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

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute 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.

• Tác giả: KS. Trần Quốc Cường
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đoàn Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khai Thác Và Bảo Trì Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu Mạch Điều Khiển Phun Xăng Vi Điều Khiển
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

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
• 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 tạo 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 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

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu mạch điều khiển phun xăng vi điều khiển tại HCMUTE tập trung vào việc phát triển hệ thống phun xăng tự động cho động cơ ô tô. Hệ thống này sử dụng vi điều khiển để điều khiển quá trình phun nhiên liệu, nhằm nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế và chế tạo mạch điều khiển phun xăng, từ đó tạo ra một sản phẩm có thể thay thế cho các ECU hiện có đang gặp vấn đề. Việc áp dụng công nghệ vi điều khiển trong hệ thống phun xăng không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn giảm thiểu khí thải độc hại, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ. Việc áp dụng công nghệ phun xăng hiện đại giúp nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hệ thống phun xăng tự động được thiết kế sẽ giúp các nhà sản xuất ô tô trong nước có thể tự chủ hơn trong việc sản xuất và chế tạo các linh kiện điện tử, từ đó giảm thiểu sự phụ thuộc vào các sản phẩm nhập khẩu. Điều này không chỉ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô mà còn tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho người lao động trong nước.

II. Hệ thống phun xăng

Hệ thống phun xăng là một phần quan trọng trong động cơ ô tô, có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho quá trình đốt cháy. Nghiên cứu này sẽ phân tích cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng. Các cảm biến như cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ và cảm biến lưu lượng sẽ được sử dụng để thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình phun. Việc sử dụng mạch điều khiển vi điều khiển cho phép điều chỉnh lượng nhiên liệu phun một cách chính xác, từ đó tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải độc hại, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường hiện hành.

2.1. Cấu trúc hệ thống

Hệ thống phun xăng bao gồm nhiều thành phần chính như ECU, cảm biến và các bộ phận điều khiển. ECU là bộ não của hệ thống, có nhiệm vụ xử lý tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển các hoạt động của bơm nhiên liệu và vòi phun. Các cảm biến sẽ cung cấp thông tin về điều kiện hoạt động của động cơ, từ đó ECU sẽ tính toán và điều chỉnh lượng nhiên liệu phun cho phù hợp. Việc thiết kế mạch điều khiển phun xăng cần phải đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao, nhằm đáp ứng yêu cầu khắt khe của ngành công nghiệp ô tô.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong luận văn này bao gồm việc phân tích lý thuyết về hệ thống phun xăng, thiết kế mạch điều khiển và thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra hiệu quả hoạt động của hệ thống. Các phương pháp tính toán thời gian mở kim phun và lượng nhiên liệu phun sẽ được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Việc sử dụng vi điều khiển trong thiết kế mạch điều khiển sẽ giúp đơn giản hóa quá trình lập trình và điều khiển, đồng thời nâng cao tính linh hoạt của hệ thống. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện trên động cơ SUZUKI Cappuccino để đánh giá hiệu quả của mạch điều khiển phun xăng được chế tạo.

3.1. Thiết kế mạch điều khiển

Thiết kế mạch điều khiển phun xăng bao gồm việc lựa chọn các linh kiện điện tử phù hợp như vi điều khiển, bộ chuyển đổi A/D, và các cảm biến. Mạch điều khiển sẽ được lập trình để thực hiện các chức năng như đọc tín hiệu từ cảm biến, tính toán lượng nhiên liệu cần thiết và điều khiển vòi phun. Việc lựa chọn linh kiện và thiết kế mạch cần phải đảm bảo tính ổn định và độ chính xác cao, nhằm đáp ứng yêu cầu của hệ thống phun xăng tự động. Các phần mềm lập trình sẽ được sử dụng để viết chương trình điều khiển cho mạch, đảm bảo rằng hệ thống hoạt động hiệu quả và chính xác.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy mạch điều khiển phun xăng được chế tạo có khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả. Các thí nghiệm trên động cơ SUZUKI Cappuccino cho thấy lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh chính xác theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Hệ thống đã giảm thiểu đáng kể lượng khí thải độc hại, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường hiện hành. Việc áp dụng công nghệ vi điều khiển trong hệ thống phun xăng không chỉ giúp nâng cao hiệu suất động cơ mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các hệ thống phun xăng tự động tại Việt Nam.

4.1. Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả của mạch điều khiển phun xăng cho thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các chỉ số như tiêu hao nhiên liệu và lượng khí thải đều được cải thiện so với các hệ thống phun xăng truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng công nghệ vi điều khiển trong thiết kế mạch điều khiển phun xăng là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô trong nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp ô tô toàn cầu, việc nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm thiểu ô nhiễm môi trường trở thành mục tiêu quan trọng. Theo báo cáo ngành, sản lượng ô tô toàn cầu tăng trung bình khoảng 3% mỗi năm, với hơn 60% sản lượng tập trung tại 14 quốc gia lớn. Tại Việt Nam, năm 2002, ngành sản xuất ô tô trong nước đã tiêu thụ 28.232 xe, tăng 54,37% so với năm trước đó, và tiếp tục tăng lên 28.8038 xe vào năm 2003. Tuy nhiên, việc sử dụng các hệ thống điều khiển phun xăng điện tử (EFI) còn hạn chế do chi phí cao và thiếu các nhà sản xuất trong nước.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng sử dụng vi điều khiển, áp dụng cho động cơ Suzuki Cappuccino SX306 sản xuất năm 1996. Mục tiêu chính là phát triển một hệ thống điều khiển phun xăng theo lập trình nhằm thay thế các ECU đã hỏng hoặc không phù hợp, góp phần giảm chi phí và nâng cao hiệu quả nhiên liệu cũng như giảm khí thải độc hại. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế, chế tạo, lập trình và thử nghiệm mạch điều khiển trên động cơ 3 xy lanh sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp và vòng kín theo tiêu chuẩn khí thải châu Âu.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc thúc đẩy công nghiệp ô tô trong nước, giảm phụ thuộc vào linh kiện nhập khẩu, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu và giảm phát thải khí độc hại. Các chỉ số hiệu quả như tỷ lệ tiết kiệm nhiên liệu và mức giảm khí thải HC, CO, NOx được đánh giá trong quá trình thử nghiệm nhằm đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường ngày càng khắt khe.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: hệ thống điều khiển phun xăng điện tử (EFI) và lý thuyết điều khiển lập trình cho động cơ đốt trong.

1. Hệ thống EFI: Bao gồm các cảm biến đầu vào như cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP), cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW), cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA), cảm biến vị trí bướm ga (VTA), cảm biến oxy (Lambda), cảm biến tốc độ động cơ (NE) và cảm biến vị trí piston (TDC). Các cảm biến này cung cấp dữ liệu liên tục cho ECU để tính toán lượng nhiên liệu cần phun và thời điểm đánh lửa tối ưu nhằm đạt hiệu suất cao nhất và giảm khí thải.

2. Lý thuyết điều khiển lập trình: Sử dụng thuật toán điều khiển dựa trên các biến đầu vào, ECU tính toán thời gian mở kim phun nhiên liệu theo phương pháp tốc độ - mật độ (speed-density) và các hệ số hiệu chỉnh dựa trên nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, áp suất ắc quy, v.v. Thuật toán được lập trình bằng ngôn ngữ Assembly, đảm bảo tính chính xác và khả năng tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

• ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử trung tâm.
• ADC (Analog to Digital Converter): Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số.
• Kim phun điện trở cao: Loại kim phun có điện trở cuộn dây khoảng 13.8Ω, điều khiển bằng áp.
• Thuật toán điều khiển phun xăng theo lập trình: Thuật toán tính toán và điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu dựa trên các tín hiệu cảm biến.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích lý thuyết, thiết kế mạch điện tử và thử nghiệm thực tế trên động cơ Suzuki Cappuccino SX306.

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các cảm biến gắn trên động cơ, tài liệu kỹ thuật của động cơ và các tiêu chuẩn khí thải quốc tế.
• Phương pháp phân tích: Tính toán thời gian mở kim phun theo phương pháp tốc độ - mật độ, hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp và áp suất ắc quy. Phân tích sai số và độ ổn định của tín hiệu cảm biến, thiết kế mạch chuyển đổi ADC và mạch điều khiển vi điều khiển AT89C52.
• Timeline nghiên cứu:
  • Giai đoạn 1: Nghiên cứu lý thuyết và phân tích cảm biến (2 tháng).
  • Giai đoạn 2: Thiết kế mạch điều khiển và lập trình (3 tháng).
  • Giai đoạn 3: Chế tạo mạch và lắp đặt trên động cơ (2 tháng).
  • Giai đoạn 4: Thử nghiệm, hiệu chỉnh và đánh giá kết quả (3 tháng).

Cỡ mẫu thử nghiệm là một động cơ Suzuki Cappuccino SX306, lựa chọn do tính phổ biến và cấu trúc phù hợp với hệ thống điều khiển phun xăng điện tử theo lập trình. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu tiêu biểu cho động cơ 3 xy lanh sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp và vòng kín.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế mạch điều khiển phun xăng thành công: Mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển AT89C52 kết hợp với bộ chuyển đổi ADC 0809, transistor và các linh kiện điện tử khác đã được chế tạo hoàn chỉnh. Mạch có khả năng nhận và xử lý tín hiệu từ các cảm biến như MAP, THW, THA, VTA, cảm biến oxy và cảm biến tốc độ động cơ.

   • Sai số đo áp suất MAP trong phạm vi ±1% ở nhiệt độ làm việc bình thường.
   • Độ ổn định tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát đạt sai số dưới 5% trong dải nhiệt độ 20-100°C.

2. Thuật toán điều khiển phun xăng theo lập trình đạt hiệu quả cao: Thời gian mở kim phun được tính toán chính xác theo phương pháp tốc độ - mật độ, với các hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất.

   • Thời gian mở kim phun cơ bản được tính với sai số dưới 3% so với giá trị lý thuyết.
   • Hiệu chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ nước làm mát và khí nạp giúp giảm lượng nhiên liệu thừa khoảng 8-10% trong điều kiện vận hành ổn định.

3. Thử nghiệm trên động cơ Suzuki Cappuccino SX306 cho kết quả khả quan:

   • Mạch điều khiển giúp động cơ hoạt động ổn định ở các chế độ khởi động lạnh, chạy không tải và tăng tốc đột ngột.
   • Mức phát thải HC, CO giảm trung bình 12% so với hệ thống phun xăng cơ khí truyền thống.
   • Tiết kiệm nhiên liệu ước tính khoảng 7% trong điều kiện vận hành thực tế.

4. Khả năng lập trình và hiệu chỉnh thuật toán bằng Assembly dễ dàng và linh hoạt: Việc sử dụng ngôn ngữ Assembly giúp tối ưu hóa bộ nhớ và tốc độ xử lý, đồng thời dễ dàng điều chỉnh các tham số trong quá trình thử nghiệm và vận hành.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc chế tạo mạch điều khiển phun xăng sử dụng vi điều khiển là khả thi và hiệu quả, đặc biệt đối với các động cơ phổ biến như Suzuki Cappuccino SX306. Sai số thấp trong đo lường và tính toán thời gian phun giúp đảm bảo lượng nhiên liệu cung cấp chính xác, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ và giảm phát thải.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, hệ thống điều khiển phun xăng điện tử hiện đại thường sử dụng các vi điều khiển 16 hoặc 32 bit, tuy nhiên việc sử dụng vi điều khiển 8 bit AT89C52 vẫn đáp ứng tốt yêu cầu về chi phí và hiệu quả cho các ứng dụng trong nước. Việc lập trình bằng Assembly cũng giúp giảm thiểu tài nguyên phần cứng cần thiết.

Dữ liệu thử nghiệm có thể được trình bày qua biểu đồ thời gian mở kim phun theo các điều kiện nhiệt độ và áp suất, bảng so sánh mức phát thải HC, CO trước và sau khi sử dụng mạch điều khiển, cũng như biểu đồ tiết kiệm nhiên liệu theo các chế độ vận hành.

Những hạn chế của nghiên cứu bao gồm phạm vi áp dụng chỉ cho một loại động cơ cụ thể và chưa đánh giá được độ bền lâu dài của mạch điều khiển trong điều kiện thực tế khắc nghiệt. Tuy nhiên, đây là bước đầu quan trọng để phát triển các hệ thống ECU nội địa với chi phí hợp lý.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng nghiên cứu và phát triển cho các loại động cơ khác nhau: Áp dụng phương pháp thiết kế mạch điều khiển và thuật toán lập trình cho các động cơ có cấu trúc và dung tích khác nhau nhằm tăng tính ứng dụng rộng rãi. Thời gian thực hiện dự kiến 12-18 tháng, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước phối hợp thực hiện.

2. Tăng cường thử nghiệm thực tế và đánh giá độ bền của mạch điều khiển: Thực hiện các bài kiểm tra trong điều kiện vận hành khắc nghiệt, bao gồm nhiệt độ cao, rung động và độ ẩm để đảm bảo độ tin cậy lâu dài. Thời gian thử nghiệm khoảng 6-9 tháng, do các trung tâm kiểm định và phòng thí nghiệm chuyên ngành thực hiện.

3. Phát triển phần mềm lập trình thân thiện và tự động hóa hiệu chỉnh: Xây dựng giao diện lập trình dễ sử dụng, tích hợp các công cụ hiệu chỉnh tự động dựa trên dữ liệu thu thập từ cảm biến nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Dự kiến hoàn thành trong 9-12 tháng, do các nhóm kỹ sư phần mềm và điện tử phối hợp phát triển.

4. Hỗ trợ đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước: Tổ chức các khóa đào tạo về thiết kế, chế tạo và lập trình mạch điều khiển phun xăng nhằm nâng cao năng lực sản xuất nội địa, giảm phụ thuộc vào linh kiện nhập khẩu. Thời gian triển khai liên tục, do các trường đại học và viện nghiên cứu phối hợp với doanh nghiệp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Cơ khí động lực và Điện tử ô tô: Luận văn cung cấp kiến thức thực tiễn về thiết kế mạch điều khiển và lập trình vi điều khiển, giúp nâng cao kỹ năng nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực ô tô.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển sản phẩm trong ngành công nghiệp ô tô: Tài liệu chi tiết về cấu trúc mạch, thuật toán điều khiển và thử nghiệm thực tế hỗ trợ kỹ sư trong việc phát triển các hệ thống điều khiển phun xăng nội địa.

3. Doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô trong nước: Tham khảo để áp dụng công nghệ điều khiển phun xăng điện tử theo lập trình, giảm chi phí nhập khẩu ECU và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4. Các trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ ô tô: Cơ sở để phát triển các dự án nghiên cứu tiếp theo về hệ thống điều khiển động cơ, cải tiến thuật toán và thiết kế phần cứng phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Mạch điều khiển phun xăng sử dụng vi điều khiển có ưu điểm gì so với hệ thống cơ khí truyền thống?
   Mạch điều khiển vi điều khiển cho phép tính toán chính xác thời gian phun nhiên liệu dựa trên dữ liệu cảm biến, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải. Ví dụ, nghiên cứu cho thấy tiết kiệm nhiên liệu khoảng 7% và giảm khí thải HC, CO khoảng 12% so với hệ thống cơ khí.

2. Tại sao chọn động cơ Suzuki Cappuccino SX306 làm mẫu thử nghiệm?
   Động cơ này có cấu trúc 3 xy lanh, sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp và vòng kín, phù hợp với tiêu chuẩn khí thải châu Âu, đồng thời phổ biến và dễ tiếp cận trong nước, thuận tiện cho việc nghiên cứu và thử nghiệm.

3. Phương pháp tính toán thời gian mở kim phun theo speed-density là gì?
   Đây là phương pháp tính toán lượng nhiên liệu dựa trên tốc độ động cơ và áp suất đường ống nạp, kết hợp với các hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất để xác định thời gian mở kim phun chính xác, đảm bảo hiệu suất và giảm phát thải.

4. Vi điều khiển AT89C52 có đáp ứng được yêu cầu xử lý tín hiệu trong hệ thống điều khiển phun xăng không?
   Mặc dù là vi điều khiển 8 bit, AT89C52 có khả năng xử lý tín hiệu nhanh và chính xác đủ cho các ứng dụng điều khiển phun xăng trong động cơ nhỏ và vừa, đồng thời chi phí thấp và dễ lập trình bằng Assembly.

5. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác của các cảm biến trong hệ thống?
   Cảm biến được lựa chọn có sai số thấp (ví dụ cảm biến MAP sai số ±1%), được hiệu chuẩn kỹ lưỡng và tín hiệu được xử lý qua bộ chuyển đổi ADC chính xác. Ngoài ra, các thuật toán hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất giúp giảm sai số trong tính toán.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công mạch điều khiển phun xăng sử dụng vi điều khiển AT89C52, phù hợp với động cơ Suzuki Cappuccino SX306.
• Thuật toán điều khiển phun xăng theo phương pháp speed-density và các hệ số hiệu chỉnh giúp tối ưu hóa lượng nhiên liệu phun, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.
• Thử nghiệm thực tế cho thấy mạch điều khiển hoạt động ổn định, giảm phát thải HC, CO khoảng 12% và tiết kiệm nhiên liệu khoảng 7%.
• Việc lập trình bằng Assembly giúp tối ưu bộ nhớ và tốc độ xử lý, đồng thời dễ dàng hiệu chỉnh trong quá trình vận hành.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu cho các loại động cơ khác, tăng cường thử nghiệm độ bền và phát triển phần mềm lập trình thân thiện.

Next steps: Triển khai thử nghiệm mở rộng, hoàn thiện phần mềm lập trình, đào tạo chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp trong nước.

Call to action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong ngành ô tô được khuyến khích áp dụng và phát triển tiếp công nghệ điều khiển phun xăng điện tử theo lập trình nhằm nâng cao năng lực sản xuất nội địa và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUỐC CƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO - 605246 S K C0 0 0 9 8 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2004 Luan van BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ NGHIEÂN CÖÙU CHEÁ TAÏO MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN PHUN XAÊNG DUØNG VI ÑIEÀU KHIEÅN Chuyeân ngaønh: KHAI THAÙC VAØ BAÛO TRÌ OÂTOÂ Maõ soá ngaønh: 605246 Hoï vaø teân hoïc vieân: KS. Traàn Quoác Cöôøng Ngöôøi höôùng daãn: PGS.TS Ñoã Vaên Duõng TP. Hoà Chí Minh, thaùng 08 naêm 2004 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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%.