Thuyết minh ( điều khiển van cắt nhiên liệu của bơm cao áp chia phàn cơ cấu chấp hành)

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ
ĐỀ TÀI :THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LƯỢNG CẤP NHIÊN
LIỆU ĐỘNG CƠ DIEZEL DÙNG BƠM CAO ÁP CHIA : PHẦN CƠ CẤU
CHẤP HÀNH
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TRẦN VĂN THOAN
SINH VIÊN THỰC HIỆN : PHẠM MINH TUẤN
1
Mục lục
2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………………………………
Hưng yên, ngày … tháng … năm 2014
Chữ ký của giáo viên

3
LỜI NÓI ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay ngành ôtô có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân, ôtô được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế như: Vận tải, xây dựng, du lịch;
lĩnh vực quốc phòng an ninh Cùng với sự phát trển vượt bậc của mình ngành công
nghệ ôtô ngày càng khẳng định vai trò quan trọng không thể thiếu trong sự phát triển
của một quốc gia.
Nhờ sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và công nghệ, ngành ôtô
đã không ngừng tự làm mới mình để đáp ứng được những yêu cầu bức thiết trong vấn
đề sử dụng. Ngành ôtô đã có những bước tiến bộ vượt bậc về thành tựu kỹ thuật mới
như: Điều khiển điện tử và kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính toán hiện
đại đều được áp dụng trên ôtô. Khả năng cải tiến, hoàn thiện và nâng cao để đáp ứng
mục tiêu chủ yếu về năng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh tế, giảm cường
độ cho người lái, tính tiện nghi sử dụng cho khách hàng và giảm tối ưu lượng nhiên
liệu.
Việc giảm tối ưu lượng nhiên liệu mà công suất của động cơ vẫn đảm bảo đang
là vấn đề bức thiết và là nhu cầu hàng đầu trong mục đích sử dụng của khách hàng.
Công nghệ phun xăng điện tử, công nghệ phun Diesel điện tử cũng đã được nghiên
cứu và ứng dụng trong ngành ôtô.
Trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường em đã được khoa giao cho Đồ
án Hệ thống cơ điện tử ô tô với để tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển lượng cấp
nhiên liệu động cơ Diesel dùng bơm cao áp chia : Phần thiết kế mạch”. Với sự cố
gắng của bản thân và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS. Trần Văn Thoan cùng
với sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Cơ khí Động lực, các bạn trong lớp
CĐTOK9, em đã hoàn thành đề tài đáp ứng được yêu cầu đưa ra. Tuy nhiên trong quá
trình làm đồ án, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu
sót. Vì vậy em rất mong sự góp ý của các thầy cô trong khoa và các bạn trong lớp cũng
như các bạn có sự đam mê về đề tài này để đề tài được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy ThS. Trần
Văn Thoan đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn emđể đề tài được hoàn thành.

Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện:
PHẠM MINH TUẤN
4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNGCUNG CẤP
NHIÊN LIỆU DIEZEL TRÊN BƠM CAO ÁP CHIA
1.1 lịch sử phát triển của hệ thống cung cấp nhiên liệu diezel và diezel điện
tử
Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra
nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ,
các vấn đề được giải quyết và Diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn.
Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường.
Động cơ Diesel với tính hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề về
tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel.
Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ Rudolf Diesel hoạt động
theo nguyên lý tự cháy. Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng
cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927 Robert Bosh mới
phát triển bơm cao áp ( bơm phun Bosh lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và
ô tô khách vào năm 1936).
Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹ
thuật tối ưu nhắm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các
nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức
quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập chung vào
giải quyết các vấn đề:
-Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu không
khí.
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.
- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun
để làm giảm HC.
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả.

Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộ phận
của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như:
- Bơm cao áp điều khiển điện tử.
- Vòi phun điện tử.
- Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống Rail).
Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thống nhiên liệu
Diesel nhờ sự phát triển về công nghệ . Năm 1986 Bosh đã đưa ra thị trường việc điều
5
khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu
Common Rail Diesel. Cho đến ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail
Diesel đã được hoàn thiện. Trong động cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiện
cho mỗi vòi phun một cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống chứa
(Rail) và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. So với các hệ thống cung
cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyết
được những vấn đề:
- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn.
- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, áp
suất phun có thể đạt tới 184 MPa. Thời gian phun cực ngắn và tốc độ phun cực nhanh
(khoảng 1,1 ms).
- Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc của
động cơ.
Do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao hơn.
6
Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối.
11
A
C
B
1
2

3 4 5 6
7
9
12
8
10
Hình 1.1 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm chia.
1-Thùng chứa nhiên liệu.
2,4- Bơm tiếp vận.
3-Bầu lọc tinh.
5- Van điều áp.
6- Vòi phun.
7- Buồng cháy.
8- Bơm cao áp phân phối.
9- Van cao áp.
10- Piston.
11- Lỗ đưa nhiên liệu đến các vòi phun.
12- Vành điều lượng.
7
1.2 nhiệm vụ, yêu cầu
1.2.1. Nhiệm vụ
- Dự trữ nhiên liệu:
Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà
không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu,
giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống.
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : Đảm bảo tốt các yêu cầu sau.
+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của
động cơ.
+ Phun nhiên liệu vào đúng xy lanh thời điểm, đúng quy luật.
+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào các xylanh phải

đồng đều trong một chu trình công tác.
- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số
lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng
cháy, cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy để hoà
khí được hình thành nhanh và đều.
1.2.2. Yêu cầu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau
- Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao.
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa.
1.3phương pháp điều khiển
- Theo hệ thống cơ điện tử trên bơm cao áp chia thì ta có thể điều khiển lượng
cung cấp nhiên liệu bằng cách điều khiển van cắt nhiên liệu
-Trong phương pháp điều khiển van cắt nhiên liệu này ta có thể dùng 3 loại chip
xử lý khác nhau đó là :
Chip 8051 (89c51,89C52,89s51,89s52 )
Chip pic (pic 16f877a)
Chip avr (atmega)
- Để thuận tiện trong quá trình làm mạch e sử dụng chip AT89C51 để điều
khiển van cắt nhiên liệu
8
1.4ý nghĩa
Thấy được tính khoa học và ứng dụng thực tế của đề tài.
Có thể sử dụng đề tài trong thực tế trên một số xe dùng động cơ diezel sử dụng
bơm cao áp chia
AT89C51 là họ Vi điều khiển mới có nhiều tính năng, khả năng xử lí nhanh.
1.5. giới hạn đề tài
Do tài liệu tham khảo bằngTiếng Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh
nghiệm trong thực tế còn nonkém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì
vậy rất mong nhận đượcnhững ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy
cô cũng như của cácbạn sinh viên.

9
CHƯƠNGII:TÍNH TOÁN LỰA CHỌN LINH KIỆN SỬ
DỤNG TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VAN CẮT NHIÊN
LIỆU
2.1. Các linh kiện sử dụng trong mạch.
- Sử dụng vi điều khiển AT89C51 là phần điều khiển chính, ngoài ra còn có 1 số
linh kiện phụ như màn hình hiển thị lcd, biến trở vi chỉnh, transistor thuận,
nghịch, điện trở, tụ hóa, tụ gốm, lm 7850, thạch anh
2. 2. Nguyên lý một số linh kiện chính.
2.2.1- giới thiệu tổng quan về họ vi điều khiển 8051
AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao,
công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only
memory).
Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:
- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới 1000 chu kỳ
- Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz
- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình
- 2 bộ Timer/Counter 16 bit
- 128 Byte RAM nội
- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit
- Giao tiếp nối tiếp
- 64 KB vùng nhớ mã ngoài
- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài
- Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)
- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit
- 4μs cho hoạt động nhân hoặc chia
10





















!!"##$%%
&$&$

'()*+, /01.23452-67' /8219:1.2371;77' /8219<
1=%>)?()*+,71/4@A7#B1.2371;7
C2D
'()*+, /01.23452-67' /8219:1.2371;77' /8219<
1=%>)?()*+,71/4@A7#B1.2371;7
1=%71/4@A7#B!@E.1.23452-6
C2D

2. 2.2 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51
Hình 2.1 : Sơ đồ khối của AT89C51

11
Hình 2.2 : Sơ đồ chân của AT89C51
2. 2.3. Chức năng các chân của AT89C51
+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra, port 0 còn là
bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi
AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus.
Hình 2.3 : Port 0
+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit và byte.
Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, 2 chân P1.0
và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2.
12
Hình 2.4 : Port 1
+ Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép. Là đường
xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng.
Hình 2.5 : Port 2
+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức năng xuất
nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau:
Bit Tên Chức năng chuyển đổi
P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp
P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0
P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1
P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1
P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
13
Hình 2.6: Port 3
+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta phải đưa
mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tương đương 2µs đối

với thạch anh 12MHz.
+ XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường được nối với
một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thôn thường là 12MHz.
+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp
(GND). Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội. Nếu ở
mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng.
+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi
bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó các đường port 0 dùng để xuất
hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ.
+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ chương
trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output Enable) của một EPROM
để cho phép đọc các bytes mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh. Các
mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua Bus và được chốt vào thanh
ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM
nội, PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao).
+ Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V – 5.5V được cấp
qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND).
14
2. 2.4. Transistor
Cấu tạo transistor
Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N,nếu
ghép theo thứ tự PNP ta được transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được
transistor nghịch. Về phương diện cấu tạo transistor tương đương với hai diode đấu
ngược chiều nhau.
Ba lớp bán dẫn được nối với nhau thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B
(base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.
Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (emitter) viết tắt là E, và cực thu
hay cực góp (collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn ( loại N
hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho
nhau được

Hình 2.7a: sơ đồ chân transistor nghịch c828
15
Hình 2.7b:sơ đồ chân transistor tip 42c
Hình 2.8 :hình ảnh transistor
16
2. 2.5. LCD 16x2
Hình 2.9 : lcd 16x2

2.2.5.1 chức năng các chân lcd
17
2.2.5.2 bảng mã hiển thị lcd
.
2.2.6. Biến trở vi chỉnh:
Là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn
Hình 2.10: biến trở vi chỉnh
18
2.2.7.ic 7805
IC 7805 để ổn áp từ điện áp DC 8v-35V xuống 5V.
Hình
2.11: hình ảnh
7805
19
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1.
sơ đồ khối mạch điều khiển van cắt nhiên liệu.
20
KHỐI NGUỒN
KHỐI HIỂN
THỊ LCD
KHỐI XỬ LÝ TRUNG

TÂM: AT89C51
KHỐI TÍN
HIỆU ĐẦU
VÀO
KHỐI ĐIỀU KHIỂN
VAN CẮT NHIÊN
LIỆU
3.2 các khối chức năng
3.2.1 Khốichung ổn định điện áp cung cấp cho toàn mạch điều khiển
Hình 3.1 : 7805 ổn định điện áp cho mạch điều khiển
Trong mạch điều khiển sử dụng IC 7805 để cấp nguồn nuôi vi điều khiển
AT89C51
21
3.2.2 Khối tín hiệu đầu vào
Hình 3.1 : khối tín hiệu điều khiển
Khối tín hiệu điều khiển dùng để gửi tín hiệu đến vi điều khiển theo mong muốn
của người điều khiển muốn điều khiển van cắt nhiên liệu với tần số đóng mở tùy
ý.
22
3.2.3. Khối xử lý trung tâm
Hình 3.3 : chip xử lý
Khối này là AT89C51 mọi quá trình xử lí dữ liệu đều được thực hiện ở đây. Từ nhận
tín hiệu điều khiển xử lí rồi xuất ra lcd hiển thị đồng thời điều khiển van cắt nhiện liệu
thông qua transistor.
23
3.2.4. Khối hiển thị
Hình 3.4: hình ảnh lcd
Khối này có chức năng hiển thị tín hiệu tấn số muốn điều khiển
3.2.5. Khối điều khiển van
Hình 3.4: hình ảnh khối điều khiển van

24
3. 2.6 Mô phỏng mạch
Hình3.5 : hình ảnh mô phỏng
25