944 chng31 wjddt 20130111020701

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG CẢM BIẾN DÙNG TRÊN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ 3.1 Các vấn đề chung Cảm biến cấu chấp hành đảm bảo việc giao tiếp ECU (có vai trị phận xử lý thơng tin) với phương tiện hệ thống phức tạp như: hệ thống lái, hệ thống phanh, khung gầm, chức thân xe (chương trình ổn định điện tử, điều hồ khơng khí, quản lý động …) Các mạch thích hợp cảm biến chuyển đổi loại tín hiệu cảm biến để chúng xử lý ECU Kỹ thuật cơ-điện tử (trong phận khí, điện tử xử lý liệu liên kết phối hợp chặt chẽ với nhau) ngày có vai trị quan trọng kỹ thuật cảm biến Các phận thường tích hợp theo module (ví dụ module trục khuỷu CSWS có tích hợp cảm biến số vịng quay) Do tín hiệu cảm biến khơng có tác động trực tiếp đến đặc tính vận hành động (cơng suất, mơ men, mức độ nhiễm…) mà cịn tác động đến tính an toàn điều khiển phương tiện, nên cảm biến (mặc dù trở lên nhỏ gọn hơn) phải đáp ứng yêu cầu có dải đo rộng độ xác cao Tùy thuộc vào mức độ tích hợp, tất chức như: làm phù hợp dạng tín hiệu đầu ra, chuyển đổi A/D, tự chỉnh kết hợp cảm biến Trong tương lai, vi xử lý nhỏ (dùng để xử lý tín hiệu cảm biến) bổ sung vào module cảm biến Với giải pháp có ưu điểm sau: + Giảm cơng suất tính tốn cần thiết khối ECU 55 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí + Có thể sử dụng giao diện chung, thống linh động cho tất cảm biến + Có thể sử dụng cảm biến cho nhiều mục đích khác thơng qua kênh liệu + Có thể đo biến động nhỏ đại lượng cần đo + Việc chỉnh cảm biến dễ dàng Trong nội dung Chương trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc loại cảm biến dùng HTPX điện tử Hãng Bosch, gồm: cảm biến nhiệt độ; cảm biến mức nhiên liệu, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí bàn đạp chân ga, cảm biến xác định pha, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến kích nổ, cảm biến áp suất cảm biến lambda 3.2 Cảm biến nhiệt độ * Phạm vi sử dụng:Cảm biến nhiệt độ dùng động bao gồm: + Cảm biến nhiệt độ động cơ: Cảm biến lắp khoang nước làm mát (ở khu vực phía thân máy) động Tín hiệu hệ thống điều khiển dùng để tính tốn nhiệt độ động Khoảng đo cảm biến từ - 40 đến + 1300C + Cảm biến nhiệt độ khí nạp: Cảm biến lắp đường nạp Tín hiệu với tín hiệu từ cảm biến áp suất khí tăng áp dùng để tính khối lượng khí nạp Ngồi ra, giá trị yêu cầu dùng cho việc điều khiển vịng lặp khác (tuần hồn khí thải, kiểm sốt áp suất khí tăng áp) điều chỉnh theo nhiệt độ khí nạp Khoảng đo cảm biến từ - 40 đến + 1200C + Cảm biến nhiệt độ dầu bơi trơn động cơ: Tín hiệu cảm biến dùng để tính tốn khoảng thời gian lần bảo dưỡng Khoảng đo cảm biến từ -400 đến +170 0C 56 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí + Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu: Cảm biến tích hợp mạch áp suất thấp hệ thống phun nhiên liệu diesel Nhiệt độ nhiên liệu dùng để tính tốn xác lượng nhiên liệu phun Khoảng đo cảm biến từ -400 đến +120 0C + Cảm biến nhiệt độ khí xả: Cảm biến lắp đường thải, điểm có trường nhiệt độ tới hạn Tín hiêu cảm biến đuợc dùng cho hệ thống điều khiển vòng lặp ngược hệ thống xử lý khí thải Thường sử dụng cảm biến điện trở bạch kim Khoảng đo cảm biến từ -400 đến +1000 0C * Cấu tạo nguyên lý làm việc: Đầu nối Đệm làm kín Điện trở đo 2.Thân cảm biến Mối ghép ren Nước làm mát Hình 3.1.Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát[7] Phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, sử dụng nhiều dạng cảm biến nhiệt độ Một điện trở đo bán dẫn (điện trở phụ thuộc nhiệt độ) lắp thân cảm biến Các điện trở sử dụng có Hệ số nhiệt độ âm – NTC (Negative Temperature Coeficient) hệ số nhiệt độ dương -PTC (Positive Temperature Coeficient) Với điện trở kiểu NTC (thường sử dụng hơn) điện trở giảm tăng nhiệt độ, ngược lại với điện trở kiểu PTC 57 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Điện trở đo (là phần mạch chia điện áp) đặt điện áp 5V Do vậy, điện áp đo qua điện trở đo phụ thuộc vào nhiệt độ Điện áp đo tỷ lệ với nhiệt độ đo vị trí cảm biến tín hiệu đầu vào chuyển đổi A/D Một đặc tính (được lưu trữ ECU hệ thống điều khiển động cơ) cung cấp giá trị nhiệt độ cụ thể ứng với giá trị điện áp đo 3.3 Cảm biến mức nhiên liệu * Phạm vi sử dụng: Cảm biến mức nhiên liệu (Fuel-level sensor) đặt thùng xăng để cảm nhận mức nhiên liệu thùng gửi tín hiệu tương ứng ECU tới panel điều khiển xe Bơm cung cấp (điện) bầu lọc có nhiệm vụ cung cấp đủ nhiên liệu cho động (Hinh 3.2) 1.Thùng nhiên liệu 2.Bơm nhiên liệu (điện) 3.Cảm biến mức nhiên liệu Phao Hình 3.2 Cảm biến nhiên liệu thùng chứa, [7] Cảm biến mức nhiên liệu bao gồm đo điện thế, lò xo gạt, dẫn (dạng mạch in tiếp điểm) đầu nối Cảm biến hoàn thiện bọc vỏ kín, cách ly với nhiên liệu Phao xăng gắn vào đầu cuối 58 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí cần mức nhiên liệu, đầu lại cần nối với trục quay đo điện Tùy theo hệ thống cụ thể, phao xăng gắn cố định vào cần đo mức quay tự Hình dạng cần mức phao tùy thuộc vào HTPX cụ thể Đầu nối 2.Lò xo gạt Điểm tiếp xúc Bảng điện trở 5.Ổ đỡ chốt quay Thanh dẫn (2 tiếp điểm) Cần mức Phao nhiên liệu Đáy thùng nhiên liệu Hình 3.3 Cấu tạo cảm biến mức nhiên liệu,[7] Lò xo gạt đo điện cố định với cần mức thông qua chốt Đầu tiếp điểm lò xo gạt tạo tiếp xúc lò xo rãnh điện trở Khi mức nhiên liệu thay đổi, lò xo di chuyển dọc theo rãnh tạo tỷ số điện áp tỷ lệ với góc xoay cần mức (phụ thuộc vào vị trí phao nhiên liệu) Góc quay giới hạn cần mức (ứng với mức nhiên 59 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí liệu thấp cao nhất) 1000 Điện áp vận hành của cảm biến từ đến 13 V 3.4 Cảm biến đo điện dạng đĩa * Phạm vi sử dụng: Cảm biến đo điện dạng đĩa (Sensor-plate Potentiometer) sử dụng cảm biến đo lưu luọng khí nạp HTPX kiểu KE-jetronic, có nhiệm vụ ghi lại vị trí (góc xoay) cánh van cảm biến lưu lượng Tốc độ nhấn bàn đạp chân ga người lái thu từ di chuyển phần tử cảm biến (với độ trễ nhỏ, có xét đến dịch chuyển bướm ga) Tín hiệu tương ứng với thay đổi lượng khí nạp theo thời gian (nói cách khác, tỷ lệ với cơng suất động cơ) Cảm biến điện dạng đĩa gửi tín hiệu tới ECU để điều khiển định lượng nhiên liệu kiểu điện-thủy lực (HTPX kiểu KE-Jetronic) Phụ thuộc vào trạng thái vận hành động tín hiệu điều khiển từ ECU, cấu chấp hành thay đổi áp suất khoang chân không van chênh lệch áp suât (trong phân phối nhiên liệu), thay đổi lượng nhiên liệu đưa tới vịi phun Hình 3.4 Cảm biến điện dạng đĩa,[7] * Cấu tạo nguyên lý vận hành: Cấu tạo cảm biến điện dạng đĩa trình bày Hình 3.4 Cảm biến điện chế tạo 60 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí chất gốm, sử dụng kỹ thuật màng Nguyên lý đo dựa theo thay đổi điện trở (của điện trở dạng màng) thay đổi chiều dài làm việc Độ rộng điện trở dạng màng thiết kế thay đổi nhằm tạo đặc tính điện khơng tuyến tính Do đó, tín hiệu gia tốc cao tạo phần tử cảm biến bắt đầu di chuyển từ vị trí khơng tải Tín hiệu giảm công suất động tăng lên 3.5 Cảm biến vị trí bướm ga * Phạm vi sử dụng: Cảm biến vị trí bướm ga (Throtle-Vavle sensor) dùng để ghi lại vị trí (góc quay) bướm ga động xăng Trên HTPX kiểu M-Motronic, đựợc dùng để tạo tín hiệu tải thứ cấp Ngồi ra, cịn dùng làm thơng tin phụ trợ cho chức động lực học; nhận biết chế độ vận hành đông (không tải, tải cục bộ, tồn tải); tín hiệu khẩn cấp cảm biến tải (cảm biến đo khối lượng khí nạp) bị hỏng Nếu cảm biến vị trí bướm ga sử dụng cảm biến tải đạt u cầu độ xác cách sử dụng đo điện cho khoảng góc quay Hệ thống ME-Motronic điều chỉnh mô men xoắn yêu cầu thông qua bướm ga Để kiểm tra việc bướm ga đến di chuyển đến vị trí yêu cầu, cảm biến vị trí bướm ga sử dụng để xác đinh vị trí van (trong mạch điều khiển vị trí kiểu vịng lặp kín) Để đảm bảo an tồn, cảm biến lắp đo điện áp làm việc song song (với tín hiệu điện áp tham chiếu riêng biệt) * Cấu tạo nguyên lý làm việc: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga trình bày Hình 3.5 Cảm biến độ mở bướm ga cảm biến góc quay kiểu điện với (hoặc hai) đường đặc tính tuyến tính (Hình 3.5) Cánh quay cảm biến nối khí với trục cảm biến, tiếp điểm (dạng thanh) gắn cánh trượt từ bên sang bên rãnh trượt Trong trình di chuyển 61 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí này, cảm biến chuyển góc quay trục cảm biến thành tỷ số điện áp UA/UV (tỷ lệ với góc quay bướm ga) Điện áp vận hành cảm biến V 1.Trục quay cảm biến 2.Rãnh điện trở Rãnh điện trở Con quay tiếp điểm Đầu nối điện (4 dây) Hình 3.5 Cảm biến vị trí bướm ga, [1] A- điểm dừng bên Đặc tính có độ phân giải cao, dải góc quay từ đến 230 Đặc tính với góc quay từ 15 đến 880 U0- Điện áp cung cấp UA Điện áp đo UV-Điện áp vận hành αw-Góc đo hiệu dụng 62 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hình 3.6 Cảm biến vị trí bướm ga có hai đường đặc tính điện áp, [7] 3.6 Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga * Phạm vi sử dụng: Trong hệ thống điều khiển động truyền thống, yêu cầu người vận hành (tăng tốc, giảm tốc, giữ nguyên tốc độ) tác động đến động thông qua bàn đạp chân ga để can thiệp khí vào bướm ga (động xăng) vào bơm cao áp (động diesel) Trong hệ thống điều khiển động điện tử, không cần sử dụng cáp dẫn khí để nối bàn đạp chân ga với bướm ga bơm cao áp Khi đó, tác động người lái lên bàn đạp chân ga cảm biến vị trí bàn đạp ga (có nhiệm vụ ghi lại dịch chuyển bàn đạp chân ga) chuyển tới ECU dạng tín hiệu điện Hệ thống gọi “Lái điện” (Drive-by-wire) Các dạng bàn đạp chân ga tích hợp sẵn cảm biến (thành modul thuận tiện cho việc lắp đặt) trình bày Hình 3.7 Hình 3.7 Các dạng bàn đạp chân ga tích hợp cảm biến, [7] * Cấu tạo nguyên lý hoạt động: + Cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu điện thế: Thành phần cảm biến đo điện thế, có điện áp phát triển theo vị trí thiết lập bàn đạp chân ga Trong ECU, đặc tính sử dụng để tính tốn hành trình dịch chuyển bàn đạp ga (hoặc góc quay nó) từ giá trị điện áp Một cảm biến thứ (cảm biến dư) tích hợp khối để phục vụ mục đích chẩn đốn cung cấp tín hiệu thay (khi cảm biến thứ 63 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí bị trục trặc) Nó phận hệ thống giám sát động Có loại cảm biến bàn đạp chân ga hoạt động với đo điện thứ (điện áp qua đo thường 1/2 giá trị điện áp qua đo thứ nhất) Với phương án này, thu tín hiệu điện áp độc lập phục vụ cho việc chẩn đốn Thay việc sử dụng đo điện thứ 2, số cảm biến vị trí chân ga sử dụng cơng tắc khơng tải thấp (low-idle switch) để cung cấp tín hiệu tới ECU bàn đạp chân ga vị trí khơng tải thấp Trên phương tiện dùng hệ thống truyền lực tự động, cảm biến vị trí chân ga tích hợp thêm nhiều cơng tắc khác, + Cảm biến góc quay dùng hiệu ứng Hall: Cảm biến góc quay dùng hiệu ứng Hall kiểu ARS1 (Angle of Rotation Sensor) dựa nguyên lý nam châm di động Nó có khả đo góc xấp xỉ 90 (Hình 3.8 39) 1.Nắp cảm biến Rô to (nam châm vĩnh cửu) 3.Bộ xác định vị trí (điện tử) Thân cảm biến Lị xo hồi vị 6.Khớp nối Hình 3.8.Cảm biến góc quay (ARS1) dùng hiệu ứng Hall, [7] 64 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Phần tử gốm áp điện Khối tạo dao động (với lực nén F) Vỏ cảm biến 4.Vít định vị Bề mặt tiếp xúc Đầu nối Khối thân xy lanh V- dao động Hình 3.15 Cấu tạo lắp đặt cảm biến kích nổ, [7] * Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Khi phần tử gồm áp điện kích thích dao động định, tạo lực nén tác dụng lên với tần số dao động kích thích Trong phần tử gốm áp điện, lực nén gây chuyển dịch điện tích, làm xuất điện áp hai bề mặt ngồi phần tử gốm Các điện tích đĩa tiếp xúc gom lại gửi đến ECU để xử lý Độ nhạy cảm biến xác định tỷ số điện áp đơn vị gia tốc (tính theo mV/g) Điện áp cảm biến xử lý khuếch đại AC ECU hệ thống đánh lửa hệ thống điều khiển động kiểu Motronic (Hình 3.16) Kh«ng kÝch nỉ a b c a b KÝch nỉ c a Áp suất xy lanh b.Tín hiệu áp suất lọc c.Tín hiệu kích nổ 71 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hình 3.16 Tín hiệu từ cảm biến kích nổ,[7] Tuỳ thuộc vào loại động cụ thể, điểm lắp đặt cảm biến kích nổ lựa chọn cho tượng kích nổ xy lanh xác định cách chắn Cảm biến kích nổ thường bắt vít vào bên cạnh khối thân máy Để tín hiệu cảm biến truyền trực tiếp (từ điểm đo khối thân xi lanh) đến cảm biến không bị ảnh hưởng tượng cộng hưởng, đảm bảo phù hợp với đường đặc tính quy định cảm biến, cần ý vấn đề sau: + Bu lông định vị cảm biến phải xiết với mô men xác định + Bề mặt tiếp xúc cảm biến lỗ khối thân máy phải đảm bảo yêu cầu chất lượng + Khơng sử dụng loại vịng đệm lắp cảm biến với khối thân xi lanh 3.10.Cảm biến áp suất * Phạm vi sử dung: + Cảm biến áp suất khí tăng áp/áp suất khí nạp: cảm biến đo áp suất tuyệt đối đường nạp (ở vị trí máy nén động cơ, có giá trị nằm khoảng 250 kPa đến 2,5 bar) so sánh áp suất với áp suất chân không tham chiếu (chứ với áp suất môi trường).Điều nhằm đảm bảo việc xác định xác khối lượng khí nạp kiểm sốt xác áp suất khí tăng áp theo yêu cầu động + Cảm biến áp suất môi trường:cảm biến thường tích hợp khối ECU lắp khoang động Tín hiệu sử dụng để hiệu chuẩn giá trị cài đặt (dùng cho việc điều khiển vịng lặp, ví dụ việc tuần hồn khí thải kiểm sốt áp suất tăng áp) theo độ cao vận hành Điều nhằm đảm bảo q trình tính tốn ECU có xét đến sai khác tỷ trọng khơng khí xung quanh Cảm biến áp 72 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí suất mơi trường đo áp suất tuyệt đối, khoảng từ 60 đến 115 kPa (từ 0,6 đến 1,15 bar) + Cảm biến áp suất nhiên liệu dầu bôi trơn: cảm biến áp suất dầu bôi trơn lắp bầu lọc dầu có nhiệm vụ đo áp suất tuyệt đối dầu bôi trơn Thông tin từ cảm biến sử dụng cho việc kiểm tra/bảo dưỡng động Khoảng đo cảm biến từ 50 đến 1000 kPa (từ 0,5 đến 10 bar) Dạng cảm biến sử dụng để đo áp suất nhiên liệu mạch thấp áp (lắp bầu lọc nhiên liệu) Khi đó, tín hiệu cảm biến dùng để giám sát mức độ bẩn/tắc bầu lọc nhiên liệu, với khoảng đo từ 20 đến 400 kPa (0,2 đến bar) * Cấu tạo nguyên lý hoạt động Phần tử đo phận cảm biến áp suất Nó bao gồm micro chíp (chi tiết 2, Hình 3.17) màng mỏng Bốn điện trở biến dạng bố trí lớp màng Điện trở chúng thay đổi có lực khí tác dụng Phần tử đo bao quanh nắp che, khoang nắp che chịu tác động áp suất chân khơng tham chiếu (Hình 3.17 3.18) Cảm biến áp suất tích hợp thêm cảm biến nhiệt độ 1-Phần tử màng (gắn điện trở) 2-Micro chip 3-áp suất chân không tham chiếu 4- môi trường đo 5- Cầu điện trở (Wheatstone) p- áp suất mơi trường đo Hình 3.17 Phần tử đo cảm biến áp suất thấp 73 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí với độ chân khơng tham chiếu phía cảm biến, [7 ] 1-Dây dẫn 2- Áp suất chân khơng tham chiếu 3-Gioăng làm kín đầu nối 4- Màng đo 5- giá đỡ màng cảm biến 6- Vỏ/nắp cảm biến Hình 3.18 Phần tử đo cảm biến áp suất thấp có nắp độ chân khơng tham chiếu phía cảm biến, [7] Màng cảm biến áp suất bị biến dạng nhiều (trong khoảng từ 10 đến 1000 m) tùy thuộc vào áp suất đo Bốn điện trở biến dạng màng thay đổi điện trở theo ứng suất khí tác động lên màng Bốn điện trở bố trí micro chíp làm silic, cho màng bị tác động điện trở số chúng tăng số lại giảm Những điện trở tạo thành cầu Wheatstone (chi tiết 5, Hình 3.17), thay đổi điện trở chúng dẫn đến thay đổi tỷ số điện áp qua chúng Điều dẫn đến thay đổi điện áp đo U M (điện áp chưa khuyếch đại tỷ lệ với áp suất tác động lên màng) Một bên màng đo (phía cảm biến) chịu tác động áp suất chân khơng tham chiếu (vị trí Hình 3.18), cảm biến đo áp suất tuyệt đối mơi trường cần đo.Mạch điện tử để chuẩn hóa tín hiệu tích hợp micro chíp Nó có nhiệm vụ khuếch đại điện áp cầu 74