Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ecu điều khiển động cơ

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐINH ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN CÁC LOẠI ECU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Chuyên ngành: Kỹ thuật ñộng cơ nhiệt Mã số: 60.52.34 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2011 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS-TS. Trần Văn Nam Phản biện 1:…………………………… Phản biện 2:…………………………… Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại: Đại học Đà Nẵng vào ngày…….tháng…….năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm thông tin- học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm học liệu,Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU * LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, ôtô là phương tiện giao thông cần thiết của con người mà không gì có thể thay thế ñược. Theo thống kê trên thế giới, số lượng người tham gia giao thông bằng ôtô chiếm tỉ lệ rất cao so với các phương tiện giao thông khác. Do ñó, tỉ lệ tăng trưởng trong sản xuất và lắp ráp ôtô ngày càng tăng. Sản lượng ôtô trên thế giới hiện nay tập trung vào các công ty chế tạo và lắp ráp ôtô nổi tiếng như: Toyota, Nissan, Ford, Mitsubishi, Honda, … Để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của ñộng cơ và giảm bớt tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải của ôtô gây ra, hầu hết các ôtô con hiện nay ñều ñược trang bị ñộng cơ phun xăng và ñánh lửa ñược ñiều khiển bằng ñiện tử. Trên các ñộng cơ này, bộ ñiều khiển ñiện tử (ECU-Electronic Control Unit) ñiều khiển lượng nhiên liệu phun và thời ñiểm ñánh lửa tối ưu theo các chế ñộ vận hành của ñộng cơ. Tuy nhiên, ôtô sau một thời gian sử dụng sẽ có các hỏng hóc, trục trặc trong quá trình vận hành chẳng hạn như ñộng cơ không khởi ñộng ñược, hoặc ñộng cơ bị dư xăng, thiếu xăng…Các hiện tượng vừa kể trên có thể do hư hỏng của các bộ phận cơ khí trong ñộng cơ, hoặc là do hỏng hóc từ hệ thống ñiều khiển phun xăng và ñánh lửa, trong ñó có bộ ñiều khiển ñiện tử ECU-Electronic Control Unit. Để có thể chẩn ñoán ñược tình trạng kỹ thuật của ECU ñòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dùng ñắt tiền và phải phù hợp cho từng kiểu ñộng cơ, nhà chế tạo. Chỉ có các trạm sửa chữa lớn, trạm bảo hành của các công ty lắp ráp ôtô mới có thể có ñầy ñủ trang thiết b ị phục vụ cho công việc chẩn ñoán các hỏng hóc trong hệ thống ñiều khiển ñiện tử trên ôtô. Trong thực tế, công việc sửa chữa các pan trên ôtô hiện nay 2 gặp nhiều khó khăn do thiếu các thiết bị chẩn ñoán chuyên dùng ñể chẩn ñoán trình trạng kỹ thuật của ECU. Vì vậy, hiện nay “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ñoán các loại ECU ñiều khiển ñộng cơ” là vấn ñề cấp thiết. * MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy chẩn ñoán các loại ECU ñiều khiển ñộng cơ.  - Máy có thể dùng ñể kiểm tra tình trạng và ño số lượng tín hiệu do ECU gửi ra ñể ñiều khiển phun xăng và ñiều khiển ñánh lửa, nhằm mục ñích kiểm tra xem ECU còn ñiều khiển ñược hay không, phục vụ cho công việc sửa chữa. * ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Chỉ tập trung nghiên cứu các loại ECU ñiều khiển ñộng cơ của các hãng xe: Toyota, Nissan, Mitsubishi, Ford. Thông qua các thông số thực nghiệm của các cảm biến G và NE ñể nghiên cứu chế tạo mạch tạo các xung tín hiệu giả cho các cảm biến ñã khảo sát bằng vi ñiều khiển và ngôn ngữ C. Tùy thuộc vào từng ñời xe, lựa chọn loại cảm biến ñể phát các xung tín hiệu giả thích hợp truyền vào bộ ñiều khiển ñiện tử (ECU), từ ñó xác ñịnh số lần phát tín hiệu ra ñiều khiển phun xăng, ñiều khiển ñánh lửa của ECU thông qua sự hiển thị của các ñèn LED về tần số phát xung của ECU theo tốc ñộ và màn hình LCD hiển thị số lần phát xung ñiều khiển phun xăng ñánh lửa của ECU bằng tín hiệu số. Từ các kết quả hiển thị này xác ñịnh ñược khả năng ñiều khiển của ECU và ñánh giá kết quả kiểm tra ECU ñiều khiển ñộng cơ. Được th ể hiện như hình sau 3 * PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện ñề tài, người nghiên cứu ñã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: • Phương pháp nghiên cứu tài liệu. • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. • Phương pháp lập trình ngôn ngữ C. • Phương pháp thiết kế chế tạo mạch. • Thực nghiệm kiểm tra chẩn ñoán ECU trên các xe ñã khảo sát, so sánh và ñánh giá các kết quả chẩn ñoán. * CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn ñược trình bày trong 91 trang (không kể tài liệu tham khảo và phụ lục), ngoài phần mở ñầu và kết luận ñược chia làm 5 chương. Mở ñầu Chương 1: Nghiên cứu tổng quan Chương 2 : Phân tích bộ ñiều khiển ñiện tử và tín hiệu Chương 3 : Các dạng xung tín hiệu của cảm biến G và NE Chương 4 : Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ñoán các loại ECU Chương 5 : Thực nghiệm chẩn ñoán ECU Kết luận Tài liệu tham khảo Ph ụ lục 4 CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1. DẪN NHẬP Chế ñộ hoạt ñộng tối ưu của ñộng cơ, phụ thuộc vào tín hiệu của các cảm biến. Các tín hiệu này rất quan trọng, nhưng chỉ là yếu tố gián tiếp ảnh hưởng ñến hoạt ñộng của ñộng cơ, vì tất cả tín hiệu của cảm biến ñều gửi về ECU xử lý, dựa trên các tín hiệu cảm biến ECU tính toán và ñưa ra tín hiệu ñiều khiển sự hoạt ñộng của các cơ cấu chấp hành của ñộng cơ. Vì vậy, sự hoạt ñộng tối ưu của ñộng cơ, phụ thuộc rất lớn vào tín hiệu ñiều khiển của ECU, hay nói cách khác ECU là bộ xử lý trung tâm quyết ñịnh rất lớn ñến sự hoạt ñộng của ñộng cơ. Hình 1.1 Kết cấu cơ bản của hệ thống phun xăng ñiều khiển bằng ñiện tử 1.2. MỘT SỐ MÁY CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ Song song với việc hiện ñại hóa chiếc ô tô ngày càng hoàn h ảo hơn thì vấn ñề bảo trì, chẩn ñoán, sửa chữa cũng ngày càng phức tạp hơn. Với những chiếc ô tô hiện ñại hiện nay, lượng dữ liệu ñiều 5 khiển xe ngày càng nhiều. Vì vậy, chẩn ñoán, sửa chữa theo phương pháp thủ công ñã trở nên hết sức khó khăn nếu không muốn nói là không tưởng. Do ñó, ñể giúp cho người kỹ thuật viên thực hiện tốt công việc chẩn ñoán và sửa chữa, các ô tô ñời mới ñã trang bị hệ thống tự chẩn ñoán. Sau ñây là một số loại máy chẩn ñoán ñộng cơ. 1.2.1. Máy chẩn ñoán X431 1.2.2. Máy chẩn ñoán 3100EVN 1.2.3. Máy chẩn ñoán OBD-II (On Board Diagnostic) 1.3. NHỮNG VẤN ĐỀ CẤP THIẾT VỀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Ở CƠ SỞ ĐÀO TẠO NGHỀ. Là một ngành công nghệ luôn có sự biến ñổi liên tục về công nghệ, các kỹ sư ngành ô tô cũng phải ñược trang bị những kiến thức mới nhất, cập nhật nhất. Tuy vậy, trong ñiều kiện hạn chế về tài chính, các máy móc, trang thiết bị phục vụ dạy học nhập khẩu có giá thành ñắt ñỏ, chưa phù hợp với tình hình kinh tế của Việt Nam, càng khiến cho việc ñào tạo chuyên sâu về kiến thức ô tô khó khăn hơn bao giờ hết. Trong bối cảnh ñó, ngoài việc ñào tạo kiến thức chuyên môn, các giảng viên kỹ thuật còn phải có nhiệm vụ nghiên cứu ứng dụng các thiết bị dạy học hiện ñại, sản xuất phục vụ cho công tác ñào tạo là công việc có ý nghĩa thiết thực. Trước mắt ñó chính là sự chủ ñộng về công nghệ, về trang thiết bị, phù hợp với thực tiễn tình hình giảng dạy, sau ñó là việc giảm giá thành so với các giải pháp nhập ngoại. Mặt khác, các trang thiết bị tự nghiên cứu sẽ kích thích sự phát triển công nghệ trong nước, giúp nền khoa học của nước nhà hòa nhập với th ế giới. 1.3.1. Những vấn ñề cấp thiết 1.3.2. Về mặt con người 6 1.3.3. Về mặt kinh tế 1.4. CÁC GIẢI PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ ECU Qua quá trình giảng dạy và tìm hiểu về chuyên ngành ñiện ô tô và giải quyết một vấn ñề ñược phân tích ở trên, một số giải pháp nghiên cứu về ECU như sau: 1.4.1. Thiết kế máy chẩn ñoán lỗi ñộng cơ 1.4.2. Thiết kế mạch giao tiếp giữa máy tính và ECU ñiều khiển ñộng cơ. 1.4.3. Thiết kế máy chẩn ñoán ECU. Máy chẩn ñoán ECU với chức năng chủ yếu là ñánh giá khả năng ñiều khiển phun xăng và ñiều khiển ñánh lửa của ECU từ ñó ñánh giá tình trạng làm việc của ñộng cơ. Với yêu cầu ñề tài như vậy, người thiết kế chỉ cần tìm ra tín hiệu nào quan trọng nhất, quyết ñịnh ñến khả năng ñiều khiển phun xăng, ñiều khiển ñánh lửa của ECU và nhận tín hiệu ñiều khiển ñánh lửa và ñiều khiển phun xăng từ ECU. Bằng việc sử dụng ngôn ngữ C và kết hợp với các linh kiện ñiện tử. Người thiết kế, lập giả xung tín hiệu cảm biến, quyết ñịnh sự ñiều khiển phun xăng, ñiều khiển ñánh lửa và nhận tín hiệu ñiều khiển của ECU, ñể kiểm tra ECU và tình trạng làm việc do ECU này ñiều khiển. Theo phân tích trên ñây ta thấy phương án này là khả thi với khả năng và thời gian thiết kế. Vì vậy, tác giả quyết ñịnh chọn “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ñoán các loại ECU ñiều khiển ñộng cơ” làm ñề tài luận văn thạc sĩ của mình. Chương 2 PHÂN TÍCH B Ộ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VÀ TÍN HIỆU 2.1. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ (ECU – Electronic Control Unit) 7 2.1.1. Dẫn nhập 2.1.2. Cấu tạo Hình 2.1 Sơ ñồ khối của các hệ thống trong máy tính với vi xử lý 2.1.3. Cấu trúc của ECU Hình 2.3 Cấu trúc CPU 2.1.4. Mạch giao tiếp ngõ vào 2.1.5. Mạch giao tiếp ngõ ra 2.2. CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến, tính toán ñưa ra tín hiệu ñiều khiển cơ cấu chấp hành như: kim phun, cuộn dây và IC ñánh lửa, ngắt bộ ñiều khiển A/C hoặc ñiều khiển van không tải ñể tăng 8 tốc ñộ ñộng cơ khi bật A/C, ñiều khiển bơm xăng, rơle EFI và ñèn báo ñộng cơ…như Hình 2.11 sau: Hình 2.11 Sơ ñồ ñiều khiển ñộng cơ Kết luận: Qua tìm hiểu cấu tạo, chức năng ñiều khiển ñộng cơ của ECU dựa vào tín hiệu từ các cảm biến, cho thấy ECU có khả năng quyết ñịnh trực tiếp ñến hoạt ñộng của ñộng cơ. Nhưng tín hiệu cảm biến gửi ñến ECU rất nhiều, trong ñó cảm biến vị trí trục khuỷu G và cảm biến tốc ñộ ñộng cơ NE, ñặc trưng cho sự hoạt ñộng của ñộng c ơ và 2 tín hiệu này có mối quan hệ mật thiết với nhau. Vì vậy cần thiết phải lập trình giả xung cảm biến G và NE, ñể nghiên cứu, chế tạo máy chẩn ñoán các loại ECU ñiều khiển ñộng cơ.