a) Khối điều khiển ra đánh lửa
Chức năng:
Khuếch đại tín hiệu đầu ra của vi điều khiển. Bảo vệ vi điều khiển.
Sơ đồ mạch điện:
Hình 2.40-Mạch điện đến IC đánh lửa máy 1.
Hình 2.41-Mạch điện đến IC đánh lửa máy 2.
Hình 2.42-Mạch điện đến IC đánh lửa máy 3.
Hình 2.43-Mạch điện đến IC đánh lửa máy 4.
Khối điều khiển đầu ra đánh lửa này với chức năng chính là ngắt dòng sơ cấp một cách đột ngột, dứt khoát để tạo ra điện thế cao áp trên cuộn thứ
cấp của bobbin. Vì vậy, IC IGBT NGB8202N được dùng để làm việc đó.
IC IGBT NGB8202N có đặc điểm sau:
• Bảo vệ ESD Cổng-cực phát.
• Giới hạn ghim điện áp cổng-cực góp đuợc bù nhiệt. • Ứng suất được đặt vào tải.
• Bảo vệ diode ESD tích hợp.
• Điện áp ngưỡng thấp từ các tải công suất giao diện đến logic hoặc bộ vi xử lý các thiết bị.
• Điện áp bão hòa thấp. • Khả năng dòng xung cao.
• Điện trở cổng-cực phát tích hợp (RGE).
Sơ đồ khối của NGB8202N được trình bày ở hình dưới:
Hình 2.44-Sơ đồ khối và các chân của NGB8204N.
Hình 2.45-Mạch ứng dụng NGB8204N.
Khi mức cao của đầu ra micro khoảng 3.3V, nó không thể mở IGBT hoàn toàn. Vì vậy, 74ACT125 được sử dụng cho bộ tiền điều khiển của IGBT. IGBT được điều khiển từ mô đun GPTA vi điều khiển. Đồng thời chân GPTA22 sẽ điều khiển giới hạn dòng điện qua cuôn sơ cấp bobbin ở một giá trị giới hạn. Các chân IGN_current_sensor nối lại với nhau tại mạch hạn chế dòng.
Hình 2.46-Vị trí khối điều khiển đánh lửa trên ECU.
Sơ đồ khối điều khiển đánh lửa của ECU:
Việc điều khiển đánh lửa gồm hai điều khiển cơ bản: Điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động.
- Điều khiển việc đánh lửa lúc khởi động được thực hiện bằng việc tiến hành đánh lửa ở góc trục khuỷu được xác định trước trong các điều kiện làm việc của động cơ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Việc điều khiển đánh lửa sau khi khởi động được thực hiện bởi góc thời điểm đánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản (được tính toán theo tải trọng và tốc độ của động cơ) và các điều chỉnh khác nhau.
Hình 2.48-Điều khiển góc đánh lửa.
Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng công thức sau:
θ = θbđ + θcb + θhc (2.1)
Trong đó:
θ: là góc đánh lửa sớm thực tế. θbđ: là góc đánh lửa sớm ban đầu. θcb: là góc đánh lửa sớm cơ bản. θhc: là góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
Góc đánh lửa sớm ban đầu (θbđ) phụ thuộc vào vị trí của cảm biến xác định vị trí trục cam (Cam_signal). Thông thường, trên các loại xe góc đánh lửa sớm ban đầu được điều chỉnh trong khoảng 5o đến 15o trước tử điểm thượng ở tốc độ cầm chừng. Đối với hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử khi chỉnh góc đánh lửa sớm, ta chỉ chỉnh được góc đánh lửa sớm ban đầu.
Dựa vào số vòng quay (Crank_signal) và tải động cơ ECU sẽ đọc giá trị của góc đánh lửa sớm cơ bản (θcb) được lưu trữ trong bộ nhớ .
Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (θhc): Tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ động cơ (Enginer_Temp), nhiệt độ khí nạp (Air_Temp), tín hiệu kích nổ (Knock), … sẽ lần lượt báo về lần lượt các chân AN21, AN20, AN32,…của vi điều khiển, từ đó vi điều khiển sẽ tính toán, quyết định cộng thêm một góc đánh lử là bao nhiêu (tùy loại động cơ). Vì vậy góc đánh lửa sớm thực tế được tính bằng góc đánh lửa sớm ban đầu cộng với góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh để đạt được góc đánh lửa sớm lý tưởng theo từng chế độ hoạt động của động cơ. Khi xung điều khiển đánh lửa đã được tính toán và xuât ra ở mức cao thì tín hiệu xung này đi qua bộ khuếch đại điện áp (vì mức ra cao của TC1766 chỉ ở mức 3,3 V không đủ để điều khiển mở transistor công suất NGB8202N) đến tiến hành mở transistor công suất NGB8202N và tiến hành đánh lửa.
b) Khối điều khiển ra phun xăng
Chức năng:
Giao tiếp trung gian giữ vi điều khiển và vòi phun. Điều khiển trực tiếp sự đóng/ngắt vòi phun.
Bảo vệ vi điều khiển.
Hình 2.50-Mạch điều khiển phun xăng.
Mạch điều khiển phun xăng này sử dụng IC TLE8710E để điều khiển trực tiếp vòi phun. IC TLE8710E là IC đa chức năng, ngoài các chân OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 dùng để điều khiển vòi phun các chân khác còn dùng để điều khiển cuộn solenoid VVT, rờ le A/C, rờ le quạt làm mát, rờ le chính.
IC TLE8710E có những đặc điểm sau:
Ě Kênh thứ hai Micro [MSC] Đầu vào dữ liệu và đầu ra chẩn đoán. Ě Giao tiếp an toàn (MSC, và song song).
Ě Tương thích với cổng I / O của vi điều khiển 3,3 V .
Ě Ghim SAFETM để sử dụng song song các kênh với hiệu suất cao. Ě AEC đạt chuẩn.
Hình 2.51-Sơ đồ khối của TLE8710E.
Hoạt động:
Ở một số ECU khác thì Transitor công suất được bố trí rời ngoài mạch, nhưng đối với ECU này Transitor công suất được tích hơn luôn trong IC TLE8710E. Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển thì tín hiệu điện áp điều khiển cơ cấu chấp hành tại cổng điều khiển (gate control) sẽ kích hoạt chân gốc của con Transitor công suất để kích hoạt trạng thái on/off. Cơ cấu chấp hành ở đây ngoài các vòi phun nhiên liệu, còn có solenoi VVT, relay bơm nhiên liệu, relay A/C, relay quạy nước làm mát và relay chính.
Sơ đồ khối điều khiển phun xăng của ECU:
Hình 2.53-Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phun xăng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhiên liệu được phun độc lập cho từng xi lanh mỗi lần sau hai vòng quay của trục khuỷu.
Vi điều khiển TC1766 nhận tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến vị trí trục cam (Cam_signal), nhiệt độ động cơ (Enginer_signal), nhiệt độ không khí nạp (Air_signal), cảm biến oxy (Lambda_sensor 1,2),…báo về các chân của TC1766, theo chương trình đã được định sẵn nó sẽ xử lý tín hiệu và quyết định đưa ra tín hiệu điều khiển, tín hiệu điều khiển được đưa vào TLE8710E (tham khảo sơ đồ khối TLE8710E trên hình 2.50) và thực hiện việc cấp/ngắt dòng điện qua vòi phun để thực hiện phun nhiên liệu.
c) Khối điều khiển cụm bướm ga
Chức năng
Khối điều khiển cụm bướm ga gồm có hai chức năng: • Điều khiển bướm ga (ETC).
Sơ đồ mạch
Điều khiển bướm ga (ETC) • Sơ đồ mạch điện:
Hình 2.54-Sơ đồ mạch điều khiển bướm ga.
Trong thiết kế này người ta dùng ICTLE8209 để điều khiển động cơ DC, với chức năng an toàn cao. TLE8209 có các tính năng sau:
• Điện áp của nguồn pin hoạt động 4,5 V đến 28 V. • Điện áp nguồn logic hoạt động 4.4 đến 5.3 V. • Dòng tải một chiều liên tục 3.5 A (Tj <150 ° C).
• Giới hạn dòng đầu ra loại 1,5 đến 8,6 A. (có thể cấu hình được). • Ngắn mạch và ngừng vì nhiệt.
• Khả năng chẩn đoán đầy đủ, bao gồm cả chế độ hoạt động chuyển mạch đơn.
• Tần số chuyển mạch đầu ra lên đến 11 KHz. • Giao diện SPI để cấu hình và chẩn đoán.
• Mức đầu ra logic bắt nguồn từ nguồn áp riêng biệt VDDIO. • Tất cả các chân I / O chịu được quá áp lên đến 18 V.
• Giám sát nguồn áp logic bao gồm cả chân ngắt hai chiều. • Chẩn đoán bởi SPI hoặc cờ trạng thái.
• Hai đầu vào độc lập để vô hiệu hóa thiết bị (ABE và DIS).
• Điều khiển các tầng công suất bởi SPI hoặc các đầu vào song song (có thể cấu hình bởi SPI).
Hình 2.55-Sơ đồ khối IC TLE8209.
• Hoạt động:
Hoạt động của mạch ta chú ý một số điểm sau:
- Tham số của C510 là quan trọng vì nó là Tụ nạp điện tích.
- Chân 12 nên được cấu hình thành chân đầu vào, nó sẽ được kéo xuống khi lỗi xảy ra.
để điều khiển motor tới/đảo ngược và giới hạn dòng. Chân ABE (TLE8209) được sử dụng để phát hiện vị trí của thiết bị này. Vì vậy, vị trí lỗi của TLE8209 có thể được đọc qua giao tiếp SPI.
• Sơ đồ khối điều khiển bướm ga:
Hình 2.56-Khối điều khiển bướm ga.
Điều khiển bướm ga bằng điện tử (ETC) là một hệ thống sử dụng máy tính để điều khiển bằng điện góc mở của bướm ga. Góc mở bướm ga thông thường được điều khiển trực tiếp bằng cáp nối từ bàn đạp chân ga đến bướm ga để mở và đóng nó. Trong hệ thống này dây cáp được loại bỏ, và TC1766 sẽ điều khiểm mô tơ, mô tơ điều khiển bướm ga để điều khiển góc mở của bướm ga đến một giá trị tối ưu tương ứng với mức độ đạp bàn đạp ga. Ngoài ra, góc mở của bàn đạp ga được nhận biết bởi cảm biến vị trí bướm ga. Hệ thống ETC bao gồm các cảm biến vị trí bướm ga, ECU động cơ và cổ họng gió. Cổ họng gió bao gồm bướm ga, mô tơ ETC, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điều khiển chạy không tải (ISCV) • Sơ đồ mạch điện:
Hình 2.57-Khối điều khiển ISCV.
Khối điều khiển ISCV này dùng mô tơ bước để điều khiển đóng mở van chạy không tải. IC giữ chức năng chính trong mạch này là IC TLE4208. Nó có các tính năng như sau:
- Trình điều khiển lên đến 3 motor.
- Các bộ phân phát lên đến 0,8 A liên tục.
- Tối ưu hóa cho các ứng dụng quản lý động cơ DC. - Sự tiêu thụ dòng rất thấp trong chế độ chờ .
- Điện áp bão hòa thấp; loại 1.2 V @ 25°C toàn phần, 0.4 A. - Đầu ra được bảo vệ chống ngắn mạch.
- Chẩn đoán cờ lỗi.
- Chẩn đoán và khóa quá áp. - Khóa thấp áp.
- Các đầu vào tương thích CMOS / TTL với sự trễ. - Không có dòng giao nhau.
- Các điốt ghim bên trong.
- Bảo vệ quá nhiệt với hiện tượng trễ và chẩn đoán. - Gói P-DSO với công suất được tăng cường.
Hình 2.58-Sơ đồ khối của TLE4208.
• Hoạt động:
Một bộ bốn nửa cầu được cấu hình như hai cầu đầy đủ là một vấn đề rất cơ bản. Nó điều khiển hai cuộn dây trong stato của motor bước lưỡng cực để điều khiển tốc độ chạy không tải bằng cách thay đổi khe hở van khí phụ. Vi điều khiển TC1766 phải cung cấp các đầu vào PWM cho IN1,IN2,1N3,IN4 để động cơ tiến về trước hoặc đảo ngược. Bởi vì T LE4208 ở mức logic 5V, trong khi TC1766 ở mức logic 3.3V, do đó phải sử dụng cơ chế dịch mức (IC 74LVC4245).
Hình 2.59-Khối điều khiển chạy không tải (ISCV).
Vi điều khiển TC1766 được lập trình với các giá trị tốc độ động cơ tiêu chuẩn tương ứng với các điều kiện như sau:
- Nhiệt độ nước làm mát (Engine_Temp).
- Điều hòa không khí tắt hay mở (A/C_ Switch). - Các tín hiệu khác.
Các cảm biến truyền tín hiệu đến TC1766, nó sẽ điều khiển dòng khí bằng các điều khiển đóng/mở van khí phụ, dòng khí chạy qua đường khí phụ và điều chỉnh tốc độ không tải đến giá trị tiêu chuẩn.
Chương 3:
CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
3.1. Đặt vấn đề
Ngày nay, trước những sức ép về tiết kiệm nhiên liệu khi mà nguồn dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt cũng như việc cắt giảm hàm lượng các khí thải độc hại theo các tiêu chuẩn khí thải mới thì việc áp dụng điện-điện tử vào điều khiển động cơ là điều vô cùng quan trọng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trước tình hình đó, việc nghiên cứu điện điều khiển động cơ là rất cần thiết.
Đối với một động cơ xăng muốn hoạt động tốt sẽ phụ thuộc vào 3 yếu tố: Hòa khí tốt (xăng- không khí có tỉ lệ thích hợp); áp suất nén buồng đốt cao; đánh lửa mạnh (tia lửa mạnh, liên tục, đúng thời điểm). Hơn nữa, động cơ xăng là động cơ đốt cháy cưỡng bức vì thế hệ thống đánh lửa là rất quan trọng. Chính vì vai trò quan trọng của hệ thống đánh lửa, nên các nhà sản xuất xe không ngừng cải tiến để hoàn thiện hệ thống này. Trên những chiếc xe ô tô hiện đại thì hệ thống đánh lửa má vít không còn được sử dụng và thay vào đó là hệ thống đánh lửa điện tử.
Trên đà phát triển này, trong chương 3 này tôi sẽ chọn phương án:
Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm bo mạch điều khiển đánh lửa lập trình cho động cơ xăng trên ô tô. Đây là hệ thống rất quan trọng đối với động cơ xăng.
Việc nghiên cứu chế tạo thử nghiệm bo mạch điều khiển đánh lửa lập trình cho động cơ xăng trên ô tô, đối với các trường khác thì đây là đề tài đã có nhiều sinh viên nghiên cứu và chế tạo thành công. Nhưng đối với trường ta, việc nghiên cứu này là rất mới mẻ và còn nhiều hạn chế.
Mục đích của tôi về việc nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm bo mạch điều khiển đánh lửa lập trình trên động cơ ô tô là:
+ Thỏa mãn được nhu cầu muốn được nghiên cứu một cái phần nào đó về điện điều khiển tự động trên ô tô.
+ Là nền tảng, là cơ sở để sau này nghiên cứu tiếp.
+ Là mô hình mô phỏng cho các khóa sau tham khảo và tiếp tục phát triển mô hình lên một mức cao hơn.
+ Có thể áp dung vào cải tiến trên xe gắn máy. Ví dụ như: Thay bộ chế hòa khí trên xe máy bằng phun xăng đánh lửa lập trình. Điều khiển góc đánh lửa sớm cho xe gắn máy chạy bằng nhiên liệu PLG, vv…