BAO CAO THUC HANH CAM BIEN VA KY THUAT DO

Thực hành cảm biến và kỹ thuật đo. Môn cảm biến và kỹ thuật đo. Một cách tổng quát những bộ cảm biến thông dụng đã trang bị cho ô tô nhằm vào những mục đích như tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao công suất và tính năng hoạt động của động cơ, giảm ô nhiễm thông qua việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa, điều chỉnh thời điểm khoảng thời gian cung cấp nhiên liệu và làm sạch khí thải.

Trang 1

BÁO CÁO THỰC HÀNH CẢM BIẾN VÀ KỸ THUẬT ĐO

1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

1.1 Nhiệm vụ

Trong các loa ̣i cảm biến trên ô tô thì cảm biến nhiệt độ nước làm mát có nhiệm vụ đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ và truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm để tính toán thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, tốc độ chạy không tải, Ở một số dòng xe, tín hiệu này còn được dùng để điều khiển hệ thống kiểm soát khí xả, chạy quạt làm mát động cơ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được gắn ở thân động cơ và tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát Khi bị hư hỏng cảm biến này, xe thường có các dấu hiệu: Sáng đèn CHECK ENGINE với mã lỗi báo hỏng cảm biến, xe khó khởi động, tốn nhiên liệu hơn bình thường, thời gian hâm nóng động cơ lâu,

1.2 Kết cấu, nguyên lý hoạt động, sơ đồ mạch

a Kết cấu

Trang 2

Bộ phận chính của cảm biến đó là phần tử cảm biến Phần tử cảm biến có thể là đồng, niken, platin hay chất bán dẫn, tùy theo điều kiện sử dụng mà người ta dùng các vật liệu thích hợp

Với platin: là vật liệu dễ nóng, độ thuần khiết cao, có tính ôxy hóa cao trong môi trường ôxy hóa Trong vòng từ 0⁰C ÷ 100⁰C có thể đo với độ chính xác 0,001⁰C Với chất bán dẫn, đặc điểm của nó là điện trở biến đổi rất lớn theo nhiệt độ và theo quan hệ:

B

T

t

R  Ae

Bên ngoài cảm biến là vỏ bảo vệ Vỏ bảo vệ có thể là thủy tinh, kim loại hoặc gốm, bên trong là phần phần tử cảm biến

Trên thân cảm biến có một đoạn ren dùng để lắp cảm biến vào thân máy hoặc nắp máy và mũ bu-lông có kích thước S=17;19;21;… mm tùy theo kích thước của cảm biến dùng để tra dụng cụ (cờ lê) vào để thao tác tháo lắp

Cuối cảm biến có giắc nhựa dùng để nối cảm biến với dây dẫn lên hộp ECU

b Sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ

c Nguyên lý hoạt động

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát hoạt động theo nguyên lý cảm biến điện trở nhiệt Tức là lợi dụng sự thay đổi điện trở của phần tử cảm biến theo nhiệt độ mà người ta sử

Trang 3

Trong đó:

ECM – Engine control module ( Mô-đun điều khiển động cơ-Thuộc ECU )

THW – Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

E2 – Nối mass thông qua ECU

E1 – Nối mass trực tiếp

Phần tử cảm biến (chế tạo từ kim loại đồng, niken, platin hoặc chất bán dẫn) được tiếp xúc với môi trường cần đo (nước làm mát) Khi nhiệt độ nước thay đổi, điện trở của phần tử cảm biến cũng thay đổi theo Ta có điện áp 5V được cấp từ ECU ( điện áp chuẩn

có giá trị không đổi) cấp cho cảm biến thông qua điện trở R mắc nối tiếp với nó Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, điện trở phần tử cảm biến giảm làm cho dòng điện trong mạch cảm biến tăng, độ sụt áp trên điện trở R tăng và điện áp chân THW giảm xuống ( tín hiệu này được gửi cho ECU xử lí)

1.3 Quy trình thực hiện đo đạc

 Đo điện trở cảm biến theo nhiệt độ:

- Chuẩn bị dụng cụ thực hành:

+ 1 cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ

+ 1 chậu nước mô phỏng nước làm mát động cơ

+ 1 thiết bị đun nước đặt vào chậu

+ 1 nhiệt kế thủy ngân dùng để đo nhiệt độ nước trong chậu

+ 1 đồng hồ đo điện trở, 2 sợi dây điện nối giắc cảm biến với đồng hồ đo + 1 van hằng nhiệt dùng để thí nghiệm nhiệt độ van bắt đầu hé mở

- Sơ đồ bố trí dụng cụ:

Trang 4

- Cách tiến hành:

+ Sau khi chuẩn bị dụng cụ thực hành xong, tiến hành lắp đặt như sơ đồ

+ Cho thiết bị đun nước hoạt động, lúc này nước nóng lên, quan sát nhiệt độ trên thanh nhiệt kế

+ Đến khi nhiệt độ nước đạt 30⁰C, ghi số chỉ Ôm trên đồng hồ đo điện trở, như vậy cứ 5⁰C ta ghi lại 1 lần cho đến khi nước sôi (nhiệt độ đạt 100⁰C)

+ Quan sát van hằng nhiệt bắt đầu hé mở, ghi lại nhiệt độ tại thời điểm này

 Đo điện áp cảm biến theo nhiệt độ:

- Chuẩn bị dụng cụ thực hành: Đo trên mô hình

+ Các dụng cụ cần chuẩn bị giống như lần đo điện trở (ngoại trừ van hằng nhiệt) + Mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa điều khiển điện tử động cơ 1NZ-FE

- Sơ đồ bố trí dụng cụ:

Tương tự như lần đo điện trở, chỉ khác là giắc cảm biến nối với giắc của mô hình ( giắc cảm biến nước làm mát), 2 đầu dây của đồng hồ đo cắm vào cổng THW và E2 trước hộp ECU

- Cách tiến hành:

Tương tự như lần đo điện trở, lưu ý là đo điện áp nên cần xoay núm vặn trên đồng hồ

đo về vị trí đo điện áp 1 chiều

1.4 Kết quả thực hành

a Số liệu đo được

Trang 5

b Biểu đồ

1.5 Kết luận

- Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, điện trở của nước và điện áp giảm xuống

- Bỏ qua các sai số ta thấy điện trở và điện áp phụ thuộc tỉ lệ bậc 2 so với nhiệt

độ nước làm mát

- Kết quả đo giống với lý thuyết

2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP

Khi nhiệt độ môi trường cao, nhiệt độ không khí nạp cũng sẽ cao hơn, lưu lượng dòng khí không đổi nhưng khối lượng của nó sẽ thấp hơn do hiện tượng dãn nở IAT sẽ truyền tải thông tin này để ECU rút ngắn tương ứng khoảng thời gian cung cấp nhiên liệu cho động cơ nhằm tiết kiệm và bảo vệ môi trường

Khi bộ cảm biến này bị hỏng mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ gia tăng, động cơ thải khói đen và xe sẽ không vượt qua được kiểm tra định kỳ hàng năm

Cảm biến lưu lượng khí nạp có chức năng đo khối lượng khí nạp qua cửa hút và truyền tín hiệu về ECU để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun đạt tỉ lệ chuẩn Cảm biến lưu lượng khí nạp được gắn trên cổ hút, khi bị hư hỏng, xe thường có các dấu hiệu như: Đèn CHECK ENGINE sáng hoặc nhấp nháy, động cơ chạy không êm, không đều hoặc không chạy được, công suất động cơ kém, xe chạy tốn nhiên liệu hơn, chết máy,

y = 0,0003x 2 - 0,0538x + 3,014

y = 0,0003x 2 - 0,0556x + 2,7516

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

t(ºC)

Quan hệ giữa điện trở, điện áp và nhiệt độ nước làm mát

Điện áp (V) R(kΩ) Poly (Điện áp (V)) Poly (R(kΩ))

Trang 6

a Kết cấu, sơ đồ mạch

Cảm biến nhiệt độ khí nạp cũng có cấu tạo gồm phần tử cảm biến Bao bọc phần

tử cảm biến là lớp vỏ bảo vệ được tiếp xúc với môi trường cần đo (nhiệt độ không khí nạp vào động cơ), thực hiện việc truyền nhiệt vào phần tử cảm biến Đuôi cảm biến có giắc nối để nối dây điện đến hộp ECU

b Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý làm việc tương tự nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ nước làm mát Chỉ khác là môi trường cảm biến cần đo là không khí, và điện áp của cảm biến là điện áp của chân THA (hiệu điện thế giữa chân THA và E2)

a.Đo điện trở cảm biến theo nhiệt độ:

Chuẩn bị:

+ 1 đường ống mềm mô phỏng đường ống nạp của động cơ

+ 1 máy sấy tóc mục đích để gia nhiệt và thổi không khí đi qua đường ống nạp + 1 nhiệt kế thủy ngân để đo nhiệt độ khí nạp

+ 1 cảm biến nhiệt độ khí nạp

+ Đồng hồ đo điện trở

+ 2 sợi dây điện nối giắc cảm biến với đồng hồ đo

Trang 7

Sơ đồ bố trí dụng cụ:

Cách tiến hành:

+ Bật máy sấy, quan sát nhiệt độ trên nhiệt kế, khi nhiệt độ đạt 30⁰C, ghi lại giá trị điện trở trên đồng hồ đo

+ Thực hiện tương tự với mỗi 5⁰C trên nhiệt kế, cho đến khi nhiệt độ không khí đạt 80⁰C

b.Đo điện áp cảm biến nhiệt độ khí nạp theo nhiệt độ dòng khí: Đo trên mô hình Chuẩn bị dụng cụ thực hành:

+ Các dụng cụ được sử dụng tương tự như lần đo điện trở

+ Mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa động cơ 4A-FE

Sơ đồ bố trí dụng cụ:

Bố trí tương tự như lần đo điện trở, chỉ khác là giắc cảm biến ta không nối với đồng hồ

đo mà nối với giắc cảm biến nhiệt độ khí nạp từ hộp ECU Còn đồng hồ đo thì mắc vào cổng THA và E2 trên mô hình

Tiến hành tương tự như lần đo điện trở

Trang 8

a Bảng số liệu đo đạc

T (ºC) R (kΩ) U(V)

b Biểu đồ

+ Khi nhiệt độ tăng, điện trở và điện áp cảm biến đều giảm

+ Đường biểu biễn điện trở theo nhiệt độ gần như tuân theo quy luật đường bậc 2, đường biểu diễn điện áp theo nhiệt độ gần như tuyến tính

y = 0,0002x 2 - 0,0392x + 2,2494

y = 0,0002x 2 - 0,0442x + 2,8912

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

T(ºC)

Cảm biến nhiệt độ khí nạp

R (kΩ) U(V) Poly (R (kΩ)) Poly (U(V)) Poly (U(V))

Trang 9

3 CẢM BIẾN ÁP SUẤT KHÍ NẠP

Cảm biến áp suất có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu áp suất chân không dưới dạng điện áp hoặc tần số về bộ xử lý trung tâm để tính toán lượng nhiên liệu cần cung cấp cho động

cơ Khi xe ở chế độ không tải hoặc nhả ga, áp suất chân không giảm Ngược lại, khi tăng tốc hoặc tải nặng, áp suất chân không tăng lên Cảm biến áp suất khí nạp thường gắn tại đường khí nạp ở cổ hút Khi cảm biến này bị hư hỏng, xe sẽ có các dấu hiệu như: Sáng đèn CHECK ENGINE và báo lỗi MAP sensor, động cơ nổ không êm, công suất động

cơ kém, tốn nhiên liệu, xe nhiều khói

Cấu tạo của cảm biến này là các điện trở bán dẫn được đặt trên một màng silicon mỏng Một mặt của tấm silicon này được tiếp xúc với môi trường có áp suất chuẩn Một mặt tiếp xúc với môi trường có áp suất cần đo Sự biến dạng của tấm silicon dưới tác dụng của áp suất bên ngoài sẽ thay đổi giá trị các điện trở đặt trên nó

b Nguyên lý hoạt động

Nguyên tắc hoạt động của cảm biến áp suất này dựa trên hiệu ứng “áp trở”, khi điện

Trang 10

Chuẩn bị dụng cụ thực hành:

+ Mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa động cơ 4A-FE

+ Bơm hút chân không có chân không kế, mô phỏng áp suất chân không trên đường nạp + Đồng hồ đo điện áp

+ Cắm 2 đầu đo của đồng hồ đo vào 2 chân PIM và E2 trên mô hình

+ Bật công tắc cho ECU hoạt động, khởi động bơm hút chân không

+ Điều chỉnh độ chân không bằng cách điều chỉnh núm xoay trên bơm hút chân không Ứng với mỗi giá trị độ chân không, ta ghi lại điện áp trên đồng hồ đo

Bảng số liệu

Áp suất chân không(mbar)

Điện áp(V)

Biểu đồ:

3.5 Kết luận: Khi áp suất khi nạp tăng lên, điện áp tắng tuyến tính theo

y = 0,0028x + 0,7337

0,000 1,000 2,000 3,000

p(mbar)

Cảm biến áp suất khí nạp

Trang 11

4 CẢM BIẾN VỊ TRÍ BƯỚM GA

Cảm biến vị trí bướm ga có nhiệm vụ xác định độ mở của bướm ga và gửi thông tin về bộ xử lý trung tâm giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối ưu theo độ mở bướm

ga Trên các dòng xe sử dụng hộp số tự động, vị trí bướm ga là thông số quan trọng để kiểm soát quá trình chuyển số Cảm biến vị trí bướm ga thường bố trí phía trong cổ hút Khi bị lỗi hoặc hư hỏng cảm biến này, động cơ có thể gặp một số vấn đề như: Sáng đèn CHECK ENGINE, xe không tăng tốc kịp thời, bỏ máy, hộp số tự động sang số không bình thường, chết máy đột ngột

Cảm biến vị trí bướm ga thực chất là 1 cảm biến biến trở Lợi dụng tính chất của biến trở khi thay đổi vị trí giá trị, điện trở trong mạch thay đổi, dẫn đến điện áp thay đổi,

để đo mức, đo vị trí bướm ga, bàn đạp ga,…

Loại cảm biến vị trí bướm ga này dùng tiếp điểm không tải (IDL) và tiếp điểm trợ tải (PSW) để phát hiện xem động cơ đang chạy không tải hoặc đang chạy dưới tải trọng

lớn

Trang 12

Loại cảm biến gồm có 2 con trượt và một điện trở, và các tiếp điểm cho các tín hiệu IDL và VTA được cung cấp ở các đầu của mỗi tiếp điểm Khi tiếp điểm này trượt dọc theo điện trở đồng thời với góc mở bướm ga, điện áp này được đặt vào cực VTA theo tỷ lệ thuận với góc mở của bướm ga

Trang 13

a Đo điện trở cảm biến theo % bướm ga:

Chuẩn bị dụng cụ thực hành :

+ Mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa điều khiển điện tử động cơ 1NZ-FE

+ Đồng hồ đo điện trở

+ Cắm 2 đầu dây đồng hồ đo vào 2 cổng VTA và E2 trước hộp ECU

+ Vạch một thang chia % bướm ga trên một nền cố định để đo % bướm ga Có 6 vạch cần đo: 0% 20% 40% 60% 80% 100% bướm ga

+ Xoay bướm ga đến từng vị trí % bướm ga, đo điện trở cảm biến tương ứng với từng vạch này

b.Đo điện áp cảm biến vị trí bướm ga:

Chuẩn bị dụng cụ thực hành: tương tự như lần đo điện trở

+ Bố trí các dụng cụ tương tự như lần đo điện trở

+ Bật công tắc cho mô hình hoạt động, xoay bướm ga đến từng vị trí % bướm ga và

đo điện áp tương ứng với từng vạch

a Bảng số liệu

% Bướm

Trang 14

b Biểu đồ

Tuy tồn tại sai số của phép đo (sai số khách quan và chủ quan) nhưng kết quả đường biểu diễn điện trở và điện áp cảm biến theo % bướm ga thu được vẫn gần như tuyến tính, đúng với lý thuyết đặc tính của cảm biến % bướm ga đã nêu

Khi độ mở bướm ga tăng thì điện trở và điệp áp đều tăng

5 VAN HẰNG NHIỆT

Dùng để tăng nhanh nhiệt độ nước làm mát của động cơ đến nhiệt độ làm việc và giữ cho động cơ làm việc ở nhiệt độ nhất định bằng cách thay đổi lưu lượng nước làm mát qua két

Van hằng nhiệt có 2 loại: loại dùng hoạt chất là chất lỏng hoặc rắn

- Chất lỏng: Khi nhiệt độ nước làm mát chưa cao, hộp xếp co lại, các van ở vị trí dưới cùng và van chính đống đường nước ra két làm mát, van phụ mở để nước quay trở lại bơm làm nhiệt độ nước làm mát tăng nhanh đến nhiệt độ làm việc Khi nhiệt độ nước đạt giá trị nhất định chất lỏng trong hộp xếp giãn nở, bốc hơi làm thân hộp xếp dài ra đẩy ty đi lên mở van chính, đóng van phụ Khi đó nước làm mát ko quay về bơm mà ra két làm mát, giảm nhiệt độ cho động cơ Chất rắn: khi động cơ làm mát ở nhiệt độ cao, van hằng nhiệt dùng chất lỏng ko đảm bảo

y = 0,0114x + 0,7164

y = 0,0325x + 0,3584

0 1 2 3 4

% Bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga

Trang 15

Hình: Nguyên lý hoạt động van hằng nhiệt

- Chất rắn ở đây là xerezin và bột đồng, nguyên lí giống van hằng nhiệt chất lỏng

Ở nhiệt độ bình thường lò xo hồi vị đẩy xi lanh mang cánh van đi lên làm van đóng, nước không qua van hằng nhiệt Khi nhiệt độ động cơ đạt nhiệt độ làm việc, Parapin giãn nở thắng sức cản lò xo đẩy xi lanh xuống làm mở van và mở thông đường nước từ động cơ ra két làm mát

Trên két thường ghi trị số nhiệt độ mở van khoảng 85 - 90oC hoặc cao hơn)

Kết quả thực hành cho thấy van hằng nhiệt bắt đầu mở khi nhiệt độ nước làm mát đạt nhiệt độ 80oC Khi nhiệt độ đạt khoảng 90oC, van mở cực đại

Van hằng nhiệt mở sớm hơn so với lý thuyết

Khi van mở cực đại, nhiệt độ tương đương nhiệt độ lý thuyết

6 ĐO CÁC XUNG

Tìm hiểu hoạt động của cảm biến điện từ thông qua cảm biến đo vị trí và

tốc độ

Việc đo các xung, hay đếm các xung có nhiệm vụ đo tốc độ động cơ, xác định góc đánh lửa sớm, góc phun sớm, góc mở sớm xupap nạp, đóng muộn xupap thải

Trang 16

Có nhiều thiết bị khác nhau để đo các xung Nhưng trong phòng thí nghiệm dùng

thiết bị PS100 để đo

6.2 Nguyên lý làm việc

Hoạt động dựa trên hiện tuợng cảm ứng điện từ Kiểu cảm biến này gồm có nam

châm vĩnh cữu, cuộn dây và lõi sắt

Khoảng cách giữa cuộn dây và rotor cố định.Trên rotor có các răng bằng vật liệu

dẫn từ Khi răng trên rotor đến gần và ra xa cuộn dây sẽ làm thay đổi từ thông qua cuộn dây, tạo ra tín hiệu điện áp gửi về bộ điều khiển Trên đồ thị tín hiệu đầu ra, ta thấy khi tốc độ của rotor tăng thì dẫn đến tần số của tín hiệu ra tăng Do đó ta có thể đo được tốc

độ quay của trục

a.Cắm đầu thu tín hiệu đen vào cổng E2 và 2 đầu đỏ vào 2 cổng G và NE+

b.Chỉnh Oscilloscope ở chế độ xem cả hai tín hiệu Chỉnh chế độ xem tín hiệu xoay chiều

c.Cho chạy động cơ xoay bộ chia điện bằng cách chỉnh biến trở Quan sát tín hiệu thu được trên oscilloscope

d.Thay đổi tốc độ động cơ để xem sự thay đổi của tín hiệu thu được rút ra nhận xét

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	1,34 MB