ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHUN XĂNG EFI CỦA ĐỘNG CƠ đốt TRONG TRÊN CÁC ô TÔ đời MỚI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

BÀI TẬP LỚN
MÔN: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG TRÊN Ô TÔ
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16
MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHUN XĂNG EFI
CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN CÁC Ô TÔ ĐỜI MỚI.
GVHD: Ts. Nguyễn Thành Bắc
Lớp: 20203AT6042001 ĐHO1
Khóa: K13
Nhóm 8
Sinh viên thực hiện: Phan Văn Lý (Nhóm trưởng)
Nguyễn Văn Mạnh
Lê Quang Minh
Bùi Trung Nam
Trần Hải Luân

Hà Nội - 2021


MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................4
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG.................................................2
1.1. Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử:..............................................2
1.1.1 Khái niệm:..........................................................................................2
1.1.2 Cấu tạo:..............................................................................................2
1.1.3 Nguyên lý hoạt động..........................................................................2
1.2 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử EFI...............................................4

1.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử EFI.................4
1.3.1 Ưu điểm..............................................................................................4
1.3.2 Nhược điểm........................................................................................5
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI........6
2.1. Khối xử lý (ECU):...................................................................................6
2.1.1. Bộ ổn áp:...........................................................................................6
2.1.2 Bộ giảm rung động.............................................................................6
2.1.3 Vòi phun.............................................................................................7
2.1.4 Bộ lọc nhiên liệu và lưới lọc của bơm nhiên liệu..............................7
2.1.2 Vi điều khiển......................................................................................8
2.2 Khối cơ cấu chấp hành:............................................................................8
2.2.1 Các mạch điện của hệ thống cảm biến: nước làm mát, vị trí bướm
ga, cảm biến nhiệt khí nạp, cảm biến chân không, công tắc nước làm mát9
2.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu...........................................................15
2.2.3 Điều khiển kim phun nhiên liệu.......................................................16
2.2.4 Điều khiển đánh lửa.........................................................................16
2.2.5 Điều khiển cơ cấu không tải.............................................................17
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ATMEGA 16 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHUN
XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS.................................18
3.1 Giới thiệu các phần mềm sử dụng trong mô phỏng...............................18
3.1.1 Phần mềm Proteus............................................................................18


3.1.2 Phần mềm codevision AVR.............................................................21
3.2 Giới thiệu vi điều khiển ATMEGA 16...................................................22
3.3 Mô phỏng mạch điều khiển hệ thống phun xăng điện tử EFI................24
3.3.1 Sơ đồ mạch mô phỏng......................................................................24
KẾT LUẬN.....................................................................................................29
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................30

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Sơ đồ kết cấu cơ bản của EFI............................................................2
Hình 1. 2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống....................................................3
Hình 1. 3 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng đơn điểm SPI..............................4
Hình 1. 4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng đa điểm MPI...............................4
Y

Hình 2. 1 Bộ giảm rung động............................................................................6
Hình 2. 2 Vịi phun............................................................................................7
Hình 2. 3 Bộ lọc nhiên liệu và lưới lọc.............................................................8
Hình 2. 4 Mạch điều khiển bơm nhiên liệu.......................................................9
Hình 2. 5 Sơ đồ biểu thị áp suất đường ống nạp và điện áp ra........................10
Hình 2. 6 Sơ đồ mạch nối mát của ECU.........................................................11
Hình 2. 7 Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây sấy·.......................................12
Hình 2. 8 Sơ đồ biểu thị áp suất đường ống nạp và điện áp ra........................13
Hình 2. 9 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm nhiệt nước làm mát........14
Hình 2. 10 Điều khiển kim phun nhiên liệu....................................................16
Hình 3. 1 Giao diện Proteus............................................................................19
Hình 3. 2 Cửa sổ làm việc của phần mềm Proteus..........................................19
Hình 3. 3 Màn hình lựa chọn linh kiện............................................................20
Hình 3. 4 Màn hình chỉnh sửa và nạp code cho linh kiện...............................21
Hình 3. 5 Mạch mơ phỏng bằng Proteus.........................................................21
Hình 3. 6 Giao diện làm việc CodeVisionAVR..............................................22
Hình 3. 7 Atmega 16 trong Proteus 7.10.........................................................23
Hình 3. 8 Sơ đồ mơ phỏng hệ thống phun xăng điện tử..................................24
Hình 3. 9 Cảm biến độ mở bướm ga...............................................................24
Hình 3. 10 Cảm biến nhiệt độ khí nạp.............................................................25
Hình 3. 11 Cảm biến trục cam, trục khuỷu.....................................................25
Hình 3. 12 Bộ điều khiển.................................................................................26

Hình 3. 13 Mơ phỏng xylanh động cơ.............................................................26
Hình 3. 14 Màn hình LCD...............................................................................27


MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, ngành công nghiệp điện tử phát triển rất mạnh mẽ. Những
ứng dụng của các linh kiện bán dẫn những mạch điều khiển điện tử...được
ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của đời sống và công nghiệp.
Ngành công nghiệp ô tô cũng có những phát triển mạnh mẽ khi ứng dụng các
linh kiện điện tử, các vi mạch điều khiển trên ơ tơ với mục đích kiểm sốt
chính xác mọi trạng thái hoạt động của ôtô, động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên
liệu, tăng công suất...
Với động cơ phun xăng điện tử EFI (electronic fuel injection) thì việc
điều khiển điện tử chính là phần quan trọng nhất. Động cơ EFI sẽ được điều
khiển bằng một bộ vi xử lý trung tâm cịn gọi là hộp đen ơ tơ hay ECU
(engine control unit ) hay ECM (engine control module). ECU chính là bộ não
để điều khiển mọi quá trình hoạt động của động cơ như tỉ lệ hịa trộn khí
nhiên liệu, lượng phun nhiên liệu cho mỗi chu trình, thời điểm đánh lửa và
góc đánh lửa sớm... Vì thế chúng em chọn đề tài “Ứng dụng vi điều khiển
Atmega16 mô phỏng mạch điều khiển hệ thống phun xăng EFI của động cơ
đốt trong trên các ô tô đời mới.”
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thành Bắc đã tạo điều kiện
cho em thực hiện đề tài này. Trong quá trình làm đề tài do lượng kiến thức và
thời gian có hạn nên khơng thể tránh khỏi những sai sót nên chúng em mong
thầy thông cảm và chỉ dẫn cho chúng em được hồn thiện hơn.
Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài là nghiên cứu các thành phần cấu tạo, quy trình,
ngun lý hoạt động, tính ứng dụng của vi điều khiển Atmega16 nói riêng và
của hệ thống phun xăng EFI nói chung.

Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu về Vi điều khiển Atmega16;
- Nghiên cứu thành phần cấu tạo;
- Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động cũng như cách lắp đặt vi điều khiển
Atmega16 trong mạch điều khiển hệ thống phun xăng EFI.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1. Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử:
1.1.1 Khái niệm:
Hệ thống phun xăng điện tử có tên gọi tắt là EFI (được viết tắt của từ
Electronic Fuel Injection);
Là một hệ thống hòa khí mới, khi xe sử dụng hệ thống phun xăng điện
tử sẽ khơng sử dụng bộ chế hịa khí. Theo đó phun xăng điện tử là sử dụng
một khối hệ thống tinh chỉnh và điều khiển điện tử để can thiệp vào các bước
phun nhiên liệu vào buồng đốt thiết bị và động cơ từ đó nhằm tối ưu hóa quá
trình sử dụng nhiên liệu.
1.1.2 Cấu tạo:
- ECU động cơ: ECU này tính thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào
các tín hiệu từ các cảm biến;
- Cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp:
Cảm biến này phát hiện khối lượng khơng khí nạp hoặc áp suất của ống nạp;
- Cảm biến vị trí trục khuỷu: Cảm biến này phát hiện góc quay trục
khuỷu và tốc độ của động cơ;
- Cảm biến vị trí trục cam: Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và
thời điểm của trục cam;
- Cảm biến nhiệt độ nước: Cảm biến này phát hiện nhiệt độ của nước làm
mát;
- Cảm biến vị trí bướm ga: Cảm biến này phát hiện góc mở của bướm ga;
- Cảm biến oxy: Cảm biến này phát hiện nồng độ của oxy trong khí xả.

Hình 1. 1 Sơ đồ kết cấu cơ bản của EFI
1.1.3 Nguyên lý hoạt động
Ta có thể chia EFI ra thành 3 hệ thống nhỏ: hệ thống điều khiển điện
tử, hệ thống nhiên liệu và hệ thống nạp khí. Nguyên lý hoạt động của hệ
thống có thể được thể hiện dưới dạng sơ đồ khối như trên hình dưới:


Hình 1. 2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
- Hệ thống điều khiển điện tử là đảm bảo hỗn hợp khí cháy có tỷ lệ lý
tưởng (15:1). Bộ phận chính của hệ thống điều khiển điện tử là bộ Điều khiển
trung tâm (ECU), nó nhận thơng tin từ các cảm biến (nhiệt độ nước, nhiệt độ
khí nạp, vị trí bướm ga, tín hiệu khởi động và cảm biến ơ xy) cùng với tín
hiệu đánh lửa và thơng tin từ bộ phận đo lượng khí nạp. Sau khi xử lý các tín
hiệu thu được, ECU sẽ phát tín hiệu điều khiển vịi phun (thơng tin về thời
điểm phun và lượng phun). Nhờ đó mà lượng nhiên liệu phun vào ln ln
tỷ lệ với lượng khí nạp;
- Hệ thống nhiên liệu : bao gồm một bơm điện, nó hút xăng từ thùng
chứa và đẩy vào hệ thống qua một bầu lọc. Như vậy, khi động cơ hoạt động,
trong đường ống phân phối nhiên liệu tới các vịi phun ln ln thường trực
một áp suất không đổi (khoảng 2,5 - 3 kG/cm2), đây cũng chính là áp suất
phun. Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU, van điện mở và nhiên liệu
được phun vào trong đường ống nạp. Để giữ áp suất ổn định trên đường ống
nhiên liệu cấp tới các vịi phun, người ta bố trí một van điều áp. Ngồi ra
đường ống nhiên liệu cịn được nối tới vịi phun khởi động nguội, bố trí trong
buồng khí nạp. Tín hiệu điều khiển vịi phun này được lấy từ cơng tắc báo
khởi động nguội. Công tắc này đặt trong áo nước của xilanh và đóng, mở tuỳ
theo nhiệt độ nước;
- Hệ thống nạp khí : bắt đầu từ một bộ lọc khí, sau khi đi qua nó khơng
khí được lọc sạch và được dẫn qua một bộ đo lưu lượng khí nạp (lưu lượng kế

hoặc cảm biến đo lưu lượng) rồi đi qua bướm ga, đi tiếp tới buồng khí và đi
vào cụm ống nạp của động cơ. Tại đây, nhiên liệu được phun vào, hồ trộn
với khơng khí tạo thành hỗn hợp rồi được hút vào các xilanh.
1.2 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử EFI
Phân loại theo điểm phun
- Hệ thống phun xăng đơn điểm (SPI: Single Point Injection): là dùng
một vòi phun trung tâm để thay thế cho bộ chế hồ khí. Vịi phun này sẽ được
đặt ngay trước bướm ga và sản sinh ra khí hỗn hợp trên đường nạp.

Hình 1. 3 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng đơn điểm SPI
- Hệ thống phun xăng đa điểm (MPI: Multi Point Injection): Mỗi xi-lanh
sẽ được trang bị một vòi phun xăng điện tử riêng lẻ đặt ngay trước xupap. Hệ
thống vịi phun này sẽ được lấy tín hiệu từ góc quay trục khuỷu để xác định
thời điểm phun đúng lúc.

Hình 1. 4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng đa điểm MPI
1.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử EFI
1.3.1 Ưu điểm
- Động cơ chạy không tải êm dịu hơn;


- Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc
hơi tốt, phân phối xăng đồng đều;
- Giảm được các khí thải độc hại nhờ hịa khí lỗng;
- Tạo ra cơng suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do khơng có họng
khuếch tán gây cản trở như động cơ chế hịa khí;
- Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hịa khí điện tử vì khơng cần đến cánh
bướm gió khởi động, khơng cần các vít hiệu chỉnh;

- Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào xilanh
tận nơi;
- Đạt được tỷ lệ hịa khí dễ dàng;
- Giảm bớt được các hệ thống chống ơ nhiễm mơi trường.
1.3.2 Nhược điểm
- Có cấu tạo phức tạp gồm nhiều linh kiện khác nhau. Điều này địi hỏi
chi phí bảo dưỡng, sửa chữa cao hơn so với hệ thống đơn giản khác;
- do cơ chế bơm trực tiếp nên hệ thống phun xăng EFI có phần địi hỏi
khắt khe về đầu vào nhiên liệu;
- Nguồn xăng không đảm bảo, bị pha trộn, nhiễm tạp chất có thể gây tắc
nghẽn, ảnh hưởng tới q trình phun xăng tới các xi lanh;
- Ngoài ra, cảm biến thuộc hệ thống phun xăng điện tử vẫn có những sai
số về tín hiệu, ảnh hưởng tới q trình cấp nhiên liệu cho xe vận hành;
- Gặp phải 1 yếu tố khó khắc phục đó chính là áp suất chân khơng phía
sau bướm ga. Áp suất chân khơng này làm cản trở chuyển động của các chi
tiết trong hệ thống phát lực từ đó gây mất cơng và năng lượng.


CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI
2.1. Khối xử lý (ECU):
Khối xử lý ECU là sự tập hợp của nhiều module khác nhau: ổn áp,
mạch khuếch đại, chuyển đổi Analog sang Digital và ngược lại, vi điều khiển,
thạch anh tạo dao động, mạch tách tín hiệu…Tất cả được tích hợp trên một bo
mạch cứng qua đó tín hiệu được truyền cho nhau với tốc độ nhanh hơn tiết
kiệm năng lượng hơn và ổn định .
2.1.1. Bộ ổn áp:
Máy phát điện và acquy trong ôtô cung cấp điện áp 12V không ổn định,
lúc cao hơn lúc thấp hơn. Chíp vi điều khiển và các cảm biến với những linh
kiện điện tử bán dẫn cần điện áp nhỏ hơn và ổn định. Vì thế cần có một bộ ổn
áp cung cấp điện áp ổn định. Người ta sử dụng IC ổn á́ p để thực hiện việc này

Các hoạt động của động cơ thường rất nhanh, do vậy tín hiệu điều
khiển từ ECU truyền đi cũng phải tương ứng. Do vậy giải pháp truyền tín hiệu
trong hệ thống là truyền song song. Các cảm biến liên tục và đồng loạt gửi tín
hiệu đến ECU . Những tín hiệu có nhiều mức giá trị như nhiệt độ nước làm
mát, nhiệt độ khí nạp, vận tốc trục cam...đều là tín hiệu dạng tương tự… sẽ
được chuyển đổi sang tín hiệu dạng số. Chip vi điều khiển sử dụng truyền tin
dạng 8 bit. Ví dụ với tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát có điện áp
thay đổi từ 0 – 5V ứng với nhiệt độ thay đổi từ 176ºF đến 0ºF sẽ có 256 mức
tín hiệu, mỗi mức tương ứng với 5/256 = 0,0195Vol.
2.1.2 Bộ giảm rung động
Bộ giảm rung này dùng một màng ngăn để hấp thụ một lượng nhỏ xung
của áp suất nhiên liệu sinh ra bởi việc phun nhiên liệu và độ nén của bơm
nhiên liệu.

Hình 2. 1 Bộ giảm rung động


2.1.3 Vòi phun
Vòi phun phun nhiên liệu vào các cửa nạp của các xi lanh theo tín hiệu
từ ECU động cơ. Các tín hiệu từ ECU động cơ làm cho dịng điện chạy vào
cuộn dây điện từ, làm cho píttơng bơm bị kéo, mở van để phun nhiên liệu.
Vì hành trình của pít tơng bơm khơng thay đổi, lượng phun nhiên liệu
được điều chỉnh tại thời điểm dòng điện chạy vào cuộn điện từ này.

Hình 2. 2 Vịi phun
2.1.4 Bộ lọc nhiên liệu và lưới lọc của bơm nhiên liệu
- Bộ lọc nhiên liệu
Bộ lọc nhiên liệu khử bụi bẩn và các tạp chất trong nhiên liệu được bơm
lên bởi bơm nhiên liệu
- Lưới lọc của bơm nhiên liệu

Lưới lọc của bơm nhiên liệu khử bụi bẩn và các tạp chất ra khỏi nhiên
liệu trước khi đi vào bơm nhiên liệu.


Hình 2. 3 Bộ lọc nhiên liệu và lưới lọc
2.1.2 Vi điều khiển
- Có rất nhiều họ vi điều khiển và do nhiều hãng chế tạo được sử dụng
trong ECU: General Instrument, Motorola, Dallas… Nhưng đều có nhiệm vụ
chung là xử lý tín hiệu gửi đến từ cảm biến và đưa ra cơ cấu chấp hành theo
một chương trình đã định sẵn. Chíp vi điều khiển trong ECU động cơ 5A FE
có dạng hình thanh 42 chân vào/ra.
- Cấu tạo chung của vi điều khiển sẽ gồm có các chân vào/ra (I/O) để
nhận và truyền dữ liệu, CPU xử lý các phép toán cộng trừ nhân chia và các
phép toán logic. Ram để lưu các dữ liệu xử lý tức thời, PRom bộ ghi nhớ
chương trình do nhà sản xuất cài vào , cùng các đường các đường truyền dữ
liệu (BUS).
2.2 Khối cơ cấu chấp hành:
Bao gồm các kim phun, các rơle, công tắc điện từ, sử dụng điện áp 12V
và tiêu thụ công suất lớn hơn rất nhiều so với điện áp cung cấp từ cổng ra của
vi điều khiển. Vi điều khiển đưa ra tín hiệu dạng xung để điều khiển cơ cấu
chấp hành. Tín hiệu đưa ra có điện áp khơng đáp ứng được cơng suất của thiết
bị, do vậy phải được đưa qua bộ khuyếch đại.
Nguyên tắc chung là vi điều khiển sẽ cung cấp 1 điện áp dạng xung đến
cực điều khiển Bazơ (B) của Tranzito làm nó phân cực thuận, do đó xuất hiện
một dòng điện từ cực Emiter (E) đến cực Connecter (C). Dòng điện này lớn
hơn rất nhiều so với dòng điều khiển cung cấp từ vi điều khiển.
Hệ thống mạch điện:
- Các mạch điện của hệ thống cảm biến: nước làm mát, vị trí bướm ga,
cảm biến nhiệt khí nạp, cảm biến chân không, công tắc nước làm mát;
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu;

- Điều khiển kim phun nhiên liệu;
- Điều khiển đánh lửa;
- Điều khiển cơ cấu không tải.
2.2.1 Các mạch điện của hệ thống cảm biến: nước làm mát, vị trí bướm
ga, cảm biến nhiệt khí nạp, cảm biến chân khơng, công tắc nước làm mát
Mạch điều khiển bơm nhiên liệu:
Việc điều khiển này làm giảm tốc độ của bơm nhiên liệu để giảm độ
mòn của bơm và điện năng khi không cần nhiều nhiên liệu, như khi động cơ
đang chạy ở tốc độ thấp.
Khi dòng điện chạy vào bơm nhiên liệu qua tiếp điểm B của rơle điều
khiển bơm và điện trở, bơm nhiên liệu sẽ làm việc ở tốc độ thấp.
Khi động cơ đang quay khởi động, khi động cơ đang chạy ở tốc độ cao,
hoặc ở tải trọng lớn, ECU động cơ chuyển mạch tiếp điểm của rơle điều khiển
bơm nhiên liệu sang A để điều khiển bơm nhiên liệu ở tốc độ cao.

Hình 2. 4 Mạch điều khiển bơm nhiên liệu
➢ Mạch nguồn:
Mạch nguồn trong hình minh họa là loại trong đó hoạt động của rơle
chính EFI được điều khiển bởi ECU động cơ.
Loại này yêu cầu cung cấp điện cho ECU động cơ trong vài giây sau
sau khi tắt khố điện OFF. Do đó việc đóng hoặc ngắt của rơle chính EFI
được ECU động cơ điều khiển.
Khi bật khóa điện ON, điện áp của ắc quy được cấp đến cực IGSW của
ECU động cơ và mạch điều khiển rơle chính EFI trong ECU động cơ truyền


một tín hiệu đến cực M-REL của ECU động cơ, bật mở rơle chính EFI. Tín
hiệu này làm cho dịng điện chạy vào cuộn dây, đóng tiếp điểm của rơle chính

EFI và cấp điện cho cực +B của ECU động cơ.
Điện áp của ắc quy luôn luôn cung cấp cho cực BATT có lý do giống
như cho loại điều khiển bằng khóa điện.
Ngồi ra một số kiểu xe có một rơle đặc biệt cho mạch sấy nóng cảm
biến tỷ lệ khơng khí nhiên liệu, u cầu một lượng dịng điện lớn.

Hình 2. 5 Sơ đồ biểu thị áp suất đường ống nạp và điện áp ra.
➢ Mạch nối mát:
ECU động cơ có 3 mạch nối mát cơ bản sau đây:
 Nối mát để điều khiển ECU động cơ (E1)
Cực E1 này là cực tiếp mát của ECU động cơ và thường được nối với buồng
nạp khí của động cơ.
 Nối mát cho cảm biến (E2, E21)
Các cực E2 và E21 là các cực tiếp mát của cảm biến, và chúng được nối với
cực E1 trong ECU động cơ.
Chúng tránh cho các cảm biến không bị phát hiện các trị số điện áp lỗi bằng
cách duy trì điện thế tiếp mát của cảm biến và điện thế tiếp mát của
ECU
động cơ ở cùng một mức.
 Nối mát để điều khiển bộ chấp hành (E01, E02)
Các cực E01 và E02 là các cực tiếp mát cho bộ chấp hành, như cho các bộ
chấp hành, van ISC và bộ sấy cảm biến tỷ lệ khơng khí-nhiên liệu. Cũng
giống như cực E1, E01 và E02 được nối gần buồng nạp khí của động cơ.


Hình 2. 6 Sơ đồ mạch nối mát của ECU.
Các cảm biến và tín hiệu
➢ Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến lưu lượng khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng
nhất vì nó được sử dụng trong EFI kiểu L để phát hiện khối lượng hoặc thể

tích khơng khí nạp.
Tín hiệu của khối lượng hoặc thể tích của khơng khí nạp được dùng để
tính thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Cảm biến lưu lượng khí nạp chủ yếu được chia thành 2 loại, các cảm
biến để phát hiện khối lượng khơng khí nạp, và cảm biến đo thể tích khơng
khí nạp, cảm biến đo khối lượng và cảm biến đo lưu lượng khơng khí nạp có
các loại như sau. Cảm biến đo khối lượng khí nạp:
- Kiểu dây sấy;
- Kiểu cánh;
- Kiểu gió xốy quang học Karman.
Hiện nay hầu hết các xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu
dây nóng vì nó đo chính xác hơn, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn.
Cảm biến đo khối lượng khí nạp kiểu dây sấy.
- Cấu tạo:
Như trình bày ở hình minh họa, cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp
kiểu dây nóng rất đơn giản.
Cảm biến lưu lượng khí nạp gọn và nhẹ như được thể hiện trong hình
minh họa ở bên trái là loại cắm phích được đặt vào đường khơng khí, và làm
cho phần khơng khí nạp chạy qua khu vực phát hiện. Như trình bày trong hình
minh họa, một dây nóng và nhiệt điện trở, được sử dụng như một cảm biến,
được lắp vào khu vực phát hiện. Bằng cách trực tiếp đo khối lượng khơng khí
nạp, độ chính xác phát hiện được tăng lên và hầu như khơng có sức cản của


khơng khí nạp. Ngồi ra, vì khơng có các cơ cấu đặc biệt, dụng cụ này có độ
bền tuyệt hảo.
Cảm biến lưu lượng khí nạp được thể hiện trong hình minh hoạ cũng có
một cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp gắn vào.

Hình 2. 7 Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây sấy·

➢ Cảm biến áp suất đường ống nạp (Cảm biến chân không)
Cảm biến áp suất đường ống nạp được dùng cho hệ thống EFI kiểu D
để cảm nhận áp suất đường ống nạp. Đây là một trong những cảm biến quan
trọng nhất trong EFI kiểu D. Bằng cách gắn một IC vào cảm biến này, cảm
biến áp suất đường ống nạp cảm nhận được áp suất đường ống nạp như một
tín hiệu PIM. Sau đó ECU động cơ xác định được thời gian phun cơ bản và
góc đánh lửa sớm cơ bản trên cơ sở của tín hiệu PIM này.
Như trình bày ở hình minh họa, một chíp silic kết hợp với một buồng
chân khơng được duy trì ở độ chân khơng định trước, được gắn vào bộ cảm
biến này. Một phía của chip này được lộ ra với áp suất của đường ống nạp và
phía bên kia thơng với buồng chân khơng bên trong. Vì vậy, không cần phải
hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp có thể đo
được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi.
Một thay đổi về áp suất của đường ống nạp sẽ làm cho hình dạng của
chip silic này thay đổi, và trị số điện trở của chíp này dao động theo mức biến
dạng này.
Tín hiệu điện áp, mà IC biến đổi từ sư dao động của giá trị điện trở này
gọi là tín hiệu PIM.


Hình 2. 8 Sơ đồ biểu thị áp suất đường ống nạp và điện áp ra.
➢ Cảm biến vị trí bướm ga:
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng gió. Cảm biến này biến
đổi góc mở bướm ga thành điện áp, được truyền đến ECU động cơ như tín
hiệu mở bướm ga (VTA). Ngồi ra, một số thiết bị truyền một tín hiệu IDL
riêng biệt. Các bộ phận khác xác định nó lúc tại thời điểm chạy không tải khi
điện áp VTA này ở dưới giá trị chuẩn.
Hiện nay, có 2 loại loại tuyến tính và loại có phần tử Hall được sử
dụng. Ngồi ra, đầu ra 2 hệ thống được sử dụng để tăng độ tin cậy.
➢ Cảm biến vị trí bàn đạp ga:

Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga
(góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ. Ngoài ra, để
đảm bảo độ tin cậy, cảm biến này truyền các tín hiệu từ hai hệ thống có các
đặc điểm đầu ra khác nhau. Có hai loại cảm biến vị trí bàn đạp ga, loại tuyến
tính và loại phần tử Hall.
Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị
trí bướm ga loại tuyến tính.
Trong các tín hiệu từ hai hệ thống này, một là tín hiệu VPA truyền điện
áp theo đường thẳng trong toàn bộ phạm vi bàn đạp ga. Tín hiệu khác là tín
hiệu VPA2, truyền điện áp bù từ tín hiệu VPA.
➢ Cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí nạp đã được gắn các
nhiệt điện trở bên trong, mà nhiệt độ càng thấp, trị số điện trở càng lớn, ngược
lại, nhiệt độ càng cao, trị số điện càng thấp. Và sự thay đổi về giá trị điện trở
của nhiệt điện trở này được sử dụng để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ của
nước làm mát và khơng khí nạp.


Như được thể hiện trong hình minh họa, điện trở được gắn trong ECU
động cơ và nhiệt điện trở trong cảm biến này được mắc nối tiếp trong mạch
điện sao cho điện áp của tín hiệu được phát hiện bởi ECU động cơ sẽ thay đổi
theo các thay đổi của nhiệt điện trở này. Khi nhiệt độ của nước làm mát hoặc
khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở sẽ lớn, tạo nên một điện áp cao.
Cảm biến nhiệt độ nước đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ. Khi
nhiệt độ của nước làm mát động cơ thấp, phải tăng tốc độ chạy không tải, tăng
thời gian phun, góc đánh lửa sớm, v.v... nhằm cải thiện khả năng làm việc và
để hâm nóng. Vì vậy, cảm biến nhiệt độ nước không thể thiếu được đối với hệ
thống điều khiển động cơ.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp này đo nhiệt độ của khơng khí nạp. Lượng
và mật độ khơng khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ của khơng khí. Vì vậy cho dù

lượng khơng khí được cảm biến lưu lượng khí nạp phát hiện là khơng thay
đổi, lượng nhiên liệu phun phải được hiệu chỉnh. Tuy nhiên cảm biến lưu
lượng khí nạp kiểu dây sấy trực tiếp đo khối lượng khơng khí. Vì vậy khơng
cần phải hiệu chỉnh.

Hình 2. 9 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm nhiệt nước làm mát.
➢ Cảm biến vị trí trục cam:
Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có
các răng. Số răng là 1, 3 hoặc một số khác tuỳ theo kiểu động cơ. (Trong hình
vẽ có 3 răng). Khi trục cam quay, khe hở khơng khí giữa các vấu nhơ ra trên
trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp
trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín
hiệu G này được chuyển đi như một thơng tin về góc chuẩn của trục khuỷu


đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục
khuỷu để xác định TDC (điểm chết trên) kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa
và phát hiện góc quay của trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để
xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa.
➢ Cảm biến vị trí của trục khuỷu:
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục
khuỷu và tốc độ của động cơ. ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để
tính tốn thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Đối với tín hiệu G, tín hiệu NE được tạo ra bởi khe khơng khí giữa cảm
biến vị trí trục khuỷu và các răng trên chu vi của rơto tín hiệu NE được lắp
trên trục khuỷu.
Hình minh họa trình bày một bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi của
rơto tín hiệu NE và một khu vực có 2 răng khuyết. Khu vực có 2 răng khuyết
này có thể được sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu, nhưng nó khơng thể
xác định xem đó là TDC của chu kỳ nén hoặc TDC của kỳ xả. ECU động cơ

kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G để xác định đầy đủ và chính xác góc của
trục khuỷu. Ngồi loại này, một số bộ phát tín hiệu có 12, 24 hoặc một răng
khác, nhưng độ chính xác của việc phát hiện góc của trục khuỷu sẽ thay đổi
theo số răng. Ví dụ, Loại có 12 răng có độ chính xác về phát hiện góc của trục
khuỷu là 30°CA.
2.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu có nhiệm vụ tạo ra một áp suất thích hợp
của dòng xăng trong đường ống, cung cấp đến các kim phun.
Để bơm xăng không hoạt động khi chưa tiến hành khởi động. Tiến
hành nối cực âm của rơle điều khiển bơm xăng với cực FC của ECU. Khi
ECU nhận được tín hiệu từ cảm biến vận tốc trục cam (NE), sẽ đóng mạch
hoạt động rơle điều khiển bơm xăng.
Chương trình điều khiển:
- Chương trình điều khiển do nhà sản xuất nạp vào trong bộ nhớ Rom
của vi điều khiển. Vi điều khiển dựa vào chương trình để xử lý tín hiệu và
điều khiển các bộ phận hoạt động. Chương trình thường được viết bằng hợp
ngữ sau khi được dịch sang dạng mã máy để vi điều khiển hiểu được sẽ được
nạp vào trong bộ nhớ PRom.
- Ví dụ tại chân I/O – P0.1 của vi điều khiển nối với cực IDL xuất hiện
mức bít 0 điều này có nghĩa bướm ga đóng, động cơ chạy ở chế độ khơng tải.
Ngay lập tức vi điều khiển số truyền một bít cao 1 đến chân I/O – P2.1, chân
này nối với bộ khuếch đại điều khiển van điện từ mở mạch không tải.
- Tạo trễ: tùy theo họ vi điều khiển mà có cá́ c cơng cụ tạo trễ hay bộ định
thời khá́ c nhau. Nhưng về bản chất là việc cho vi điều khiển lặp đi lặp lại một


số hạn định lệnh nào đó, mỗi lệnh vi điều khiển sẽ xử lý mất η giây. Từ̀ đó
xá́ c định số lần lặp để có thời gian trễ hợp lý nhất.
2.2.3 Điều khiển kim phun nhiên liệu.
Các kim phun mắc song song với nhau. Do vậy chỉ cần cung cấp một

xung điều khiển thì tất cả các kim phun sẽ đồng loạt được kích hoạt. Cuộn
điện từ trong kim phun là loại kim phun điện trở cao (high resistance injector)
do vậy không cần sử dụng thêm điện trở kéo bên ngoài. Đo bằng đồng hồ vạn
năng xác định được điện trở của các kim phun là 23Ω.
Tồn tại hai loại điều khiển kim phun là: điều khiển bằng điện áp
(voltage controlled injector) và điều khiển bằng dòng điện (current controlled
injector) .

Hình 2. 10 Điều khiển kim phun nhiên liệu
Nhận thấy khi điều khiển kiểu dịng điện với tín hiệu hồi tiếp đóng và
mở transistor ‘chắc’ hơn. Kim phun mở nhanh hơn và đóng ngay sau khi kết
thúc xung điều khiển.
2.2.4 Điều khiển đánh lửa
Động cơ 5A-FE sử dụng hệ thống đánh lửa tích hợp trong bộ chia điện
bao gồm: bộ chia điện (sử dụng con quay chia điện), cảm biến vị trí tử điểm
(G), cảm biến vận tốc trục cam, bô bin cao áp các bộ phận điều khiển bán dẫn
khác, cùng với sự điều khiển của ECU. Các tín hiệu đánh lửa sớm do ECU
quyết định, do vậy khơng sử dụng điều khiển góc đánh lửa sớm bằng chân
khơng.
Tại bộ chia điện có 7 đầu dây ra, bao gồm:
IGF (xác nhận đá́ nh lửa): Sức điện động đảo chiều tạo ra khi dòng điện
trong cuộn sơ cấp bị ngắt sẽ làm cho mạch điện này gửi một tín hiệu IGF đến


ECU, nó sẽ biết được việc đánh lửa có thực sự diễn ra hay khơng nhờ tín hiệu
này;
IGT (thời điểm đánh lửa): ECU động cơ gửi một tín hiệu IGT đến IC
đánh lửa dựa trên tín hiệu từ cảm biến sao cho đạt được thời điểm đánh lửa tối
ưu.Tín hiệu IGT này phát ra chỉ ngay trước thời điểm đánh lửa được tính tốn
bởi bộ vi xử lý, sau đó tắt ngay. Bugi sẽ phát tia lửa điện khi tín hiệu này tắt

đi;
NE: Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để nhận biết tốc độ động
cơ. Tín hiệu NE được sinh ra trong cuộn dây nhận tín hiệu nhờ roto. Roto tín
hiệu NE có 24 răng. Nó kích hoạt cuộn dây nhận tín hiệu NE 24 lần trong một
vòng quay của bộ chia điện;
G-: Dây trung hòa của cảm biến vận tốc trục cam và cảm biến từ điểm
hành trình xilanh;
G1: Tín hiệu G báo cho ECU biết góc trục khuỷu tiêu chuẩn. Được sử
dụng để xác định thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu so với điểm chết trên
(TDC) của mỗi xylanh;
Transistor công suất điều khiển đóng cắt mạch cung cấp điện từ acquy
cho cuộn sơ cấp của mobin cao áp;
IG (-): Cực âm (-) của cuộn sơ cấp.
2.2.5 Điều khiển cơ cấu không tải.
Hệ thống ISC điều khiển tốc độ không tải bằng một van ISC để thay
đổi lượng khí đi tắt qua bướm ga phụ thuộc vào các tín hiệu từ ECU động cơ.
Động cơ 5A-FE sử dụng loại van điều khiển bằng hệ số tác dụng: Kết cấu của
loại van ISC này như hình vẽ. Khi dịng điện chạy qua do tín hiệu từ ECU
động cơ, cuộn dây bị kích thích và vận chuyển động. Điều này sẽ thay đổi khe
hở giữa van điện từ và thân van, điều khiển được tốc độ không tải. (Tốc độ
không tải nhanh được điều khiển bằng một van khí phụ). Trong hoạt động
thực tế, dịng điện qua cuộn dây được bật tắt khoảng 100 lần/giây, nên vị trí
của van điện từ được xác định bằng tỷ lệ giữa thời gian dòng điện chạy qua so
với thời gian mà nó tắt (có nghĩa là hệ số tá́ c dụng). Nói theo một cách khác,
van mở rộng khi dòng điện chạy lâu hơn trong cuộn dây.


CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ATMEGA 16 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS
3.1 Giới thiệu các phần mềm sử dụng trong mô phỏng

3.1 Giới thiệu các phần mềm sử dụng trong mô phỏng:
3.1.1 Phần mềm Proteus
Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử
bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi
điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, …
Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter
Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt
hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola.
Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mơ phỏng mạch và
ARES dùng để vẽ mạch in. Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều
Khiển khá tốt, nó hỗ trợ các dịng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11,
MSP430, ARM7/LPC2000 ... các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet,...
ngồi ra cịn mơ phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả.
Proteus là bộ công cụ chuyên về mô phỏng mạch điện tử.
ISIS đã được nghiên cứu và phát triển trong hơn 12 năm và có hơn
12000 người dùng trên khắp thế giới. Sức mạnh của nó là có thể mơ phỏng
hoạt động của các hệ vi điều khiển mà không cần thêm phần mềm phụ trợ
nào. Sau đó, phần mềm ISIS có thể xuất file sang ARES hoặc các phần mềm
vẽ mạch in khác.
Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp,
cho phép ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, cũng như thiết kế theo
các mạch mẫu (templates)
Những khả năng khác của ISIS là:
• Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch.


• Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng
• Xuất file thống kê linh kiện cho mạch
• Xuất ra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch in thơng
dụng.

• Đối với người thiết kế mạch chun nghiệp, ISIS tích hợp nhiều cơng cụ
giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện có thể lên đến hàng ngàn linh
kiện.
• Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design)
• Khả năng tự động đánh số linh kiện

Hình 3. 1 Giao diện Proteus
 Thanh menu
 Thanh lựa chọn chế độ làm việc
 Vùng hiển thị project thao tác gần nhất


Hình 3. 2 Cửa sổ làm việc của phần mềm Proteus
Tại cửa sổ thiết kế sơ đồ nguyên lý ISIS, ta thực hiện thiết kế sơ đồ
mạch điện bằng việc lựa chọn các linh kiện phù hợp với yêu cầu. Trên cửa sổ
làm việc bao gồm:
 Vùng chứa linh kiện
 Thanh chọn công cụ
 Vùng vẽ nguyên lý và mô phỏng
 Thanh điều khiển mơ phỏng

Hình 3. 3 Màn hình lựa chọn linh kiện
Tại thư viện linh kiện ta có thể lựa chọn các linh kiện phù hợp với yêu
cầu của mạch và với ý tưởng ta định làm.


Để tìm linh kiện 1 cách dễ dàng hiệu quả ta sẽ thực hiện tìm linh kiện ở
cơng cụ tìm kiếm. ta chỉ cần đánh tên linh kiện cần tìm là thư viện sẽ lọc và
chọn ra linh kiện ta cần
Nếu trong thư viện khơng có linh kiện ta cần thì ta phải thêm hoặc tạo

linh kiện mà ta cần để sử dụng

Hình 3. 4 Màn hình chỉnh sửa và nạp code cho linh kiện
Sau khi lựa chọn và thực hiện thay đổi dữ liệu, nạp code cho linh kiện
ta có thể bắt đầu thực hiện q trình thiết kế sơ đồ mạch điện và mô phỏng
chạy thử để xem mạch có hoạt động được hay khơng qua đó đánh giá và áp
dụng vào thực tế sử dụng