Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ nước làm mát động cơ thấp ( động cơ vừa khởi động ) thì ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun thêm xăng khi động cơ cịn nguội.
Khi ECU tính tốn nhiệt độ nước làm mát thấp hơn -40°c hoặc lớn hơn 140°C lúc này ECU sẽ báo hỏng đồng thời nhập chế độ dự phòng với nhiệt độ quy ước 80°C. [9]
2.1.4.7. Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
1: khối cảm biến; 2: điện trở nhiệt; 3:khối điều khiển; 4: khối điện trở giới hạn dòng
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và điện trở R được mắc nối tiếp. khi giá trị điện trở của cảm biến thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát. Điện áp tại cực THW cũng thay đổi theo. Dựa vào tín hiệu này ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả năng ổn định khi động cơ nguội.
2.1.4.8. Cảm biến vị trí trục cam;
Nguyên lí hoạt động.
Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng. Khi trục cam quay, khe hở khơng khí giữa các vấu nhơ ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này được chuyển đi như một thơng tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU
động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến trục khuỷu để xác định TCD ( điểm chết trên) kỳ nén của mỗi xy lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa.
Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam.
1: Rơto tín hiệu; 2: Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam.
2.1.4.9. Cảm biến vị trí trục khuỷu.
Hình 2.22:Cảm biến vị trí trục khuỷu. Hình 2.20 Cảm biến vị trí trục cam.
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động.
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ. ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tính tốn thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Đối với tín hiệu G, tín hiệu NE được tạo ra bởi khe khơng khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu và các răng trên chu vi của rơto tín hiệu NE được lắp trên trục khuỷu.
Bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi rơto tín hiệu NE và 1 khu vực có hai răng khuyết. Khu vực có hai răng khuyết này có thể được sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu, nhưng nó khơng thể ác định xem đó là điểm chết trên của chu kì nén hay điểm chết trên của chu kì xả. ECU động cơ kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G để xác định đầy đủ và chính xác góc của trục khuỷu.
Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu.
1: Rơto tín hiệu; 2 Cuộn dây cảm biến vị trí trục khuỷu
2.1.4.10. Cảm biến tiếng gõ.
Cấu tạo và nguyên lí.
Cảm biến tiếng gõ được gắn vào thân máy, và truyền tín hiệu KNK tới ECU động cơ khi phát hiện tiếng gõ động cơ. ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễ thời điểm đánh lửa để giảm tiếng gõ. Cảm biến này có các phần tử áp điện, tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây rung động trong thân máy và
làm biến dạng phần tử này. Tần số tiếng gõ của động cơ nằm trong giới hạn từ 6 đến 13kHz.
1: Thân cảm biến; 2: phần tử áp điện. 3 Điện trở phát hiện hở mạch.
Sơ đồ mạch cảm biến tiếng gõ: [1]
2.1.4.11. Cảm biến bàn đạp ga.
Cấu tạo và nguyên lí.
Hình 2.24:Cảm biến tiếng gõ.
Hình 2.25: Sơ đồ mạch
1. IC Hall , 2. Nam châm , 3. Cần bàn đạp ga
Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử hall.
Cảm biến này gồm có các mạch IC hall làm bằng phần tử hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp trên trục của bàn đạp chân ga và quay cùng bàn đạp chân ga. Khi đạp chân ga các nam châm này quay cùng một lúc và thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó IC Hall phát hiện sự thay đổi dựa vào thông số gây ra bởi sự thay đổi vị trí nam châm tạo ra điện áp của hiệu ứng hall từ các cực VTA1 Và VTA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu được truyền đến ECU như tín hiệu đạp chân ga.
Sơ đồ mạch cảm biến bàn đạp ga.
Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga, điện áp được mở đến cực VPA và VPA2 của ECU thay đổi từ 0-5V tỉ lệ với góc của bàn đạp ga. VPA là tín hiệu chỉ ra góc mở thực tế và dùng để điều khiển động cơ. VPA2 thường dùng để phát hiện các hư hỏng của cảm biến. ECU kiểm sốt góc bàn đạp ga từ tín hiệu VPA và VPA 2 phát ra và điều khiển mơ tơ theo tín hiệu này.
2.1.5 ECU
Điều khiển điện tử đảm bảo nhiều chức năng khác nhau tùy theo từng loại của nhà chế tạo. Chung nhất là bộ tổng hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thơng tin, tính tốn, quyết định chức năng hoạt động và gữi các tín hiệu đi thích hợp. Những bộ phận phụ hỗ trợ cho nó là các bộ ổn áp, điện trở hạn chế dịng. Vì lí do này bộ điều khiển có tên gọi khác nhau tùy nhà sản suất. [10]
2.1.5.1. Chức năng của ECU
ECU có hai chức năng chính:
+ Điều khiển thời điểm phun: được quyết định theo thời điểm đánh lửa. + Điều khiển lượng xăng phun: tức là xác định thời điểm phun, thời điểm này xác định theo:
Tín hiệu phun cơ bản: được xác định theo tín hiệu động cơ và tín hiệu lưu lượng khí nạp.
Tín hiệu hiệu chỉnh: được xác định từ các cảm biến ( nhiệt độ, vị tri, tín hiệu tải…)
Chức năng tự chẩn đốn và lưu mã lỗi.
2.1.5.2. Các bộ phận của ECU
ECU được đặt trong vỏ kim loại để tránh nước. Nó được đặt ở nơi ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ.
Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch kín. Các linh kiện cơng suất của tầng cuối bắt liền với một khung kim loại của ECU mục đích để tản nhiệt tốt. Vì dùng IC và linh kiện tổ hợp nên ECU rất gọn, sự tổ hợp các nhóm chức năng trong IC ( bộ tạo xung, bộ chia xung , bộ dao động điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao. Một đầu ghim đa chấu cùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với kim phun và các điểm. [5]
2.1.5.3. Các thông số hoạt động của ECU
Là tốc độ động cơ và lượng khí nạp. Các thơng số này là thước đo trực tiếp tình trạng tải của động cơ.
Các thơng số thích nghi:
Điều kiện hoạt động của động cơ ln thay đổi thì tỉ lệ hịa khí phải thích ứng theo. Chúng ta sẽ đề cập đến các điều kiện sau:
- Khởi động. - Làm ấm. - Thích ứng tải.
Đối với khởi động và lám ấm ECU sẽ tính tốn xữ lí các tín hiệu của cảm biến nhiệt độ động cơ. Đối với tình trạng thay đổi tải thì mức tải khơng tải, một phần tải, tồn tải được chuyển tín hiệu đến ECU nhờ cảm biến bướm ga.
Các thơng số chính xác.
- Để đạt được chế độ vận hành tối ưu ECU xem thêm các yếu tố ảnh hưởng; Trạng thái chuyển tiếp khi gia tốc.
- Sự giới hạn tốc độ tối đa. - Sự giảm tốc.
Những yếu tố này được xác định từ các cảm biến đã nêu, nó có quan hệ và tác động đến tín hiệu điều khiển kim phun một cách tương ứng.
ECU sẽ tính tốn các thơng số thay đổi cùng với nhau, mục đích cung cấp cho động cơ một lượng xăng cần thiết theo từng thời điểm.
2.1.5.4. Các chế độ làm việc
Làm đậm trong và sau khi khởi động.
Quá trình làm đậm này sẽ tăng lượng phun phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát (lượng phun sẽ lớn hơn khi nhiệt độ nước làm mát thấp). Để nâng cao khả năng khởi động và cải thiện tính ổn định hoạt động trong một khoảng thời gian nhất định sau khi động cơ đã hoạt động. Lượng phun sẽ giảm dần đến lượng phun cơ bản.
Trong suốt quá trình làm ấm, động cơ nhận thêm nhiều xăng hơn, quá trình làm ấm sẽ tiếp theo sau quá trình khởi động lạnh. Trong quá trình này động cơ cần một hỗn hợp tương đối giàu xăng, vì khi đó vách thành xy lanh còn lạnh và xăng còn ngưng tụ chưa bay hơi hết. Quá trình cấp xăng làm ấm máy được chia thành hai thời ki:
- Thời kì đầu: việc làm giàu xăng khi chạy ấm máy sẽ phụ thuộc vào thời gian gọi là làm giàu xăng khi khởi động. Thời lượng này sẽ kéo dài 30s tùy thuộc vào loại động cơ mà cung cấp them 30 đến 60% xăng.
- Thời kì sau: động cơ cần hỗn hợp loãng hơn, phần này được điều khiển theo nhiệt độ động cơ.
Đồ thị cho ta liên hệ giữa đường cong làm giàu xăng lí tưởng tính theo thời gian khởi động.
Hình 2.28:Đồ thị làm giàu xăng lí tưởng.
Khi động cơ đạt đến nhiệt độ bình thường thì cảm biến nhiệt độ gửi tín hiệu đến ECU, từ đó ECU sẽ ngừng q trình chạy ấm máy.
Thích ứng theo điều kiện tải.
Các mức tải khác nhau sẽ cần thành phần hỗn hợp khác nhau. Đường cong về lượng xăng cần thiết được xác định từ cảm biến lưu lượng trong từng điều kiện hoạt động của động cơ:
Ở chế độ khơng tải hỗn hợp xăng- khơng khí q lỗng có thể dẫn đến không tải không ổn định hoặc thậm chí động cơ khơng nổ. Vì vậy cần phải có hỗn hợp giàu xăng cho chế độ này.
- Một phần tải:
Một phần thời gian của động cơ sẽ hoạt động ở chế độ một phần tải. ECU sẽ lập trình đường xăng cần thiết và quyết định lượng xăng cung cấp. Đường xăng được thiết lập sao cho ở chế độ một phần tải sẽ lợi xăng nhất.
- Toàn tải:
Động cơ phát ra cơng suất cực đại, tín hiệu tồn tải được cảm biến vị trí bướm ga gửi đến ECU. Mức độ giàu xăng dã được ECU tính tốn sẵn.
- Tăng tốc:
Khi ECU nhận thấy xe đang tăng tốc từ tín hiệu của các cảm biến, nó tăng lượng phun để nâng cao tính tăng tốc. Giá trị hiệu chỉnh ban đầu được xác định bằng nhiệt độ nước làm mát và mức độ tăng tốc. Lượng phun tăng dần tính từ thời điểm này.
Thích ứng theo nhiệt độ khí nạp
Lượng khí nạp cần thiết cho quả trình cháy sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ khí nạp hút vào. Khơng khí lạnh sẽ đặc hơn, điều này có nghĩa là cùng với một vị trí bướm ga thì hệ sồ dung tích khí nạp trong xy lanh sẽ giảm, khi nhiệt độ tăng thông tin ghi nhận nhờ cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp tai cảm biến lưu lượng gữi về ECU. ECU xem nhiệt độ 20°C là mức chuẩn.
Nếu nhiệt độ <20°c lượng xăng phun tăng. Nếu nhiệt độ >20°c lượng xăng phun giảm.
Giới hạn tốc độ động cơ.
Thực hiện nhờ một mạch giới hạn trong ECU. Tín hiệu động cơ được so sánh với một giới hạn cố định. Nếu vượt quá ECU sẽ điều khiển hạn chế phun hoặc ngưng phun. Việc này đảm bảo an toàn cho động cơ.
Khi ECU động cơ nhận thấy động cơ đang giảm tốc, nó điều khiển giảm lượng phun tránh hỗn hợp quá đậm khi giảm tốc.
Các tín hiệu điều khiển: lượng khí nạp, tốc độ động cơ, cảm biến vị trí bướm ga, nhiệt độ nước làm mát.
Điều khiển tốc độ không tải
Khi động cơ chạy ở tốc độ không tải ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến. Khi đó ECU tự động điều khiển bướm ga đến vị trí tối ưu nhất. Tại vị trí này động cơ nổ với tốc độ thấp nhất và lượng nhiên liệu phun vào tối ưu nhất.
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ CODEVISION AVR MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG EFI 3.1. Cấu tạo của hệ thống phun xăng (EFI)mô phỏng
3.1.1 Sơ đồ hệ thống phun xăng (EFI)
Hình 3.1:Mơ phỏng trên ứng dụng proteus
3.1.2 Cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử (EFI)mô phỏng 3.1.2.1. Vi điều khiển atmega 16 3.1.2.1. Vi điều khiển atmega 16
- AVR Atmega16 là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel
cũng là nhà sản xuất dịng vi điều khiển 89C51 mà có thể bạn đã từng nghe đến). AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa- RISC(Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí. [10]
- Vi điều khiển Atmega 16 hiệu suất cao, công suất thấp Atmel 8-bit AVR RISC dựa trên kết hợp 16KB bộ nhớ flash có thể lập trình, 1KB SRAM, 512B EEPROM, một 10-bit A / D chuyển đổi 8-kênh, và một giao diện JTAG cho on-chip gỡ lỗi. Thiết bị hỗ trợ thông lượng của 16 MIPS ở 16 MHz và hoạt động giữa 4,5-5,5 volt.
- Vi điều khiển ở đây được sử dụng để tính tốn thời gian mở các transistor
theo góc quay của động cơ encoder.
Hình 3.2: Hình ảnh ATMEGA 16
3.1.2.2. Transistor
- Là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một
phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.
- Transistor được sử dụng làm cơ cấu điều khiển đánh lửa
-
Hình 3.3:Transistor
3.1.2.3. Động cơ encoder
- Động cơ encoder đóng vai trị như trục khuỷu trong động cơ thực với
biến trở được lắp phía trước để có thể điều khiển tốc độ động cơ
- Nguyên lý cơ bản của encoder: đó là một đĩa trịn xoay, quay quanh trục.
Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ khơng có lỗ (rãnh), đèn led khơng chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay khơng.Số xung đếm được
và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt. Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vng và các tín hiệu xung vng này được cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm trịn đó. [8]
3.1.3 Lập trình điều khiển hệ thống đánh lửa
Phần Code của lập trình điều khiển
#include <mega16.h>
#include <delay.h>
// Alphanumeric LCD Module functions #include <alcd.h>
#include <stdio.h>
//khai báo biến
unsigned char chuoi[16];
unsigned int dem=0, temp=0, x,a, times=0; unsigned int nhietdo ;
#define led1 PORTC.0 #define led2 PORTC.1 #define led3 PORTC.2 #define led4 PORTC.3
// hàm ngắt
interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) {
temp++; TCNT0=156; }
#define FIRST_ADC_INPUT 0 #define LAST_ADC_INPUT 1
unsigned int adc_data[LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1]; #define ADC_VREF_TYPE 0x00
interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void) {
static unsigned char input_index=0;
adc_data[input_index]=ADCW;
if (++input_index > (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT)) input_index=0;
ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff))+input_index; delay_us(10); ADCSRA|=0x40; } // chương trình chính void main(void) { PORTA=0x00; DDRA=0x00;
PORTB=0x00; DDRB=0xFF; PORTC=0x0F; DDRC=0x0F; PORTD=0x00; DDRD=0x00; TCCR0=0x02; TCNT0=0x00; OCR0=0x00; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; ASSR=0x00;
TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; GICR|=0x40; MCUCR=0x03; MCUCSR=0x00; GIFR=0x40; TIMSK=0x01; UCSRB=0x00; ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // ADC initialization
// ADC Clock frequency: 1000.000 kHz
ADMUX=FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); ADCSRA=0xEB;
SFIOR&=0x1F;
SPCR=0x00;
TWCR=0x00;
// Alphanumeric LCD initialization