Vai trị
Dùng để đĩng và ngắt vịi phun, bobine theo tín hiệu điều khiển, vịi phun, bobine sẽ nhận tín hiệu độc lập theo sự điều khiển của ECU.
- Sơ đồ mạch điện và linh kiện phun xăng
Hình 3.26 Màn hình LCD 16 × 2
Hình 3.27 sơ đồ mạch khối ra điều khiển vịi phun hoạt động như sau:
Mạch này dung cách ly quang với 5 con OPTO: OPTO5, OPTO6, OPTO7, OPTO8, OPTO9. Với 5 con OPTO này sẽ cách ly điện áp giữa bo mạch của vi điều khiển với mạch lực bên ngồi. Tức là 5 con opto cĩ chức năng bảo vệ vi điều khiển. Các con linh kiện Q6, Q7, Q8, Q9, Q10 (các IRF540N/TO) là các con transistor cơng suất cĩ tần số đĩng/ngắt cao. IRF540 được điều khiển đĩng ngắt bằng điện áp 12V mà điện áp ra của vi điều khiển là 0V vì vậy 4 con linh kiện opto như một cái khố chuyển điện áp từ mức 0V sang 12V và đưa trực tiếp nguồn 12V đến chân 1 IRF540 để thực hiện điều khiển đĩng/ngắt con transtor cơng suất này.
Các điện trở R26, R27, R28, R29, R30, dùng hạn chế dịng điện bảo vệ các OPTO, giá trị là 330kΩ. Các điện trở R36, R37, R38, R39, R40 hạn chế dịng qua Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, giá trị thường dùng là 20kΩ. Các điện tín hiệu Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, dùng để kích các đèn LED5, LED6, LED7, LED8, LED9 . Các đèn điện trở R41, R42, R43, R44, R45, dùng để bảo vệ đèn LED5, LED6, LED7, LED8, LED9, và các LED này dùng để báo hiệu phun xăng khi cĩ tín hiệu phun xăng. Các điện trở R31, R32, R33, R34, R35, dùng để lọc nhiễu, giá trị là 10kΩ. Chân 2 ở giắc cắm MOTOR 2 là các chân ra để kết nối với kim phun. PWM (5,6,7,8,9) là các chân điều khiển tín phun xăng được kết nối với vi điều khiển.
- Sơ đồ mạch điện và linh kiện đánh lửa
Hình 3.28 sơ đồ mạch khối ra điều khiển đánh lửa hoạt động như sau:
Mạch này dùng cách ly quang với 4 con : OPTO1, OPTO2, OPTO3, OPTO4. Với 4 con opto này sẽ cách ly điện áp giữa bo mạch của vi điều khiển với mạch lực bên ngồi. Tức, 4 con opto cĩ chức năng bảo vệ vi điều khiển. Các con linh kiện Q2, Q3, Q4, Q5 ( các IRF540N/TO) là các con transistor cơng suất cĩ tần số đĩng/ngắt cao. IRF540N được điều khiển đĩng ngắt bằng điện áp 12v mà điện áp ra của vi điều khiển là 0V vì vậy 4 con linh kiện opto như một cái khố chuyển điện áp từ mức 0V sang 12V và đưa trực tiếp nguồn 12V đến chân 1 IRF540 để thực hiện điều khiển đĩng/ngắt con transtor cơng suất này. Các điện trở R10, R11, R12, R13, dùng hạn chế dịng điện bảo vệ các OPTO, giá trị là 330kΩ. Các điện trở R18, R19,
R20, R21 hạn chế dịng qua Q2, Q3, Q4, Q5, giá trị thường dùng là 20kΩ. Các điện trở R22, R23, R24, R25, dùng để bảo vệ các đèn LED1, LED2, LED3, LED4, giá trị là 1kΩ. Các đèn LED1, LED2, LED3, LED4. dùng để báo hiệu đánh lửa khi cĩ tín hiệu đánh lửa. Các điện trở R14, R15, R16, R17 dùng để lọc nhiễu, giá trị là 10kΩ. IGT1, IGT2, IGT3, IGT4 là các chân điều khiển tín hiệu đánh lửa được kết nối với vi điều khiển. Chân 2 ở giắc cắm MOTOR 2 là các chân ra để kết nối với bobine.
3.3.3. Quy trình làm board mạch 3.3.3.1. Chuẩn bị + Ý tưởng thiết kế. + Sử dụng phần mềm Proteus, Ocard 10.5. + Chẩn bị các linh kiện. + Chì hàn và các vật dụng khác. 3.3.3.2. Các bƣớc làm board mạch
Bước 1: Vẽ sơ đồ nguyên lý
Thực hiện trên phần mềm Orcad 10.5
Sau khi thiết kế mạch nguyên lý trên phần mềm orcad và việc lên ý tưởng cho việc sắp xếp, bố trí các linh kiện trên board mạch đẹp, nhỏ gọn, thẩm mĩ, tiết kiệm thời gian và kinh tế trước khi tiến hành thi cơng mạch. Chính vì vậy nhĩm đã sử dụng phần mềm Proteus (Layout) để sắp xếp các linh kiện trên board mạch một cách hợp lý, tối ưu nhất về kích thước.
Hình 3.30 Giao diện layout in proteus Hình 3.29 Giao diện phần mềm orcad 10.5
Bước 2: Xuất sơ đồ nguyên lý ra mạch in
Hình 3.31 Linh kiện sắp xếp trên phần mềm proteus
Bước 3: Cắt board mạch
Hình 3.33 Cắt phần layout từ giấy in
Bước 4 : Ủi mạch
Bước 5 : Ngâm mạch
Board sau khi ủi xong đem ngâm vào nước sạch, chờ khoảng 2 phút cho giấy mềm và rã ra. Sau đĩ tiến hành ngâm mạch vào dung dịch chứa bột sắt. Úp mặt board đồng xuống dưới rồi lắc nhẹ, nếu lắc liên tục thì tầm 10p là ta được mạch.
Hình 3.35 Ủi mạch
Tiến hành làm sạch mạch bằng cách dùng vải sạch thấm xăng và vệ sinh.
Bước 6 : Khoan mạch
Hình 3.37 Board mạch sau khi vệ sinh
Bước 7 : Hàn linh kiện
3.4. Viết chƣơng trình điều khiển phun xăng, đánh lửa
Xem phục lục trang (96).
Hình 3.39 Hàn mạch
3.5. Thử nghiệm điều chỉnh board mạch
Sau khi phần cứng thiết kế phần cứng, viết chương trình đã hồn tất tiến hành, điều chỉnh các khối tín hiệu vào, ra. Chạy thử theo dõi tình trạng hoạt động của board mạch.
3.5.1. Quy trình kiểm tra
Địa điểm
Tại phịng thực hành điện điện tử ơ tơ của bộ mơn kỹ thuật ơ tơ trường đại học Nha Trang.
Chuẩn bị
Một mơ hình phun xăng, đánh lửa tại phịng thực hành điện điện tử ơ tơ. Tên mơ hình: Khảo sát – kiểm tra hệ thống phun xăng điện tử - TCCS. Mơ hình gồm cĩ:
Các cảm biến
- Cảm biến tốc độ động cơ (Ne) loại điện từ 24 răng.
- Cảm biến vị trí trục cam (G) loại điện từ cĩ 4 răng tín hiệu. - Cảm biến lưu lượng khí nạp loại điện áp giảm (Vs).
- Cảm biến vị trí bướm ga lại tuyến tính (VTA). - Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA).
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW).
Bộ xử lý trung tâm : ECU
Cơ cấu chấp hành : Gồm 5 vịi phun, 1 bobin đánh lửa, 1 bugi và các cơ cấu chấp hành khác.
Các bước tiến hành kiểm tra, hiệu chỉnh chương trình. - Bước 1 : Lắp đặt các dây tín hiệu đầu vào.
- Bước 2: Kiểm tra tín hiệu đầu vào, hiệu chỉnh tín hiệu đầu vào. - Bước 3 : Lắp đặt các tín hiệu đầu ra.
- Bước 4 : Kiểm tra tín hiệu đầu ra, hiệu chỉnh tín hiệu đầu ra.
Kết luận trong quá trình kiểm tra, hiệu chỉnh thì việc đưa các tín hiệu điện áp từ khối cảm biến về vi điều khiển cĩ giá trị sai lệch do nhiễu tín hiệu điện
áp. Tín hiệu đánh lửa chân (IGF) lúc bật chìa khĩa về vị trí (On) bị nhiễm mass. Để khắc phục những tín hiệu đầu vào đĩ, chương trình được sữa lại chia nhỏ giá trị điện áp của hai cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp và khảo sát giá trị từ (0.3v- 4.7v). Tín hiệu đầu ra về phần cứng thì mắc thêm điện trở để hạn dịng từ đầu ra chân (IGF), Chương trình tín hiệu đầu ra do thời điểm phun xăng, đánh lửa, độc lập, thời điểm, hình thành khi cĩ xung kích G nhưng thời gian kết thúc khơng đồng thời nên nhĩm thực hiện đã sử dụng chương trình timer cho tín hiệu đầu ra phun xăng.
3.5.2. Chạy thử
Bước đầu board mạch mới hồn thiện, cần cĩ sự điều chỉnh các thơng số để dảm bảo an tồn cho người sử dụng và động cơ mẫu. Nên nhĩm thực hiện tiến hành chạy thử board mạch trên mơ hình trước khi lắp rắp thử nghiệm trên động cơ mẫu. Vì vậy yêu cầu đặt ra là mơ hình chạy thử phải đáp ứng được những tiêu chí sau :
- Mơ hình chạy thử phải cĩ đầy đủ các cảm biến như trên động cơ mẫu. - Các cảm biến phải hoạt động tốt, tín hiệu đưa về ổn định.
- Các cơ cấu chấp hành trên mơ hình tương tự như trên động cơ mẫu. - Mơ hình phải đảm bảo chạy ổn định ở các chế độ khi thay đổi tải.
Từ những tiêu chí trên, nhĩm đã chọn mơ hình “mơ hình Khảo sát-kiểm tra hệ thống phun xăng điện tử -TCCS”
Kết nối các tín hiệu với mơ hình.
3.5.3. Kết quả
Những người theo dõi :
- Thầy Trần Ngọc Anh, giáo viên hướng dẫn.
- Thầy Trần Quang Tĩnh,quản lý phịng thực hành điện - điện tử ơ tơ. - Sinh vên Trần Văn Hiệu, người trực tiếp chạy thử.
- Sinh viên Võ Văn Chinh, người trực tiếp chạy thử.
Quan sát được tín hiệu phun xăng, đánh lửa trên mơ hình và các tín hiệu hiển thị lên màn hình LCD Ne, Vs, VTA, THW.
3.5.4. Đánh giá
Board mạch chạy ổn định trên mơ hình Khảo sát – kiểm tra hệ thống phun xăng điện tử - TCCS. Phun xăng, đánh lửa đúng thời điểm và thay đổi theo tải.
Bảng 3.9 Kết quả thay đổi tải sau thử nghiệm
Tốc độ động cơ (Ne) (vịng/phút) 500 1000 1000 1500 3000 Cảm biến vị trí bướm ga (VTA) (v) 0,33 0,98 2,66 1,73 3,33
Cảm biến lưu lượng (Vs) (v) 0,65 1,36 2,1 1,52 2,64 Nhiệt độ nước làm mát (THW) c
0 20 24 20 20 40
Điện áp nguồn (v) 11,5 11,5 11,5 11,5 11,5 Gĩc đánh lửa (ban đầu + cơ bản + hiệu
chỉnh) 35 30 24 28 21
Thời gian phun (cơ bản + hiệu chỉnh) (ms) 47,3 71,6 105,3 90,2 130,4
Kết luận các giá trị thay đổi theo đúng với chương trình nạp vào vi điều khiển, board mạch hoạt động ổn định theo chương trình.
3.5.5. Một số hình ảnh sau thực nghiệm
Hình 3.42 Chế độ khởi động lạnh
CHƢƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1. Kết luận
Sau thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ơ tơ hiện đại”. Từ cơng đoạn nghiên cứu tài liệu, tính tốn lí thuyết và thiết kế chế tạo, thử nghiệm board mạch cho đến khi hồn thành đồ án, cuối cùng đồ án tốt nghiệp đã hồn thành đúng thời hạn. Việc hồn thành đồ án đã cho nhĩm thực hiện nhiều đánh giá quan trọng. Trong quá trình thực hiện đề tài, vì đây là một đề tài khá mới, cĩ sự kết hợp độc lập của việc điều khiển phun xăng, đánh lửa và địi hỏi sự hiểu biết rộng về kiến thức khơng chỉ là chuyên ngành ơ tơ mà liên quan đến điện – điện tử, nên những bước đầu nhĩm thực hiện cịn gặp rất nhiều khĩ khăn. Nhưng với sự nổ lực, cố gắng học hỏi cùng với sự giúp đỡ và động viên tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Ngọc Anh, các Qúy Thầy trong bộ mơn và một số bạn trong và ngồi lớp để nhĩm thực hiện hồn thành đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù khĩ khăn về cách tiếp cận cũng như phải học hỏi nhiều kiến thức mới, nhưng qua đĩ giúp nhĩm thực hiện cũng cố những kiến thức đã học và tìm hiểu học hỏi thêm được nhiều kiến thức mới như :
Về lý thuyết :
- Hiều biết rõ hơn về tự động hĩa trên ơtơ mà cụ thể ở đây là hệ thống phun xăng và đánh lửa lập trình trên ơtơ hiện đại.
- Nắm được nguyên lý, chức năng, cấu trúc và các chế độ điều khiển của ECU. - Hiều được một số kiến thức về vi điều khiển.
- Tìm hiểu và học một số phần mềm như Orcad, Proteus chuyên vẽ mạch và mơ phỏng.
Về thực hành:
- Cách bố trí sắp xếp các linh kiện trên một mạch điện sao cho hợp lý. - Hiểu được trình tự các bước làm 1 mạch điện tử căn bản.
- Trang bị thêm kiến thức thực hành, kiểm tra, điều chỉnh để từ đĩ đưa ra phương án sữa chữa cho hệ thống phun xăng, đánh lửa trên mơ hình và thực tiễn.
- Tăng khả năng tìm kiếm nguồn tài liệu, tin học được nâng cao rõ rệt. Bên cạnh những điểm đã làm được nhưng cịn nhiều vấn đề chưa giải quyết được, đề tài đã hồn thành đúng thời gian quy định, tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm thực tế cịn nhiều hạn chế và thời gian cĩ hạn nên nội dung đề tài sẽ khơng tránh khỏi những sai sĩt, rất mong được sự xem xét của Qúy thầy, các bạn đĩng gĩp ý kiến để đề tài bổ sung và hồn thiện hơn nữa.
4.2. Đề xuất ý kiến
Trong quá trình thực hiện đề tài nhĩm thực hiện cĩ 1 số kiến nghị sau:
Về hạn chế của đề tài:
- Nguồn tài liệu tham khảo phục vụ cho đề tài ít và chỉ mang tính chất bản quyền. - Đề tài đã nghiên cứu và thử nghiệm thành cơng nhưng mới là chỉ trên mơ hình. - Trên board mạch thử nghiệm mới chỉ dừng lại ở việc phun xăng đánh lửa.Cần phát triển board mạch hồn thiện hơn khơng chỉ dừng lại ở việc phun xăng, đánh lửa mà thêm 1 số chức năng khác như điều khiển chạy khơng tải, chức năng dự phịng ECU một số mạch chẩn đốn mã lỗi….
Phương án nghiên cứu, tiếp cận:
- Các phương pháp nghiên cứu và tiếp cận đã kết hợp cả trên lý thuyết và hành. Tuy nhiên, việc nghiên cứu mới chỉ dừng lại trên mơ hình, nên các số liệu đưa về cĩ thể khơng phải là số liệu chính xác. Nếu cĩ thể thì việc nghiên cứu trên động cơ thực với các chế độ khác nhau sẽ giúp việc điều chỉnh và thiết kế board hồn thiện hơn.
- Vì đây là đề tài mới và địi hỏi kiến thức rộng. Nên việc tiếp xúc với đề tài sớm hơn sẽ giúp cho sinh viên chủ động hơn trong việc tìm hiểu trước khi bắt đầu thực hiện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] PGS. TS Đỗ Văn Dũng (2004), Trang bị điện và điện tử trang bị trên ơ tơ hiện đại, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh.
[2] PGS. TS Đỗ Văn Dũng, Các phương pháp dùng bộ điều khiển phụ SUB-ECU để tương thích hĩa đặc tuyến làm việc của các cảm biến trên hệ thống điều khiển động cơ.
[3] KS. Trung Minh (2005), Hệ thống phun nhiên liệu và đánh lửa xe ơ tơ, NXB Thanh Niên.
[4] Nguyễn Oanh (1997), Ơ TƠ Thế Hệ Mới, Phun Xăng Điện Tử EFI, NXB Đồng Nai. [5] Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB giáo dục, Hà Nội.
Tiếng nƣớc ngồi
[6] TOYOTA, REPAIR MANUAL SUPPLEMENT, ENGINE 3S-GTE [7] Denton T, Automobile Electrical and Electronic Systems. LonDon, UK
Website [8] http://gt4.mwp.id.au/ [9] http://specs.amayama.com/specs-toyota-caldina-2002-september/2028/ [10] http://www1.hcmute.edu.vn/ckd/HOATDONG/Noisan6.html [11] http://www1.hcmute.edu.vn/ckd/HOATDONG/Noisan12.html [12] http://www.alldatasheet.com/
PHỤ LỤC
/***************************************************** Chip type : ATmega16
Clock frequency : 11.059200 MHz *****************************************************/ #include <stdlib.h> #include <mega16.h> #include <delay.h> //========================================================== =================
#define v_khd PORTD.0 //khai bao cac dau ra #define dlua1 PORTB.0
#define dlua2 PORTB.1 #define dlua3 PORTB.2 #define dlua4 PORTB.3 #define voi1 PORTB.4 #define voi2 PORTB.5 #define voi3 PORTB.6 #define voi4 PORTB.7 #define STA PIND.7 #define ON 0 #define OFF 1 #define Vs_max 3800 #define Vta_max 3800 //========================================================== =================
unsigned int xung0,xung1,goc_cb,goc_hc;
unsigned int dem,d,nd,time_150,time_bd,time_dtt,time_cb,time_hc,time_dlay1,time_dlay2,tphu n_hc,tphun; unsigned long adc_vs,Vs_tt,Vs_ss,adc_nd,Vs_nd,vta,adc_vta,timer_p,vta_ss,tphuntt; float speed; char k,vitri,enable,cot,hang1,hang2,vitri_THW,vitri_THW1; bit start,nho; char i,c[10]; //========================================================== =================
char flash thoigian_phun[16][11]={
{15,20,15,20,25,20,15,20,25,10,20}, {25,30,25,30,35,30,25,30,35,20,30}, {40,45,40,45,50,45,40,35,50,35,45}, {55,60,55,60,65,60,55,50,65,50,60}, {70,75,70,75,80,75,70,65,80,65,75}, {85,90,85,90,95,90,85,80,95,80,90}, {95,100,105,100,105,110,100,95,105,95,105}, {110,115,120,115,120,125,115,110,120,110,120}, {125,130,135,130,135,140,130,125,135,125,135}, {140,145,150,145,150,155,145,140,150,140,150}, {155,160,165,160,165,170,160,155,165,155,165}, {170,175,180,175,180,185,175,170,180,170,180}, {185,190,195,190,195,200,190,185,195,185,195}, {200,205,210,205,210,215,205,200,210,200,210}, {215,220,235,220,225,230,220,215,225,215,225}, {230,235,250,235,240,245,235,230,240,230,240} };
//========================================================== =================
char flash gocdanh_lua[16][11]={
{20,20,20,21,23,27,32,35,37,39,41}, {20,20,20,21,22,25,32,34,40,40,40}, {20,20,20,22,23,24,32,35,37,35,39}, {20,20,20,21,22,23,30,33,36,34,37}, {20,20,20,21,21,24,27,34,35,34,35}, {18,18,18,18,18,20,23,28,29,27,27}, {18,16,14,15,15,19,23,26,25,25,25}, {12,12,11,12,14,18,19,22,22,22,22}, {12,11,11,11,12,16,17,20,20,20,21}, {11,11,11,11,11,12,13,19,19,19,19}, {9,9,9,9,9,11,12,18,18,18,18}, {8,8,8,8,7,10,11,18,18,18,18}, {8,8,8,8,8,9,10,16,17,17,17}, {6,6,6,6,6,7,8,9,9,9,10}, {4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4}, {4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4} }; //========================================================== =================
int flash timephun_hc[5]={2030,1670,1320,970,710};// 80-20 do
//========================================================== =================
int flash RPM[11]={0,500,1000,1500,2000,2500,3000,3500,4000,4500,5000}; char flash THW[9]={20,27,30,33,35,40,50,55,60};
char flash THW1[5]={20,30,40,50,60};
//========================================================== =================
int flash m_vta[16] =
{0,330,650,980,1360,1680,2010,2340,2660,2990,3320,3640,4020,4350,4760,5000} ; //mv
//========================================================== =================// Alphanumeric LCD Module functions