đồ án tốt nghiệp thiết kế bộ điều khiển hệ thống phun xăng điện tử

đồ án tốt nghiệp thiết kế bộ điều khiển hệ thống phun xăng điện tử đồ án dành cho các bạn sinh viên ô tô và cơ điện tử đồ án đã tính toán và thiết kế và mô hình hoá được bọ điều khiển hệ thống thống phun xăng điện tử trên xe ô tô bằng việc thiết kế cách mạch điện tử và lập trình xây dựng mô hình hoá để mô phỏng hoạt động. đồ án bao gồm bản thuyết minh, sline bản vẽ cad, bản vẽ thiết kế mạch mô phỏng trên proteus và altium code chương trình và mô hình đã thiết kế

Mục lục Mục lục Lời nói đầu CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng điện tử 1.1.2 Ưu nhược điểm hệ thống phun xăng điện tử so với chế hịa khí 1.2.Phân loại EFI 10 1.2.1Phân loại theo phương pháp phát lượng khơng khí nạp .10 1.2.2.Phân loại theo điểm phun 11 1.2.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun 12 1.2.4 Phân loại theo thời điểm phun xăng 12 1.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng điện tử 13 1.3.1 Cấu tạo .13 1.3.2 Nguyên lý hoạt động 14 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI GRAND I10 17 Giới thiệu chung xe Hyundai Grand i10 17 2.1 Hệ thống phun xăng điện tử động KAPPA 21 2.1.1 Sơ đồ bố trí chung hệ thống phun xăng điện tử động KAPPA .21 2.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phận 22 2.1.2.1 Bơm nhiên liệu 22 2.1.2.2 Bầu lọc nhiên liệu 24 2.1.2.3 Bộ giảm rung động 25 2.1.2.4 Bộ ổn định áp suất 25 2.1.2.5 Vòi phun xăng điện tử 27 2.1.2.6 Hệ thống kiểm soát nhiên liệu 29 2.2 Hệ thống cung cấp khơng khí động Kappa 31 2.2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp khơng khí 31 2.2.2 Các phận hệ thống cung cấp khơng khí 32 2.3 Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử động Kappa .33 2.3.1 Nguyên lý chung 33 2.3.2 Sơ đồ mạch điện .34 2.3.3 Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) .37 2.3.3.1 Chức hoạt động 38 2.3.3.2 Chức thực tế 41 2.3.3.3 Các phận ECU 41 2.3.3.4 Các thông số hoạt động ECU 42 2.3.3.5 Xử lý thông tin tạo xung phun 42 2.3.3.6 Điều khiển thời điểm phun 44 2.3.3.7 Điều khiển lượng phun 45 2.3.3.8 Các chế độ làm việc 45 2.3.4 Các cảm biến 48 2.3.4.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp 48 2.3.4.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 50 2.3.4.3 Cảm biến vị trí bướm ga .51 2.3.4.4 Cảm biến ôxy 53 2.3.4.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 55 2.3.4.6 Cảm biến vị trí trục cam 56 2.3.4.7 Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) 57 2.3.4.8 Cảm biến tiếng gõ 58 2.3.4.9 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 59 2.4 Tính tốn lượng nhiên liệu cung cấp 61 2.4.1 Lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu 61 2.4.2 Tính tốn lượng nhiên liệu phun cho động 62 2.5 Kết luận .65 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ MÁY .66 3.1 Dụng cụ chuẩn bị 66 3.1.1 Arduino UNO R3 .66 3.1.2 Led hiển thị mô cho kim phun bơm nhiên liệu 67 3.1.3 Relay chân 5V .68 3.1.4.Transistor C828 69 3.1.5 Thyristor IRF 540 .70 3.1.6 Điện trở 71 3.1.7 Cảm biến quang 71 3.1.8 Màn hình hiển thị LCD IC giải mã I2C .72 3.2 Mạch mô Proteus .74 3.2.1 Mạch điều khuyển vòi phun: 74 3.2.2 Mạch điều khuyển kim phun: 74 3.2.3 Mạch hiển thị hình LCD cảm biến tốc độ: 75 3.2.4 Mạch tổng quan: .75 3.3 Mạch mô Altium 76 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý 76 3.3.2 Sơ đồ dây 76 3.3.3 Mơ hình mơ 3D 77 3.4 Mơ hình thực tế 78 3.4.1) Bảng mạch dụng cụ làm mạch 78 3.4.2) Gắn hàn chân linh kiện 78 3.4.2) Các chế độ làm viêc 79 a) TH1: Công tắc OFF 79 b) TH2: Công tắc ON vs động chưa hoạt động .79 c) TH3: Công tắc ON động hoạt động 80 3.5 Chương trình nạp cho arduino (CODE) .81 KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 Lời nói đầu Như biết, với phát triển mạnh mẽ ngành cơng nghệ tơ ngành điện tử ơtơ có vươn lên mạnh mẽ Hàng loạt linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử cảm biến trang bị động ơtơ nhằm mục đích giúp tăng cơng suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu đặc biệt nhiễm mơi trường khí thải tạo nhỏ Và hàng loạt ưu điểm khác mà động đốt đại đem lại cho công nghệ chế tạo ôtô Việc khảo sát cụ thể, chẩn đoán, bảo dưỡng hệ thống phun xăng điều khiển điện tử giúp em có nhìn cụ thể hơn, sâu sắc vấn đề Đây lý mà khiến em chọn đề tài khảo sát hệ thống phun xăng điện tử động Kappa dòng xe Hyundai Grand i10 làm đề tài tốt nghiệp Nội dung đồ án bao gồm: Chương 1: Tổng quan hệ thống phun xăng điện tử Chương 2: Phân tích kết cấu hệ thống phun xăng điện tử Chương 3: Xây dựng mơ hình hệ thống phun xăng điện tử động máy Do kiến thức nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo cịn điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp em không tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy giáo mơn bảo để đồ án em hoàn thiện Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn thầy giáo mơn khí Ơ tơ giúp em hồn thành đồ án Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2021 Sinh viên thực CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 1.1 Giới thiệu chung Xu phát triển nhà sản xuất ô tơ nghiên cứu hồn thiện q trình hình thành hỗn hợp cháy để đạt cháy hết, tăng tính kinh tế nhiên liệu giảm hàm lượng độc hại khí xả thải mơi trường Cơng nghệ phun xăng điện tử giải pháp cho vấn đề Hiện nay, hệ thống nhà sản xuất áp dụng nhiều loại xe Trước tiên, bắt đầu việc lịch sử đời phát triển hệ thống Hệ thống phun xăng điện tử hệ thống điều khiển tích hợp hai trình phun xăng đánh lửa động cơ, cho phép cung cấp lượng xăng xác điều khiển ECU theo thay đổi tốc độ động tải trọng, dẫn đến việc phân phối nhiên liệu tới xi lanh 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng điện tử Vào cuối kỷ 19, người Đức cho phun nhiên liệu vào buồng cháy không mang lại hiệu nên không thực Đến năm 1887 người Mỹ có đóng góp to lớn việc triển khai hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dung động tỉnh Đầu kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng động tỉnh (nhiên liệu dùng động máy dầu hoả nên hay bị kích nổ hiệu suất thấp), với đóng góp đưa công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu máy bay Đức Từ trở đi, hệ thống phun xăng áp dụng ô tô Đức thay dần động sử dụng chế hồ khí Hãng BOSCH áp dụng hệ thống phun xăng tơ hai cách cung cấp nhiên liệu với áp lực cao sử dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chế tạo cao hiệu lại thấp với kỹ thuật ứng dụng chiến thứ II Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn khoảng thời gian dài chiến tranh, đến 1962 người Pháp phát triển tơ Peugeot 404 Họ điều khiển phân phối nhiên liệu khí nên hiệu khơng cao cơng nghệ chưa đáp ứng tốt Đến năm 1966 hãng BOSCH thành công việc chế tạo hệ thống phun xăng khí Trong hệ thống nhiên liệu phun liên tục vào trước xupáp nạp nên có tên K-Jetronic(K- konstant-liên tục, Jetronic-phun) K-jetronic đưa vào sản xuất ứng dụng xe Hãng Mercedes số xe khác, tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng hệ sau Hình 1.1 Ơ tơ Peugeot 404 Ơ tơ Mercedes 380 SE (1982) sử dụng hệ thống K -Jetronic 1.1.2 Ưu nhược điểm hệ thống phun xăng điện tử so với chế hịa khí a) Ưu điểm: + Có thể cấp hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu đồng đến xylanh Do xylanh có vòi phun lượng nhiên liệu phun điều khiển xác ECU theo thay đổi tốc độ động tải trọng nên phân phối đến xylanh Mặt khác, tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu điều khiển tự nhờ ECU việc thay đổi thời gian hoạt động vịi phun nên hỗn hợp khí - nhiên liệu phân phối đến tất xylanh, kết tỷ lệ khơng khí – nhiên liệu tối ưu + Có thể đạt tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu xác Vịi phun đơn chế hồ khí khơng thể điều khiển xác tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu tất dải tốc độ, dải tốc độ khơng tải, tốc độ trung bình tốc độ cao, khởi động, tăng tốc, phát huy hết công suất nên hỗn hợp phải làm đậm chuyển từ hệ thống sang hệ thống khác Vì nên dễ xẩy tượng khơng bình thường ( ví dụ nổ đường ống nạp ) q trình chuyển đổi có không đồng lớn xylanh nên hỗn hợp phải làm đậm Hệ thống phun xăng điện tử có điều khiển trung tâm ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu độ mở bướm ga, cho phép điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp không khí- nhiên liệu phù hợp, xác với tốc độ dải chế độ động chế độ tải trọng nên có ưu điểm lớn việc kiểm sốt khí xả nâng cao tính kinh tế nhiên liệu + Đáp ứng kịp thời với thay đổi góc mở bướm ga Ở chế hồ khí, từ vịi phun đến xylanh có khoảng cách dài có chênh lệch lớn tỷ trọng xăng không khí nên xuất chậm trễ xăng vào xylanh tương ứng với thay đổi luồng khí nạp Mặc dù vậy, hệ thống phun xăng điện tử vịi phun bố trí gần xylanh nén với áp suất khoảng -3 kg/cm 2, cao so với áp suất đường nạp, phun qua lỗ nhỏ nên dễ dàng tạo thành dạng sương mù Do lượng phun xăng thay đổi tương ứng với thay đổi lượng khí nạp tuỳ theo đóng mở bướm ga, nên hỗn hợp khí - nhiên liệu phun vào xylanh thay đổi theo độ mở bướm ga + Hiệu chỉnh hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu Việc hiệu chỉnh hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu thể hai yếu tố bù lại tốc độ thấp cắt nhiên liệu giảm tốc, cụ thể là: - Bù tốc độ thấp : Khả tải tốc độ thấp nâng cao nhiên liệu dạng sương mù phun vòi phun khởi động lạnh động khởi động lượng khơng khí hút qua van khơng tải nên khả tải trì sau khởi động - Cắt nhiên liệu giảm tốc : Trong trình giảm tốc, động chạy với tốc độ cao bướm ga đóng kín Do vậy, lượng khí nạp vào xylanh giảm xuống độ chân không đường ống nạp trở nên lớn Ở chế hồ khí, xăng bám thành đường ống nạp bay vào bên xylanh động độ chân không tăng lên đột ngột làm cho hỗn hợp đậm, trình cháy xẩy khơng hồn tồn làm cho nồng độ HC khí xả tăng lên Ở động Kappa, việc phun nhiên liệu bị loại bỏ bướm ga đóng kín, nồng độ HC khí thải giảm xuống làm giảm tiêu hao nhiên liệu + Nạp hỗn hợp khí - nhiên liệu có hiệu Ở chế hồ khí, dịng khơng khí bị thu hẹp lại họng khuếch tán để tăng tốc độ dịng khí, tạo nên độ chân khơng bên họng khếch tán làm cho nhiên liệu hút vào xylanh Tuy nhiên họng khếch tán làm cản trở dòng khí nạp, cịn động Kappa áp suất nhiên liệu xấp xỉ - kg/cm bơm cung cấp đến động để nâng cao khả phun sương hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu, khơng cần có họng khếch tán nên dịng khí nạp khơng bị cản trở tận dụng qn tính dịng khí để tăng lượng khơng khí nạp cho chu trình b) Nhược điểm: Ngồi ưu điểm hệ thống phun xăng điện tử có số điểm hạn chế so với hệ thống nhiên liệu xăng dùng chế hịa khí, nhược điểm sau: + Cấu tạo hệ thống phức tạp, yêu cầu khắt khe chất lượng xăng khơng khí (chất lượng lọc phải tốt), cơng tác bảo dưỡng sửa chữa khó, địi hỏi trình độ chun mơn cao + Giá thành đắt + Độ tin cậy phụ thuộc nhiều vào hệ thống điều khiển Tuy nhiên, với đà phát triển kỹ thuật phun xăng, với giảm giá thành liên tục linh kiện, thiết bị điện tử với quy định ngày ngặt nghèo mức độ độc hại khí xả hệ thống phun xăng điện tử ngày sử dụng rộng rãi phương tiện giới đường 1.2.Phân loại EFI 1.2.1Phân loại theo phương pháp phát lượng khơng khí nạp a.L-EFI (loại điều khiển lượng khơng khí) Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống L-EFI 10 3.1.6 Điện trở Hình 3.4 Điện trở * Đặc tính: Model: Ohm 1/4W Sai số: 5% Nhiệt độ hoạt động: -55oC – 155o Linh kiện xuyên lỗ: 0.5mm Loại: Điện trở cố định 3.1.7 Cảm biến quang Hình 3.5 Modun cảm biến quang Module cảm biến quang chữ U (đọc Encoder) dùng để đọc đĩa encoder ứng dụng cần nhận biết tốc độ, vị trí động Hoặc làm cảm biến hành trình Homing sensor Có thiết kế nhỏ gọn dễ dàng tích hợp vào hệ thống Cho độ xác cao 71 * Đặc tính: Điện áp hoạt động: 3.3 – 5VDC Xuất xung đo trực tiếp chân output Có lỗ gá bắt ốc 3.1.8 Màn hình hiển thị LCD IC giải mã I2C Hình 3.6 Màn hình LCD 16x2 LCD 16×2 sử dụng để hiển thị trạng thái thơng số LCD 16×2 có 16 chân chân liệu (D0 – D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) chân lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16×2 Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD chế độ lệnh chế độ liệu Chúng cịn giúp ta cấu hình chế độ đọc ghi LCD 16×2 sử dụng chế độ bit bit tùy theo ứng dụng ta làm 72 Hình 3.7 Modun giải mã LCD 16x2 LCD có nhiều nhiều chân gây khó khăn q trình đấu nối chiếm dụng nhiều chân vi điều khiển Module I2C LCD đời giải vấn để cho bạn Thay phải chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16×2 (RS, EN, D7, D6, D5 D4) module IC2 bạn cần tốn chân (SCL, SDA) để kết nối Module I2C hỗ trợ loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16×2, LCD 20×4, …) tương thích với hầu hết vi điều khiển Ưu điểm: Tiết kiệm chân cho vi điều khiển Dễ dàng kết nối với LCD * Đặc tính: Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC Hỗ trợ hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780) Giao tiếp: I2C Địa mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0/A1/A2) Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD ngắt Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD 73 3.2 Mạch mô Proteus 3.2.1 Mạch điều khuyển vịi phun: Hình 3.8 Mạch vịi phun 3.2.2 Mạch điều khuyển kim phun: Hình 3.9 Mạch kim phun 74 3.2.3 Mạch hiển thị hình LCD cảm biến tốc độ: Hình 3.10 Mạch hiển thị 3.2.4 Mạch tổng quan: Hình 3.11 Mạch tổng quan Proteus 75 3.3 Mạch mô Altium 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý Altium 76 3.3.2 Sơ đồ dây Hình 3.13 Sơ đồ dây Hình 3.14 Sơ đồ mạch in 77 3.3.3 Mơ hình mơ 3D Hình 3.15 Mơ hình 3D 78 3.4 Mơ hình thực tế 3.4.1) Bảng mạch dụng cụ làm mạch Hình 3.16 Bảng mạch sau ăn mòn khoan lỗ 3.4.2) Gắn hàn chân linh kiện Hình 3.17 Hàn chân linh kiện 79 3.4.2) Các chế độ làm viêc a) TH1: Công tắc OFF Đèn báo kim phun bơm nhiên liệu trạng thái tắt Hình 3.18 Chê độ b) TH2: Công tắc ON vs động chưa hoạt động Ban đầu đèn báo bơm nhiên liệu sáng Hình 3.19 Chế độ 2a 80 Sau 2s đèn báo bơm nhiên liệu tắt Hình 3.20 Chế độ 2b c) TH3: Cơng tắc ON động hoạt động Khi có tín hiệu động (động chạy) cảm biến quang nhận tín hiệu từ đĩa xung gửi arduino tính tốn đưa giá trị vận tốc điều khuyển cho đèn báo kim phun bơm nhiên liệu sáng Hình 3.21 Chế độ 81 3.5 Chương trình nạp cho arduino (CODE) #include { #include Serial.begin(9600); LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); pinMode(G, INPUT); int Gstate; time01d = 0; int Gcounter = 0; pinMode(IGT1, OUTPUT); int lastGstate; pinMode(IGT2, OUTPUT); float rpm; pinMode(IGT3, OUTPUT); int d = 0; pinMode(IGT4, OUTPUT); unsigned long time01d; pinMode(r1, OUTPUT); int IGT4 = 11; lcd.init(); int IGT3 = 10; lcd.backlight(); int IGT2 = 9; lcd.setCursor(0, 0); int IGT1 = 8; lcd.print("td:"); int r1 = 6; } int l = 4; void loop() int G = 3; { unsigned long now_time = 0; int value = analogRead(A0); unsigned long last_time = 0; int q; int x; q = map(value,0,1023,0,4); float dm; void setup() dm = q * 25; if(digitalRead(l) == LOW ) { lcd.setCursor(5, 0); last_time = millis(); lcd.print(rpm); } lcd.setCursor(11, 0); else if(digitalRead(l) == HIGH) lcd.print("v/p"); { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("domo:"); now_time = millis(); lcd.setCursor(7, 1); lcd.print(dm); if(now_time-last_time= 1000) { 82 { Gcounter++; rpm = (d*60) / (20); d = d +1; Serial.println(d); else Serial.println("SV"); { Serial.println("So dao dong:"); digitalWrite(IGT1,LOW); Serial.println(Gcounter); } if(Gcounter >5 && Gcounter 20) if(Gcounter >10 && Gcounter = && Gcounter else 15 && Gcounter