Nghiên cứu và ứng dụng arduino xây dựng mô hình điều khiển quá trình phun xăng đánh lửa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.7 MB, 100 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG DẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO XÂY DỰNG MƠ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHUN XĂNG - ĐÁNH LỬA
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Lớp:
Trần Phú Q
1811251963
18DOTB6
Võ Cơng Thọ
1811252091
18DOTB6
TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG DẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO XÂY DỰNG MƠ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHUN XĂNG - ĐÁNH LỬA
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Lớp:
Trần Phú Q
1811251963
18DOTB6
Võ Cơng Thọ
1811252091
18DOTB6
TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022
LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của nhóm.
Đồng thời những số liệu, nội dung nghiên cứu, kết quả nghiên cứu hoàn tồn trung
thực, khơng sao chép từ bất kỳ một cơng trình nghiên cứu khác. Được thực hiện
dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU.
Những tài liệu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được nhóm tự tìm
hiểu, thu thập từ các nguồn khác nhau, đều được trích dẫn đầy đủ, có ghi rõ trong tài
liệu tham khảo.
Đây là một sản phẩm mà nhóm em nỗ lực nghiên cứu, nếu phát hiện bất cứ
sự gian lận nào chúng em xin cam đoan chịu hồn tồn trách nhiệm về nội dung đồ
án của mình và mọi hình thức kỷ luật của nhà trường đề ra.
Tp. Hồ Chí Minh,ngày 28 tháng 08 năm 2022
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
i
LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp này đạt kết quả tốt đẹp cũng một phần nhờ vào sự giúp đỡ
của thầy cô, bạn bè. Với lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất, nhóm em xin gửi lời
cảm ơn đến thầy TS. NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU, người đã tận tình giúp
đỡ chỉ dẫn chúng em xuyên suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Tiếp theo chúng em bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo trường Đại Học Công
Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện Kỹ Thuật Hutech đã giúp đỡ nhóm trong suốt
q trình nghiên cứu và hồn thành đề tài.
Bên cạnh đó cịn có gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và hỗ trợ nhóm trong suốt
q trình thực hiện đề tài giúp chúng em luôn luôn phấn đấu hồn thành đồ án đúng
thời hạn được giao.
Kính chúc q thầy cơ, gia đình và bạn bè sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt.
Em xin chân thành cảm ơn!
ii
TÓM TẮT
Đồ án nhằm giới thiệu một cách khái quát về hệ thống phun xăng đánh lửa
điện tử. Đây là hệ thống được sử dụng trên các dòng xe ngày nay thay thế cho bộ
chế hịa khí, mặc dù ngành cơng nghiệp ơ tơ phát triển góp phần khơng nhỏ cho
việc sinh hoạt hàng ngày cũng như là phương tiện di chuyển thiết yếu của từng
nhà, tuy nhiên nguồn nhiên liệu mà xe hơi sử dụng để hoạt động là dầu mỏ, nguồn
tài nguyên có giới hạn và ngày càng cạn kiệt cho nên hệ thống phun xăng đánh lửa
điện tử ngày càng được sử dụng phổ biến nhằm tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu
lượng khí thải ra mơi trường. Với mục đích tìm hiểu, học hỏi những điểm mới
trong công nghệ này nên chúng em đã đăng ký đề tài "Nghiên cứu và Ứng dụng
Arduino xây dựng mơ hình điều khiển hệ thống phun xăng đánh lửa" nhằm một
phần nào đó nắm bắt được những điểm hay và hữu ích của cơng nghệ này và góp
phần phục vụ cơng việc học tập của sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ơ tơ nói
riêng cũng như các khối ngành kỹ thuật nói chung. Đồ án này nhằm mục đích giúp
cho sinh viên có thể hiểu được một cách trực quan và dễ hiểu nhất về hệ thống
điều khiển phun xăng đánh lửa điện tử, góp phần thuận tiện cho cơng tác giảng
dạy và học tập của sinh viên, tăng tính trực quan, tính thực tế cho người học, đồng
thời hiểu được tổng quan toàn bộ hệ thống điều khiển khi phun xăng, đánh lửa và
nắm vững được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các cảm biến trên hệ thống phun
xăng, đánh lửa điện tử trên động cơ ô tô, rèn luyện kỹ năng và kiến thức liên quan
quá trình điều khiển động cơ. Việc ứng dụng Arduino điều khiển vào hệ thống
phun xăng đánh lửa thay thế việc sử dụng hộp ECU thực tế nhằm cắt giảm chi phí
đắt đỏ lắp đặt mơ hình. Sau q trình nghiên cứu và sàn lọc, nhóm đã chế tạo
thành cơng mơ hình "Ứng dụng Arduino điều khiển quá trình phun xăng đánh
lửa". Mơ phỏng tín hiệu thay thế cho cảm biến trên hệ thống. Tổng hợp được cơ
bản các kiến thức về hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử. Hiểu được từng chức
năng, bộ phận, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống. Sử dụng thành thạo
các phần mềm, thiết lập bản vẽ, đo kiểm các chi tiết, tính toán thiết kế.
iii
ABSTRACT
The project aims to introduce in a general way the electronic ignition fuel
injection system. This is the system used on today's vehicles to replace the
carburetor, although the development of the automobile industry contributes
significantly to daily living as well as an essential means of transportation for
people. However, the fuel source that cars use to operate is petroleum, the resource
is limited and increasingly depleted, so the electronic ignition fuel injection system
is increasingly used to save money. save fuel, reduce emissions to the environment.
For the purpose of learning and learning new points in this technology, we have
registered the topic "Research and Application of Arduino to build a control model
of the fuel injection ignition system" in order to partly grasp learn the good and
useful points of this technology and contribute to the learning work of students of
automotive engineering in particular as well as engineering disciplines in general.
This project aims to help students understand the most intuitive and understandable
way about the electronic fuel injection control system, contributing to the
convenience of teaching and learning of students. increase the intuitiveness and
practicality for learners, and at the same time understand the overview of the entire
control system when fuel injection, ignition and master the structure and working
principle of the sensors on the fuel injection system, electronic ignition on
automobile engines, training skills and knowledge related to the engine control
process. The application of the control Arduino to the ignition fuel injection system
replaces the use of an actual ECU box to cut down on expensive model installation
costs. After the research and screening process, the team has successfully built the
model "Arduino application to control the ignition fuel injection process". Simulate
the replacement signal for the sensor on the system. Basic knowledge of electronic
ignition and fuel injection systems. Understand each function, part, structure and
operating principle of the system. Proficient in using software, setting up drawings,
measuring details, calculating design.
iv
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ..................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 1
1.2. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................... 3
1.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 3
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu ....................................................................................... 4
1.5. Các kết quả đạt được của đề tài ..................................................................... 4
1.6. Kết cấu đồ án .................................................................................................... 5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP ...........................6
2.1. Tổng quan hệ thống phun xăng đánh lửa..................................................... 6
2.1.1. Các loại EFI ................................................................................................ 8
2.1.2. L-EFI (Loại điều khiển lưu lượng khơng khí) ........................................... 8
2.1.3. D-EFI (Loại điều khiển áp suất đường ống nạp)........................................ 8
2.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu ......................................................................... 8
2.2.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu ........................................................... 8
2.2.2. Bơm nhiên liệu ......................................................................................... 10
2.2.3. Bộ điều áp ................................................................................................. 11
2.2.4. Kim phun .................................................................................................. 12
2.3. Cảm biến vị trí trục cam CMP (Camshaft Position Sensor) .................... 16
2.4. Cảm biến vị trí trục khuỷu CKP (Crankshaft position sensor) ............... 19
2.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT (Engine Coolant Temperature).23
2.6. Dạng xung tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát ................................ 29
2.7. Cảm biến vị trí bướm ga TPS (Throttle position sensor) .......................... 29
v
2.8. Cảm biến Oxy ................................................................................................ 33
2.8.1. Đặc tính chức năng và nhiệm vụ .............................................................. 35
2.8.2. Vị trí lắp đặt cảm biến oxy ....................................................................... 35
2.8.3. Cấu tạo của cảm biến oxy......................................................................... 36
2.8.4. Nguyên lý hoạt động cảm biến oxy .......................................................... 37
2.8.5. Nguyên nhân hư hỏng cảm biến oxy ........................................................ 38
2.8.6. .Ảnh hưởng của cảm biến oxy đối với hiệu suất làm việc của động cơ nếu
hư ... ................................................................................................................. 38
2.9. Bobine đánh lửa ............................................................................................ 39
2.9.1. Cấu tạo của bobine đánh lửa .................................................................... 39
2.9.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................ 40
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ................. 41
3.1. Các giải pháp tại xưởng thực hành Trường Đại Học Công Nghệ TP.
HCM ...................................................................................................................... 41
3.1.1. Mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa được mơ phỏng trên sa bàn ....... 41
3.1.2. Mơ hình hệ thống phun xăng đánh lửa được mô phỏng trên động cơ ..... 41
3.2. Các giải pháp trên thị trường ...................................................................... 42
3.2.1. Mô hình hệ thống đánh lửa điện tử Atech - USA 1772 – Mơ hình hệ
thống cung cấp nhiên liệu Atech - USA 670 .................................................... 42
3.2.2. Mơ hình động cơ phun xăng điện tử đánh lửa trực tiếp kèm theo hộp số
Daesung G3 – Korea G-110801 ......................................................................... 44
3.3. Giải pháp chung ............................................................................................ 47
3.4. Phân tích giải pháp ....................................................................................... 47
3.4.1 Mạch giả lập tín hiệu Cảm biến ................................................................. 47
vi
3.5. Vi xử lý Arduino ............................................................................................ 51
3.6. Màn hình LCD............................................................................................... 52
3.7. Kim Phun ....................................................................................................... 52
3.8. Bobine ............................................................................................................. 53
3.9. Bơm xăng ....................................................................................................... 54
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ ............................ 55
4.1. Khung thiết kế mơ hình ................................................................................ 55
4.2. Mạch giả lập tín hiệu cảm biến .................................................................... 60
4.3. Thiết kế hệ thống phun xăng – đánh lửa .................................................... 63
CHƯƠNG 5: THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM .............. 68
5.1. Các bước thi công và chọn vật liệu .............................................................. 68
5.1.1. Linh kiện................................................................................................... 69
5.1.2. Lựa chọn vật liệu ...................................................................................... 70
5.2. Thực nghiệm mơ hình .................................................................................. 72
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .... 76
6.1. Kết luận ......................................................................................................... 76
6.2. Hướng phát triển của đề tài ........................................................................ 77
6.3. Đánh giá kết quả .......................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 79
vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ECU: ELECTRONIC CONTROL UNIT
EFI: ELECTRONIC FUEL INJECTION
ECM: ENGINE CONTRIL MODULE
CKP: CRANK SHAFT POSITION SENSOR
CMP: CAM SHAFT POSITION SENSOR
ECT: ENGINE COOLANT TEMPERATURE
TPS: THROTTLE POSITION SENSOR
IGSW: IGINITION SWITCH
viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Mơ hình đào tạo hệ thống phun xăng-đánh lửa “trên thị trường” [13, tr 1]
.....................................................................................................................................3
Hình 2. 1: Sơ đồ mạch điện hệ thống EFI [ 16, tr 1 ] .................................................. 6
Hình 2. 2: Sơ đồ mạch điện hệ thống phun xăng đánh lửa [ 26, tr 1 ] ........................ 6
Hình 2. 3: Sơ đồ các tín hiệu cảm biến [ 35, tr 1 ] ...................................................... 7
Hình 2. 4: Các kiểu phun nhiên liệu [ 27, tr 1 ]........................................................... 8
Hình 2. 5: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử Toyota ................................................. 9
Hình 2. 6: Cấu tạo của bơm nhiên liệu [ 30, tr 1 ] ..................................................... 10
Hình 2. 7: Mặt phẳng cắt của bơm nhiên liệu [ 30, tr 1 ] .......................................... 11
Hình 2. 8: Bộ điều áp [ 27, tr 1 ] ............................................................................... 12
Hình 2. 9: Kim phun nhiên liệu [ 31, tr 1 ] ................................................................ 13
Hình 2. 10: Cấu tạo kim phun nhiên liệu [ 31, tr 1 ] ................................................. 13
Hình 2. 30: Cấu tạo bobine đánh lửa [ 29, tr 1 ]........................................................ 40
Hình 3. 1: Mơ hình hệ thống phun xăng đánh lửa được mơ phỏng trên sa bàn ........ 41
Hình 3. 2: Mơ hình động cơ phun xăng đánh lửa trực tiếp GDI ............................... 42
Hình 3. 3: Mơ hình hệ thống đánh lửa điện tử Atech - USA 1772 – Mơ hình hệ
thống cung cấp nhiên liệu Atech - USA 670 [ 13, tr 1 ] ........................................... 43
Hình 3. 4: Mơ hình động cơ phun xăng điện tử đánh lửa trực tiếp kèm theo hộp số
Daesung G3 – Korea G-110801 [ 12, tr 1 ] ............................................................... 45
Hình 3. 5: Giả lập tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước [ 16, tr 1 ] ................................. 48
Hình 3. 6: Mơ phỏng cảm biến vị trí trục khuỷu ....................................................... 49
Hình 3. 7: Giả lập mạch so sánh logic ....................................................................... 50
Hình 3. 8: Màn hình LCD ......................................................................................... 52
Hình 3. 9: Đèn Led đóng vai trị kim phun ............................................................... 52
Hình 3. 10: Bobine đánh lửa ..................................................................................... 53
ix
Hình 3. 11: Motor DC: mơ phỏng cho bơm xăng ..................................................... 54
Hình 4. 1: Hình chiếu góc nghiêng của mơ hình....................................................... 56
Hình 4. 2: Kích thước trên bản vẽ 2d của mơ hình ................................................... 56
Hình 4. 3: Kích thước hình chiếu đứng của mơ hình ................................................ 57
Hình 4. 4: Mơ phỏng và dán Decal vào mơ hình 3D ................................................ 59
Hình 4. 5: Mô phỏng Decal và gắn các thiết bị trên phần mềm Solidworks ........... 60
Hình 4. 6: Dạng xung tín hiệu của cảm biến trục khuỷu và cam [ 16, tr 1] .............. 62
Hình 4. 7: Mạch chuyển đổi xung ............................................................................. 63
Hình 4. 8: Sơ đồ mạch điện giả lập tín hiệu CKP, mơ phỏng trên Protues ............... 63
Hình 4. 9: Sơ đồ mạch điện hệ thống phun xăng – đánh lửa .................................... 64
Hình 4. 10: Sơ đồ bobine đánh lửa ............................................................................ 64
Hình 4. 11: Mơ phỏng proteus sơ đồ mạch điện đèn led .......................................... 65
Hình 4. 12: Sơ đồ mạch điện kim phun..................................................................... 65
Hình 4. 13: Khóa điện ............................................................................................... 66
Hình 5. 1: Nhựa PVC Pima ....................................................................................... 70
Hình 5. 2: Khung mơ hình......................................................................................... 71
Hình 5. 3: Lắp đặt các chi tiết lên mặt phẳng mơ hình ............................................. 72
Hình 5. 4: Bản thiết kế Decal .................................................................................... 72
Hình 5. 5: Bố trí các thiết bị trên bề mặt mơ hình ..................................................... 73
Hình 5. 6: Mơ hình hồn chỉnh ................................................................................. 74
Hình 5. 7: Giao diện màn hình khi bật khóa ON ..................................................... 75
Hình 5. 8: Màn hình điều khiển xung cảm biến nhiệt độ nước làm mát .................. 76
Hình 5. 9: Kim phun (led) hoạt động ....................................................................... 76
x
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 2. 1: Dạng xung tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam loại điện từ [ 15, tr 1]
...................................................................................................................................17
Biểu đồ 2. 2: Dạng xung tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam loại Hall .................. 18
Biểu đồ 2. 3: Dạng xung tín hiệu của cảm biến CKP loại điện từ [ 16, tr 1 ] ........... 21
Biểu đồ 2. 4: Dạng xung tín hiệu của cảm biến CKP loại Hall [ 16, tr 1 ] ............... 22
Biểu đồ 2. 5: Đường đặc tính của nhiệt độ nước làm mát [ 19, tr 1 ] ....................... 24
Biểu đồ 2. 6: Biểu đồ đặc tính của nhiệt độ động cơ thay đổi theo điện trở nhiệt [ 15,
tr 1] ............................................................................................................................ 29
xi
CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngành cơng nghiệp ô tô là một ngành kinh tế quan trọng của đất nước ta trong
thời kỳ cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay. Trên thế giới, ngành cơng nghiệp ô
tô đã có những bước phát triển rất nhanh về mặt kỹ thuật và sản lượng nhằm đáp
ứng nhu cầu ngày một cao của con người. Phải công nhận một điều là ơ tơ đã góp
phần khơng nhỏ vào việc phát triển kinh tế của thế giới và nâng cao chất lượng cuộc
sống của con người. Mặt khác, sự phát triển ngành công nghiệp ô tô trên thế giới
đang đặt ra vấn đề lớn là ô nhiễm môi trường không khí do khí thải của ơ tơ sinh ra
khi chúng hoạt động. Khí thải của ơ tơ cũng được coi là tác nhân lớn gây ra hiện
tượng ấm lên của trái đất. Nhiên liệu của ô tô hiện nay vẫn chủ yếu là từ dầu mỏ.
Tuy nhiên, loại nhiên liệu dầu khí khơng phải là tài ngun vơ tận. Trong những
thập kỷ đã qua và dự báo trong những thập kỷ tới, loại nhiên liệu này ngày càng đắt
đỏ và sản lượng cũng giảm nhanh. Chính vì vậy, cùng với việc phát triển của lĩnh
vực điều khiển điện tử, sự cải tiến trong thiết kế chế tạo động cơ được chú trọng và
cải tiến không ngừng. Điều này nhằm giảm thiểu tối đa việc đốt nhiên liệu từ đó
giảm ơ nhiễm khí thải và nâng cao hiệu quả sử dụng ô tô. Một trong những cải tiến
kỹ thuật đó là thay thế loại động cơ xăng dùng chế hịa khí bằng loại động cơ tiên
tiến hơn, đó là động cơ xăng có điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử.
Như chúng ta đã tìm hiểu ở các tài liệu về hệ thống điều khiển trên động cơ.
Bất kỳ một hệ thống điều khiển nào cũng phải có 3 bộ phận cơ bản: Bộ phận thu
thập thông tin, Bộ phận xử lý thông tin và Bộ phận thực thi. Trong hệ thống điều
khiển động cơ và cụ thể là hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống đánh lửa. Bộ
phận thu thập thơng tin đó chính là các cảm biến, các cảm biến này sẽ giúp xác định
tình trạng hoạt động của động cơ và gửi tín hiệu về bộ phận điều khiển động cơ là
ECU. Bộ phận xử lý thơng tin trong hệ thống này chính là ECU. Tiếp theo đó, bộ
1
phận thực thi tín hiệu điều khiển đó chính là các kim phun, bobine,… Hệ thống
đánh lửa trong động cơ xăng với một số sơ đồ rất phức tạp, người học khó hình
dung ra được và với hệ thống này ngồi thực tế là hệ thống kín nên rất khó quan sát.
Vì vậy lựa chọn một trong những cách thức để người học dễ hình dung hơn bằng
cách xây dựng mơ hình “Ứng dụng Arduino điều khiển hệ thống phun xăng đánh
lửa ”, để biến nó thành một phương tiện trực quan trong học phần hệ thống phun
xăng đánh lửa, động cơ đốt trong, điện tử trên ô tô... Trong mơ hình này chúng em
thay thế bộ điều khiển động cơ “ECU” bằng một con vi xử lí Arduino, các kim phun
xăng được thay thế bằng các đèn led, các cảm biến trục cam, cảm biến trục khuỷu,
cảm biến nhiệt độ động cơ được thay thế bằng các mạch giả lập tín hiệu, chúng em
sử dụng motor DC để thay thế và mô phỏng lại bơm xăng nhằm tránh các trường
hợp cháy nổ.
Do đó hệ thống điều khiển phun xăng đánh lửa khơng cịn phức tạp, khó hình
dung như các sơ đồ nói chung. Khơng những vậy dựa vào mơ hình này có thể trực
tiếp kiểm tra, đọc sơ đồ xung và điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ và nhiệt
độ nước làm mát thơng qua màn hình LCD.
Xuất phát từ ý tưởng trên, chúng em chọn đề tài “Xây dựng và ứng dụng
Arduino điều khiển quá trình phun xăng – đánh lửa” cho đồ án của mình. Nhằm
mục đích giúp cho sinh viên có thể hiểu được một cách trực quan và dễ hiểu nhất về
hệ thống điều khiển phun xăng đánh lửa điện tử.
2
Hình 1. 1: Mơ hình đào tạo hệ thống phun xăng - đánh lửa “trên thị trường” [13, tr 1]
1.2. Mục đích nghiên cứu:
Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích sau:
Góp phần thuận tiện cho cơng tác giảng dạy và học tập của sinh viên.
Tăng tính trực quan, tính thực tế cho người học, đồng thời hiểu được tổng
quan toàn bộ hệ thống điều khiển khi phun xăng, đánh lửa và nắm vững được cấu
tạo, nguyên lý làm việc của các cảm biến trên hệ thống phun xăng, đánh lửa điện tử
trên động cơ ô tô.
Thực hành kiểm tra, chẩn đoán được hư hỏng của hệ thống phun xăng và
đánh lửa điện tử trên mơ hình.
Rèn luyện kỹ năng và kiến thức liên quan quá trình điều khiển động cơ.
Ứng dụng Arduino điều khiển hệ thống phun xăng đánh lửa, thay thế việc
sử dụng hộp ECU thực tế với chi phí đắt đỏ.
1.3. Phương pháp nghiên cứu:
Trong q trình nghiên cứu thực hiện đồ án chúng em có sử dụng một số
phương pháp nghiên cứu như sau:
Khảo sát và tìm hiểu các mơ hình hiện có trên thị trường và tại các trường
đào tạo nhằm tìm ra những ưu điểm và khuyết điểm để nghiên cứu và đưa ra
phương hướng cải tiến tối ưu nhất cho mơ hình của nhóm.
3
Tìm hiểu, phân tích và đánh giá các cấu tạo, đặc tính và nguyên lí hoạt
động của các cảm biến CKP, CMP, ECT và các thiết bị bơm xăng, kim phun,
bobine, bugie.
Tiến hành quan sát và tìm hiểu thực tế mơ hình phun xăng đánh lửa tại
xưởng thực hành Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM.
Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình của trường Trường Đại Học Cơng
Nghệ TP.HCM, sách vở, đặc biệt là các cuốn cẩm nang khai thác, bảo dưỡng sửa
chữa của các hãng xe TOYOTA, KIA,…
Tìm kiếm thơng tin trên mạng Internet, các website trong và ngồi nước.
So sánh và chất lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy.
Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những
đánh giá và nhận xét của riêng mình.
Nhiệm vụ nghiên cứu
1.4.
Tìm hiểu tổng quát hệ thống phun xăng – đánh lửa trên ơ tơ hiện nay.
Phân tích về hệ thống điều khiển phun xăng - đánh lửa.
Phân tích sơ đồ phun xăng, tín hiệu cảm biến trong quá trình điều khiển
phun xăng - đánh lửa.
Thiết kế và xây dựng mạch giả lập tín hiệu CMP, CKP, ECT.
Viết chương trình điều khiển phun xăng – đánh lửa trên Arduino.
Thiết kế và thi cơng mơ hình vật lí hệ thống phun xăng – đánh lửa.
Các kết quả đạt được của đề tài
1.5.
Hồn thành thiết kế và thi cơng mơ hình vật lí “Ứng dụng Arduino điều
khiển hệ thống phun xăng - đánh lửa ”.
Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển và viết chương trình cho vi xử lí
Arduino điều khiển hệ thống phun xăng – đánh lửa.
Thiết kế mạch hệ thống phun xăng – đánh lửa trên proteus.
Kiểm tra và hịa thiện hệ thống nhằm đảm bảo mơ hình hoạt động ổn
định, tính chính xác cao, mạch điều khiển hoạt động đồng nhất với các bộ phận
trong hệ thống phun xăng đánh lửa nhằm có phương án khắc phục khi hư hỏng.
4
1.6. Kết Cấu Đồ Án:
Kết cấu đề tài nghiên cứu nhóm chia làm 6 chương như sau:
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ
CHƯƠNG 5: THI CƠNG
CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN
5
CHƯƠNG 2:
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1. Tổng quan hệ thống phun xăng đánh lửa
Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng của động
cơ và điều kiện chạy của xe. Từ đó, ECU động cơ tính tốn lượng phun nhiên liệu tối
ưu và làm cho các kim phun phun nhiên liệu.
Hình 2. 1: Sơ đồ mạch điện hệ thống EFI [ 16, tr 1 ]
Hình 2. 2: Sơ đồ mạch điện hệ thống phun xăng đánh lửa [ 26, tr 1 ]
6
Hình 2. 3: Sơ đồ các tín hiệu cảm biến [ 35, tr 1 ]
Hệ thống phun xăng đánh lửa gồm các bộ phận như:
ECU động cơ: Là bộ phận điều khiển chính của động cơ và có khả năng
tính thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến.
Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) hoặc cảm biến áp suất đường ống
nạp (MAP): Cảm biến này đo được khối lượng khơng khí nạp vào đường ống nạp
hoặc áp suất khơng khí trên đường ống nạp.
Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP): Cảm biến này xác định góc quay trục
khuỷu và tốc độ của động cơ.
Cảm biến vị trí trục cam (CMP): Cảm biến này xác định góc quay chuẩn
và thời điểm đóng mở xupap của trục cam.
Cảm biến nhiệt độ nước (ECT): Cảm biến này đo được nhiệt độ của nước
làm mát.
Cảm biến vị trí bướm ga (TPS): Cảm biến này xác định được góc
đóng/mở của bướm ga.
Cảm biến oxy: Cảm biến này đo được nồng độ của oxy trong khí xả của
động cơ.
7
2.1.1. Các loại EFI
Hình 2. 4: Các kiểu phun nhiên liệu [ 27, tr 1 ]
Có hai loại hệ thống EFI được phân loại theo phương pháp phát hiện lượng
không khí nạp.
2.1.2. L-EFI (Loại điều khiển lưu lượng khơng khí)
“ Loại này sử dụng một cảm biến lưu lượng khí nạp để phát hiện lượng khơng
khí chạy vào đường ống nạp. Có hai phương pháp phát hiện: Một loại trực tiếp đo
khối khơng khí nạp, và một loại thực hiện các hiệu chỉnh dựa vào thể tích khơng khí.
2.1.3. D-EFI (Loại điều khiển áp suất đường ống nạp)
Loại này đo áp suất trong đường ống nạp để phát hiện lượng khơng khí nạp theo
tỷ trọng của khơng khí nạp.” [ 27, tr 1 ]
2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu
2.2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu
8
Hình 2. 5: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử Toyota
“ Nhiên liệu được lấy từ bình nhiên liệu bằng bơm nhiên liệu và được phun dưới
áp suất bởi vòi phun.
Áp suất nhiên liệu trong đường ống nhiên liệu phải được điều chỉnh để duy trì
việc phun nhiên liệu ổn định bằng bộ điều áp và bộ giảm rung động.
Các bộ phận chính
Bình nhiên liệu
Cụm bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu
Lưới lọc của bơm nhiên liệu
Bộ lọc nhiên liệu
Bộ điều áp
Ống phân phối
9
Vòi phun
Bộ giảm rung động ” [ 27, tr 1 ]
2.2.2. Bơm nhiên liệu
Hình 2. 6: Cấu tạo của bơm nhiên liệu [ 30, tr 1 ]
“ Bơm nhiên liệu được lắp trong bình nhiên liệu và được kết hợp với bộ lọc
nhiên liệu, bộ điều áp, bộ đo nhiên liệu, vv...Cánh bơm được mô tơ quay để nén nhiên
liệu.
Van một chiều đóng lại khi bơm nhiên liệu dừng để duy trì áp suất trong đường
ống nhiên liệu và làm cho việc khởi động động cơ dễ dàng hơn.
Nếu không có áp suất dư, dễ xảy ra hiện tượng khố hơi ở nhiệt độ cao, làm cho
việc khởi động lại khó khăn.
Van an tồn mở ra khi áp suất ở phía cửa ra trở nên quá cao, nhằm ngăn chặn
áp suất nhiên liệu trở nên quá cao này.” [ 30, tr 1 ]
10
Hình 2. 7: Mặt phẳng cắt của bơm nhiên liệu [ 30, tr 1 ]
2.2.3 Bộ điều áp
Bộ điều áp này điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun ở 324 kPa (3.3
kgf/cm2). (Các giá trị này có thể thay đổi tuỳ theo kiểu của động cơ)
Ngoài ra, bộ điều áp cịn duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu cũng
như cách thức duy trì ở van một chiều của bơm nhiên liệu.
Nguyên lí hoạt động của bộ điều áp
11
Hình 2. 8: Bộ điều áp [ 27, tr 1 ]
“ Loại này có ống phân phối liên tục điều chỉnh áp suất nhiên liệu để giữ cho áp
suất nhiên liệu cao hơn áp suất được xác định từ áp suất đường ống nạp. Hoạt động
cơ bản cũng giống như loại 1, nhưng độ chân không của đường ống nạp được đặt vào
buồng trên của màng chắn, áp suất nhiên liệu được điều chỉnh bằng cách thay đổi áp
suất nhiên liệu khi van mở ra theo độ chân không của đường ống nạp. Nhiên liệu được
trả về bình nhiên liệu qua ống hồi nhiên liệu.
Lỗ phun của vịi phun có độ chân không gây ra bởi chân không của đường ống
nạp, nó hút nhiên liệu ra. Độ chân khơng này ln ln thay đổi theo các tình trạng
của động cơ. Do đó, vì áp suất nhiên liệu của loại này được điều chỉnh liên tục bằng
độ chân không của đường ống nạp để duy trì áp suất nhiên liệu cao hơn áp suất đặt
trước để duy trì một lượng phun đã đặt trong thời gian phun.” [ 27, tr 1 ]
2.2.4 Kim phun
12
