4.2.1 Sơ đồ khối mô hình hộp ECU
Hình 4.16: Sơ đồ khối cấu trúc hoạt động hộp ECU
Mô hình khối trên mô tả cấu trúc hoạt động của ECU điều khiển phun xăng điện tử với
input là các tín hiệu đầu vào còn output là các cơ cấu chấp hành. Bướm ga điện tử được
điều khiển để đáp ứng với tốc độ mong muốn của người điều khiển xe. Việc thay đổi độ mở của bướm ga sẽ làm thay đổi lượng không khí đi vào động cơ và khi lượng không khí vào nhiều, lượng nhiên liệu cung cấp lớn, công suất của động cơ phát ra lớn. Với hệ thống
Tay ga
71 PGM-FI, lượng nhiên liệu cung cấp được tính toán chính xác hơn nhờ vào các cảm biến đo lưu lượng khí nạp kết hợp với điều khiển lập trình và quá trình tinh chỉnh bản đồ phun xăng.
Chú thích :
Cảm biến CKP: Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu, phát hiện số vòng quay động cơ.
Đây là tín hiệu quan trọng, quyết định thời điểm đánh lửa và phun xăng của mạch điều khiển. Nhóm sử dụng cảm biến quang thay cho cảm biến CKP zin trên xe .
Cảm biến TP: Tín hiệu vị trí của bướm ga, có nhiệm vụ xác định độ mở của bướm ga
và gửi thông tin về bộ xử lý trung tâm giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu theo độ mở bướm ga.
ON – OFF: Khởi động và tắt động cơ gấp, giúp tiết kiệm nhiên liệu.
Tay ga: thay đổi tốc độ động cơ theo mong muốn của người điều khiển.
Điều chỉnh: Điều chỉnh các thông số như, tỷ lệ xăng, góc đánh lửa, góc ngậm, vị trí
cầm chừng ở các chế độ.
Kim phun: dùng để phun lượng nhiên liệu vào buồng đốt.
Đánh lửa: Hệ thống đánh lửa được điều khiển
Bướm ga: góc mở phù hợp để đáp ứng tốc độ mong muốn
Giao tiếp với máy tính: Cổng kết nối với máy tính, dùng để tinh chỉnh bản đồ của ECU.
LCD: Màn hình LCD dùng để hiện thị các thông số như góc đánh lửa, tốc độ tua máy, thời gian phun.
4.2.2 Nguyên lý điều khiển của mạch
Khi có tín hiệu khởi động, ECU đọc các giá trị cảm biến bao gồm: tín hiệu tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu, tín hiệu vị trí bướm ga và tín hiệu khởi động. Tín hiệu khởi động giúp động cơ bù thêm xăng khi xe khởi động. Sau đó, ECU tính thời gian phun bằng cách lấy thông số cơ bản từ bản đồ gốc nhân với bản đồ hiệu chỉnh và thông số tổng để tính ra thời gian phun, góc đánh lửa sớm.
72
4.2.3 Vi điều khiển của mạch
Trong phạm vi của đồ án, nhóm sử dụng vi điều khiển ATmega2560 được tích hợp trên Arduino Mega 2560, lập trình thông qua phần mềm IDE do nhà sản xuất cung cấp.
4.2.4 Sơ đồ đấu dây của hộp ECU
Hình 4.17: Sơ đồ đấu dây hộp ECU và các bộ chấp hành
12V 1 2 SK X1 X2 VPA L A - + MG1 BOM XANG 1 2 THA E1 C E0 BAT LS1 SPEAKER 1 2 May khoi dong THW STOP 1 2 2- 2+ 1- 1+ PIM K1 RELAY START 4 3 1 2 P RC SERVO D1 LED 1 2 # T1 BOBINE 1 5 4 8 S CKP VCC START 1 2 VTA L1 KIM PHUN 1 2 TW 1 2 IGSW 1 2 +5V A0 A6 A7 A2 A1 A3 A4 A5 E2 MOTOR BUOC BAT ECU - LCD - BLUETOOTH TAY GA B+ K2A doc do banh xe 3 4 IG TA 1 2 BUOM GA T
73
4.2.5 Mạch điểu khiển thực tế
74
CHƯƠNG 5: TINH CHỈNH BẢN ĐỒ TRÊN ĐỘNG CƠ 5.1 Kết nối laptop
ECU được kết nối không dây với laptop qua Bluetooth với phần mềm labview.
5.2 Điểu khiển đánh lửa và thời gian phun:
Để thuận lợi cho việc điều khiển, cũng như tinh chỉnh bản đồ của ECU, nhóm sử dụng 3 cách hiện thị: hiển trị trên màn hình LCD, hiển thị trên laptop và hiển thị trên app của smartphone.
5.2.1 Hiển thị trên màn hình LCD
Nhóm sử dụng một LCD text 2004 với 4 hàng 20 cột để hiện thị các thông số cần thiết, cho biết tình trạng hoạt động của động cơ như: tốc độ tua máy RPM, tốc độ xe, nhiệt độ nước làm mát, lượng xăng phun, góc đánh lửa…Ngoài việc hiện thị các thông số trên, màn hình LCD còn dùng để điều khiển các thông số cơ bản của hệ thống điều khiển thông nút điều chỉnh như: góc đánh lửa, lưu lượng phun…
Hình 5.1: Hiển thị trên LCD
Theo thứ tự:
1. Chế độ AUTO-NORM.
2. Chế độ cầm chừng TEST hoặc EXAM. 3. Tín hiệu khởi động, tắt máy.
4. Tín hiệu phun xăng (x) và đánh lửa (l). 5. Tốc độ của tua máy.
75 6. Tốc độ xe. 7. Điện áp ắc quy 8. Chỉnh tỉ lệ xăng ở tất cả các chế độ. 9. Độ mở bướm ga. 10. Góc đánh lửa sớm. 11. Thời gian phun.
12. Nhiệt độ nước, nhiệt độ khí nạp.
13. Cài đặt thông số góc mở bướm ga ban đầu.
5.2.2 Hiển thị trên laptop
- Màn hình LCD tuy nhỏ gọn, nhưng không thể phục vụ cho việc tinh chỉnh bản đồ của ECU. Vì thế, nhóm sử dụng mạch giao tiếp Bluetooth HC – 05 giữa máy tính và mạch điều khiển, hiện thị bằng phần mềm Labview.
- Các vùng làm việc:
+ Vùng cài đặt chung: có các chế độ đọc, ghi, lưu bản đồ giữa laptop với ECU.
Hình 5.2: Vùng cài đặt trên labview
ECU Bluetooth
76 + Vùng hiển thị: hiển thị tốc độ động cơ, vòng tua máy, độ mở bướm ga, điện áp accu.
Hình 5.3: Vùng hiển thị trên labview
+ Vùng cài đặt các chế độ ban đầu:
Bật tắt chế độ auto.
Điều chỉnh cầm chừng của bướm ga theo từng chế độ. .
Bật tắt chế độ hiển thị trên LCD.
Bù thêm góc đánh lửa cho toàn bản đồ lửa. Bù thêm thời gian phun 2ms ở chế độ khởi động. Chỉnh tỉ lệ xăng phun trên bản đồ.
Cài đặt góc mở bướm ga ở chế độ chạy thi. Cài đặt góc mở bướm ga ở chế độ “test”.
Quãng đường bánh xe chạy được trên một xung. Tốc độ tối thiểu (dùng cho chạy tự động). Tốc độ tối đa.
77 + Cách sử dụng
Chọn cổng kết nối với thiết bị HC – 05. Click RUN để thực hiện kết nối.
Chọn các chức năng theo nhu cầu sử dụng. Cụ thể các tính năng cơ bản như sau
Data: giao tiếp hiển thị giá trị dữ liệu hiện hành. Doc Ban do: đọc bản đồ đang sử dụng trong ECU. Ghi Ban do: ghi bản đồ đã tinh chỉnh vào bản đồ hiệu chỉnh của ECU.
+ Cách tinh chỉnh bản đồ phun xăng đánh lửa của ECU. Bật công tắc máy, kết nối máy tính và ECU.
Khởi động động cơ, chờ nhiệt độ động cơ ổn định, bắt đầu tiến hành tinh chỉnh. Con trỏ đen hiển thị vùng làm việc của động cơ.
Ở cột dọc ngoài cùng bên trái bản đồ là hiển thị vùng làm việc của phần trăm góc mở bướm ga, giảm dần từ trên xuống (tương ứng là
trên 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 16%, 14%, 12%, 10%, 8%).
78 Ở hàng trên cùng của bản đồ hiển thị vùng làm việc tương ứng với tốc độ động cơ (rpm/ phút), (là dãy cấp số cộng tăng dần từ trái sang phải, số hạng đầu tương ứng ở mức 0 là 250, mỗi số sau tương ứng là số hạng trước cộng thêm công sai là 250).
Tùy mục đích điều chỉnh, nếu chỉnh bản đồ xăng, giá trị nhập là số nguyên từ 0 – 200, mỗi số tương ứng với 0.1 ms, nếu bản đồ lửa mỗi số tương ứng là 0.5 độ
Sau khi nhập, chọn Ghi BD xang hoặc Ghi BD lua, hoàn tất việc chỉnh bản đồ hiệu chỉnh.
Ngoài việc hiển thị các thông số, giao tiếp với máy tính còn giúp nhóm điều chỉnh bản đổ, đọc và ghi bản đồ một cách nhanh chóng và trực quan, giúp cho việc điều khiển động cơ dễ dàng và chính xác hơn.
5.2.3 Hiển thị trên smartphone
- Nhóm sử dụng app Eco 2020 trên nền tảng Android
- Các thông số hiển thị trên app sau khi kết nối và đọc cài đặt thành công như sau:
ECU HC-05 Smart
79
Hình 5.5: Giao diện trên điện thoại
- Về cơ bản các chức năng trên app ECO 2020 giống với phần mềm Labview trên laptop, ngoại trừ tính năng tinh chỉnh, đọc và ghi bản đồ phun xăng đánh lửa.
- Ngoài ra, ECO 2020 còn được bổ sung tính năng ngắt kết nối hiển thi trên LCD nhằm mục đích chống nhiễu hiển thị.
5.3 Tinh chỉnh, thử nghiệm trên bản đồ và kết quả đạt được 5.3.1 Các bước tinh chỉnh: 5.3.1 Các bước tinh chỉnh:
- Sau khi kết nối với ecu bằng tín hiệu bluetooth, các thông số đã hiển thị đầy đủ trên laptop, ta kiểm tra tay ga trên mô hình rồi xem trên laptop đã nhận được tín hiệu chưa, nếu có ta tiếp tục.
- Ở vùng cài đặt chung, ta lần lượt chọn và sau khi thấy đèn ở và sáng màu xanh ta tiếp tục.
- Nổ máy ở chế độ cầm chừng, ta thấy con trỏ nhày ở đâu thì ta tinh chỉnh chỗ đó cho tới khi nghe tiếng máy ổn
80 - Tiếp tục tăng ga, con trỏ sẽ hoạt động ở những vùng phù hợp với tốc độ RPM và phần trăm độ mở bướm ga, ta tiếp tục tinh chỉnh cho đến khi động cơ hoạt động ổn định.
5.3.2 Kết quả
Sau quá trình tinh chỉnh nhóm đã phát triển được bản đồ xăng và lửa hoạt động tương đối ổn định khi động cơ đã nóng máy.
- Ở chế độ cầm chừng, tiếng động cơ nổ êm và mượt, ít nghe mùi xăng dư.
- Ở chế độ tăng tốc, động cơ lên tua máy khá tốt, ít gầm máy. Tuy nhiên thỉnh thoảng ở họng gió vẫn còn tiếng kêu nổ dội.
Hình 5.6: Bản đồ lửa Hình 5.7: Bản đồ xăng 2 1 3 2 3
81 Chú thích:
1: Vùng làm việc ở chế độ cầm chừng (galanty).
2: Biểu thị tốc độ vòng tua máy (tăng dần từ trái sang phải) (rpm/phút). 3: Biểu thị phần trăm độ mở bướm ga (giảm dần từ trên xuống) (%). Lưu ý:
Để dễ dàng hơn trong quá trình tinh chỉnh, nhóm đã cài đặt sau cho khi tinh chỉnh ở bản đồ xăng giảm 1 đơn vị trên laptop là tương ứng giảm 0.1ms thời gian phun trên động cơ, còn ở bản đồ lửa là 1 đơn vị trên bản đồ tương ứng với 0.5 độ góc đánh lửa sớm trên mô hình
82
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Kết quả
Trong quá trình thực hiện, tuy có gặp một số khó khăn vướng mắc, nhưng nhờ có sự hướng dẫn của thầy Ths. Nguyễn Trọng Thức, chúng em đã hoàn thành được đề tài với những kết quả đạt được như sau:
Lắp ghép hộp ECU có độ ổn định tương đối tốt.
Hộp có thể điều khiển phun xăng và đánh lửa theo các chế độ khác nhau
Lập trình phun xăng đánh lửa làm cho động cơ hoạt động được. Có thể theo dõi hoạt động của động cơ trên máy tính và trên điện thoại smartphone.
Xây dựng được bản đồ phun xăng đánh lửa hoạt động ổn định ở chế độ cầm chừng, tăng tốc, giảm ga.
Qua đề tài này, chúng em có cơ hội áp dụng những kiến thức về điện động cơ và lập trình vi điều khiển vào trong thực tế, ngoài ra chúng em học thêm được những kĩ năng như hàn, sơn, thiết kế linh kiện từ đó rút ra được những kinh nghiệm quý báu, đồng thời thấy được những thiếu sót trong kiến thức để có thể học tập và bổ sung kịp thời cho kinh nghiệm làm việc sau này.
6.2 Hướng phát triển
Đề tài này của chúng em có thể xem là nền tảng tiếp theo cho việc tiếp tục nghiên cứu về xe tiết kiệm nhiên liệu có thể áp dụng cho các cuộc thi thường niên như ECO SHELL, hay nghiên cứu về hệ thống phun xăng đánh lửa trên xe máy được hoàn thiện hơn, có thể thu thập thêm các tín hiệu về cảm biến oxy, MAP… hay việc gắn thêm tải, thử nghiệm trên băng thử - trong phòng thí nghiệm để có thể thực hiện việc đo đạc các đường đặc tính của động cơ, giúp hệ thống hoàn thiện và dễ áp dụng thực tế hơn.
Xa hơn là là việc ứng dụng IoT vào hệ thống phun nhiên liệu giúp động cơ làm việc ngày càng tối ưu và giao tiếp với con người dễ dàng để hướng đến sản xuất những chiếc xe an toàn, tiện nghi hơn.
83
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] http://hoabinhtv.vn/kinh-te/keu-goi-uu-tien-tieu-thu-xang-dau-san-xuat-trong-nuoc [2] https://nhandan.com.vn/thong-tin-doanh-nghiep/thi-truong-xang-dau-viet-nam-khoi-sac- theo-459244/ [3] http://www.monre.gov.vn/Pages/thuc-trang-o-nhiem-khong-khi-o-viet-nam.aspx [4] https://vietnamnet.vn/vn/oto-xe-may/honda-no-luc-bao-ve-moi-truong-bang-he-thong- pgm-fi-2461.html
[5] Đỗ Văn Dũng, Lý thuyết điều khiển động cơ đốt trong, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2004. [6] https://oto.edu.vn/cam-bien-nhiet-do-khi-nap-iat/ [7] https://oto.edu.vn/tim-hieu-ve-cam-bien-nhiet-nuoc-lam-mat/ [8] https://oto.edu.vn/tim-hieu-ve-cam-bien-vi-tri-buom-ga-tps-sensor/ [9[ https://tailieuoto.vn/dong-co-phun-xang-dien-tu-pgm-fi-tren-honda-future/ [10] http://arduino.vn/bai-viet/542-gioi-thieu-arduino-mega2560 [11] https://nshopvn.com/product/arduino-mega2560-r3-atmega16u2/ [12] https://dientutuonglai.com/gioi-thieu-arduino-mega-2560.html [13] https://icdayroi.com/module-encoder-motor [14] https://hoplongtech.com/tin-tuc/cam-bien-quang-phan-loai-cau-tao-nguyen-ly-hoat- dong [15]. https://icdayroi.com/servo-mg996r