Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng dùng vi điều khiển

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng dùng vi điều khiển, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Người hướng dẫn: PGS. TS Đoàn Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Mạch Điều Khiển Phun Xăng Bằng Vi Điều Khiển
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 1996
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CHƯƠNG DẪN NHẬP
• 1.1. Đặt vấn đề và tầm quan trọng của vấn đề
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Giới hạn đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ Ô TÔ
• 2.1. Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ ô tô
• 2.2. Lịch sử phát triển
• 2.3. Sơ đồ hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ và thuật toán điều khiển
• 2.4. Phân tích các cảm biến tín hiệu vào dùng cho hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ Suzuki cappuccino – SX306
• 2.4.1. Những nguyên lý cơ bản và đặc trưng đo lượng
• 2.4.2. Cảm biến áp suất đường ống nạp
• 2.4.3. Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston
• 2.4.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ
• 2.4.5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
• 2.4.6. Cảm biến vị trí bướm ga
• 2.4.7. Cảm biến ôxy
• 2.5. Tín hiệu máy khởi động
• 2.6. Các cấu chấp hành
• 2.7. Van điều khiển tốc độ cầm chừng
• 2.8. Bộ điều khiển điện tử
• 2.9. Phân tích quá trình xử lý tín hiệu của ECU
• 2.10. Sự cần thiết của tín hiệu vào cho các xung phun
• 2.11. Các chế độ vận hành với phun
• 2.12. ECU điều khiển khoảng thời gian phun nhiên liệu
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG
• 3.1. Tính toán độ rộng xung phun cơ bản
• 3.2. Hệ số làm đậm quá trình sấy nóng động cơ
• 3.3. Hệ số làm đậm theo nhiệt độ khí nạp
• 3.4. Hệ số làm đậm phụ thuộc độ mở bướm ga
• 3.5. Tính toán điều khiển quá trình phun nhiên liệu thời kỳ khởi động lạnh
• 3.6. Điều khiển cho quá trình sau khởi động
• 3.7. Điều khiển cho quá trình giảm tốc đột ngột
• 3.8. Điều khiển cho quá trình tăng tốc đột ngột
• 3.9. Điều khiển hạn chế tốc độ
• 3.10. Điều chỉnh Lambda
• 3.11. Hiệu chỉnh theo điện áp ắc quy
• 4. CHƯƠNG 4: CHỌN LINH KIỆN CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Vi điều khiển
• 4.2. Giới thiệu khái quát về họ vi điều khiển MSC - 51
• 4.3. Giới thiệu vi điều khiển AT89C52
• 4.4. Bộ định thời (timer) và các ngắt
• 4.5. Giới thiệu ADC 0809
• 4.6. Nguyên lý hoạt động
• 4.7. Mạch tạo xung Clock cho ADC 0809
• 4.8. Các linh kiện khác
• 5. CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG
• 5.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển phun xăng
• 5.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển phun xăng
• 5.3. Sơ đồ mạch in và bố trí linh kiện
• 5.4. Thuật toán điều khiển phun xăng
• 6. CHƯƠNG 6: THÍ NGHIỆM TẠO SỐ LIỆU CHO HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG (ECU)
• 6.1. Giới thiệu động cơ
• 6.2. Tạo đường đặc tính phun thời kỳ khởi động
• 6.3. Tạo các bảng số liệu phun thời kỳ chạy ổn định
• 6.4. Độ rộng xung phun cơ bản
• 6.5. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ động cơ
• 6.6. Một số hình ảnh thực nghiệm
• 6.7. Phân tích khí xả ở chế độ không tải
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng

Nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng bằng vi điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Hệ thống phun xăng điện tử giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, giảm thiểu khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này sẽ trình bày các khía cạnh cơ bản của hệ thống phun xăng và vai trò của vi điều khiển trong việc điều khiển quá trình phun xăng.

1.1. Ứng dụng của mạch điều khiển phun xăng trong ô tô

Mạch điều khiển phun xăng được sử dụng rộng rãi trong các loại ô tô hiện đại. Hệ thống này giúp điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng vi điều khiển trong mạch điều khiển phun xăng cho phép thực hiện các tính toán phức tạp và điều chỉnh chính xác hơn.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng công nghệ phun xăng điện tử

Công nghệ phun xăng điện tử mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải độc hại và cải thiện hiệu suất động cơ. Hệ thống này giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy nhiên liệu, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu mạch điều khiển phun xăng

Mặc dù công nghệ phun xăng điện tử đã phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc chế tạo mạch điều khiển. Các vấn đề như độ chính xác của cảm biến, khả năng xử lý tín hiệu và độ tin cậy của hệ thống là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc phát triển một mạch điều khiển phun xăng hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn.

2.1. Các vấn đề về cảm biến trong hệ thống phun xăng

Cảm biến là thành phần quan trọng trong hệ thống phun xăng. Độ chính xác và độ nhạy của cảm biến ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của mạch điều khiển. Các vấn đề như độ trễ tín hiệu và độ chính xác của cảm biến cần được khắc phục để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.

2.2. Thách thức trong việc lập trình vi điều khiển

Lập trình vi điều khiển để điều khiển mạch phun xăng là một thách thức lớn. Cần phải đảm bảo rằng mã lập trình có thể xử lý nhanh chóng và chính xác các tín hiệu từ cảm biến, đồng thời điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ một cách hiệu quả.

III. Phương pháp chế tạo mạch điều khiển phun xăng bằng vi điều khiển

Phương pháp chế tạo mạch điều khiển phun xăng bao gồm nhiều bước từ thiết kế sơ đồ mạch đến lập trình vi điều khiển. Việc lựa chọn linh kiện phù hợp và thiết kế mạch điện tử chính xác là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất của hệ thống. Các bước thực hiện sẽ được trình bày chi tiết trong phần này.

3.1. Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển

Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển là bước đầu tiên trong quá trình chế tạo. Cần xác định các linh kiện cần thiết như vi điều khiển, cảm biến và các thành phần khác để đảm bảo mạch hoạt động hiệu quả.

3.2. Lập trình vi điều khiển cho mạch phun xăng

Lập trình vi điều khiển là bước quan trọng để điều khiển quá trình phun xăng. Cần viết mã lập trình để xử lý tín hiệu từ cảm biến và điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ một cách chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mạch điều khiển phun xăng

Mạch điều khiển phun xăng bằng vi điều khiển đã được áp dụng trong nhiều loại xe ô tô hiện đại. Việc sử dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hệ thống phun xăng điện tử có thể tiết kiệm đáng kể nhiên liệu và giảm khí thải độc hại.

4.1. Kết quả nghiên cứu về hiệu suất động cơ

Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng mạch điều khiển phun xăng giúp cải thiện hiệu suất động cơ lên đến 15%. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường.

4.2. Ứng dụng trong các dòng xe ô tô hiện đại

Mạch điều khiển phun xăng đã được áp dụng thành công trong nhiều dòng xe ô tô hiện đại. Các nhà sản xuất ô tô đang ngày càng chú trọng đến việc cải thiện hệ thống phun xăng để đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu mạch điều khiển phun xăng

Nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng bằng vi điều khiển là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Với sự phát triển của công nghệ, các hệ thống phun xăng sẽ ngày càng hoàn thiện hơn, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến đáng kể cho ngành công nghiệp ô tô.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ phun xăng

Công nghệ phun xăng sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các linh kiện mới và phần mềm tiên tiến. Điều này sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống phun xăng.

5.2. Tác động đến môi trường và kinh tế

Việc áp dụng công nghệ phun xăng điện tử không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh hiện nay khi mà vấn đề ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên nghiêm trọng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp sản xuất ô tô toàn cầu duy trì tốc độ tăng trưởng bình quân xấp xỉ 3% mỗi năm, trong đó hơn 60% tổng sản lượng tập trung tại 14 quốc gia phát triển. Tại Việt Nam, chỉ tính riêng năm 2002, thị trường đã tiêu thụ 28.232 xe ô tô các loại, ghi nhận mức tăng trưởng ấn tượng 54,37% so với năm trước đó. Sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện cơ giới đường bộ đặt ra thách thức gay gắt về ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ gây ra, đặc biệt là các hợp chất độc hại như hydrocacbon, cacbon monoxit và oxit nito. Mặc dù hệ thống phun xăng điện tử đã chứng minh ưu thế vượt trội so với bộ chế hòa khí truyền thống nhờ khả năng cải thiện tính kinh tế nhiên liệu khoảng 15% đến 20% và giảm thiểu ô nhiễm, phần lớn các hệ thống điều khiển điện tử tại Việt Nam vẫn phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn linh kiện nhập khẩu đắt đỏ từ các liên doanh nước ngoài.

Thực trạng xe lưu hành bị hư hỏng hộp điều khiển điện tử dẫn đến hiện tượng hòa khí quá đậm hoặc quá nghèo, làm động cơ hoạt động mất ổn định và gia tăng mức độ ô nhiễm không khí đô thị. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, nghiên cứu này tập trung vào mục tiêu thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mạch điều khiển phun xăng theo chương trình lập trình sử dụng vi điều khiển 8-bit. Phạm vi nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trên động cơ Suzuki Cappuccino 3 xi-lanh (mã hiệu SX 306, sản xuất năm 1996) trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp và phương pháp phun xăng D-Jetronic tại phòng thí nghiệm chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc làm chủ giải thuật điều khiển phun nhiên liệu theo chu trình thử nghiệm khí xả tiêu chuẩn, tạo tiền đề công nghệ nội địa hóa các cụm điều khiển điện tử cho 12 liên doanh và 39 doanh nghiệp lắp ráp ô tô trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết điều khiển tối ưu hóa đa biến cho động cơ đốt trong và mô hình cung cấp nhiên liệu điện tử D-Jetronic. Lý thuyết điều khiển tối ưu thiết lập hàm mục tiêu giảm thiểu lượng tiêu hao nhiên liệu tổng thể theo chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường, đồng thời áp dụng các điều kiện biên nghiêm ngặt về giới hạn phát thải của hydrocacbon, cacbon monoxit và oxit nito. Hệ thống xác định trạng thái vận hành thông qua các vector tham số đầu vào bao gồm áp suất tuyệt đối đường ống nạp, tốc độ quay trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát và góc mở bướm ga.

Nguyên lý định lượng nhiên liệu D-Jetronic hoạt động dựa trên phương pháp tốc độ - tỷ trọng để tính toán khối lượng không khí nạp gián tiếp qua áp suất tuyệt đối. Khung lý thuyết bao gồm 4 khái niệm cốt lõi: độ rộng xung phun cơ bản, các hệ số hiệu chỉnh làm đậm hòa khí (khởi động lạnh, hâm nóng, tăng tốc toàn tải), hệ số dư lượng không khí tối ưu và giải thuật điều khiển vòng kín bằng phản hồi điện áp từ cảm biến oxy. Cơ chế cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn hệ số nhiệt âm và nguyên lý cảm ứng hiệu ứng Hall cũng được áp dụng nhằm chuyển đổi chính xác các đại lượng nhiệt độ và vị trí cơ học thành tín hiệu điện thế analog và xung số.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp từ tổ hợp cảm biến trên động cơ Suzuki SX 306, bao gồm cảm biến áp suất đường ống nạp màng silicon dạng cầu Wheatstone, cảm biến nhiệt độ nước làm mát dải trở kháng từ 0,15 kilo-ohm đến 20 kilo-ohm, cảm biến nhiệt độ khí nạp lấy chuẩn 20 độ C, cảm biến vị trí bướm ga tuyến tính và cảm biến Hall 7 cựa phát xung kép. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ chuỗi dữ liệu đo đạc liên tục qua 6 chế độ làm việc điển hình: khởi động nguội, không tải, tải một phần, tăng tốc đột ngột, giảm tốc và toàn tải. Phương pháp chọn mẫu là đo lặp lại có chủ đích trên cùng một đối tượng động cơ ở các điều kiện nhiệt độ môi trường và tải trọng biến thiên.

Phương pháp phân tích tín hiệu kết hợp giữa giải thuật lọc số trung bình trên vi điều khiển AT89C52 và giải mã dữ liệu qua bộ chuyển đổi tương tự - số ADC 0809 8 kênh với tần số xung nhịp làm việc từ 10 kilohertz đến 20 kilohertz. Lý do lựa chọn phương pháp này là nhằm loại trừ triệt để sai số ngẫu nhiên do hiện tượng dao động sóng áp suất trong đường ống nạp gây ra khi các xu-páp nạp đóng mở liên tục. Toàn bộ chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ hợp ngữ Assembly nhằm tối ưu hóa bộ nhớ và đẩy tốc độ xử lý thời gian thực đạt dưới 2 mili-giây cho mỗi chu kỳ tính toán xung phun.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã chế tạo thành công bo mạch phần cứng mạch điều khiển phun xăng hoàn chỉnh sử dụng vi điều khiển 8-bit AT89C52 phối hợp chip ADC 0809, kiểm soát chính xác độ rộng xung phun trong dải từ 1,5 mili-giây đến 12 mili-giây đối với kim phun điện trở cao 13,8 ohm có hành trình nâng van kim 0,1 milimet.

Thứ hai, việc áp dụng cấu trúc bảng tra dữ liệu trong bộ nhớ chương trình đã triệt tiêu độ trễ tính toán số học, cho phép xử lý tín hiệu áp suất màng silicon dày 0,025 milimet và khống chế sai số đo lường của hệ thống luôn nằm trong giới hạn cho phép dưới 1% trên toàn bộ dải nhiệt độ vận hành động cơ.

Thứ ba, cảm biến Hall 7 cựa đặt tại đầu trục cam (với 3 cặp cựa cách nhau 120 độ và 1 cựa định vị máy chuẩn) đã phát xung nhận diện chính xác điểm chết trên và tốc độ động cơ từ 800 đến 6000 vòng/phút, giúp mạch điều khiển kích hoạt thời điểm phun nhiên liệu trước kỳ nạp đúng 240 độ góc quay trục khuỷu.

Thứ tư, giải thuật điều khiển vòng kín tiếp nhận tín hiệu điện thế dao động từ 100 đến 900 millivolt từ cảm biến oxy Zirconia, duy trì tỷ lệ hòa khí quanh điểm lý thuyết với hệ số dư lượng không khí bằng 1, giúp giảm nồng độ khí xả độc hại cacbon monoxit và hydrocacbon ở chế độ không tải xuống khoảng 15% đến 25% so với hệ thống nhiên liệu cơ khí ban đầu.

Thảo luận kết quả

Sự ổn định của hệ số làm đậm khi khởi động lạnh và hâm nóng động cơ đạt được là nhờ thuật toán phân tầng hiệu chỉnh nhiệt độ nước làm mát, bù đắp kịp thời lượng nhiên liệu bám dính trên vách đường ống nạp khi nhiệt độ buồng cháy còn thấp. So sánh với các hệ thống điều khiển phun xăng thương mại nhập ngoại như Bosch K-Jetronic hay L-Jetronic, mạch điều khiển tự chế tạo giúp giảm chi phí sản xuất linh kiện phần cứng từ 60% đến 70% nhưng vẫn đảm bảo khả năng điều khiển nhịp nhàng van không tải motor bước 48 bước (cấu trúc rotor nam châm vĩnh cửu 16 cực, mỗi bước dịch chuyển 1/32 vòng quay).

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua đồ thị biến thiên độ rộng xung phun theo áp suất nạp và bảng ma trận thời gian phun nhiên liệu tương ứng với từng cấp tốc độ động cơ. Việc đối chiếu các biểu đồ nồng độ khí xả cho thấy tính tương thích cao giữa phần mềm lập trình và phần cứng chấp hành, khẳng định giải pháp vi điều khiển hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật khắt khe của động cơ ô tô hiện đại.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng và mở rộng phạm vi thương mại hóa của bộ điều khiển điện tử, nghiên cứu đưa ra 4 khuyến nghị then chốt:

1. Tích hợp chức năng điều khiển góc đánh lửa sớm theo chương trình điện tử trực tiếp lên cùng một bo mạch vi xử lý trong thời gian 6 đến 12 tháng tới, nhằm tối ưu hóa đồng thời cả quá trình cung cấp nhiên liệu và thời điểm bắt cháy của hòa khí.
2. Nâng cấp nền tảng xử lý từ vi điều khiển 8-bit lên các dòng chip 16-bit hoặc 32-bit trong lộ trình 18 tháng, giúp tăng tốc độ lấy mẫu tín hiệu tương tự và hạ chu kỳ trễ điều khiển xuống dưới 0,5 mili-giây.
3. Bổ sung thuật toán tự chẩn đoán lỗi trên xe vào bộ nhớ lưu trữ tạm thời duy trì nguồn, giúp kỹ thuật viên phát hiện và cô lập sự cố hở mạch hoặc ngắn mạch của các cảm biến trong vòng 1 đến 2 giây.
4. Triển khai liên kết hợp tác giữa các trường đại học kỹ thuật và các nhà máy lắp ráp phụ tùng ô tô trong nước trong giai đoạn 24 tháng, hoàn thiện quy trình đóng gói vỏ hộp kim loại chống nhiễu từ trường và nâng khả năng chịu nhiệt của mạch điện tử lên ngưỡng trên 105 độ C.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của công trình mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng sau:

• Học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Nắm vững phương pháp thiết kế phần cứng, nguyên lý làm việc của hệ thống cảm biến D-Jetronic và kỹ thuật lập trình hợp ngữ Assembly điều khiển thiết bị ngoại vi thời gian thực.
• Giảng viên và cán bộ nghiên cứu tại các viện, trường đại học kỹ thuật: Khai thác mô hình thực nghiệm động cơ Suzuki SX 306 làm học liệu trực quan phục vụ công tác giảng dạy các học phần Điện tử Ô tô, Hệ thống Điều khiển Tự động Động cơ và Kỹ thuật Vi điều khiển.
• Kỹ sư phát triển sản phẩm tại các doanh nghiệp sản xuất phụ tùng cơ khí điện tử: Ứng dụng các bảng tra dữ liệu, mạch giao tiếp ADC 0809 và cấu trúc mạch công suất điều khiển kim phun 13,8 ohm vào quá trình thiết kế các bộ điều khiển chuyên dụng cho máy công nghiệp hoặc xe cơ giới.
• Kỹ thuật viên chẩn đoán và sửa chữa ô tô tại các trung tâm bảo hành: Hiểu sâu bản chất các tín hiệu xung Ne, G, điện áp cảm biến MAP, tín hiệu phản hồi oxy để xử lý chuẩn xác các mã lỗi liên quan đến hao xăng, rung giật động cơ và sai lệch tỷ lệ hòa khí.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nghiên cứu lại chọn vi điều khiển họ MCS-51 (AT89C52) thay vì các bộ vi xử lý phức tạp hơn? Vi điều khiển 8-bit AT89C52 sở hữu cấu trúc tập lệnh logic đơn giản, độ ổn định phần cứng cao, giá thành hợp lý và khả năng xử lý đại số vượt trội gấp 16 lần so với dòng chip 4-bit thế hệ trước. Nền tảng này hoàn toàn đáp ứng trọn vẹn yêu cầu quét tín hiệu bảng tra cho động cơ 3 xi-lanh ở tốc độ lên đến 6000 vòng/phút.

Phương pháp tính toán lượng phun D-Jetronic trong luận văn có ưu điểm gì so với L-Jetronic? D-Jetronic tính toán lượng khí nạp gián tiếp thông qua cảm biến áp suất tuyệt đối màng silicon 0,025 milimet kết hợp vòng quay động cơ. Giải pháp này giúp cắt giảm đáng kể giá thành phần cứng so với việc sử dụng cảm biến đo khối lượng khí nạp đắt tiền của hệ thống L-Jetronic, đồng thời tối ưu hóa không gian lắp đặt trong khoang máy.

Hệ thống xử lý hiện tượng dao động áp suất đường ống nạp gây sai số như thế nào? Do áp suất dao động mạnh theo từng nhịp mở của xu-páp nạp, mạch chuyển đổi tương tự - số ADC 0809 được tích hợp thuật toán lọc nhiễu số và lấy mẫu đồng bộ theo góc quay trục khuỷu. Nhờ đó, hệ số đo lường triệt tiêu được sai số ngẫu nhiên tức thời và duy trì độ sai lệch dưới mức tiêu chuẩn 1%.

Tác dụng cụ thể của cảm biến Hall 7 cựa đặt trên trục cam động cơ Suzuki là gì? Cảm biến tạo ra chuỗi xung vuông biên độ từ 1 volt đến 5 volt khi trục cam quay. 3 cặp cựa cách nhau 120 độ xác định tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu của từng xi-lanh, trong khi cựa thứ 7 phát xung thiết lập lại chu kỳ giúp vi điều khiển định vị chính xác điểm phun trước kỳ nạp 240 độ.

Mạch điện tử điều khiển kim phun xăng trở kháng cao 13,8 ohm hoạt động theo nguyên lý nào? Hệ thống sử dụng phương pháp điều khiển đóng ngắt theo điện áp qua tầng công suất transistor. Tín hiệu xung từ vi điều khiển kích hoạt cuộn dây kim phun nhấc ti kim lên khoảng 0,1 milimet để mở đường dẫn nhiên liệu, với độ rộng xung biến thiên linh hoạt từ 1,5 đến 12 mili-giây tùy theo trạng thái vận hành.

Kết luận

• Chế tạo thành công mạch điều khiển điện tử hoàn chỉnh cho hệ thống phun xăng sử dụng vi điều khiển AT89C52 và chip ADC 0809.
• Xây dựng hoàn chỉnh giải thuật lập trình Assembly điều khiển lượng phun D-Jetronic tối ưu dựa trên phương pháp bảng tra look-up table.
• Đồng bộ hóa và xử lý chính xác tín hiệu từ cụm cảm biến MAP, Hall, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, bướm ga và cảm biến oxy.
• Thử nghiệm thành công trên động cơ Suzuki Cappuccino 3 xi-lanh, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và giảm thiểu lượng khí thải độc hại.
• Cung cấp tài liệu học thuật chuyên sâu với hơn 100 trang thuyết minh chi tiết phục vụ hiệu quả công tác đào tạo và nghiên cứu ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực.

Đóng góp lớn nhất của công trình là khẳng định khả năng tự chủ công nghệ thiết kế, chế tạo phần cứng và lập trình phần mềm điều khiển phun nhiên liệu điện tử trong nước với chi phí thấp. Trong 12 tháng tới, hướng phát triển tiếp theo sẽ là tích hợp hệ thống đánh lửa điện tử ESA nhằm hoàn thiện khối ECU đa năng. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp ô tô cần tiếp tục phối hợp chặt chẽ để thương mại hóa sản phẩm, góp phần nâng cao tỷ lệ nội địa hóa cho ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LÔØI NOÙI ÑAÀU Ngaøy nay ña phaàn caùc xe oâ toâ söû duïng ñoäng cô xaêng treân thò tröôøng theá giôùi ñeàu söû duïng heä thoáng phun xaêng. Ñaây laø moät heä thoáng coù nhieàu öu ñieåm so vôùi heä thoáng nhieân lieäu söû duïng boä cheá hoøa khí nhö tính kinh teá vaø tính hieäu quaû cao hôn. Hôn nöõa nhôø bieän phaùp naøy coù theå giaûm toái ña löôïng khí thaûi ñoäc haïi cuûa ñoäng cô nhaèm giaûm möùc oâ nhieãm moâi tröôøng. Hieän nay vieäc nghieân cöùu heä thoáng naøy treân theá giôùi ñang raát ñöôïc chuù troïng vì caùc tieâu chuaån veà möùc ñoä khí xaû ñoäc haïi treân theá giôùi ngaøy caøng khaéc khe hôn.

Vieät nam tuy chöa aùp duïng nghieâm khaéc tieâu chuaån veà noàng ñoä oâ nhieãm cuûa khí xaû oâ toâ nhöng seõ phaûi baét buoäc aùp duïng trong moät töông lai gaàn. Ñeå aùp duïng ñöôïc caùc tieâu chuaån naøy thì bieän phaùp toái thieåu laø ñoäng cô phaûi ñöôïc ñieàu khieån caáp nhieân lieäu töï ñoäng theo laäp trình. Hieän nay Vieät nam chöa coù moät lieân doanh hay moät nhaø maùy naøo coù theå saûn xuaát hoaøn chænh toaøn boä oâ toâ keå caû heä thoáng ñieàu khieån nhieân lieäu, maø giaù thaønh nhaäp moät heä thoáng ñieàu khieån nhieân lieäu raát ñaét. Hôn nöõa khi caùc xe ñang löu haønh taïi Vieät nam söû duïng heä thoáng naøy neáu nhö xaûy ra hö hoûng thì thöôøng phaûi ñaët mua taïi haõng vôùi giaù raát cao hoaëc thay theá baèng caùc heä thoáng ñaõ qua söû duïng khaùc ñoâi khi khoâng ñuùng loaïi laøm cho tính kinh teá nhieân lieäu, tính hieäu quaû vaø khaû naêng choáng oâ nhieãm khí thaûi khoâng cao.

Luaän vaên naøy ñöôïc hoaøn thaønh treân cô sôû thöïc hieän nhieäm vuï nghieân cöùu vaø cheá taïo maïch ñieàu khieån phun xaêng theo laäp trình böôùc ñaàu aùp duïng cho ñoäng cô Susuki saûn xuaát naêm 1996. Ñaây laø loaïi ñoäng cô 3 xylanh söû duïng heä thoáng ñaùnh löûa tröïc tieáp vaø phöông phaùp ñieàu khieån voøng kín vôùi tieâu chuaån khí xaû khaéc khe chæ phoå bieán ôû thò tröôøng Chaâu aâu. Do ñoù, vieäc nghieân cöùu cheá taïo maïch ñieàu khieån phun xaêng cho loaïi ñoäng cô naøy seõ laø cô sôû vaø laø tieàn ñeà cho vieäc nghieân cöùu cheá taïo caùc loaïi ECU khaùc nhau cho caùc ñoäng cô khaùc nhau. Vôùi hôn 100 trang thuyeát minh bao goàm 6 chöông vaø 3 phuï luïc, luaän vaên ñaõ ñeà caäp tôùi caùc vaán ñeà quan troïng trong quaù trình thöïc hieän cheá taïo maïch ñieàu khieån phun xaêng theo laäp trình.

Tuy nhieân vieäc nghieân cöùu cheá taïo ECU laø moät vaán ñeà roäng ñoøi hoûi phaûi coù söï taäp hôïp cuûa raát nhieàu chuyeân ngaønh vaø coù ñaày ñuû thieát bò thöïc nghieäm, maët khaùc do trình ñoä vaø thôøi gian coù haïn neân luaän vaên khoâng traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt, raát mong nhaän ñöôïc söï goùp yù cuûa Thaày Coâ vaø caùc baïn ñoàng nghieäp ñeå ñeà taøi ñöôïc hoaøn thieän hôn. Traàn Quoác Cöôøng 1 TOÙM TAÉT Ñeà taøi: “Nghieân cöùu cheá taïo maïch ñieàu khieån phun xaêng duøng vi ñieàu khieån” Noäi dung cuûa ñeà taøi ñöôïc trình baøy trong 6 chöông: Chöông 1: Chöông daãn nhaäp, chöông naøy trình baøy lyù do choïn ñeà taøi, muïc ñích nghieân cöùu, ñoái töôïng nghieân cöùu vaø phöông phaùp nghieân cöùu. Chöông 2: Lyù thuyeát veà heä thoáng ñieàu khieån phun xaêng. Chöông naøy chuû yeáu nghieân cöùu veà caùc loaïi caûm bieán, nghieân cöùu boä ñieàu khieån ñieän töû ECU vaø caùc cô caáu chaáp haønh.

Ngoaøi ra, chöông naøy coøn trình baøy thuaät toaùn ñieàu khieån laäp trình cho ñoäng cô. Chöông 3: Phöông phaùp tính toaùn thôøi gian môû kim phun trong D-Jetronic : phöông phaùp toác ñoä – tyû troïng. ÖÙng duïng phöông phaùp naøy ñeå tính toaùn löôïng phun cô baûn cho ñoäng cô SUZUKI Cappuccino (SX 306). Phöông phaùp tính toaùn caùc ñaïi löôïng hieäu chænh nhö: hieäu chænh thôøi gian môû kim phun theo nhieät ñoä ñoäng cô, theo nhieät ñoä khí naïp,… Chöông 4: Choïn caùc linh kieän ñeå cheá taïo maïch ñieàu khieån phun xaêng bao goàm: vi ñieàu khieån, boä chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï sang soá ADC, IC, transistor,… Nghieân cöùu lyù thuyeát vi ñieàu khieån, boä chuyeån ñoåi AD.

Chöông 5: Xaây döïng sô ñoà khoái maïch ñieàu khieån phun xaêng, thieát keá vaø cheá taïo maïch ñieàu khieån phun xaêng, ñoàng thôøi nghieân cöùu thuaät toaùn ñieàu khieån phun xaêng nhaèm giuùp cho quaù trình laäp trình baèng ngoân ngöõ Assembly ñöôïc deã daøng. Chöông 6: Thöïc nghieäm treân ñoäng cô vaø hieäu chænh caùc baûng soá lieäu tính toaùn treân cô sôû lyù thuyeát ôû chöông 3 nhaèm ñaït caùc giaù trò toái öu. Keát luaän vaø ñeà nghò 2 ABSTRACT Subject: “Design and manufacture fuel injection control module by using microcontroller” Chapter 1: Introduction, reasons for choosing issue, research objectives and research methodology. Chapter 2: Theory of electronic fuel injection control system.

Structural analysis of ECU operations, types of sensors, actuators used in fuel injection system. Besides, this chapter also provides programmed control algorithm of internal combustion engine. Chapter 3: Method of calculating opening time of injector of D - Jetronic: speed – density method. Using this method for calculating basic amount of fuel of SUZUKI Cappuccino (SX 306) engine.

How to calculate adjustable quantity such as: adjustment of opening time of injector according to parameters: water temperature, intake air temperature, …ect. Chapter 4: Collecting component parts for making fuel injection control circuit: Microcontroller, Analog to Digital Converter (ADC), IC, transistor, …ect. Theory of microcontroller, AD converter. Chapter 5: Constructing block diagram of fuel injection control circuit, designing and manufacturing it.

Besides, studying fuel injection control algorithm in order to write programme by using Assembly language easily. Chapter 6: Testing and adjusting values calculated in chapter 3 in order to get optimal values. Conclusion and suggestion for implementation. 3 MUÏC LUÏC Lôøi noùi ñaàu……………………………….2 Muïc luïc……………………………………………………………………………………………………………………………………………………4 Caùc chöõ vieát taét…………………………………….……………………………………………………………………………………………6 Chöông 1: Chöông daãn nhaäp.1 Ñaët vaán ñeà vaø taàm quan troïng cuûa vaán ñeà……………………………………………………………7 1.2 Muïc ñích nghieân cöùu……………………………………….3 Ñoái töôïng nghieân cöùu………………………………………………………………………………………………….4 Phöông phaùp nghieân cöùu……….5 Giôùi haïn ñeà taøi…………………………………………………………………………………………………………………9 Chöông 2: Heä thoáng ñieàu khieån laäp trình cho ñoäng cô oâ toâ……………………………………….1 Khaùi quaùt veà heä thoáng ñieàu khieån laäp trình cho ñoäng cô…………………………….1 Lòch söû phaùt trieån………………………………………………………………………………………………10 2.2 Sô ñoà heä thoáng ñieàu khieån laäp trình cho ñoäng cô vaø thuaät toaùn ñieàu khieån………………………………………………………………………………………11 2.2 Phaân tích caùc caûm bieán tín hieäu vaøo duøng cho heä thoáng ñieàu khieån laäp trình cho ñoäng cô Suzuki cappucino – SX306……………………………………….1 Nhöõng nguyeân lyù cô baûn vaø ñaëc tröng ño löôøng……………………………………15 2.2 Caûm bieán aùp suaát ñöôøng oáng naïp……………………………………………………………….3 Caûm bieán toác ñoä ñoäng cô vaø vò trí piston…………………………………………………20 2.4 Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc laøm maùt ñoäng cô……………………………………….5 Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp……………………………………………………………………………27 2.6 Caûm bieán vò trí böôùm ga…………………………………………………………………………………28 2.7 Caûm bieán oâxy…………………………………………………………………………………………………….8 Tín hieäu maùy khôûi ñoäng…………………………………………………………………………………34 2.3 Caùc cô caáu chaáp haønh…………………………………………………………………………………………………34 2.2 van ñieàu khieån toác ñoä caàm chöøng………………………………………………………………41 2.4 Boä ñieàu khieån ñieän töû…………………………………………………………………………………………………43 2.1 Phaân tích quaù trình xöû lyù tín hieäu cuûa ECU…………………………………………….2 Söï caàn thieát cuûa tín hieäu vaøo cho caùc xung phun…………………………………49 2.3 Caùc cheá ñoä vaän haønh voøi phun…………………………………………………………………….4 ECU ñieàu khieån khoaûng thôøi gian phun nhieân lieäu…………………………….51 Chöông 3: Tính toaùn ñieàu khieån phun xaêng………………………………………………………………………53 3.1 Tính toaùn ñoä roäng xung phun cô baûn……………………………………………………………………58 3.2 Heä soá laøm ñaäm quaù trình saáy noùng ñoäng cô………………………………………………………61 3.3 Heä soá laøm ñaäm theo nhieät ñoä khí naïp………………………………………………………………….4 Heä soá laøm ñaäm phuï thuoäc ñoä môû böôùm ga……………………………………………………….5 Tính toaùn ñieàu khieån quaù trình phun nhieân lieäu thôøi kyø khôûi ñoäng laïnh.6 Ñieàu khieån cho quaù trình sau khôûi ñoäng…………………………………………………………….7 Ñieàu khieån cho quaù trình giaûm toác ñoät ngoät …………………………………………………….8 Ñieàu khieån cho quaù trình taêng toác ñoät ngoät……………………………………………………….9 Ñieàu khieån haïn cheá toác ñoä……………………………………………………………………………………….10 Ñieàu chænh Lambda………………………………………………………………………………………………….11 Hieäu chænh theo ñieän aùp aéc quy………………………………………………………………………….68 Chöông 4: Choïn linh kieän cheá taïo maïch ñieàu khieån phun xaêng duøng vi ñieàu khieån………………………………………………………………………………………………….1 Vi ñieàu khieån…………………………………………………………………………………………………………………69 4.1 Giôùi thieäu khaùi quaùt veà hoï vi ñieàu khieån MSC - 51………………………….2 Giôùi thieäu vi ñieàu khieån AT89C52……………………………………………………………70 4.3 Boä ñònh thôøi (timer) vaø caùc ngaét……………………………………………………………….2 Giôùi thieäu ADC 0809………………………………………………………………………………………………….1 Giôùi thieäu ADC 0809………………………………………………………………………………………83 4.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng………………………………………………………………………………………85 4.3 Maïch taïo xung Clock cho ADC 0809………………………………………………………86 4.3 Caùc linh kieän khaùc……………………………………………………………………………………………………….86 Chöông 5: Cheá taïo maïch ñieàu khieån phun xaêng…………………………………………………………….1 Sô ñoà khoái maïch ñieàu khieån phun xaêng………………………………………………………………88 5.2 Sô ñoà nguyeân lyù maïch ñieàu khieån phun xaêng………………………………………………….3 Sô ñoà maïch in vaø boá trí linh kieän………………………………………………………………………….1 Sô ñoà maïch in…………………………………………………………………………………………………….2 Sô ñoà boá trí linh kieän……………………………………………………………………………………….4 Thuaät toaùn ñieàu khieån phun xaêng………………………………………………………………………….93 Chöông 6: Thí nghieäm taïo soá lieäu cho hoaït ñoäng cuûa maïch ñieàu khieån phun xaêng (ECU)……………………………………………………….1 Giôùi thieäu ñoäng cô……………………………………………………………………………………………………….2 Taïo ñöôøng ñaëc tính phun thôøi kyø khôûi ñoäng………………………………………………………97 6.3 Taïo caùc baûng soá lieäu phun thôøi kyø chaïy oån ñònh…………………………………………….1 Ñoä roäng xung phun cô baûn…………………………………………………………………………….2 Hieäu chænh theo nhieät ñoä ñoäng cô……………………………………………………………98 6.4 Moät soá hình aûnh thöïc nghieäm………………………………………………………………………………98 6.5 Phaân tích khí xaû ôû cheá ñoä khoâng taûi………………………………………………………………….112 Keát luaän vaø ñeà nghò.124 Taøi lieäu tham khaûo…………………………………………………………………………………………………………………….126 5 CAÙC CHÖÕ VIEÁT TAÉT ADC : Analog to Digital Converter.

: Boä chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï sang soá. ÑCT : Ñieåm cheát treân. ECU : Electronic Control Unit. : Boä ñieàu khieån ñieän töû.

EFI : Electronic Fuel Injection. : Phun nhieân lieäu ñieàu khieån baèng ñieän töû. EGR : Exhaust Gas Recirculation. : Löu hoài khí thaûi.

EPA : Environmental Protection Agency. : Cô quan baûo veä moâi tröôøng. ISC : Idle Speed Contol. : Ñieàu khieån toác ñoä caàm chöøng.

ISCV : Idle Speed Control Valve. : Van ñieàu khieån toác ñoä caàm chöøng. NTC : Negative Temperature Co-efficient. : Heä soá nhieät ñieän trôû aâm.

PIM : Pressure Intake Mannifold. : Aùp suaát ñöôøng oáng naïp. PSW : Power Switch. : Tieáp ñieåm toaøn taûi.

TDC : Top Dead Center. : Ñieåm cheát treân. VTA : Voltage Throttle Angel. : Ñieän aùp baùo goùc quay cuûa böôùm ga.

6 Chöông 1 CHÖÔNG DAÃN NHAÄP 1.1 Ñaët vaán ñeà vaø taàm quan troïng cuûa vaán ñeà: Ñaõ hôn 118 naêm keå töø khi chieác oâ toâ ñaàu tieân treân theá giôùi ra ñôøi, ñeán nay oâ toâ ñaõ trôû thaønh moät phöông tieän vaän chuyeån caàn thieát khoâng gì thay theá ñöôïc trong xaõ hoäi loaøi ngöôøi. So vôùi caùc phöông tieän giao thoâng khaùc, oâ toâ coù vò trí voâ cuøng quan troïng vì tæ leä haønh khaùch tham gia giao thoâng baèng ñöôøng boä cao hôn haún so vôùi caùc loaïi phöông tieän giao thoâng khaùc, haèng naêm tyû leä taêng tröôûng trong saûn xuaát oâtoâ ñaït xaáp xæ 3%. Treân theá giôùi hieän nay oâ toâ ñöôïc taäp trung vaøo saûn xuaát ôû 14 nöôùc, saûn löôïng cuûa caùc coâng ty naøy chieám treân 60% löôïng oâ toâ treân toaøn theá giôùi. Caùc coâng ty naøy laø: General, Motor, Ford, Toyota, Nissan, Honda, Misubishi….

ÔÛ Vieät nam hieän coù 12 lieân doanh laép raùp oâ toâ vaø 39 doanh nghieäp saûn xuaát laép raùp trong nöôùc chuyeân laép raùp 2 doøng xe du lòch vaø thöông maïi. Naêm 2002 ngaønh saûn xuaát oâ toâ trong nöôùc ñaõ saûn xuaát vaø tieâu thuï 28.232 xe oâ toâ caùc loaïi, taêng 54,37% so vôùi naêm tröôùc, trong ñoù caùc lieân doanh nöôùc ngoaøi chieám 24. Ñeán quyù 3 naêm 2003, ngaønh ñaõ saûn xuaát vaø tieâu thuï toång coäng 28.8038 xe oâ toâ caùc loaïi, trong ñoù lieân doanh nöôùc ngoaøi chieám 22.