BÀI THUYẾT MINH PBL2 THIẾT kế ĐỘNG cơ phần 1 xây dựng đồ thị công, động học và động lực học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG ***** BÀI THUYẾT MINH PBL2 THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ Sinh viên thực : 1.Nguyễn Vũ Phát Lớp: 19C4CLC4 MSSV 103190162 2.Phan Công Châu Lớp :19C4CLC4 MSSV 103190140 3.Lê Cao Vũ Lớp :19C4CLC4 MSSV 103190181 4.Nguyễn Văn Thìn Lớp :19C4CLC4 MSSV 103190171 5.Nguyễn Đức Tài Lớp : 19C4CLC2 MSSV 103190078 Giáo viên hướng dẫn : TS.Lê Minh Đức Đà Nẵng 2021 LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đây, kinh tế Việt Nam phát triển mạnh Bên cạnh kỹ thuật nước ta bước tiến Trong phải nói đến ngành động lực sản xuất ô tô, liên doanh với nhiều hãng ô tô tiếng giới Nissan, Honda, Toyota, sản xuất lắp ráp tơ Để góp phần nâng cao trình độ kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật ta phải tự nghiên cứu chế tạo yêu cầu cấp thiết Có ngành sản xuất tơ ta phát triển Đây lần chúng em vận dụng lý thuyết học, tính tốn thiết kế hệ động theo số liệu kỹ thuật Trong q trình tính tốn chúng em giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầ y TS Lê Minh Đức cùng thầy môn động lực, lần đầu làm đồ án mơn học nên gặp nhiều khó khăn khơng tránh khỏi sai sót, chúng em mong xem xét giúp đỡ bảo thầy để thân ngày hoàn thiện kiến thức kỹ thuật Qua lần chung em tự xây dựng cho phương pháp nghiên cứu, hoạt Rất mong giúp đỡ thầy Em xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng năm 2021 Phần 1: Xây dựng đồ thị công, động học động lực học : 1.Xây dựng đồ thị cơng - Tốc độ trung bình Động cơ: - 𝒗tb = S.n 30 = 12.5[m/s] 𝑠: 𝑣tb = 12,5 > 𝑚 Là động tăng áp - Chỉ số nén đa biến trung bình n1: thường chọn khoảng n1 = 1,32-1,39; Chọn n1 = 1,39 Qúa trình Nén - Ngun lí Động trang 128 - Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: thường chọn khoảng n2 = 1,25-1,29; Chọn n2 = 1,29 Qúa trình Giãn nở - Ngun lí Động trang 188 - Áp suất khí nạp: pk = 0,1 [MN/m2] Đối với Động tăng áp ( theo động tham khảo ) có tuabin Khí ( pk =(0,14 ÷ 0,4 ), ta chọn pk = 0,1 - Áp suất khí cuối kỳ nạp pa = (0,9- 0,96).pk [MN/m2] (Đối với Động tăng áp) Ta chọn pa = 0,85.Pk pa = 0,85.0,1 = 0,085 [MN/m2] - Áp suất khí thải pth Pth=(1,02 -1,04)pk =1,04.0,1 = 0,104 [MN/m2] Áp suất trung bình đường thải tài liệu NLCĐ trang 234 - Áp suất khí sót pr: Đối với động xăng bốn kỳ không tăng áp chọn: pr = (1.05 - 1.1)pth ta chọn 0,104 pr = 1,1 Pth = 1,1.0,104 = 0,1144 [MN/m2] - Tỷ số giãn nở sớm ρ: Đối với động xăng chọn: ρ=1 - Áp suất cuối trình nén: 𝑝𝑐 = 𝑝𝑎 ⋅ 𝜀 𝑛1 = 2,2034 [MN/m2] - Áp suất cuối trình giãn nở pb: 𝑝𝑏 = 𝑝𝑧 𝛿 𝑛2 = 𝑝𝑧 𝜀 𝑛2 ( ) 𝜌 - Thể tích cơng tác Vh 𝑉ℎ = S π.D2 [dm3 ] =5 [MN/m2] = 0.75 - Thể tích buồng cháy Vc 𝑉𝑐 = 𝑉ℎ 𝜀−1 = 0.4427 [dm3 ]= 0,0471 [dm3] [dm3] - Tốc độ góc trục khuỷu : 𝜔 [rad/s] 1.1.2 Xây dựng đường nén Gọi pnx, Vnx áp suất thể tích biến thiên theo trình nén động cơ.Vì trình nén trình đa biến nên: 𝑝nx ⋅ 𝑉nx𝑛1 = consT  𝑝nx ⋅ 𝑉nx𝑛1 = 𝑝𝑐 ⋅ 𝑉𝑐𝑛1  𝒑nx = 𝒑𝒄 ( 𝑽𝒄 𝒏𝟏 𝑽nx Đặt: 𝑖 = ) 𝑉nx 𝑉𝑐 Khi ta có áp suất nén điểm x : 𝑝nx = 𝑝𝑐 𝑖 𝑛1 [MN/m2] 1.1.3 Xây dựng đường giãn nở Gọi pgnx, Vgnx áp suất thể tích biến thiên theo trình giãn nở động cơ.Vì trình giãn nở q trình đa biến nên ta có: 𝒏 𝒏 𝒏 𝟐 𝒑nx ⋅ 𝑽nx𝟐 = const  𝒑gnx ⋅ 𝑽gnx = 𝒑𝒛 ⋅ 𝑽𝒛 𝟐  𝒑gnx = 𝒑𝒛 ( 𝒏𝟐 𝑽𝒛 𝑽gnx ) Ta có: Vz = .Vc 𝑝gnx = ( 𝑝𝑧 𝑉gnx 𝑛2 Đặt: 𝒊 = 𝑉𝑧 ) = ( 𝑝𝑧 𝑉gnx 𝑛2 𝜌⋅𝑉𝑐 ) 𝑽gnx 𝑽𝒄 Khi ta có áp suất giãn nở điểm x: 𝑝gnx = 𝑝𝑧 ⋅𝜌𝑛2 𝑖 𝑛2 1.1.4 Biểu diễn thông số - Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 20 [mm]  𝜇𝑉 = [dm /mm] 𝑉𝑐 𝑉cbd [dm3/mm] = = 0,00235 - Biểu diễn thể tích cơng tác: 𝑉hbd = 𝑉ℎ 𝜇𝑉 = = 188 [mm] - Biểu diễn áp suất cực đại:: pzbd = 160  𝝁𝒑 = 𝒑𝒛 [MN/(m2.mm)] 𝒑zbd 𝝁𝒑 = 220 [mm] Chọn pzbd = 220 [mm] 220 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟐𝟕𝟐 (1-15) (trang 15 TL [3]) [MN/(m2.mm)] Bảng giá trị đồ thị Công động Xăng Vx 1V C 1.5 VC 2V C 2.5 VC 3V C 3.5 VC 4V C i Vxl(d m3) V( mm ) 0.047 20 1.5 0.071 30 0.094 40 2.5 0.118 50 0.141 60 3.5 0.165 70 0.188 80 Đường nén in1 1.7569 8013 2.6207 86808 3.5738 52399 4.6046 70347 5.7049 85982 6.8685 23492 L/ in1 Pc/in1 2.2034 1.2540 83619 0.8407 39885 0.6165 33576 0.4785 14168 0.3862 23561 0.3207 96748 Đường giãn nở Pn(m m) in2 96.949 55.179 67923 36.992 55495 27.127 47735 21.054 62339 16.993 83667 14.115 05691 1.6871 65648 2.4452 80555 3.2609 38522 4.1255 93352 5.0332 41598 5.9793 96995 L/ Pz.pn2/ Pgn(m in2 in2 m) 2.9635 50145 2.0447 55146 1.5333 00909 1.2119 46882 0.9933 95589 0.8362 04722 220 130.39 62064 89.969 22644 67.465 24 53.325 66281 43.709 4059 36.793 00776 4.5 VC 5V C 5.5 VC 6V C 6.5 VC 7V C 7.5 VC 8V C 8.5 VC 4.5 0.212 90 0.236 100 5.5 0.259 110 0.283 120 6.5 0.306 130 0.330 140 7.5 0.353 150 0.377 160 8.5 9V C 9.5 VC 9.5 10V C 10 10.4 10 VC 0.400 170 0.424 180 0.447 190 0.471 200 0.490 208 8.0903 14306 9.3663 0522 10.693 11256 12.067 8593 13.488 06238 14.951 552 16.456 41217 18.000 93576 19.583 58993 21.202 989 22.857 87279 24.547 08916 25.922 46768 0.2723 50358 0.2352 47512 0.2060 5787 0.1825 84164 0.1633 59268 0.1473 69317 0.1338 93098 0.1224 04748 0.1125 12568 0.1039 19311 0.0963 95672 0.0897 6217 0.0849 99624 11.983 41576 10.350 89053 9.0665 46289 8.0337 03211 7.1878 07803 6.4842 49929 5.8912 96294 5.3858 089 6.9605 5938 7.9739 0956 9.0171 20418 10.088 2332 4.9505 53005 4.5724 49666 4.2414 09553 3.9495 35498 3.7399 83446 15.810 6751 11.185 57283 12.307 68781 13.453 30629 14.621 3032 17.020 52051 18.250 02446 19.498 446 20.510 34699 1.1.5 Xác định điểm đặc biệt - Điểm a (Va ; pa): Ta có: Va = Vc + Vh Va = 0,4888 [dm3] pa = 0,08 [MN/m2] a (0,4888; 0,08) - Điểm b (Vb; pb): Vb = Va = 0,4888 [dm3] Pb = 0,264 [MN/m2] b (0,4888;0,264) - Điểm phun sớm c’: xác định từ đồ thị Brick ứng với góc phun sớm φs; - Điểm c(Vc ;Pc): Vc=0,0471 [dm3] 0.7183 33072 0.6270 44985 0.5545 00746 0.4956 26925 0.4470 04376 0.4062 50148 0.3716 55851 0.3419 66782 0.3162 42031 0.2937 63049 0.2739 72236 0.2564 30692 0.2437 79396 31.606 65515 27.589 97934 24.398 03283 21.807 58469 19.668 19252 17.875 00653 16.352 85745 15.046 53839 13.914 64935 12.925 57416 12.054 77837 11.282 95045 10.726 29342 pc=1,79 [MN/m2] c (0,0471;1,79) - Điểm bắt đầu trình nạp r(Vc;Pr): Vc = 0,0471 [dm3] pr = 0.11 [MN/m2] - Điểm mở sớm xu páp nạp r’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α1 = 17° - Điểm đóng muộn xupáp thải r’’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α4 = 10° - Điểm đóng muộn xupáp nạp a’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α2 = 23° - Điểm mở sớm xupáp thải b’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α3 = 42° - Điểm y (Vc ; Pz): Vc = 0,0471 pz = 4,25 [dm3] [MN/m2] y (0.0471 ; 4,2) - Điểm áp suất cực đại lý thuyết z (ρ.Vc, Pz): ρVc = 0,0471 [dm3] pz = 4,7 [MN/m2] z (0,0471; 4,7) - Điểm áp suất cực đại thực tế z”: z” trung điểm yz - Điểm c’’: cc”=1/3cy = 2,525 [MN/m2] c’’ (0,047; 2,525) - Điểm b’’: bb’’=1/2ba = 0.172 [MN/m2] b’’ (0,4888; 0,172) Bảng 1-2: Giá trị điểm đặc biệt V(dm3) P(MN/m2) r(Vc,Pr) 0.047 0.11 a(Va,Pa) 0.4888 0.08 b(Va,Pb) 0.4888 0.264 c(Vc,Pc) 0.047 1.79 y(Vc,Pz) 0.047 3.995 z(Vc,Pz) 0.047 4.7 c'' 0.047 2.525 z'' 0.047 4.3475 b'' 0.4888 0.172 1.1.6 Vẽ hiệu chỉnh đồ thị công Để vẽ đồ thị công ta thực theo bước sau: + Chọn tỉ lệ xích: Biểu diễn áp suất cực đại Pzbd = 160÷220 mm 𝒑𝒛 𝝁𝒑 = 𝝁𝒑 = [MN/(m2.mm)] 𝒑zbd 220 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟐𝟕𝟐[MN/(m2.mm)] Biểu diễn thể tích buồng cháy Vcbd = 20 mm 𝝁𝑽 = 𝑽𝒄 𝑽cbd [dm3/mm] = 0,0471 20 = 0,00235 [dm3/mm] + Vẽ hệ trục tọa độ đó: trục hồnh biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể + Từ số liệu cho ta xác định tọa độ điểm hệ trục tọa độ Nối tọa độ điểm đường cong thích hợp đường cong nén đường cong giãn nở + Vẽ đường biểu diễn trình nạp trình thải hai đường thẳng song song với trục hoành qua hai điểm Pa Pr Ta có đồ thị cơng lý thuyết Vẽ đồ thị brick phía đồ thị cơng Lấy bán kính cung trịn R ½ khoảng cách từ Va đến Vc - Tỉ lệ xích đồ thị brick: 𝝁𝒔 = - 𝒔𝒉𝒕 𝑺𝒉𝒕 = = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟗𝟐 (𝒎/𝒎𝒎) 𝒔𝒃𝒅 (𝑽𝒉 /𝝁𝒗 ) Lấy phía phải điểm O’ khoảng : 𝜆.𝑅 λ.R OO’= = 0.082 (mm) 2.μs - Giá trị biểu diễn : 𝜆.𝑅 OO’== = 11,75 (mm) 2.𝜇𝑠 - - Dùng đồ thị Brick để xác định điểm: • Điểm đánh lửa sớm (c’) • Điểm mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải • Mở sớm (r’) đóng muộn (a’) xupap hút Vẽ đường đẳng áp pz’ = 2,9636 (MN/m2) Từ đồ thị Brick xác định góc 100 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp z’ - Áp suất cuối trình nén thực tế pc’’: Áp suất cuối trình nén thực tế thường lớn áp suất cuối trình nén lý thuyết đánh lửa sớm Nối điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục dính vào đường giãn nở - Áp suất cuối trình giãn nở thực tế pb’’: Áp suất cuối trình giãn nở thực tế thường thấp áp suất cuối trình giãn nở lý thuyết mở sớm xupap thải Nối điểm b’, b’’ tiếp dính với đường thải prx - Sau hiệu chỉnh ta nối điểm lại đồ thị cơng thực tế 2.Đồ thị BRICK - Hình 1-2: Phương pháp vẽ đồ thị chuyển vị theo đồ thị Brick + Vẽ vòng trịn tâm O , bán kính R Do AD = 2R = S =75 [mm] S n 75.10−3 5000 vp = = = 12,5 [m/s] 30 30 Tiết diện lưu thông fkx qua xupáp (tiết diện vành khăn) xác định theo công thức: fkx = Với: d1 = dh + 2.e π h′ (dh + d1 ) h’ = h.cos α ; ; e = h’.sin α fkx = π.h.(dh.cos α + h.sin α.cos2 α) Tiết diện lưu thông qua xupáp nạp: Theo thực nghiệm tính tốn tốc độ dịng khí nạp chế độ toàn tải chọn: vkn = (30  70) (m/s) chọn vkn = 60 (m/s) Số xupáp nạp i = dhn = √ 12,5 0,08672 = 0,028 [m] = 28 [mm] 60.2 Chọn dhn = 28 [mm] (cho xupap) Một ống nạp co xupap => d2hn= 28*2=56 (mm) Phần : Thiết kế hệ thống điện hệ thống điều khiển động TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.1 Giới thiệu chung hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển động theo chương trình hệ thống điều khiển kiểu phát triển có đời kỹ thuật vy xử lý Hệ thống điều khiển điều khiển theo chương trình tính tốn trực tiếp thiết lập máy tính điện tử bố trí xe gọi ECU (Electronic Control Unit) Đầu vào cảm biến kiểm sốt tình trạng hoạt động động báo cho điều khiển ECU biết Từ ECU xử lý tín hiệu đầu vào, tính tốn đưa tín hiệu đến cấu chấp hành, điều khiển đánh lửa, phun nhiên liệu, điều khiển cấu chấp hành khác động mơ tả hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động 1.2 Bộ điều khiển trung tâm ECU Hệ thống điều khiển động bao gồm: ngõ vào (Inputs ) với chủ yếu cảm biến , điều khiển trung tâm ECU ( Electronic control unit ) não hệ thống , ngõ ( Outputs) bao gồm cấu chấp hành ( Actuators ) : boobin, vòi phun, bugi đánh lửa , van cầm chừng Cảm biến kiểm sốt liên tục tình trạng hoạt động động báo cho điều khiển ECU biết Từ đó, ECU tính tốn, xử lí tín hiệu đưa tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành Chương trình điều khiển động nhà chế tạo viết cài đặt sẵn nhớ ECU Tùy thuộc vào chế độ làm việc hay tình trạng hoạt động động mà ECU tính tốn dựa chương trình sẵn có để đưa tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành cho động làm việc tối ưu ECU vi mạch tổ hợp lớn dung để nhận biết tín hiệu, tính tốn, lưu trữ thơng tin, định chức hoạt động gởi tín hiệu điều khiển thích hợp đến cấu chấp hành ECU đặt vỏ kim loại để giải nhiệt tốt bố trí nơi bị ảnh hưởng bỏi nhiệt độ độ ẩm Các linh kiện điện tử ECU xếp board mạch Các linh kiện công suất tầng cuối, nơi điều khiển cấu chấp hành gắn với khung kim loại ECU với mục đích giải nhiệt Sự tổ hợp chức IC (bộ tạo xung, chia xung, dao động đa hài điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao Trên xe oto có nhiều ECU Bộ phận chủ yếu vi xử lí hay cịn gọi CPU CPU lựa chọn lệnh xử lí số liệu từ nhớ Rom Ram chứa chương trình liệu ngõ vào (I/O) điều khiển nhanh số liệu từ cảm biến chuyển liệu xử lí đến điều khiển cấu chấp hành (hình 1.2) Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc bên ECU - Bộ vi xử lý (Microprocessor) Từ việc tiếp nhận thơng tin tín hiệu cảm biến động thơng qua nhớ ECU, tín hiệu gửi đến Bộ vi xử lý, lúc có chức tính tốn đưa mệnh lệnh cho phận chấp hành thích hợp Có thể nói, phận quan trọng ECU - Bộ nhớ Bao gồm nhớ Rom nhớ Ram ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực Bộ nhớ đọc thông tin lập trình sẵn, khơng thể ghi vào Do đó, ROM nơi cung cấp thơng tin cho vi xử lý RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu trữ thông tin ghi nhớ xác định vi xử lý RAM đọc ghi số liệu theo địa - Đường truyền – BUS Có nhiệm vụ chuyển lệnh số liệu phận bên điều khiển - Mạch giao tiếp ngõ vào Bộ chuyển đổi A/D (Analog to digital converter) dùng để chuyển tín hiệu tương tự từ đầu vào với thay đổi điện áp cảm biến thành tín hiệu số để đưa vào xử lí (hình 1.3) Hình 1.3 Bộ chuyển đổi A/D Bộ đếm (counter) đếm xung tín hiệu từ cảm biến ( tốc độ động , tốc độ xe ) gởi số đếm đến vi xử lí mơ tả (hình 1.4) Hình1.4 Bộ đếm Bộ khuếch đại (amplifier) số cảm biến có tín hiệu nhỏ nên ECU cần có khuếch đại (hình 1.5) Hình 1.5 Bộ khuếch đại Bộ ổn áp: bên ECU có IC điều áp 7812 7805 để ổn áp 12V 5V Nguồn 5V cung cấp cho cảm biến làm việc (hình 1.6) Hình 1.6 Bộ ổn áp - Giao tiếp ngõ Tín hiệu điều khiển từ vi xử lí đưa đến transistor cơng suất điều khuển rơ-le solenoid, moto ( hình 1.7) Hình 1.7 Giao tiếp ngõ CÁC CẢM BIẾN SỬ DỤNG TRONG CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN 2.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu 2.1.1 Chức nhiệm vụ Cảm biến loại có cơng dụng báo cho ECU xe biết xác vị trí cốt máy vị trí tương ứng với cuối nổ để ECU điều chỉnh thời điểm phun nhiên liệu đánh lửa thích hợp cho xy lanh động Cảm biến vị trí trục khuỷu cảm biến quan trọng góp phần việc vận hành động Nếu thiếu cảm biến này, động khơng khởi động được, tốc độ cầm chừng khơng Máy rung đánh lửa sai, hao xăng tăng tốc không ổn định 2.1.2 Cấu tạo Bộ phận cảm biến cuộn cảm ứng, nam châm vĩnh cửu rotor dùng để khép mạch từ có số tùy loại động (hình 2.1) Hình 2.1 Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu 2.1.3 Nguyên lí làm việc Cảm biến vị trí trục khuỷu cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu, ln có từ trường ổn định sinh Khi trục khuỷu quay, chân thép xoay từ trường Điều dẫn đến dao động từ trường Và tạo tín hiệu dịng xoay chiều (AC), mà phận điều khiển động (EMU) sử dụng để tính tốc độ quay Dao động từ hữu ích việc xác định tốc độ vị trí trục cam 2.2 Cảm biến vị trí trục cam 2.2.1 Chức nhiệm vụ Cảm biến mạch tổ hợp sở hiệu ứng Hall (hay hiệu ứng từ-điện trở) ghép vào khuyếch đại- tạo hình tín hiệu Cảm biến làm việc song hành với cấu đánh dấu chốt trục cam: chốt đánh dấu trục cam trùng với thứ đĩa đồng Cảm biến xác định pha ĐCT xy lanh số tức cho phép xác định điểm bắt đầu chu kỳ quay theo thứ tự làm việc trục khuỷu động 2.2.2 Cấu tạo Loại cảm biến hiệu ứng điện từ có cấu tạo cuộn dây điện từ nam châm vĩnh cữu, máy phát điện mini, hoạt động tạo xung điện áp hình sin gửi ECU (hình 2.2) Hình 2.2 Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam 2.2.3 Nguyên lí làm việc o Khi trục cam quay chốt đánh dấu vào nam châm phần tử Hall Khi cánh chốt đánh dấu khỏi vị trí nam châm phần tử Hall từ trường xuyên qua khe hở làm xuất điện áp phần tử Hall làm cho transitor dẫn điện áp đầu cảm biến Ura  0V Khi chốt đánh dấu xen nam châm phần tử Hall từ trường từ nam châm vòng qua chốt đánh dấu làm điện áp phần tử Hall Transitor ngắt điện áp đầu cảm biến Ura  12V 2.3 Cảm biến áp suất khí nạp 2.3.1 Chức nhiệm vụ Cảm biến áp suất khí nạp giúp xác định xác lượng khơng khí nạp, áp suất dịng khí nạp, từ gửi tín hiệu ECU Khi chịu áp lực, giá trị điện trở áp trở thay đổi tạo cân mạch cầu Wheastone làm sinh tín hiệu điện áp Tín hiệu gởi đến khuyếch đại chuyển đến xử lý để báo biết áp lực đường ống nạp 2.3.2 Cấu tạo Cảm biến áp suất đường ốp nạp cấu tạo từ buồng chân khơng có gắn chip silicon, lưới lọc, đường ống dẫn giắc cắm (hình 2.3) Hình 2.3 Cảm biến áp suất khí nạp 2.3.3 Ngun lí làm việc Cảm biến áp suất đường nạp cảm nhận áp suất đường ống nạp IC lắp cảm biến phát tín hiệu PIM ECU động định khoảng thời gian phun nhiên liệu góc đánh lửa sớm dựa vào tín hiệu PIM Một chip silicon gắn liền với buồng chân khơng trì độ chân không chuẩn, tất đặt cảm biến Một phía chip tiếp xúc với áp suất đường ống nạp, phía tiếp xúc với độ chân khơng buồng chân không Áp suất đường ống nạp thay đổi làm hình dạng chip silicon thay đổi giá trị điện trở dao động theo mức độ biến dạng Sự giao động giá trị điện trở chuyển hóa thành tín hiệu điện áp nhờ IC lắp bên cảm biến sau gởi đến ECU động cực PIM dùng làm tín hiệu áp suất đường ống nạp Cực VC ECU động cấp nguồn 5V không đổi 2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 2.4.1 Chức nhiệm vụ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có nhiệm vụ đo nhiệt độ nước làm mát động truyền tín hiệu đến xử lý trung tâm để tính tốn thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, tốc độ chạy khơng tải, …ở số dịng xe, tín hiệu cịn dùng để điều khiển hệ thống kiểm sốt khí xả, chạy quạt làm mát động Nếu thiếu cảm biến này, xe khó khởi động 2.4.2 Cấu tạo Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có cấu tạo dạng trụ rỗng có ren ngồi, bên có lắp điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm Cảm biến có chân, chân tín hiệu THW chân mass E2 (hình 2.4 ) Hình 2.4 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 2.4.3 Nguyên lí làm việc Điện trở nhiệt phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Nó làm vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm ngược lại, nhiệt độ giảm điện trở tăng Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở có giá trị khơng đổi theo nhiệt độ) đến cảm biến trở ECU mass Như điện trở chuẩn nhiệt điện trở cảm biến tạo thành cầu phân áp Điện áp điểm cầu đưa đến chuyển đổi tín hiệu tương tự – số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital converter) Khi nhiệt độ động thấp, giá trị điện trở cảm biến cao điện áp gửi đến biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp chuyển đổi thành dãy xung vuông giải mã nhờ vi xử lý để thông báo cho ECU động biết động lạnh Khi động nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU động biết động nóng 2.5 Cảm biến vị trí bướm ga 2.5.1 Chức nhiệm vụ Cảm biến vị trí bướm ga sử dụng để đo độ mở vị trí cánh bướm ga để báo hộp ECU Từ đó, ECU sử dụng thơng tin tín hiệu mà cảm biến vị trí bướm ga gửi để tính tốn mức độ tải động nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, cắt nhiên liệu, điều khiển góc đánh lửa sớm, điều chỉnh bù ga cầm chừng điều khiển chuyển số Khi đạp gấp ga chế độ toàn tải, ECM tự động ngắt A/C, ECU chuyển chế độ “Open loop” để điều khiển phun nhiên liệu, bỏ qua tín hiệu từ cảm biến ô-xy 2.5.2 Cấu tạo Hình 2.5 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga 2.5.3 Nguyên lí làm việc Bướm ga mở ga đóng lại tài xế đạp nhả bàn đạp ga Lúc này, cảm biến bướm ga ghi lại hoạt động mở bướm ga chuyển hóa góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp gửi tới ECU Nguyên lí loại tuyến tính: Khi cánh bướm ga mở, trượt trượt dọc theo điện trở tạo điện áp tăng dần cực VTA tương ứng với góc mở cánh bướm ga Khi cánh bướm ga đóng hồn tồn, tiếp điểm cầm chừng nối cực IDL với cực E2 Tín hiệu đưa đến hộp điều khiển khác để thực việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cho động 2.6 Cảm biến oxy 2.6.1 Chức nhiệm vụ Cảm biến oxy sử dụng để đo nồng độ oxy cịn thừa khí xả gửi ECU, ECU dựa vào tín hiệu cảm biến xy gửi hiểu tình trạng nhiên liệu giàu (đậm) hay nghèo (nhạt) từ đưa tín hiệu điều chỉnh lượng phun cho thích hợp 2.6.2 Cấu tạo Loại làm gốm ziconium phủ lớp Platin bề mặt tiếp xúc với khí xả có đường dẫn khơng khí vào bên lõi cảm biến (hình 2.6 ) Ở điều kiện nhiệt độ cao (trên 350 độ C), với chênh lệch nồng độ khí xả bề mặt lõi cảm biến, cảm biến tạo tín hiệu điện áp nằm khoảng 0.1-0.9V + Điện áp nhỏ nghèo nhiên liệu + Điện áp lớn giàu nhiên liệu Hình 2.6 Cấu tạo cảm biến oxy Để cảm biến nhanh đạt tới nhiệt độ vận hành khởi động (trên 350 độ C), Cảm biến có thêm điện trở nung nóng bên để nung nóng cảm biến nổ máy Giá trị điện trở nung nóng nằm khoảng 6-13Ω 2.6.3 Ngun lí làm việc Cảm biến oxy lắp ống xả, bề mặt làm việc cảm biến tiếp xúc trực tiếp với khí xả, lõi cảm biến có đường đưa khơng khí từ ngồi vào, chênh lệch nồng độ oxy bề mặt cảm biến oxy tạo điện áp: 0,1-0,9V + Tín hiệu điện áp gần 0V hỗn hợp nhiên liệu nghèo + Tín hiệu điện ápgần 0.9V hỗn hợp nhiên liệu giàu Cảm biến oxy làm việc dựa vào độ chênh lệch nồng độ oxy bề mặt cảm biến, cảm biến làm việc tốt nhiệt độ 350̊C, người ta bố trí phận nung nóng cảm biến để giúp cảm biến nhanh đạt đến nhiệt độ làm việc động nguội Khi On chìa dây sấy cảm biến ECU nhịp mát để nung nóng cảm biến 2.7 Cảm biến kích nổ 2.7.1 Chức nhiệm vụ Nhiệm vụ cảm biến kích nổ Knock Sensor để đo tiếng gõ động phát tín hiệu điện áp gửi ECU, từ ECU nhận phân tích tín hiệu để điều chỉnh góc đánh lửa sớm làm giảm tiếng gõ (Thông thường tiếng gõ sinh va đập chi tiết khí động tượng kích nổ) 2.7.2 Cấu tạo Cảm biến kích nổ có cấu tạo vật liệu áp điện, tinh thể thạch anh Khi có tiếng gõ, cảm biến với tinh thể thạch anh tự phát điện áp gửi ECU Hình 2.7 Cảm biến kích nổ 2.7.3 Nguyên lí làm việc Khi động hoạt động, lý dẫn tới có tiếng gõ (tự kích nổ, động nóng q, va đập khí….) cảm biến tạo tín hiệu điện áp gửi ECU ECU điều chỉnh trễ góc đánh lửa lại để giảm tiếng gõ Cụ thể: Các phần tử áp điện cảm biến kích nổ thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung động có tượng kích nổ để xảy hiệu ứng cộng hưởng (f = 6KHz – 13KHz) Như vậy, động có xảy tượng kích nổ, tinh thể thạch anh chịu áp lực lớn sinh điện áp Tín hiệu điện áp có giá trị nhỏ 2,5V Nhờ tín hiệu này, ECU động nhận biết tượng kích nổ điều chỉnh giảm góc đánh lửa khơng cịn kích nổ ECU động điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Sau trình tìm hiểu tổng quan hệ thống điều khiển, cơng dụng, cấu tạo nguyên lí làm việc cảm biến sử dụng hệ thống điều khiển qua sở để thiết kế hệ thống điều khiển động 3.1 Hệ thống phun xăng điều khiển điện tử Sơ đồ mạch nhiên liệu điều khiển điện tử mơ tả hình 3.1 Hình 3.1 Sơ đồ mạch nhiên liệu điều khiển điện tử Nhiên liệu hút từ bình xăng bơm xăng điện qua lọc xăng để lọc tạp chất Sau qua ống phân phối, cuối ống phân phối có ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất dòng nhiên liệu giữ cho ln ổn định Tiếp điến nhiên liệu đưa đến vịi phun, từ tín hiệu cảm biến ECU tính tốn thời điểm phun thời gian phun nhiên liệu để giữ cho tỷ lệ xăng khơng khí ln đạt gần lý tưởng với chế độ làm việc động cơ, vòi phun mở nhiên liệu phun vào đường khí nạp vào buồng cháy để động hoạt động Sau ECU định thời điểm đánh lửa phù hợp để động đạt hiệu cao với chế độ làm việc 3.2 Hệ thống điều khiển đánh lửa Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến đối dòng điện chiều hiệu điện thấp xung điện xoay chiều hiệu điện thấp thành xung điện cao đủ để tạo nên tia lửa phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc xilanh động vào thời điểm thích hợp tương ứng với trình tự xilanh chế độ làm việc động Sơ đồ mô tả hệ thống điều khiển đánh lửa mơ tả hình 3.2 Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển đánh lửa  Nguyên lí chung Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử động chia thành ba phận + Các cảm biến : có nhiệm vụ nhận biết hoạt động khác động phát tín hiệu gởi đến ECU hay cịn gọi nhóm tín hiệu vào +ECU : có nhiệm vụ xử lý tính tốn thơng số đầu vào từ phát thơng số điều khiển đầu +Các cấu chấp hành : Trực tiếp điều khiển lực phun thơng qua tín hiệu điều khiển từ ECU Hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử ECU đánh lửa trực tiếp Mỗi xylanh có bugi loại đầu dài Hệ thống đánh lửa điện tử luôn gắn liền với hệ thống phun nhiên liệu, điều khiển tia lửa, góc đánh lửa ln phù hợp với góc phun nhiên liệu nhờ cảm biến để thực trình đốt cháy tốt nhiên liệu cháy hồn tồn, tốn nhiên liệu, tăng cơng suất động cơ, chất thải độc hại ECU vào tín hiệu nhận từ cảm biến vị trí trục khuỷu vào góc đánh lửa sở ghi sẵn nhớ thông số hiệu chỉnh để xác định góc đánh lửa sớm cho động Việc tạo tín hiệu dạng xung để cung cấp dòng điện cho cuộn dây đánh lửa lập trình sẵn để cuộn dây cung cấp dịng điện thời gian định mức trước với giá trị tính tốn để đảm bảo cho: Từ thơng sinh cuộn dây đạt giá trị lớn nhất, đảm bảo cuộn dây đủ lượng để đánh lửa Điều khiển phát chấm dứt tia lửa ECU tính tốn sau liệu nhập vào bởi: - Tốc độ động - Cảm biến vị trí trục khuỷu - Cảm biến vị trí trục cam - Cảm biến nhiệt độ động - Cảm biến vị trí bướm ga - Cảm biến vị trí bàn đạp ga - Cảm biến kích nổ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hướng dẫn Đồ án thiế t kế Đô ̣ng đố t -TS.Nguyễn Quang Trung [2] Kế t cấ u và tính toán Đô ̣ng đố t trong-Hồ Tấ n Chuẩ n, Nguyễn Đức Phú [3] Nguyên lý Đô ̣ng đố t – GS.TS Nguyễn Tấ t Tiế n [4] Bài giảng môn ho ̣c tính toán thiế t kế đô ̣ng đố t – PGS.TS Trầ n Thanh HảiTùng ... 578.959 016 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 10 .4 719 76 10 .646508 10 .8 210 41 10.995574 11 .17 010 7 11 .34464 11 . 519 173 11 .693706 11 .868239 12 .042772 12 . 217 305 12 .3 918 38 12 .5663 71 -0. 218 2345... -28 .16 8 717 57 -11 .545633 91 14.86 216 0 51 41. 97 515 909 60.2 014 8937 63 .13 574342 50.20022 61 27.5339746 3.049258565 -0.877406929 -17 . 815 1 919 9 -29.7764 412 4 -28 .16 8 717 57 -11 .545633 91 14.86 216 0 51 41. 97 515 909... -11 .545633 91 14.86 216 0 51 41. 97 515 909 60.2 014 8937 63 .13 574342 50.20022 61 27.5339746 3.049258565 -0.877406929 -17 . 815 1 919 9 -29.7764 412 4 -28 .16 8 717 57 -11 .545633 91 14.86 216 0 51 41. 97 515 909 60.2 014 8937