Thiết kế chế tạo bộ giao tiếp giữa máy tính và mô hình hệ thống đánh lửa điện tử bằng ECU

BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HÀO THIỆN MSSV : 48132295 Lớp : 48CTU Ngành : CƠ - ĐIỆN TỬ Khoa : CƠ KHÍ Tên đề tài: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU” Số trang: 72 trang Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 5 Hiện vật: Mô Hình Hệ Thống Đánh Lửa Điều Khiển Bằng ECU NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Nha Trang, ngày… , tháng… , năm 2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên) PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HÀO THIỆN MSSV : 48132295 Lớp : 48CTU Ngành : CƠ - ĐIỆN TỬ Khoa : CƠ KHÍ Tên đề tài: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU” Số trang: 72 trang Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 5 Hiện vật: Mô Hình Hệ Thống Đánh Lửa Điều Khiển Bằng ECU NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Nha Trang, ngày… , tháng… , năm 2010 CÁN BỘ PHẢN BIỆN (ký, ghi rõ họ tên) Nha Trang, ngày… , tháng… , năm 2010 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (ký, ghi rõ họ tên) ĐIỂM PHẢN BIỆN Bằng số Bằng chữ ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ESA : Đánh lửa sớm bằng điện tử DIS : Hệ thống đánh lửa trực tiếp ECU : Bộ điều khiển điện tử NE :Tín hiệu cảm biến tốc độ động cơ G : Tín hiệu cảm biến vị trí pittông IGT :Tín hiệu thời điểm đánh lửa DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ… 5 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa…………………………………… .9 Hình 1.3: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu ngắt tiếp điểm…………………… . 11 Hình 1.4: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu transitor…………………………… 11 Hình 1.5: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu transitor có ESA………………… 12 Hình 1.6: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)………………………… 13 Hình 1.7: Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với mạch điều khiển thời gian tích lũy năng lượng t đ ………………………………………………… 15 Hình 1.8: Điều khiển góc đánh lửa sớm ở chế độ khởi động…………………… 16 Hình 1.9: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ…………………. 18 Hình 1.10: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo sự ổn định của động cơ ở chế độ cầm chừng………………………………………………… 19 Hình 2.1: Mô hình hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển bằng ECU …………… 21 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE……………………………………… . 22 Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE…………….……… . 23 Hình 2.4: Sự thay đổi từ thông theo tốc độ động cơ……………………… ……. . 23 Hình 2.5: Hình ảnh của igniter trên mô hình ………………………………….… 24 Hình 2.6: Sơ đồ thể hiện quá trình đánh lửa khi có xung IGT………….….…… . 25 Hình 2.7: Tín hiệu IGT và IGF……………………………………………… … 26 Hình 2.8: Hình ảnh của bobine trên mô hình ……………………………… … . 27 Hình 2.9: Cấu tạo bobine…………………………………………………… … 27 Hình 2.10 : Hoạt động của dòng điện trong cuộn sơ cấp………………………… . 28 Hình 2.11: Hình ảnh của bộ chia điện trên mô hình ……………………… … 29 Hình 2.12: Cấu tạo bougie…………………………………………….…… … 30 Hình 2.13: Hình ảnh của ECU trên mô hình……………………………….… 31 Hình 2.14: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor… . ….32 Hình 2.15 : Cấu trúc máy tính…………………………………………………… . .33 Hình 2.16 : Cấu trúc CPU………………………………………………….…… . 34 Hình 2.17: Sơ đồ đấu dây trên mô hình hệ thống đánh lửa điều khiển bằng ECU……………………………………………………………… ….35 Hình 3.1: Sơ đồ khối của phương pháp nghiên cứu…………… …………… …38 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cho vi điều khiển……………………… 39 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển………………………………… …40 Hình 3.4: Hình ảnh thực của ATmega 32………………… ………………… . …40 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông giữa cổng COM với Vi Điều Khiển…………………………………………………… . … 41 Hình 3.6: Sơ đồ điện hệ thống khởi động điều khiển bằng công tắc khóa trên mô hình…………………………………….………… …….42 Hình 3.7: Phương án thiết kế hệ thống điều khiển công tắc khóa bằng máy tính……………………….……………………………… . … 43 Hình 3.8: Sơ đồ điện các nút đánh lỗi trên mô hình…………………………… 44 Hình 3.9: Phương án thiết kế các nút nhấn đánh lỗi được điều khiển bằng máy tính……………………………………………… …….… . 44 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối với vi điều khiển……………………………………… . .45 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý khối chấp hành…………………….…………… . … 46 Hình 3.12: Lưu đồ chương trình truyền dữ liệu từ máy tính xuống vi điều khiển………………………………………………….… . ……47 Hình 3.13 : Lưu đồ chương trình nhận dữ liệu từ máy tính …… …………… . …48 Hình 3.14: Sơ đồ xác định tốc độ động cơ…………………………… ………. …49 Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi thành xung vuông……… …… . …49 Hình 3.16: Lưu đồ truyền tốc độ động cơ lên máy tính…………………… … . …51 Hình 3.17: Lưu đồ nhận dữ liệu từ vi điều khiển…………………………… . ….52 Hình 3.18: Phương pháp vẽ đồ thị xung………………………………… …… 53 Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển điện áp………………………….… …54 Hình 3.20: Lưu đồ truyền giá trị adc lên máy tính………………………… ……55 Hình 3.21: Chương trình nhận giá trị adc từ vi điều khiển…………………… . .…56 Hình 3.22: Định dạng Frame dữ liệu khi khảo sát mô hình…………………… . 58 Hình 3.23: Giao diện chính của phần hiển thị và điều khiển trên máy tính…… 58 Hình 4.1: Giao diện của phần điều khiển trên máy tính…………………….…… 61 Hình 4.2: Kết quả của phần điều khiển trên máy tính……………………… … 62 Hình 4.3 : Kết quả khi tăng tốc độ động cơ………………………………… … 64 Hình 4.4 : Kết quả khi giảm tốc độ động cơ………………………………… … . 64 Hình 4.5: Kết quả của phần vẽ đồ thị xung NE khi tốc độ động cơ thấp…… … 65 Hình 4.6: Kết quả của phần vẽ đồ thị xung NE Khi tăng tốc độ động cơ……… 65 Hình 4.7: Kết quả khi khảo sát tín hiệu xung NE bằng OSCILLOSCOPE khi tăng tốc độ động cơ……………………………………………… . 66 Hình 4.8: Kết quả phần vẽ đồ thị xung G khi tốc độ động cơ thấp……………… 67 Hình 4.9: Kết quả phần vẽ đồ thị xung G khi tăng tốc độ động cơ……… …… 67 Hình 4.10: Kết quả khi khảo sát tín hiệu xung G bằng OSCILLOSCOPE khi tăng tốc độ động cơ………………………………………………. . 68 Hình 4.11: Kết quả phần vẽ đồ thị xung IGT khi tốc độ động cơ thấp 69 Hình 4.12: Kết quả phần vẽ đồ thị xung IGT khi tăng tốc độ 69 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 LỜI CẢM ƠN 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3 1.1. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 4 1.2. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 4 1.2.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m 4 1.2.2. Hiệu điện thế đánh lửa U đl 4 1.2.3. Hệ số dự trữ K đl 5 1.2.4. Năng lượng dự trữ W đt 6 1.2.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S 6 1.2.6. Tần số và chu kì đánh lửa 7 1.2.7. Góc đánh lửa sớm 7 1.2.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 8 1.3. LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA TRONG ÔTÔ 9 1.3.1. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp 9 1.3.2. Quá trình ngắt dòng sơ cấp 10 1.3.3. Quá trình phóng điện ở điện cực bougie 10 1.4. CÁC KIỂU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 11 1.4.1. Kiểu ngắt tiếp điểm 11 1.4.2. Kiểu transitor 11 1.4.3. Kiểu transitor có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử) 12 1.4.4. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) 12 1.5. PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 13 1.5.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp 13 1.5.2. Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số 13 1.6. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ĐÁNH LỬA TRONG HỆ THỐNG 14 1.6.1. Hiệu chỉnh góc ngậm điện trong hệ thống đánh lửa 14 1.6.2. Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo các chế độ làm việc của động cơ 16 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU 20 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC KHỐI TRÊN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU 22 2.1.1. Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston 22 2.1.2. Igniter (IC đánh lửa) 24 2.1.3. Biến áp đánh lửa (bobine) 26 2.1.4. Bộ chia điện 29 2.1.5. Bougie 30 2.1.6. Bộ điều khiển điện tử (ECU-electronic control unit) 31 2.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU 35 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 37 3.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 39 3.2.1. Mạch giao tiếp giữa mô hình và máy tính 39 3.2.2. Nội dung giao tiếp giữa mô hình với máy tính 41 3.2.3. Phương pháp truyền thông 57 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM – PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 60 4.1. PHẦN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 61 4.2. PHẦN KHẢO SÁT TÍN HIỆU TRONG ECU 64 4.2.1. Tốc độ động cơ 64 4.2.2. Xung cảm biến tốc độ động cơ (NE) 65 4.3.3. Xung cảm biến vị trí pittông 67 4.3.4. Xung tín hiệu IGT 69 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 70 5.1. KẾT LUẬN 71 5.2. ĐỀ XUẤT 71 [...]... CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU 21 Hình 2.1: Mô hình hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển bằng ECU Mô hình hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển bằng ECU (Hình 2.1) gồm: Khối điều khiển (ECU) , khối các tín hiệu cảm biến: tín hiệu G và NE (được đặt trong bộ chia điện) , khối tín hiệu điều khiển IGT (Igniter), khối thực hiện (bougie), và các bộ phận khác như bobine, bộ. .. điện tử (ECU) sẽ điều khiển thời điểm đánh lửa 1.4.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) Hình 1.6: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) 13 Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng bộ đánh lửa đa bội để cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bougie Thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi ESA của ECU động cơ Trong các động cơ gần đây, hệ thống đánh lửa này chiếm ưu thế 1.5 PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG... hiệu điện được phát ra từ bộ phát tín hiệu Thời điểm đánh lửa sớm được điều chỉnh bằng phương pháp cơ học như trong kiểu hệ thống đánh lửa ngắt tiếp điểm 1.4.3 Kiểu transitor có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử) Hình 1.5: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu transitor có ESA Trong kiểu hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm kiểu chân không và li tâm Thay vào đó chức năng ESA của bộ điều khiển điện. .. Hệ thống đánh lửa không có vít điều khiển: hệ thống được điều khiển bằng một cảm biến đánh lửa 1.5.2 Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số còn gọi là hệ thống đánh lửa chương trình Dựa vào các tín hiệu như: tốc động động cơ, vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ… mà bộ vi xử lý (ECU – electronic control unit) sẽ điều khiển thời điểm đánh lửa Trong các hệ. .. gian kéo dài của tia lửa điện cảm gấp 100 đến 1000 lần thời gian tia lửa điện dung Thường thì thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng 1 đến 1,5ms 11 1.4 CÁC KIỂU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.4.1 Kiểu ngắt tiếp điểm Hình 1.3: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu ngắt tiếp điểm Kiểu hệ thống đánh lửa này có cấu tạo cơ bản nhất Trong kiểu đánh lửa này, dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng cơ học Dòng... các hệ thống đánh lửa thông thường, tiếp điểm của hệ thống đánh lửa yêu cầu bảo dưỡng định kỳ vì chúng bị oxy hoá bởi các tia lửa trong quá trình sử dụng Hệ thống đánh lửa điện tử được phát triển để xoá bỏ yêu cầu bảo dưỡng định kỳ, như vậy giảm được giá thành bảo dưỡng cho người sử dụng Trong hệ thống đánh lửa điện tử, bộ phận phát tín hiệu được đặt trong bộ chia điện thay thế cho 14 cam và tiếp điểm,... HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ Hiện nay, trên hầu hết các loại ô tô đều sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn vì loại này có ưu thế là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bougie, đáp ứng tốt các yêu cầu làm việc của động cơ, tuổi thọ cao…Quá trình phát triển, hệ thống đánh lửa điện tử được chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song có thể chia ra làm hai loại chính như sau: 1.5.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn... bán dẫn điều khiển trực tiếp Trong hệ thống này, các linh kiện điện tử được tổ hợp thành một cụm mạch được gọi là Igniter Bộ phận này có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp nhờ các tín hiệu đánh lửa (tín hiệu điện áp) đưa vào Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại này còn chia làm hai loại là: Ø Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: vít điều khiển có cấu tạo giống như hệ thống đánh lửa thường nhưng chỉ làm... Thăng Long, em đã chọn đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU nhằm phục vụ cho quá trình giảng dạy của trường được sinh động và dễ hiểu hơn Do kiến thức thời gian còn hạn chế và khả năng thực tiễn chưa sâu nên tập luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em mong sự góp ý chân thành của quý Thầy Cô và bạn bè để đề tài ngày càng hoàn... TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 4 1.1 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA Hệ thống đánh lửa trên ô tô có nhiệm vụ biến dòng hạ áp 12V thành xung điện cao áp 15KV ÷ 40KV để tạo ra tia lửa điện trên bougie nhằm đốt cháy hỗn hợp xăng - khí trong xi lanh ở cuối kì nén Nhiệm vụ đó đòi hỏi hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được các yêu cầu chính sau: - Sức điện động thứ cấp phải đủ lớn để phóng điện qua khe . “THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU Số trang: 72 trang Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 5 Hiện vật: Mô Hình Hệ Thống Đánh. 12 1.4.4. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) 12 1.5. PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 13 1.5.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp 13 1.5.2. Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật. trước khi tiếp cận với thực tế. Được sự hướng dẫn của thầy Vũ Thăng Long, em đã chọn đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU nhằm