Chế tạo ECU điều khiển phun xăng đánh lửa cho xe gắn máy và giới thiệu mạch điện xe SHi

Chế tạo ECU điều khiển phun xăng đánh lửa cho xe gắnmáy và giới thiệu mạch điện xe SHi Để xe gắn máy đáp ứng tiêu chuẩn Euro 2, cần phải ứng dụng kỹ thuật điều khiển phun xăng và đánh l

Chế tạo ECU điều khiển phun xăng đánh lửa cho xe gắn

máy

và giới thiệu mạch điện xe SHi

Để xe gắn máy đáp ứng tiêu chuẩn Euro 2, cần phải ứng dụng kỹ thuật điều khiển phun xăng và đánh lửa cho động cơ xe máy Hiện nay chỉ có HONDA

đi tiên phong trong lịnh vực này với các xe Shi, Psi, SCR, Future Neo FI Trong thời gian tới, nếu cục đăng kiểm bắt buộc các xe mới phải kiểm tra khí thải thì chắc chắn các hãng còn lại sẽ phải trang bị hệ thống nêu trên Trình độ công nghệ ở Việt nam hiện nay hoàn toàn có thể thiết kế chế tạo hộp điều khiển điện tử cho hệ thống phun xăng và đánh lửa.

Thuật toán điều khiển

Để điều khiển sự hoạt động của động cơ xe gắn máy, chúng ta chia chương trình điều khiển làm hai phần bao gồm: Khối chương trình chính và các chương trình phục vụ

Hình 1 Sơ đồ khối điều khiển

Khối chương trình chính là chương trình xoay vòng thường xuyên trong quá trình hoạt động Nó có nhiệm vụ cập nhật các thông số hoạt động của động cơ, so sánh xoay vòng lấy dữ liệu phục vụ cho các chương trình con Cụ thể ở đây khối chương trình chính có

nhiệm vụ đọc các giá trị của cảm biến vị trí cánh bướm ga, tốc độ động cơ đã được cập nhật sẵn trong RAM Sau đó so sánh với dữ liệu trong bộ nhớ để đưa ra các thông số điều khiển góc đánh lửa sớm và thời gian phun

Khối các chương trình phục vụ bao gồm chương trình đo tốc độ động cơ (đo chu kỳ xung kích), Chương trình điều khiển đánh lửa và chương trình điều khiển phun xăng Chương trình đo tốc độ động cơ là chương trình phục vụ ngắt ngoài INT0 Khi có sườn âm trên chân này, vi điều khiển tắt Timer đang hoạt động, lưu giá trị vào RAM sau đó thiết lập lại giá trị cho Timer và kích hoạt động trở lại tiếp tục đo Chương trình phục vụ đánh lửa có nhiệm vụ nạp dữ liệu do chương trình chính gửi tới vào thanh ghi dữ liệu Timer để xác định khoảng thời gian Delay Sau đó cấp xung kích SCR hoạt động để đánh lửa Chương trình phục vụ phun xăng có nhiệm vụ nạp giá trị thời gian phun cho Timer, kích kim phun

và chờ Timer tràn sau đó đóng kim phun

Từ sơ đồ khối điều khiển, ta có lưu đồ thuật toán điều khiển ngắt như sau:

Hình 2 Lưu đồ thuật toán điều khiển ngắt

Tính toán dữ liệu cho vi điểu khiển

Atmega8 có ba bộ Timer có khả năng chia tần số xung tùi ý do người lập tình lựa chon Các chế đô chia xung bao gồm: CK/1 ; CK/8 ; CK/64 ; CK/ 256 và CK/1024 Ba bộ Timer bao gồm Timer0 8 bit ; Timer1 16 bit và Tiner2 8 bit Chọn thạch anh dử nhịp cho VĐK là 12 Mhz

Thiết lập bộ đếm đo tốc độ động cơ

Chọn Timer1 16 bit làm bộ đo tốc đô động cơ với chế độ CK/1024 Với chế độ này ta có các thông số sau:

Thời gian một lần tràn bộ định thời: t = 216 = 5592405 μSS

Chu kỳ của một xung nhịp là: Tx = =85 μSS

Khi động cơ chạy với tốc độ n (v/p), Ta có chu kỳ trục khỷu động cơ là:

Từ đó ta có số xung Timer1 đếm được trong một vòng tua ở tốc độ n (v/p) là nx1: nx1 = (xung)

Timer1 tràn khi t = Tn n = = 10 V/phut

Vậy với chế độ này Timer1 không tràn khi đọc tốc độ động cơ

Thiết lập bộ đếm cân góc đánh lửa sớm

Chọn Timer0 làm bộ định thời cân góc đánh lửa sớm với chế độ CK/1024

Tương tự ta có chu kỳ một xung của bộ Timer0 là: Tx = 85 μSS Với tốc độ động cơ n vòng / phút Thời gian để trục khỷu quay được một góc α là:

Xung kích sau khi được nắn thành xung vuông ta có các thông số sau:

Hình 3 Sơ đồ xung kích sau khi được nắn

Từ sơ đồ xung kích và công thức tính tα ta có:

Þ Tdelay =

Trong đó:

Txungk: chu kỳ xung kích hay Tn (s)

Tdelay: thời gian delay (μSs)

qdelay: góc delay (°)

qdl : goc đánh lửa sớm (°)

n ; tốc độ động cơ ( vòng/phút)

Ta gọi số lượng xung của bộ Timer0 để delay được thời gian Tdelay là nx0, với chế độ CK/1024 trên ta có:

nx0 = ( xung)

Bảng dữ liệu gồm 02 hàm:

Công thức nx1 là hàm tuyến tính theo biến tốc độ động cơ n:

nx1=f(n)

Công thức nx0 là hàm tuyến tính theo hai biến n và θdl :dl :

nx0 = f( n, θdl :dl)

Thiết kế mạch điều khiển

Mạch cấp nguồn:

Mạch cấp nguồn sử dụng ổn áp LM7805 Mức điện áp vào là từ ACCU 12V, điện áp ra là

5 V cấp cho vi điều khiển và Vcc của cảm biến vị trí cánh bướm ga

Hình 4 Mạch cấp nguồn

Nguồn 12 V lấy từ ACCU cho qua diode để bảo đảm an toàn nếu mắc lộn cọc bình Ở đầu vào, ta đặt hai tụ C1 và C3 để dập xung nhọn bảo đảm an toàn cho ổn áp 7805 Tương tự đầu ra ta đặt hai tụ C2 và C4 để chống nhiểu nguồn Tụ C3 và C4 là tụ DC có giá trị là 1000 μSF và 470 μSF Tụ C1 và C2 là hai tụ xoay chiều có giá trị 0,1 μS F Ở đầu ra

của mạch có LED báo nguồn

Mạch xử lý xung kích

Xung kích từ mâm lửa có dạng hình sin như sau:

Hình 5 Hình dạng xung kích

Để làm tín hiệu báo về vi điều khiển chúng ta chỉ sử dụng bán kỳ dương của xung kích và nắn thành xung vuông với mức cao là 5 V Mạch xử lý tín hiệu này như sau:

Hình 6 Mạch nắn xung kích

Ở mạch trên diode D1 có tác dụng loại bỏ bán kỳ âm của xung kích Diod Zener D2 (4.7V) để ổn áp hiệu diện thế xung kích mục đích giữ an toàn cho trasistor T2 Ban đầu xung kích đi qua diod D1, qua điện trở R1 = 100 và nạp tụ C1 dòng nạp tụ này sẽ làm cho transistor T1 mở nhanh Sau khi C1 được nạp đầy, dòng kích từ R1 đi qua R2 = 4,7

K duy trì dòng IBEO làm cho T1 tiếp tục dẩn bảo hòa Khi xung kích kết thúc, xuất hiện dòng xả tụ từ cực dương tụ đi qua R2 về cực âm của tụ C1 dòng này làm giảm nhanh dòng kích T1 làm cho T1 chuyển nhanh từ trạng thái dẩn bảo hòa sang trạng thái đóng Khi có dòng kích, T1 dẩn bào hòa nên tín hiệu đưa về viều khiển là mức thấp Khi không

có dòng kích, T1 đóng lúc này tín hiệu đưa về là mức cao Xung kích sau khi được nắn có

dạng xung vuông với mức thấp khi có xung kích

Xung kích

Mạch điều khiển đánh lửa

Mạch đánh lửa CDI bao gồm hai bộ phận quan trọng đó là bộ phận tích trử năng lượng

đánh lửa và mạch điểu khiển đánh lửa

Hình 7 Mạch đánh lửa

Xung nạp tụ từ bô bin được chỉnh lưu bán kỳ nhờ diode D3 và nạp vào tụ C2 Ở trạng thái bình thường (trạng thái nạp tụ), vi điều khiển kích dòng qua R4 làm cho T2 dẫn bão hòa Dòng điện từ nguồn 5 V đi qua R3 = 1 k được nối thẳng xuống mát Khi vi điều khiển không kích dòng qua R4, T2 đóng , dòng từ nguồn 5 V đi qua R3 kích SCR mở cho dòng điện cao áp từ bản cực dương tụ C2 chạy qua mát, vòng qua cuộn sơ cấp bô bin sườn về bản cực âm của C2 Dòng điện này sẽ cảm ứng lên cuộn thứ cấp mộ suất điện động cao áp gây tia lửa điện đầu bougie Diode D4 có nhiệm vụ dập dòng điện ngược ở bán kỳ âm của quá trình phóng tụ giúp đóng nhanh SCR giảm quá trình dao động của

dòng sơ cấp

Mạch điều khiển phun xăng:

Mạch phun xăng bao gồm một Transistor công suất TIP 142, diode dập dòng ngược

Hình 8 Mạch phun xăng

Tại thời điểm phun xăng, vi điều khiển kích dòng qua điện trở R = 330 Dòng điện này sẽ kích TIP 142 dẩn bảo hòa nối cực âm của kim phun xuống mát cấp dòng qua cuộn dây của kim phun Khi vi điều khiển không kích dòng vào cực B của TIP142 thì TIP

đóng làm cho kim dứt phun

Mạch cảm biến vị trí cánh bướm ga

Cánh bướm ga ở đây sử dụng loại có ba chân bao gồm Vcc, mass và VTA

Hình 9 Mạch cảm biến vị trí cánh bướm ga

Chân Vcc cấp nguồn 5 V từ mạch cấp nguồn Chân VTA được nối qua điện trở R trườc khi đưa vào kênh ADC của vi điều khiển để bảo đám an toàn cho vi điều khiển Khi ta quay cánh bướm ga sẽ làm cho biến trở dịch chuyển phân áp cho chân VTA Mức điện áp trên chân VTA dịch chuyển trong khoảng từ 5 V đến 0 V Vi điều khiển sẽ đo mức điện

áp này để nhận ra vị trí cánh bướm ga

Tích hợp các mạch thành phần ta có sơ đồ mạch của hộp điều khiển như sau:

Hình 10 Sơ đồ mạch điều khiển

ECU hoạt động tốt khi cải tạo xe SuperDream sang phun xăng và đánh lửa theo chương trình Trong thời gian tới sẽ hoàn thiện và chuyển giao công nghệ cho các công ty rap1 xe máy và các trường dạy nghề Trong khuôn khổ bài báo này, nhóm tác giả giới thiệu thêm

sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ xe HONDA SHi để bạn đọc tham khảo

Hình 11 Sơ đồ bố trí các chi tiết cuả hệ thống điều khiển động cơ SHi

Cách đọc mã lỗi xe SHi: Khi đèn FI trên tableau sáng trong lúc xe đang nổ máy cho thấy

hệ thống điều khiển đang bị trục trặc Để đọc code xe SHi, ta thao giắc chẩn đóan (phía trên accu) rồi dùng đoạn dây điện nối dây màu xanh lá với dây màu nâu rồi bật công tắc máy Đèn FI sẽ chớp Đếm số lần chớp và tra bảng dưới đây để biết hư hỏng

Bảng mã lỗi cuả xe SHi

07 Cảm biến nhiệt độ nước

09 CB nhiệt độ khí nạp

12 Kim phun

29 Van cầm chừng (không tải)

Hình 12 Sơ đồ mạch ECU xe SHi