TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH BÀI BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ Ô TÔ Đề tài Tìm hiểu các loại cảm biến sử dụng trong hệ thống điện động cơ LÊ THÀNH PHƯƠNG MSSV 2051130182 MHP 010[.]
TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH BÀI BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ Ô TÔ Đề tài: Tìm hiểu loại cảm biến sử dụng hệ thống điện động LÊ THÀNH PHƯƠNG- MSSV: 2051130182 MHP:010108603603 Giáo viên hướng dẫn: DƯƠNG MINH THÁI TP HỒ CHÍ MINH 2023 MỤC LỤC CHƯƠNG I CÁC CẢM BIẾN KHÍ NẠP 1.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp 1.2 Cảm biến áp suất khí nạp 1.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp CHƯƠNG II CÁC CẢM BIẾN ĐỘNG CƠ 10 2.1 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 10 2.2 Cảm biến tốc độ động 12 2.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu 15 2.4 Cảm biến vị trí trục cam 16 2.5 Cảm biến kích nổ 18 CHƯƠNG III CÁC CẢM BIẾN KHÁC 19 3.1 Cảm biến vị trí bướm ga 19 3.2 Cảm biến oxy 21 CHƯƠNG I CÁC CẢM BIẾN KHÍ NẠP 1.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp 1.1.1 Cảm biến đo gió loại cánh trượt a Cấu tạo b Nguyên lý hoạt động Khi khơng khí qua cảm biến từ lọc khí đẩy đo mở lực tác động vào đo cân với lò xo phản hồi Chiết áp nối đồng trục với đo này, biến đổi thể tích khơng khí nạp thành tín hiệu điện áp( tín hiệu VS) truyền đến ECU động c Sơ đồ mạch điện Có hai loại cảm biến luu long khí nap kiêu cánh, chúng khác vê mach diên Môt loai diên áp VS giam luong khí nap lón, loai täng luong khí nap täng Hình 1.2 Sơ đồ mạch điện cảm biến đo gió cánh trượt loại điện áp giảm Loại điện áp giảm: Trong loại ECU thiết kế mạch điện áp không đổi, cung cấp điện áp 5V đến cực VC Điện áp VS thay đổi định xác góc mở cánh đo tức định xác lượng gió hút vào Hình 1.3 Sơ đồ mạch điện cảm biến đo gió cánh trượt loại điện áp tăng Loại điện áp tăng: Loại cung cấp điện áp bình cực VB Khi VC có điện áp khơng đổi điện áp VS tăng tỷ lệ với góc mở cánh đo gió ECU so sánh điện áp bình (VB) với độ chênh lệch điện áp VC VS để xác định lượng gió nạp D Hư hỏng sữa chữa Dấu hiệu: động chạy không êm, không không chạy được, công suất động kém, xe chạy tốn nhiên liệu hơn, chết máy,… 1.1.2 Cảm biến đo gió loại Karman a Cấu tạo Hình 1.4 Cấu tạo cảm biến đo gió loại Karman Bộ tạo xốy Karman Rãnh hướng áp lực Gương phẳng Đèn Led Quang Transistor Lò xo Là loại cảm biến lưu lượng gió cảm quang trực tiếp lượng khí nạp So với loại cánh trượt có ưu điểm nhỏ gọn nhẹ Ngồi cấu trúc đường ống đơn giản nên làm giảm trở lực đường ống nạp Có cấu tạo hình 1.4 gồm trụ đứng gọi tạo dịng xốy, đặt dịng khí dịng khí qua tạo xốy tạo dịng khí xốy gọi dịng xốy Karman Hình 1.5 Cấu tạo cảm biến đo gió loại Karman Photo transistor Đèn Led 3.Gương 4.Mạch đếm dịng xốy Lưới ổn định Vật tạo xốy Cảm biến áp suất khí trời Dịng xốy b Ngun lý hoạt động Dịng xốy Karman theo dòng hướng làm rung màng mỏng kim loại làm thay đổi hướng chiếu sáng đèn led, từ transistor quang cảm nhận thay đổi tạo xung tín hiệu có tần số f Nhờ đo tần số f ECU xác định lượng gió nạp vào động cơ, lượng gió vào kim loại rung tầng số f thấp, lượng khí vào nhiều kim loại rung nhiều tầng số f cao c Sơ đồ mạch điện Hình 1.6 Sơ đồ mạch điện cảm biến đo gió loại Karman 1.1.3 Cảm biến đo gió loại dây nhiệt a Cấu tạo Loại dùng dây nhiệt đặt đường ống nạp Khi khơng khí qua dây có khuynh hướng làm dây lạnh Lượng khí qua nhiều nhiệt độ dây thấp, làm giảm điện trở kháng dây Vì cần có dịng điện phụ thêm dùng để trì trở kháng dây cách đo dòng điện ECU xác định lượng gió nạp ECU chuyển đổi tín hiệu đo lượng gió tín gram/s Sau tắc cơng tắc máy dòng điện qua dây nhiệt làm nóng để đốt phần tử dính dây có cấu tạo hình Hình 1.7 Cấu tạo cảm biến đo gió loại dây nhiệt b Nguyên lý hoạt động Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nóng lên Khi khơng khí chạy quanh dây này, dây sấy làm nguội tương ứng với khối lượng khơng khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy để giữ cho nhiệt độ dây sấy khơng đổi, dịng điện tỷ lệ thuận với khối lượng khơng khí nạp Sau đo khối lượng khơng khí cách phát dịng điện Trong trường hợp cảm biến đo gió loại dây sấy, dịng điện biến đổi thành điện áp, sau truyền đến ECU động từ cực VG c Sơ đồ mạch điện Hình 1.8 Sơ đồ mạch điện cảm biến đo gió loại dây sấy Trong cảm biến lưu lượng khí nạp thực tế, dây sấy ghép mạch cầu Mạch cầu có đặc tích điện điểm A B tích điện trở theo đường chéo nhau Khi dây sấy (Rh) làm mát không khí nạp, điện trở tăng lên dần dẫn đến hình thành độ chênh lệch điện điểm A B Một khuếch đại xử lý phát chênh lệch làm tăng điện áp đặt vào mạch (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy) Khi thực việc này, nhiệt độ dây sấy lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng điện trở điện điểm A B trở nên Bằng cách sử dụng đặc tính loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp đo khối lượng khơng khí nạp cách phát điện áp điểm B 1.2 Cảm biến áp suất khí nạp a Cấu tạo Hình 1.9 Cấu tạo cảm biến áp suất khí nạp Cảm biến áp suất đường ống nạp cấu tạo từ buồng chân khơng có gắn chip silicon, lưới lọc, đường ống dẫn giắc cắm b Nguyên lý hoạt động Cảm biến áp suất đường ống nạp cảm nhận áp suất đường ống nạp IC lắp cảm biến phát tín hiệu PIM ECU động định khoản 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 khơng 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 dao động giá trị điện trở chuyển hóa thành tín hiệu điện áp nhờ IC lắp bên cảm biến sau gửi đến ECU động cực PIM dùng làm tín hiệu áp suất đường ống nạp Cực VC ECU động cấp nguồn không đổi 5V đến IC c Sơ đồ mạch điện Hình 1.10 Sơ đồ mạch điện cảm biến áp suất khí nạp Cảm biến áp suất đường ống nạp có chân, chân nhận nguồn 5V – VC, chân mass E2 chân tín hiệu PIM d Kiểm tra sửa chữa Kiểm tra điện áp nguồn Ngắt giắc nối cảm biến Bật khóa điện ON Dùng Vôn kế, đo điện áp cực VC E2 giắc nối phía dây điện Điện áp tiêu chuẩn: 4.5 – 5.5V Nếu kết không tiêu chuẩn, kiểm tra dây điện ECM Tắt khóa điện Nối giắc nối cảm biến áp suất 1.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp a Cấu tạo Hình 1.11 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp Cảm biến nhiệt độ khí nạp có biến trở nhiệt có trị số điện trở âm (điện trở tăng nhiệt độ thấp ngược lại) gắn đo gió đường ống nạp Mật độ khí thay đổi theo nhiệt độ b Nguyên lý hoạt động Cảm biến nhiệt độ khí nạp đặt đường ống nạp (sau bầu lọc gió), nằm chung với cảm biến khối lượng khí nạp (MAF) hay cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) Khi nhiệt độ không khí thấp điện trở cảm biến cao ngược lại nhiệt độ khơng khí tăng điện trở cảm biến giảm thay đổi điện trở cảm biến làm thay đổi điện áp đặt chân cảm biến c Sơ đồ mạch điện Hình 1.12 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp d Hư hỏng, sửa chữa Cảm biến hư đứt dây dây cảm biến chạm (dây cảm biến chạm dương chạm mass) Đo cách dùng máy sấy tóc hơ vào cảm biến, lấy đồng hồ đo thay đổi điện trở cảm biến: Nếu kim đồng hồ đo có thay đổi, chứng tỏ cảm biến hoạt động tốt Nếu kim đồng hồ khơng có thay đổi cảm biến bị hư hỏng CHƯƠNG II CÁC CẢM BIẾN ĐỘNG CƠ 2.1 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát a Cấu tạo Thường trụ rỗng có ren ngồi, bên có gắn điện trở có hệ thống số nhiệt điện âm (NTC) Khi nhiệt độ nước thấp, tín hiệu thông báo cho ECU biết động 10 lạnh ECU tăng lượng xăng phun cải thiện tính hoạt động động lạnh Khi nhiệt độ nước cao ECU giảm lượng xăng phun Hình 2.1 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát Đầu ghim Vỏ Điện trở NTC b Nguyên lý hoạt động Biến trở nhiệt phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Nó làm vật liệu có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC) Tức nhiệt độ tăng làm cho điện trở giảm ngược lại Sự thay đổi giá trị điện trở làm thay đổi giá trị dòng điện gởi đến ECU Theo mạch ta có: Một tính hiệu điện áp 5V qua điện trở giới hạn dịng (điện trở có giá trị không đổi) tới cảm biến trở ECU max Nối song song với cảm biến chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số(gọi chuyển đổi A/D) Bộ chuyển đổi A/D đo điện áp rơi (sụt áp) cảm biến Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, giá trị điện trở cảm biến cao điện áp đặt hai đầu biến đổi A/D cao Tín hiệu điện áp cao thông báo cho ECU biết động lạnh Khi nước làm mát nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm điện áp đặt giảm Tín hiệu điện áp giảm báo cho ECU biết động nóng lên Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động nguyên lý mức hoạt động thay đổi nhiệt độ có khác 11 c Sơ đồ mạch điện Hình 2.2 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 2.2 Cảm biến tốc độ động 2.2.1 Cảm biến điện từ a Cấu tạo Hình 2.3 Cấu tạo cảm biến điện từ Bộ phận cảm biến cuộn cảm nhận, nam châm vĩnh cửu, đĩa thép khắc rãnh tạo cựa phụ thuộc vào cách thiết kế hệ thống phun xăng b Nguyên lý hoạt động Khi cựa đĩa thép không nằm đối diện cực từ, từ trường cuộn cảm ứng yếu khe hở khơng khí có từ trở cao Khi cựa đến gần cực từ khe hở không khí giảm dần, từ trường tập trung vào phía Khi từ trường di chuyển vào đường sức từ cắt qua cuộn cảm ứng sinh điện áp Khi cựa đối diện với cực 12 từ từ trường mạnh điện áp khơng Khi cựa di chuyển tiến khỏi cực từ, khe hở khơng khí tăng dần làm từ trường giảm sinh điện áp theo chiều ngược lại c Mạch điện dạng xung Hình 2.4 Mạch điện dạng xung cảm biến điện từ 2.2.2 Cảm biến hall a Cấu tạo Thông thường cảm biến Hall đặt chia điện Nó gồm nam châm vĩnh cửu với khe từ nhỏ đặt đối diện với vật liệu Hall Một van xoay gắn đồng trục với chia van xoay cánh chắn Khi van xoay cánh chắn chắn vào khe hở nam châm vật liệu Hall không chạm vào chúng b Nguyên lý hoạt động Khi cánh chắn khơng vào khe hơ: đường sức từ xun qua vật liệu Hall làm sinh điện áp Khi cánh chắn vào khe hở đường sức từ khơng đến vật liệu Hall, điện áp sinh Sự thay đổi điện áp điều khiển đóng mở transistor sơ đồ mạch Cánh chắn khơng vào khe hở: Tín hiệu điện áp sinh kích cực gốc (B) transistor dẫn điện, cho dòng điện từ nguồn cung cấp đến cực góp (C) dẫn đến cực phát (E) mass Điều này, làm đầu cảm nhận tín hiệu sụt áp cịn 1V Khi cánh chắn vào khe hở: Tín hiệu điện áp thấp khơng kích cực gốc transistor dẫn điện Kết đầu cảm nhận không bị sụt áp, điện áp ghi nhận 12V Sự chênh lệch 1V 12V xem tín hiệu xung vng hay tín hiệu số (đóng mở transistor) Tín hiệu dùng xác định tốc độ động vị trí cốt máy 13 c Sơ đồ mạch điện Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện cảm biến Hall cánh chắn không vào khe hở 2.2.3 Cảm biến quang a Cấu tạo Cảm biến quang gồm diode phát quang (đèn LED), transistor cảm quang A B Hình 2.7 Cấu tạo cảm biến quang A Cảm biến quang mở B Cảm biến quang tắt b Nguyên lý hoạt động Khi đèn LED phát quang, transistor cảm quang cảm nhận ánh sáng mở Khi đĩa phẳng cản ánh sáng đến transistor cảm quang đóng Tín hiệu số gửi đến xử lý Tại đây, số xung đếm khoảng thời gian định Số xung định tốc độ động cơ, đĩa phẳng thường bắt đầu dây cáp tốc kế Để tự điều chỉnh góc đánh lửa sớm, tín hiệu từ điều khiển đánh lửa đưa đến ECU 14 c Sơ đồ mạch điện Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện cảm biến quang 2.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu a Cấu tạo Cấu tạo cảm biến trục khuỷu tùy thuộc vào loại cảm biến Cảm biến trục khuỷu loại cảm biến từ bao gồm cuộn cảm ứng, nam châm vĩnh cửu vành tạo xung Trong với loại cảm biến Hall, đầu cảm biến có phần tử Hall, bên có lõi nam châm vĩnh cửu IC b Nguyên lý hoạt động Về nguyên lý hoạt động, cảm biến trục khuỷu dù cảm biến từ hay cảm biến Hall có thành phần nam châm vĩnh cửu nhằm tạo từ trường ổn định Khi chân thép xoay trình trục khuỷu quay tạo dao động từ trường tín hiệu dịng xoay chiều (AC) ECU dựa vào tín hiệu cảm biến trục khuỷu thu để đo tốc độ quay trục khuỷu, từ xác định chuẩn xác góc đánh lửa sớm thời gian phun nhiên liệu c Sơ đồ mạch điện Hình 2.9 Sơ đồ mạch điện cảm biến trục khuỷu Loại cảm biến điện từ có dây (không cần nguồn cấp), số xe sử dụng thêm dây bọc chống nhiễu nên ta thấy giắc cắm có pin 15 d Hư hỏng sửa chữa Cảm biến bị lỗi hư hỏng gây ảnh hưởng đến khả vận hành động khó khởi động, tốc độ cầm chừng tăng tốc không ổn định, rung lắc bất thường đánh lửa sai hao xăng Trường hợp xấu hơn, xe nổ máy 2.4 Cảm biến vị trí trục cam a Cấu tạo Cảm biến trục cam thường có loại: cảm biến hiệu ứng điện từ cảm biến hiệu ứng Hall Loại cảm biến hiệu ứng điện từ có cấu tạo cuộn dây điện từ nam châm vĩnh cửu, máy phát điện mini, hoạt động tạo xung điện áp hình sin gửi ECU Hình 2.10 Cấu tạo cảm biến điện từ Vỏ cảm biến Dây tín hiệu Vỏ bảo vệ dây Nam châm vĩnh cửu Cuộn dây cảm ứng Vấu cực Bánh kích từ G Khe hở khơng khí Loại Hall cấu tạo phận phần tử Hall đặt đầu cảm biến, nam châm vĩnh cửu IC tổ hợp nằm cảm biến 16 Hình 2.11, Cấu tạo cảm biến Hall Vỏ cảm biến Dây tín hiệu IC Nam châm vĩnh cửu Phần tử Hall Bánh kích từ G Khe hở khơng khí b Nguyên lý hoạt động Khi trục khuỷu quay, thông qua dây cam dẫn động làm trục cam quay theo, trục cam có vành tạo xung có vấu cực, vấu cực quét qua đầu cảm biến, khép kín mạch từ cảm biến tạo xung tín hiệu gửi ECU để ECU nhận biết điểm chết xi lanh số hay máy khác Số lượng vấu cực vành tạo xung trục cam khác tùy theo động Phân loại dạng xung sinh cảm biến trục cam: Cảm biến trục cam loại Điện từ: Tạo loại xung có dạng hình sin, Xung có điện áp từ 0,5-4,5V Cảm biến trục cam loại Hall: Tạo loại xung có dạng vng 17 c Sơ đồ mạch điện Hình 2.12 Sơ đồ mạch điện cảm biến điện từ Mạch điện cảm biến trục cam loại điện từ (2 dây, không cần nguồn cấp), có xe đời sử dụng thêm dây nối mass bọc xung quanh dây tín hiệu để chống nhiễu tín hiệu d Hư hỏng sửa chữa Khi cảm biến bị lỗi, đèn kiểm tra động (Check Engine) bật sáng để báo cho tài xế đem xe đến trung tâm sửa chữa ô tô kiểm tra Khi cảm biến bị lỗi, đèn kiểm tra động (Check Engine) bật sáng để báo cho tài xế đem xe đến trung tâm sửa chữa ô tô kiểm tra 2.5 Cảm biến kích nổ a Cấu tạo Cảm biến kích nổ thường dùng gia tốc kế áp điện Nó cảm nhận xung kích nổ phát sinh động gửi tín hiệu đến xử lý Thành phần áp điện thường thủy tinh, thạch anh vật liệu chịu áp lực sinh điện áp Hình 2.13 Cấu tạo cảm biến kích nổ Đáy cảm biến Tính thể thạch anh Khối lượng quán tính Nắp Dây đan Đầu cảm biến 18 b Nguyên lý hoạt động 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 c Sơ đồ mạch điện Hình 2.14 Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ CHƯƠNG III CÁC CẢM BIẾN KHÁC 3.1 Cảm biến vị trí bướm ga a Cấu tạo Cấu tạo cảm biến bướm ga đơn giản nên phân loại theo đời xe qua dấu hiệu sau: Loại cảm biến bướm ga động đời thấp sử dụng tiếp điểm IDL PSW Loại hệ cao chút sử dụng mạch tuyến tính ( trở than) có tiếp điểm IDL Loại sau cịn dùng mạch tuyến tính, khơng sử dụng tiếp điểm IDL nữa, với loại khơng có cơng tắc ECM tự động chuyển chế độ không tải điện áp tín hiệu báo ECM xuống thấp 19 Các hệ động đời sử dụng bướm ga điện tử có tín hiệu cảm biến bướm ga để tăng độ tin cậy, cb bướm ga khơng sử dụng loại mạch tuyến tính trở than mà sử dụng loại hiệu ứng Hall để tăng độ bền b Nguyên lý hoạt động Hoạt động cảm biến vị trí bướm ga đời thấp loại tiếp điểm: cảm biến có tiếp điểm IDL PSW, Khi bướm ga vị trí khơng đạp ga, chân IDL nối với chân E2 báo hộp ECU, ECU nhận biết chế độ không tải để bù ga điều khiển lượng phun nhiên liệu chế độ không tải, ga lớn 50% cực PSW nối với cực E2 ECU nhận biết mở ga lớn (chạy chế độ toàn tải), ECU hiệu chỉnh lượng nhiên liệu đậm lên để tăng công suất động Loại tuyến tính + tiếp điểm(cịn ít): Bao gồm chân (+, -, signal, IDLE) Loại tuyến tính (giống biến trở): Cảm biến cấp nguồn Vc (5V) mát , cấu tạo gồm mạch trở than lưỡi quét mạch trở than đó, trục cánh bướm xoay (đóng mở bướm ga) làm cho lưỡi quét thay đổi vị trí mạch trở than làm thay đổi điện áp đầu (chân signal) Loại hall (đời mới): cb bướm ga có tín hiệu, điện áp cảm biến thay đổi theo độ mở bướm ga dựa nguyên lý hiệu ứng Hall (có loại): Loại thuận: tín hiệu tăng giảm Loại nghịch: tín hiệu tăng tín hiệu giảm c Sơ đồ hoạt động A B C 20