(Đề Tài Nckh) Chế Tạo Mô Hình Các Cảm Biến.pdf

Untitled BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ChẾ TẠO MÔ HÌNH CÁC CẢM BIẾN MÃ SỐ T2014 65 Tp Hồ Chí Minh, 11/2014 S K[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ChẾ TẠO MƠ HÌNH CÁC CẢM BIẾN S K C 0 9 MÃ SỐ: T2014-65 S KC0 Tp Hồ Chí Minh, 11/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÁC CẢM BIẾN Mã số: T2014-65 Chủ nhiệm đề tài: GV.KS NGUYỄN TẤN LỘC TP HCM, Tháng 11 năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÁC CẢM BIẾN Mã số: T2014-65 Chủ nhiệm đề tài: GV.KS NGUYỄN TẤN LỘC TP HCM, Tháng 11 năm 2014 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Tấn Lộc Đơn vị phối hợp chính: Bộ Môn Động Cơ, Khoa CKĐ, ĐHSPKT TPHM Chế tạo mô hình cảm biến Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Danh mục chữ viết tắt Thông tin kết nghiên cứu Chƣơng 1: Mở đầu Trang Chƣơng 2: Chế tạo mơ hình cảm biến Chƣơng 3: Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng mô hình 3.1 Phần mở đầu 3.2 Cấu trúc – Nguyên lý phƣơg pháp kiểm tra 12 12 12 2.1 Điện nguồn cung cấp cho ECU 3.2.2 Mạch điện cảm biến 3.3 Các cảm biến 12 16 19 3.3.1 Cảm biến lƣợng khơng khí nạp 3.3.2 Cảm biến nhiệt độ khơng khí 3.3.3 Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát 3.3.4 Cảm biến vị trí bƣớm ga 19 37 38 39 3.3.5 Cảm biến bàn đạp ga 3.3.6 Cảm biến G Ne 44 46 3.3.7 Cảm biến ơxy 3.3.8 Cảm biến kích nổ 3.3.9 Cảm biến độ cao Chƣơng 4: Kết luận đề nghị 53 56 57 59 Tài liệu tham khảo 60 Chế tạo mơ hình cảm biến Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Kiểm tra điện nguồn cung cấp cho ECU Bảng 2: Điện nguồn cung cấp cho ECU Bảng 3: Các thơng số đo gió van trƣợt Trang 12 Trang 13 Trang 28 Bảng 4: Các thông số đo gió Karman Bảng 5: Các thơng số đo gió Karman hãng Toyota Trang 35 Trang 35 Chế tạo mơ hình cảm biến Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A/F Air–Fuel Ratio ECU: Electronic Control Unit ISC: Idle Speed Control E-VRV: Electric Vacuum Regulating Valve NE: Engine speed sensor FCV: fuel cutoff valve EDU: Electronic Driving Unit THA: Intake air temperature PIM: Intake air pressure THW: Water Temperature Sensor DTC: Diagnostic Trouble Code EDIC: Electric Diesel Injection Control EGR: Exhaust Gas Recirculation ENG: Engine FL: Fusible Link GND: Ground IC: Integrated Circuit IDI: Indirect Diesel Injection IG: Ignition J/C: Junction Connector ROM: Read Only Memory TACH: Tachometer TEMP: Temperature VCV: Vacuum Control Valve N: Neutral Chế tạo mơ hình cảm biến Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Chế tạo mơ hình cảm biến - Mã số: T2014-65 - Chủ nhiệm: GV.KS Nguyễn Tấn Lộc - Cơ quan chủ trì: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM - Thời gian thực hiện: 10/1/2014 đến 11/2014 2.Mục tiêu: Chế tạo mơ hình cảm biến sử dụng phổ biến động xăng diesel nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo khoa CKĐ Trƣờng ĐHSP Kỹ Thuật Tp.HCM trƣờng dạy nghề có liên quan Tính sáng tạo: Tạo mơ hình cảm biến cách tổng quát đƣợc sử dụng lãnh vực điều khiển động xăng diesel điện tử, áp dụng vào chƣơng trình đào tạo Bộ Môn Động Cơ Khoa CKĐ Kết nghiên cứu: Ứng dụng tốt lãnh vực đào tạo Trƣờng đối tƣợng liên quan Sản phẩm: 01 Mơ hình cảm biến 02 Tập thuyết minh đề tài nghiên cứu khoa học 03 Báo cáo tóm tắt đề tài NCKH cấp trƣờng Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả ứng dụng - Đƣa vào chƣơng trình đào tạo Bộ Môn Động Khoa CKĐ - Áp dụng vào Trƣờng Cao Đẳng nghề, Trung Học nghề sở đào tạo nhân lực chỗ cơng ty, xí nghiệp dịch vụ sửa chữa ôtô Trƣởng Đơn vị (Ký, Họ & Tên) Chủ nhiệm đề tài (Ký, Họ & Tên) Nguyễn Tấn Lộc Chế tạo mơ hình cảm biến Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lãnh vực đề tài nƣớc Lãnh vực điều khiển tự động sử dụng phổ biến giới Trong ngành ôtô cảm biến ngày sử dụng nhiều để tăng độ tin cậy nhằm cải thiện công suất hiệu suất động giải vấn đề ô nhiễm môi trƣờng mà giới quan tâm Ở nƣớc ta, vấn đề ô nhiễm môi sinh lãnh vực giao thông đƣờng đƣợc nhà nƣớc quan tâm, tiêu khí thải đƣợc đặt với tiêu chuẩn cao sân bay quốc tế Tuy nhiên, mức độ vấn đề ô nhiễm môi sinh cần phải đƣợc quan tâm nhiều nửa để bảo vệ sức khoẻ ngƣời có mơi trƣờng sống lành mạnh 1.2 Tính cấp thiết Xuất phát từ nhu cầu thực tế nhƣ ngƣời nghiên định thực đề tài “Chế tạo mơ hình cảm biến” với mong muốn tạo sản phẩm áp dụng vào giảng dạy học phần mà đảm trách Sản phẩm đề tài sau hoàn thành cung cấp cho ngƣời học có điều kiện nghiên cứu cấu trúc nguyên lý ứng dụng chúng thực tế, từ ngƣời học vận dụng để ứng dụng chúng trƣờng hợp cụ thể xã hội nƣớc ta 1.3 Mục tiêu Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hƣớng dẫn sinh viên trình học thực tập động Bộ Mơn Động Cơ, khoa Cơ Khí Động Lực  Giúp cho sinh viên ứng dụng học lý thuyết vào học thực hành  Góp phần đại hóa phƣơng tiện phƣơng pháp dạy thực hành giáo dục-đào tạo 1.4 Cách tiếp cận Ngƣời nghiên cứu tiếp cận nội dung đề tài thông qua nhu cầu cung cấp kiến thức học tập cho sinh viên ngành khí ơtơ đối tƣợng có liên quan Đề tài đƣợc tiếp cận qua lao động thực tế, chế tạo mơ hình dạy học tài liệu hãng xe giới 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Để hoàn thành nội dung đề tài, ngƣời nghiên cứu bỏ nhiều công sức để thu thập tài liệu, thong tin liên quan tổng kết tài liệu…Từ tìm ý tƣởng để hình thành đề cƣơng đề tài Ngồi ra, chúng tơi cịn kết hợp thực nghiệm kinh nghiệm thân trình đào tạo lao động sản xuất để hoàn thành nhiệm vụ đề Chế tạo mơ hình cảm biến Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 rotor cảm biến Số rotor cảm biến 1, 2, 4, 6฀ tùy thuộc vào kiểu động Khi rotor chuyển động làm cho từ thông qua cuộn dây thay đổi, tạo sức điện động cuộn dây dạng xung xoay chiều tín hiệu đƣợc gởi ECU Hình 53: Tín hiệu G Ne bố trí bên chia điện Hình vẽ trên, tín hiệu G có đƣợc bố trí phía tín hiệu NE có 24 đƣợc bố trí phía bên dƣới chia điện Chế tạo mơ hình cảm biến 46 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 Hinh54: Xung cảm biến G Ne Ở số động cơ, ngƣời ta sử dụng hai tín hiệu G Một tín hiệu G cịn lại dùng để điều khiển phun theo nhóm, phun theo thứ tự công tác dùng để điều khiển thứ tự đánh lửa hệ thống đánh lửa trực tiếp Đối với động sử dụng tín hiệu G, tín hiệu bị lỗi động hoạt động đƣợc (không điều khiển đánh lửa) Khi sử dụng hai tín hiệu G, ECU dùng tín hiệu G cịn lại để tiếp tục điều khiển động hoạt động Ngày nay, hầu hết động sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp, tín hiệu Ne thƣờng đƣợc bố trí trục khuỷu (gọi cảm biến vị trí trục khuỷu) Khi tín hiệu Ne bất thƣờng động khơng hoạt động đƣợc Chế tạo mơ hình cảm biến 47 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 Hình 55:Cảm biến vị trí trục khuỷu Kiểm tra tín hiệu G Ne: Tín hiệu G Ne đƣợc kiểm tra nhƣ sau:  Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí bố trí  Kiểm tra khe hở từ: 0,2 - 0,4 mm  Kiểm tra đƣờng dây từ cảm biến nối ECU động Hình 56: Cảm biến vị trí trục khuỷu Cảm biến quang Cảm biến quang đƣợc sử dụng phổ biến hãng Nissan, Mitsubishi, Hyundai… Cảm biến điểm chết (TDC) hay gọi tín hiệu G cảm biến góc độ trục khuỷu (Crank) (Ne) bao gồm đĩa nhôm mỏng, cảm biến đƣợc bố trí delco đƣợc dẫn động trục cam Trên đĩa, phía ngồi ngƣời ta gia cơng rãnh có số rãnh 4, 6, 360 tùy theo loại động cơ, đƣợc dùng cho cảm biến góc độ trục khuỷu Phía đĩa đƣợc Chế tạo mơ hình cảm biến 48 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 bố trí 1, 4, … rãnh dùng cho cảm biến điểm chết trên, rãnh dài dùng để xác định vị trí xy lanh số Đĩa đƣợc kết nối chặt với trục đƣợc dẫn động trục cam Bộ quang học bao gồm hai led bố trí phía đĩa hai diốt quang đƣợc bố trí bên dƣới đĩa tƣơng ứng với rãnh ngồi đĩa Rãnh dài xác định vị trí xylanh Ne có 360 rãnh cách 1º TDC có rãnh cách 360độ Hình 57: Đĩa rotor cảm biến Theo sơ đồ nguyên lý, có điện nguồn cung cấp, led sáng Khi đĩa chuyển động rãnh đĩa chắn ánh sáng cho ánh sáng qua đĩa để đến diốt quang Hình 58: Sơ đồ mạch điện Khi diốt quang nhận ánh sáng cho dịng điện từ nguồn vôn theo chiều ngƣợc diốt thông thƣờng để đến OpAmp, kết OpAmp cấp điện áp vôn ECU Khi đĩa chắn ánh sáng, diốt quang không nhận đƣợc ánh sáng từ led nên Chế tạo mơ hình cảm biến 49 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 ngƣng dẫn, điện áp cung cấp ECU từ OpAmp vơn Nhƣ vậy, tín hiệu gởi ECU từ cảm biến có dạng xung vng Nếu đĩa cảm biến có 360 rãnh cho tín hiệu Ne rãnh cho tín hiệu G, chu kỳ hoạt động động có 360 xung vng gởi ECU cho tín hiệu Ne xung cho tín hiệu G Kiểm tra: Cực 1: +B Cực 3: Crank Cực 2: TDC Cực 4:  Tháo đầu nối điện đến cảm biến quang  Xoay contact On Kiểm tra điện nguồn cung cấp cho cảm biến cực số 1: 12 vôn  Kiểm tra liên tục cực số mát  Tháo giắc nối điện đến cảm biến  Kiểm tra điện áp từ ECU cung cấp đến cực số (TDC): vơn Nếu khơng có, kiểm tra đƣờng dây có bị chạm mát đứt mạch  Kiểm ta điện áp từ ECU cung cấp đến cực (Crank): vơn Nếu khơng có, kiểm tra đƣờng dây từ cực Crank đến ECU  Lắp giắc nối điện Khởi động kiểm tra xung tín hiệu TDC Crank Nếu khơng có xung vng tín hiệu TDC Crank, thay cảm biến Nếu đo điện áp thực nhƣ sau:  Chọn thang đo 12 vôn  Xoay contact máy On  Đo điện áp cực Crank cảm biến quay cảm biến thật chậm Điện áp đồng hồ đo thể vôn -> vôn -> v -> v: Cảm biến tốt Tƣơng tự, kiểm tra tín hiệu TDC Hình 59: Các cực cảm biến quang Cảm biến Hall Nguyên lý hoạt động dựa theo hiệu ứng Hall Khi cấp nguồn điện đến IC Hall có từ trƣờng nam châm vĩnh cửu qua IC cho điện áp Khác với cảm biến vị trí bƣớm ga, nam châm vĩnh cửu tín hiệu G Ne đƣợc bố trí cố định Ngƣời ta dùng cảm biến để dẫn từ qua Hall đĩa quay có rãnh đƣợc Chế tạo mơ hình cảm biến Trang 50 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 dẫn động trục chia điện để chắn từ cho từ trƣờng nam châm vĩnh cửu qua IC Hall Hình 60:Bố trí cảm biến Hall chia điện Chế tạo mơ hình cảm biến 51 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 Hình 61: Sơ đồ nguyên lý cảm biến Hall Theo sơ đồ nguyên lý, có điện nguồn cung cấp đến IC Hall có từ thơng qua IC Hall cho tín hiệu điện áp đến OpAmp OpAmp cho tín hiệu điện áp cao led sáng Khi khơng có từ thơng qua IC Hall, OpAmp cho tín hiệu điện áp vơn Nhƣ vậy, tín hiệu điện áp tín hiệu G Ne gởi ECU có dạng xung vng, số xung phụ thuộc vào số cảm biến số rãnh bố trí đĩa quay trục chia điện Hình 61: Sơ đồ mạch điện 3.3.7 Cảm biến Oxy Cảm biến ơxy đƣợc bố trí đƣờng ống thải, dùng để nhận biết nồng độ ơxy có khí thải, từ xác định tỉ lệ nhiên liệu khơng khí buồng đốt động Cảm biến đƣợc ký hiệu OX, động ngƣời ta sử dụng hai cảm biến Chế tạo mơ hình cảm biến 52 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 ơxy Ở xe có trang bị đầu chẩn đoán OBD II đƣợc trang bị hai cảm biến ơxy: phía trƣớc phía sau lọc khí thải Động chữ V sử dụng hai cảm biến ôxy, cho xy lanh bên trái cho xy lanh bố trí bên phải, cịn cảm biến ơxy bố trí sau lọc khí thải dùng để xác định hiệu suất làm Hình 62:Sơ đồ bố trí cảm biến ơxy Hình 63:Sơ đồ mạch điện Cảm biến ơxy phần gồm hợp chất Zirconia (Zirconium diôxyt), điện cực Platin xông cảm biến (Heater) Cảm biến ơxy cho tín hiệu điện áp dựa vào so sánh lƣợng ơxy có khí thải ơxy áp suất môi trƣờng Một mặt cảm biến tiếp xúc với khí thải mặt cịn lại tiếp xúc với khí trời Hai điện cực cảm biến đƣợc làm platin Chế tạo mơ hình cảm biến 53 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 Khi lƣợng ơxy có khí thải nhiều, điện áp hai điện cực platin thấp Khi lƣợng ơxy có khí thải thấp, cảm biến ơxy phát tín hiệu điện áp cao Khi chênh lệch lƣợng ôxy có khí thải mơi trƣờng lớn tín hiệu điện áp từ cảm biến cao Từ lƣợng ơxy khí thải mà ECU xác định đƣợc, hiệu chỉnh lại tỉ lệ hỗn hợp buồng đốt Khi hỗn hợp giàu, tín hiệu điện áp cảm biến ôxy từ 0,6 đến 1,0 vôn Khi hỗn hợp buồng đốt nghèo, tín hiệu điện áp phát thấp từ 0,4 đến 0,1 vôn Khi tỉ lệ khơng khí nhiên liệu 14,7/1 tín hiệu phát từ cảm biến ơxy 0,45 vôn Nhiệt độ tối thiểu để cảm biến ôxy làm việc đƣợc 400ºC Do cần phải xơng nóng cảm biến ôxy động hoạt động tốc độ cầm chừng tải nhỏ Sự xơng nóng đƣợc điều khiển ECU Hầu hết động ngày sử dụng cảm biến ôxy kiểu xông nóng Để xơng nóng, ngƣời ta dùng điện trở có trị số nhiệt điện trở dƣơng bố trí bên cảm biến ơxy Dịng điện qua điện trở (Cuộn dây nhiệt) khoảng 1-2 ampe đƣợc điều khiển từ ECU vào tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát cảm biến lƣu lƣợng khơng khí nạp Khi nhiệt độ cảm biến ơxy gia tăng điện trở nhiệt tăng theo dòng điện qua điện trở giảm Hình 64: Đặc tính cảm biến ơxy Chế tạo mơ hình cảm biến 54 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 Hình 65: Sơ đồ mạch điện cảm biến ơxy loại xơng nóng 3.3.8 Cảm biến kích nổ KNK Ở động xăng tƣợng kích nổ xảy ra, áp suất xy lanh động tăng nhanh đột ngột lân cận điểm chết Sự tăng áp suất đột ngột lên chi tiết sinh va đập , làm cho chi tiết rung động mạnh, công suất hiệu suất động giảm Để khắc phục kích nổ xảy cách giảm áp suất cháy xy lanh động ? thực đánh lửa trễ Cảm biến kích nổ đƣợc ký hiệu KNK , dùng để xác định tƣợng kích nổ xảy xy lanh động ECU dùng tín hiệu để điều khiển đánh lửa trể tƣợng kích nổ khơng cịn xảy Hình 66:Cảm biến kích nổ Chế tạo mơ hình cảm biến 55 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 Cảm biến kích nổ đƣợc bố trí xy lanh động Số lƣợng cảm biến kích nổ phụ thuộc vào số xy lanh động cách bố trí xy lanh Động thẳng hàng xy lanh trở xuống sử dụng cảm biến, động xy lanh bố trí hai cảm biến kích nổ ( cho xy lanh từ đến cho xy lanh từ đến cho hàng xy lanh bên trái cho hàng xy lanh bên phải Cảm biến kích nổ đƣợc chế tạo phần tử áp điện Khi tƣợng kích nổ xảy ra, xylanh bị rung động mạnh làm biến dạng phần tử cảm biến phát xung điện áp từ kHz đến 13kHz tuỳ theo loại động Hình 67: Sơ đồ mạch điện đặc tính cảm biến KNK 3.3.9 Cảm biến độ cao Cảm biến độ cao HAC, PA dùng để xác định độ cao xe hoạt động Khi xe hoạt động vùng cao so với mực nƣớc biển áp suất mơi trƣờng thấp nên mật độ khơng khí nạp vào động giảm theo Do vậy, cần thiết phải hiệu chỉnh lƣu lƣợng phun độ cao thay đổi Cảm biến độ cao thƣờng đƣợc bố trí khoang hành lý, đo gió đƣợc tích hợp ECU động Cấu trúc nguyên lý hoạt động hồn tồn giống cảm biến chân khơng Chế tạo mơ hình cảm biến 56 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 68 Sơ đồ mạch điện CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 4.1 Kết luận Đề tài thành công mang nhiều ý nghĩa mặt khoa học nhƣ thực tiễn Nội dung đề tài giúp sinh viên trang bị kiến thức lãnh vực điều khiển động xăng Chế tạo mơ hình cảm biến 57 Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 điều khiển động Diesel điện tử Sản phẩm đề tài công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác giảng dạy, viên nhằm đào tạo nguồn nhân lực có chất lƣợng cao cho xã hội lĩnh vực khí tơ 2.2 Đề nghị Nhân rộng sản phẩm đề tài Trƣờng ta trƣờng THCN, trƣờng dạy nghề nhằm nâng cao chất lƣợng dạy học sinh viên, học sinh ngành ôtô Cần hổ trợ kinh phí nhiều để ngƣời nghiên cứu có điều kiện tốt cơng việc NCKH Chế tạo mơ hình cảm biến 58 Trang .HỆ THỐ Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2014-65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình thực tập động – Nguyễn Tấn Lộc Tài liệu đào tạo hãng Toyota Tài liệu đào tạo hãng Honda www.autoshop101.com VÀ Chế tạo mơ hình cảm biến 59 Trang S K L 0