Chế tạo ECU điều khiển phun xăng đánh lửa cho xe gắn máy và giới thiệu mạch điện xe SHi

Chế tạo ECU điều khiển phun xăng đánh lửa cho xe gắn
máy
và giới thiệu mạch điện xe SHi
Để xe gắn máy đáp ứng tiêu chuẩn Euro 2, cần phải ứng dụng kỹ thuật điều
khiển phun xăng và đánh lửa cho động cơ xe máy. Hiện nay chỉ có
HONDA đi tiên phong trong lịnh vực này với các xe Shi, Psi, SCR,
Future Neo FI. Trong thời gian tới, nếu cục đăng kiểm bắt buộc các
xe mới phải kiểm tra khí thải thì chắc chắn các hãng còn lại sẽ phải
trang bị hệ thống nêu trên. Trình độ công nghệ ở Việt nam hiện nay
hoàn toàn có thể thiết kế chế tạo hộp điều khiển điện tử cho hệ thống
phun xăng và đánh lửa.
Thuật toán điều khiển
Để điều khiển sự hoạt động của động cơ xe gắn máy, chúng ta chia chương trình điều
khiển làm hai phần bao gồm: Khối chương trình chính và các chương trình phục vụ.

Hình 1. Sơ đồ khối điều khiển
Khối chương trình chính là chương trình xoay vòng thường xuyên trong quá trình hoạt
động. Nó có nhiệm vụ cập nhật các thông số hoạt động của động cơ, so sánh xoay vòng


lấy dữ liệu phục vụ cho các chương trình con. Cụ thể ở đây khối chương trình chính có
nhiệm vụ đọc các giá trị của cảm biến vị trí cánh bướm ga, tốc độ động cơ đã được cập
nhật sẵn trong RAM. Sau đó so sánh với dữ liệu trong bộ nhớ để đưa ra các thông số điều
khiển góc đánh lửa sớm và thời gian phun.
Khối các chương trình phục vụ bao gồm chương trình đo tốc độ động cơ (đo chu kỳ xung
kích), Chương trình điều khiển đánh lửa và chương trình điều khiển phun xăng. Chương
trình đo tốc độ động cơ là chương trình phục vụ ngắt ngoài INT0. Khi có sườn âm trên
chân này, vi điều khiển tắt Timer đang hoạt động, lưu giá trị vào RAM sau đó thiết lập lại
giá trị cho Timer và kích hoạt động trở lại tiếp tục đo. Chương trình phục vụ đánh lửa có
nhiệm vụ nạp dữ liệu do chương trình chính gửi tới vào thanh ghi dữ liệu Timer để xác
định khoảng thời gian Delay. Sau đó cấp xung kích SCR hoạt động để đánh lửa. Chương

trình phục vụ phun xăng có nhiệm vụ nạp giá trị thời gian phun cho Timer, kích kim phun
và chờ Timer tràn sau đó đóng kim phun.
Từ sơ đồ khối điều khiển, ta có lưu đồ thuật toán điều khiển ngắt như sau:

Hình 2. Lưu đồ thuật toán điều khiển ngắt

Tính toán dữ liệu cho vi điểu khiển
Atmega8 có ba bộ Timer có khả năng chia tần số xung tùi ý do người lập tình lựa chon.
Các chế đô chia xung bao gồm: CK/1 ; CK/8 ; CK/64 ; CK/ 256 và CK/1024. Ba bộ
Timer bao gồm Timer0 8 bit ; Timer1 16 bit và Tiner2 8 bit. Chọn thạch anh dử nhịp cho
VĐK là 12 Mhz.
Thiết lập bộ đếm đo tốc độ động cơ
Chọn Timer1 16 bit làm bộ đo tốc đô động cơ với chế độ CK/1024. Với chế độ này ta có
các thông số sau:


Thời gian một lần tràn bộ định thời: t = 216 .

= 5592405 μS

Chu kỳ của một xung nhịp là: Tx =
=85 μS
Khi động cơ chạy với tốc độ n (v/p), Ta có chu kỳ trục khỷu động cơ là:
Tn=
μS
Từ đó ta có số xung Timer1 đếm được trong một vòng tua ở tốc độ n (v/p) là nx1:
nx1 =

(xung)

Timer1 tràn khi t = Tn
n=
= 10 V/phut.
Vậy với chế độ này Timer1 không tràn khi đọc tốc độ động cơ.
Thiết lập bộ đếm cân góc đánh lửa sớm
Chọn Timer0 làm bộ định thời cân góc đánh lửa sớm với chế độ CK/1024.
Tương tự ta có chu kỳ một xung của bộ Timer0 là: Tx = 85 μS . Với tốc độ động cơ n
vòng / phút. Thời gian để trục khỷu quay được một góc α là:
tα=
( μS)
Xung kích sau khi được nắn thành xung vuông ta có các thông số sau:

Hình 3. Sơ đồ xung kích sau khi được nắn
Từ sơ đồ xung kích và công thức tính tα ta có:


Þ Tdelay =
Trong đó:
Txungk: chu kỳ xung kích hay Tn (s)
Tdelay: thời gian delay (μs)
qdelay: góc delay
(°)
qdl : goc đánh lửa sớm (°)
n ; tốc độ động cơ
( vòng/phút)
Ta gọi số lượng xung của bộ Timer0 để delay được thời gian Tdelay là nx0, với chế độ
CK/1024 trên ta có:
nx0 =

( xung)

Bảng dữ liệu gồm 02 hàm:
Công thức nx1 là hàm tuyến tính theo biến tốc độ động cơ n:
nx1=f(n)
Công thức nx0 là hàm tuyến tính theo hai biến n và θdl :
nx0 = f( n, θdl)

Thiết kế mạch điều khiển
Mạch cấp nguồn:
Mạch cấp nguồn sử dụng ổn áp LM7805. Mức điện áp vào là từ ACCU 12V, điện áp ra là
5 V cấp cho vi điều khiển và Vcc của cảm biến vị trí cánh bướm ga.

Hình 4. Mạch cấp nguồn
Nguồn 12 V lấy từ ACCU cho qua diode để bảo đảm an toàn nếu mắc lộn cọc bình. Ở
đầu vào, ta đặt hai tụ C1 và C3 để dập xung nhọn bảo đảm an toàn cho ổn áp 7805.
Tương tự đầu ra ta đặt hai tụ C2 và C4 để chống nhiểu nguồn. Tụ C3 và C4 là tụ DC có
giá trị là 1000 μF và 470 μF. Tụ C1 và C2 là hai tụ xoay chiều có giá trị 0,1 μ F. Ở đầu ra
của mạch có LED báo nguồn.
Mạch xử lý xung kích
Xung kích từ mâm lửa có dạng hình sin như sau:


Hình 5. Hình dạng xung kích
Để làm tín hiệu báo về vi điều khiển chúng ta chỉ sử dụng bán kỳ dương của xung kích và
nắn thành xung vuông với mức cao là 5 V. Mạch xử lý tín hiệu này như sau:

Hình 6. Mạch nắn xung kích
Ở mạch trên diode D1 có tác dụng loại bỏ bán kỳ âm của xung kích. Diod Zener D2
(4.7V) để ổn áp hiệu diện thế xung kích mục đích giữ an toàn cho trasistor T2. Ban đầu
xung kích đi qua diod D1, qua điện trở R1 = 100 và nạp tụ C1 dòng nạp tụ này sẽ làm

cho transistor T1 mở nhanh. Sau khi C1 được nạp đầy, dòng kích từ R1 đi qua R2 = 4,7 K
duy trì dòng IBEO làm cho T1 tiếp tục dẩn bảo hòa. Khi xung kích kết thúc, xuất hiện
dòng xả tụ từ cực dương tụ đi qua R2 về cực âm của tụ C1 dòng này làm giảm nhanh
dòng kích T1 làm cho T1 chuyển nhanh từ trạng thái dẩn bảo hòa sang trạng thái đóng.
Khi có dòng kích, T1 dẩn bào hòa nên tín hiệu đưa về viều khiển là mức thấp. Khi không
có dòng kích, T1 đóng lúc này tín hiệu đưa về là mức cao. Xung kích sau khi được nắn có
dạng xung vuông với mức thấp khi có xung kích.

Xung kích
Mạch điều khiển đánh lửa

Mạch đánh lửa CDI bao gồm hai bộ phận quan trọng đó là bộ phận tích trử năng lượng
đánh lửa và mạch điểu khiển đánh lửa.


Hình 7. Mạch đánh lửa
Xung nạp tụ từ bô bin được chỉnh lưu bán kỳ nhờ diode D3 và nạp vào tụ C2. Ở trạng
thái bình thường (trạng thái nạp tụ), vi điều khiển kích dòng qua R4 làm cho T2 dẫn bão
hòa. Dòng điện từ nguồn 5 V đi qua R3 = 1 k được nối thẳng xuống mát. Khi vi điều
khiển không kích dòng qua R4, T2 đóng , dòng từ nguồn 5 V đi qua R3 kích SCR mở cho
dòng điện cao áp từ bản cực dương tụ C2 chạy qua mát, vòng qua cuộn sơ cấp bô bin
sườn về bản cực âm của C2. Dòng điện này sẽ cảm ứng lên cuộn thứ cấp mộ suất điện
động cao áp gây tia lửa điện đầu bougie. Diode D4 có nhiệm vụ dập dòng điện ngược ở
bán kỳ âm của quá trình phóng tụ giúp đóng nhanh SCR giảm quá trình dao động của
dòng sơ cấp.
Mạch điều khiển phun xăng:
Mạch phun xăng bao gồm một Transistor công suất TIP 142, diode dập dòng ngược.

Hình 8. Mạch phun xăng
Tại thời điểm phun xăng, vi điều khiển kích dòng qua điện trở R = 330

. Dòng điện
này sẽ kích TIP 142 dẩn bảo hòa nối cực âm của kim phun xuống mát cấp dòng qua cuộn
dây của kim phun. Khi vi điều khiển không kích dòng vào cực B của TIP142 thì TIP
đóng làm cho kim dứt phun.
Mạch cảm biến vị trí cánh bướm ga
Cánh bướm ga ở đây sử dụng loại có ba chân bao gồm Vcc, mass và VTA.


Hình 9. Mạch cảm biến vị trí cánh bướm ga
Chân Vcc cấp nguồn 5 V từ mạch cấp nguồn. Chân VTA được nối qua điện trở R trườc
khi đưa vào kênh ADC của vi điều khiển để bảo đám an toàn cho vi điều khiển. Khi ta
quay cánh bướm ga sẽ làm cho biến trở dịch chuyển phân áp cho chân VTA. Mức điện áp
trên chân VTA dịch chuyển trong khoảng từ 5 V đến 0 V. Vi điều khiển sẽ đo mức điện áp
này để nhận ra vị trí cánh bướm ga.
Tích hợp các mạch thành phần ta có sơ đồ mạch của hộp điều khiển như sau:

Hình 10. Sơ đồ mạch điều khiển
ECU hoạt động tốt khi cải tạo xe SuperDream sang phun xăng và đánh lửa theo chương
trình. Trong thời gian tới sẽ hoàn thiện và chuyển giao công nghệ cho các công ty rap1 xe
máy và các trường dạy nghề. Trong khuôn khổ bài báo này, nhóm tác giả giới thiệu thêm
sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ xe HONDA SHi để bạn đọc tham khảo.


Hình 11. Sơ đồ bố trí các chi tiết cuả hệ thống điều khiển động cơ SHi
Cách đọc mã lỗi xe SHi: Khi đèn FI trên tableau sáng trong lúc xe đang nổ máy cho thấy
hệ thống điều khiển đang bị trục trặc. Để đọc code xe SHi, ta thao giắc chẩn đóan (phía
trên accu) rồi dùng đoạn dây điện nối dây màu xanh lá với dây màu nâu rồi bật công tắc
máy. Đèn FI sẽ chớp. Đếm số lần chớp và tra bảng dưới đây để biết hư hỏng.
Bảng mã lỗi cuả xe SHi

Số lần chớp đèn MIL

Hư hỏng

01

MAP sensor

07

Cảm biến nhiệt độ nước

08

CB vị trí bướm ga

09

CB nhiệt độ khí nạp


12

Kim phun

21

CB Oxy

23

CB Oxy

29

Van cầm chừng (không tải)



Hình 12. Sơ đồ mạch ECU xe SHi