Đề cương bài giảng cảm biến và cơ cấu chấp hành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH SỐ TÍN CHỈ: 02 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Hưng Yên - 2015 MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ 1.1 Định nghĩa cảm biến 1.2 Ứng dụng cảm biến ô tô 1.3 Sự phân loại cảm biến 1.3.1 Kiểu thị/hành động: 1.3.2 Kiểu tín hiệu liên tục: 1.3.3 Kiểu tín hiệu dạng xung: 1.4 Các đặc trƣng cảm biến 1.4.1 Hàm truyền 1.4.2 Dãy động 1.4.3 Sai số độ xác 1.4.4 Độ phân giải 1.4.5 Băng thông 1.4.6 Độ nhạy S (sensitivity) 1.4.7 Độ tuyến tính 1.4.8 Độ nhanh thời gian đáp ứng 1.4.9 Hiện tƣợng trễ 1.4.10 Nhiễu 1.4.11 Giới hạn sử dụng cảm biến 10 CHƢƠNG 2: CẢM BIẾN VỊ TRÍ 11 2.1 Đặc điểm chung 11 2.2 Cảm biến vị trí bƣớm ga 11 2.2.1 Cảm biến bƣớm ga loại công tắc 12 2.2.2 Cảm biến bƣớm ga loại biến trở 13 2.3 Cảm biến bàn đạp ga 14 2.3.1 Cảm biến chân ga loại tuyến tính: (Pedal position sensor- PPS) 14 2.3.2 Cảm biến chân ga loại Hall 14 2.4 Cảm biến mức nhiên liệu 15 2.6 Cảm biến độ cao thân xe 17 2.6.1 Cảm biến loại Hall 17 2.6.2 Cảm biến loại biến trở 18 2.7 Cảm biến khoảng cách (ultrasonic sensor) 19 CHƢƠNG 3: CẢM BIẾN TỐC ĐỘ 21 3.1 Cảm biến tốc độ động cảm biến vị trí trục cam 21 3.1.1 Cảm biến loại từ- điện 21 3.1.2 Cảm biến loại quang- điện 26 3.1.3 Cảm biến loại Hall 28 3.3 Cảm biến tốc độ ô tô (Vehicle Speed Sensor- VSS): 32 3.2.1 Loại công tắc lƣỡi gà 32 3.2.2 Loại cảm biến từ điện 32 3.2.3 Loại cảm biến quang điện 33 3.2.4 Cảm biến tốc độ ôtô loại MRE 33 CHƢƠNG 4: CẢM BIẾN LƢU LƢỢNG GIÓ 35 4.1.Cảm biến khí nạp (cảm biến gió) kiểu cánh trƣợt 35 4.2 Cảm biến khí nạp loại xoáy lốc Karman 36 4.3.Cảm biến khí nạp loại dây nóng (hot wire), màng nóng (hot film): 40 CHƢƠNG 5: CẢM BIẾN LỰC, MÔMEN VÀ ÁP SUẤT 43 5.1 Cảm biến áp suất tuyệt đối đƣờng ống nạp (MAP sensor) 43 5.2 Cảm biến áp suất ống phân phối 44 5.3 Cảm biến kích nổ (Knock sensor- KNK) 46 5.4 Cảm biến mômen lái (Torque sensor) 48 5.5 Cảm biến túi khí (air bag sensors) 50 5.5.1 Cảm biến túi khí trƣớc 50 5.5.2 Cảm biến túi khí bên 51 5.5.3 Cảm biến cửa bên 52 5.5.4 Cảm biến túi khí theo vị trí ghế 52 5.5.5 Cảm biến phát ngƣời ngồi ghế 53 CHƢƠNG 6: CÁC CẢM BIẾN KHÁC 54 6.1 Các loại cảm biến nhiệt độ 54 6.1.1 Cảm biến nhiệt độ động (Engine temperature sensor– ETS) 54 6.1.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp: (Air temperature sensor - ATS) 55 6.2 Cảm biến khí xả (Exhaust Gas Sensor,Ôxyzen sensor,Air/fuel sensor) 55 6.2.1 Cảm biến khí xả với thành phần Zirconium : 55 6.2.2 Cảm biến khí xả với thành phần Titania (TiO): 56 6.2.3 Cảm biến A/F R (Air/Fuel Ratio - cảm biến thành phần hoà khí ): 57 6.3 Cảm biến nƣớc mƣa 58 6.4 Cảm biến mặt trời 59 CHƢƠNG 7: CƠ CẤU CHẤP HÀNH 61 7.1 Vòi phun xăng 61 7.2 Vòi phun dầu điêzen điện tử 71 7.2.1 Vòi phun điều khiển van điện từ (Solenoid) điện áp cao 71 7.2.2 Đầu kim phun 76 7.3 IC đánh lửa (Igniter) 80 7.4 Bơm nhiên liệu 81 7.4.1 Loại bơm cánh múc 81 7.4.2 Loại bơm cánh gạt: 81 7.4.3 Điều khiển bơm xăng 82 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ 1.1 Định nghĩa cảm biến Ô tô ngày đƣợc trang bị số lƣợng lớn cảm biến Chúng đƣợc coi nhƣ tập hợp thống cảm biến Các cảm biến biến đổi đại lƣợng hoá lý thành đại lƣợng điện cần thiết cho ECU ô tô thực việc điều khiển động cơ, điều khiển hệ thống an toàn, tiện nghi Cảm biến có nghĩa thăm dò chuyển đổi giá trị Nó chuyển đổi dạng đại lƣợng hoá lý (đại lƣợng không điện) gọi đầu vào với yếu tố gây nhiễu lƣợng đầu -một đại lƣợng điện nhƣ: điện áp, dòng điện, tần số, xung… thành đại Hình 1.1: Chức cảm biến Hình 1.2: Biểu tượng cảm biến Một cảm biến đƣợc xác định với thông số sau: Tín hiệu đầu vào: Đại lƣợng cần đo: Cảm biến có chức xử lý tín hiệu không 1.2 Ứng dụng cảm biến ô tô Cảm biến cấu chấp hành hình thành lên giao diện ô tô với tính phức hợp nhƣ lái, phanh, treo, khung vỏ… nhƣ chức dẫn hƣỡng định vị Các tín hiệu phải đƣợc xử lý mạch xử lý tín hiệu để đƣa dạng tiêu chuẩn yêu cầu ECU Hình 1.3: Cảm biến ô tô Các mạch xử lý tín hiệu đƣợc chế tạo riêng cho cảm biến cụ thể tƣơng thích với ô tô cụ thể Bộ xử lý ô tô xử lý phức hợp tín hiệu với tín hiệu từ ECU liên kết việc điều khiển ngƣời lái Bộ phận hiển thị thông tin cho ngƣời lái trạng thái hoạt động toàn trình Dƣới tổng quát hệ thống điện tử ô tô Và tăng thêm nhanh chóng năm tới Hình 1.4: Tổng quát hệ thống điện tử ô tô 1.3 Sự phân loại cảm biến Các cảm biến ô tô đƣợc phân chia thành ba kiểu: + Kiểu thị/hành động + Kiểu tín hiệu liên tục + Kiểu tín hiệu dạng xung 1.3.1 Kiểu thị/hành động: Các cảm biến kiểu lại phân chia theo hai nhóm: + Nhóm cảm biến có chức phát trạng thái đóng/mở + Nhóm cảm biến an toàn hay chống trộm + Nhóm cảm biến theo dõi nhiên liệu, độ mòn hay thông tin ngƣời lái/hành khách 1.3.2 Kiểu tín hiệu liên tục: Kiểu phân chia thành nhóm sau: + Tín hiệu liên tục, tuyến tính: Nhóm thích hợp cho dải đo rộng + Tín hiệu liên tục, không tuyến tính: Nhóm thƣờng sử dụng cho phạm vi đo hẹp (ví dụ tỷ lệ hoà khí, độ võng lò xo…) + Tín hiệu không liên tục, dạng bậc, nhiều bậc: Dùng để theo dõi giá trị giới hạn Hình 1.5: Tín hiệu liên tục 1.3.3 Kiểu tín hiệu dạng xung: + Tín hiệu tƣơng tự: Dòng điện, điện áp, tần số, tỷ lệ thƣờng trực xung + Tín hiệu rời rạc: tín hiệu số (mã nhị phân)… Hình 1.6: Tín hiệu dạng xung 1.4 Các đặc trƣng cảm biến 1.4.1 Hàm truyền Quan hệ đáp ứng kích thích cảm biến cho dƣới dạng bảng giá trị, đồ thị biểu thức toán học - Hàm tuyến tính: y = a + bx - Hàm logarit: y = + blnx - Hàm mũ: y = a.e kx - Hàm lũy thừa: y= a0 + a1kx - Hàm phi tuyến, sử dụng hàm gần hay phƣơng pháp tuyến tính hóa đoạn 1.4.2 Dãy động Dãy động khoảng giá trị tín hiệu kích thích mà cảm biến đáp ứng Những tín hiệu vƣợt dãy tạo đáp ứng không xác 1.4.3 Sai số độ xác Ngoài đại lƣợng cần đo, cảm biến chịu tác động nhiều đại lƣợng vật lý khác gây nên sai số giá trị đo đƣợc giá trị thực đại lƣợng cần đo Gọi x sai số tuyệt đối, sai số tƣơng đối cảm biến: %  x x100% x   Có loại sai số cảm biến: Sai số hệ thống: có giá trị không đổi có độ lệch không đổi giá trị thực giá trị đo đƣợc Nguyên nhân: - Do nguyên lý cảm biến - Giá trị đại lƣợng chuẩn không - Do đặc tính cảm biến - Do điều kiện chế độ sử dụng Do xử lý kết đo Sai số ngẫu nhiên: có độ lớn chiều không xác định Nguyên nhân: - Do thay đổi đặc tính thiết bị - Do nhiễu ngẫu nhiên - Do ảnh hƣởng thông số môi trƣờng (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, điện từ…) 1.4.4 Độ phân giải Độ phân giải cảm biến đƣợc hiểu khả phát thay đổi tín hiệu kích thích nhỏ theo thời gian 1.4.5 Băng thông Tất cảm biến có giới hạn thời gian đáp ứng thay đổi tín hiệu kích thích Một số loại cảm biến có thời gian đáp ứng tắt dần, tức khoảng thời gian đáp ứng giảm dần thay đổi theo tín hiệu kích thích 1.4.6 Độ nhạy S (sensitivity) Độ nhạy S xung quanh giá trị mi kích thích đƣợc xác định tỉ số độ biến thiên  s đáp ứng độ biến thiên  m tƣơng ứng kích thích  s  S    m m mi Độ nhạy đƣợc định nghĩa giới hạn tín hiệu kích thích đáp ứng Là tỉ số thay đổi nhỏ đáp ứng với thay đổi nhỏ tín hiệu kích thích Thông thƣờng nhà sản xuất cung cấp giá trị độ nhạy S tƣơng ứng với điều kiện làm việc định cảm biến Nhờ giá trị đó, ngƣời sử dụng đánh giá đƣợc độ lớn đại lƣợng đầu cảm biến độ lớn biến thiên đại lƣợng đo Điều cho phép lựa chọn đƣợc cảm biến thích hợp để cho mạch đo thỏa mãn điều kiện đặt 1.4.7 Độ tuyến tính Một cảm biến đƣợc gọi tuyến tính dải đo xác định dải đo độ nhạy S không phụ thuộc vào giá trị đại lƣợng đo m Trên thực tế lý thuyết cảm biến tuyến tính điểm Si, mi không nằm đƣờng thẳng Đó có không xác đo sai lệch chế tạo cảm biến Từ thực nghiệm tính đƣợc phƣơng trình đƣờng thẳng biểu diễn tuyến tính, đƣờng thẳng gọi đƣờng thẳng tốt có phƣơng trình: S = am + b Trong đó: với N số điểm thực nghiệm đo chuẩn cảm biến Độ lệch tuyến tính cho phép đánh giá độ tuyến tính đƣờng cong chuẩn Nó đƣợc xác định từ độ lệch cực đại đƣờng cong chuẩn đƣờng thẳng tốt dải đo (tính %) 1.4.8 Độ nhanh thời gian đáp ứng Độ nhanh cảm biến cho phép đánh giá đại lƣợng ngõ có đáp ứng đƣợc mặt thời gian với độ biến thiên đại lƣợng đo hay không Thời gian đáp ứng đại lƣợng xác định giá trị độ nhanh 1.4.9 Hiện tƣợng trễ Một số cảm biến không đáp ứng thời điểm với tín hiệu kích thích Độ rộng sai lệch đƣợc gọi tƣợng trễ 1.4.10 Nhiễu Nhiễu xuất ngõ cảm biến, bao gồm nhiễu cảm biến sinh nhiễu dao động tín hiệu kích thích Nhiễu làm giới hạn khả hoạt động cảm biến Nhiễu đƣợc phân bố qua phổ tần số Nhiễu loại trừ mà phòng ngừa Làm giảm ảnh hƣởng khắc phục nhiễu đòi hỏi nhiều biện pháp tổng hợp Ta phân nhiễu thành loại: - Nhiễu nội phát sinh không hoàn thiện việc thiết kế, công nghệ chế tạo, vật liệu cảm biến,… đáp ứng bị méo so với dạng lý tƣởng - Nhiễu truyền dẫn Để chống nhiễu ta thƣờng dùng kỹ thuật vi sai phối hợp cảm biến đôi, tín hiệu hiệu hai tín hiệu Một đƣợc gọi cảm biến cảm biến chuẩn đƣợc đặt chắn Một điện trở phụ cho hai cuộn dây kim phun Một điện trở phụ cho ba cuộn dây kim phun Một điện trở phụ cho cuộn dây kim phun Hình 7.17: Một số cách mắc điện trở phụ vòi phun - Phƣơng pháp điều khiển dòng điện (với vòi phun điện trở thấp): Hình 7.18: Phương pháp điều khiển vòi phun dòng điện Trong phƣơng pháp này,vòi phun có điện trở thấp đƣợc gắn trực tiếp với nguồn dòng đƣợc điều khiển trực tiếp cách đóng mở transisto ECU Khi có xung đƣợc đƣa đến cuộn dây kim phun, dòng 8A chạy qua, gây nên tăng dòng đột ngột Điều làm van kim mở nhanh, nhờ cải thiện đƣợc đáp ứng trình phun giảm thời gian phun không điều khiển đƣợc.Trong ty kim đƣợc giữ, dòng đƣợc giảm xuống 2A giảm tiêu hao công suất sinh nhiệt 70 Hinh 7.19: Mạch điều khiền vòi phun dòng điện Khi khoá điện bật ON, relay an toàn mở nhờ nối mass mạch điều khiển kim phun thông qua đầu nối FS ECU Điều làm Tr1 ECU mở cho dòng điện chạy đến cuộn dây kim phun Dòng điện chạy qua kim điện điểm A tiến đến giá trị Tr1 đóng Sự đóng mở Tr1 đƣợc lặp lặp lại với tần số khoảng 20KHz suốt thời gian phun Bằng cách này, dòng đến cuộn kim phun đƣợc kiểm soát (khi điện áp đầu +B 14V, dòng kim 8A, ty kim bị giữ dòng kim khoảng 2A) Tr2 hấp thu sức điện động tự cảm xuất kim phun Tr1 đóng mở, ngăn ngừa đƣợc giảm dòng đột ngột Các vòi phun xăng cách điều khiển điện áp điều khiển dòng điện, chúng đƣợc điều khiển : phun độc lập (theo thứ tự nổ), phun nhóm, phun nhóm, phun nhóm (tuỳ loại động số xylanh động cơ), phun đồng loạt (tất vòi phun phun lúc) 7.2 Vòi phun dầu điêzen điện tử 7.2.1 Vòi phun điều khiển van điện từ (Solenoid) điện áp cao Có hai loại vòi phun điều khiển van điện từ (Solenoid) loại X2 G2: - Loại X2 giắc cắm điện có chân - Loại G2 giắc cắm điện có chân 71 Vòi phun X2 Vòi phun G2 Hình 7.20: Các loại vòi phun điều khiển van điện từ + Vòi phun X2: Đây vòi phun gọn, tiết kiệm lƣợng, điều khiển từ với ống phun chiều (TWV) Một đinh ốc rỗng có chắn gió đƣợc gắn chỗ nối ống dầu rò rỉ (dầu hồi) để phun dầu xác (một số loại xe chi tiết này) Hình 7.21: Điện trở hiệu chỉnh liệu vòi phun Hình 7.22: Cấu tạo đầu hồi nhiên 1-Điện trở hiệu chỉnh; 2-Cuộn điện từ Đinh ốc rỗng có chắn gió đảm bảo lƣợng nhiên liệu phun xác cách giảm xung áp suất phía sau (các dao động áp suất) Hơn giảm thiểu phụ thuộc nhiên liệu ống rò nhiên liệu (đƣờng dầu hồi) vào áp suất từ phía sau (áp suất tác dụng lên ống rò dầu làm thay đổi lƣợng nhiên liệu dù lệnh phun không đổi) 72 Rắc nối với điện trở hiệu chỉnh gồm điện trở hiệu chỉnh (với rắc nối chân) để giảm thiểu lƣợng dầu phun sai lệch xylanh - Các loại vòi phun X2: Các loại vòi phun X2 phân biệt mã vòi phun (mã QR - phản ứng nhanh) đƣợc in thân đầu giắc cắm điện Mã QR (Quick Reaction) đƣợc dùng để điều chỉnh xác Mã QR chứa liệu ống phun đƣợc cài vào ECU động Mã QR cho thấy: Đây mã chiều DENSO phát triển Ngoài liệu điều chỉnh lƣợng phun, mã có số hiệu chi tiết sản phẩm Có thể đọc số hiệu với tốc độ cực nhanh Hình 7.23: Mã QR 73 Hình 7.24: Vòi phun loại G2 Nhiên liệu nén từ ống Rail Đến bình nhiên liệu Rắc nối Van từ Pittông điều khiển Lò xo miệng Kim áp suất Kim phun Bệ Đường rò dầu (dầu hồi) +Vòi phun G2: Vòi phun G2 ống phun gọn, tiết kiệm lƣợng, điều khiển từ với ống phun chiều (TWV) Đế có trở kháng áp suất cao (180 Mpa), áp suất, áp điện độ chống mòn áp suất chi tiết trƣợt đƣợc nâng cao Đế điều khiển lƣợng phun xác đế phun nhiều ống, chế độ vận hành tốc độ cao đƣợc cải tiến So sánh chế độ vận hành tốc độ cao (những lần phun thử nghiệm) Ống phun X2: 0,7 ms Ống phun G2: 0,4 ms Cấu tạo Các tín hiệu từ ECU đƣợc khuếch đại EDU để vận hành vòi phun,điện áp cao đƣợc sử dụng đặc biệt van đƣợc mở để mở vòi phun 74 Hình a Van Tiết lưu Tiết lưu Đường dầu từ ống phân phối Chốt tỳ Van Hình b Đường dầu hồi Khoang chốt tỳ Lò xo hồi vị 10 Kim phun 11 Khoang kim phun Hình 7.25: Cấu tạo vòi phun Lƣợng phun thời điểm phun đƣợc điều khiển cách điều chỉnh thời điểm đóng mở vòi phun tƣơng tự nhƣ hệ thống EFI động xăng Vòi phun Common Rail khác với vòi phun hệ thống nhiên liệu Diesel thông thƣờng chỗ gồm phần: + Phần van điện từ đƣợc điều khiển từ ECU EDU + Phần dƣới phần vòi phun khí nhƣng khác với vòi phun thông thƣờng: Đó lò xo cứng vòi phun thông thƣờng đƣợc thay chốt tỳ dài (dài vòi phun) Để đóng chặt kim phun phải cấp áp suất Rail vào khoang chốt tỳ Khoang chốt tỳ có van tiết lƣu: 75 + Tiết lƣu số 1: Thông với rắc co ô cao áp từ ống phân phối đến + Tiết lƣu số 2: Thông với khoang van điện (để van điện mở áp suất khoang chốt tỳ xả đƣờng dầu hồi) Hoạt động Dầu cao áp với áp suất Rail (PRail) đƣợc cấp vào rắc co (4) vòi phun, áp suất thƣờng trực vòi phun đƣợc chia thành nhánh Nhánh thứ cấp xuống khoang kim phun để nâng kim phun Nhánh thứ hai, thông qua tiết lƣu nhở (3) dầu đƣợc cấp lên khoang chốt tỳ Do tiết diện chịu áp suất kim phun nhỏ so với tiết diện chịu áp suất chốt tỳ lên chốt tỳ đè chặt kim phun không cho dầu phun Trong trƣờng hợp van điện điều khiển phía kim phun phải đóng không cho dầu khoang chốt tỳ xả đƣờng (7) Khi ECU cấp điện cho van điện điều khiển vòi phun van (6) van (1) đƣợc nâng lên lực điện từ cuộn dây hút lên dƣới tác động áp suất khoang chốt tỳ (5),từ dầu khoang chốt tỳ (5) thông qua tiết lƣu hai (2) xả đƣờng dầu hồi (7) làm áp suất tỳ áp suất khoang kim phun tác động vào mặt côn kim phun thắng đƣợc lực tỳ lên kim phun nâng lên dầu đƣợc phun Muốn ngắt phun ECU phải ngắt xung điều khiển đến van điện điều khiển vòi phun, van đóng đƣờng hồi (7) nên dầu với áp suất Rail thông qua tiết lƣu (1) lại đƣợc điền đầy vào khoang chốt tỳ (8) đẩy chốt tỳ xuống đè chặt kim phun 7.2.2 Đầu kim phun Ty kim mở van solenoid đƣợc kích hoạt để nhiên liệu chảy qua Chúng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy Lƣợng nhiên liệu dƣ cần để mở ty kim đƣợc đƣa trở lại bình chứa thông qua đƣờng ống dầu Nhiên liệu hồi từ van điều áp từ vùng áp suất thấp đƣợc dẫn theo đƣờng dầu với nhiên liệu đƣợc dùng nhƣ để bôi trơn cho bơm áp cao 0 14 mm Hình 7.26: Hình dạng vòi phun đường kính lỗ phun 76 Thiết kế đầu phun đƣợc định bởi: Việc kiểm soát nhiên liệu phun (thời điểm lƣợng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam) Việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun tán nhuyễn nhiên liệu, phân phối nhiên liệu buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy) Đầu phun loại P có đƣờng kính mm đƣợc dùng động phun nhiên liệu trực tiếp common rail Những đầu phun gồm loại: đầu phun lỗ tia hở đầu phun lỗ tia kín Lỗ tia phun đƣợc định vị dựa vào hình nón phun Số lƣợng lỗ tia đƣờng kính chúng dựa vào: Lƣợng nhiên liệu phun Hình dạng buồng cháy Sự xoáy lốc buồng cháy Đối với hai loại lỗ tia hở lỗ tia kín phần cạnh lỗ tia đƣợc gia công phƣơng pháp ăn mòn hydro nhằm mục đích ngăn ngừa mài mòn sớm cạnh lỗ tia gây phần tử mài mòn giảm sai lệch dung lƣợng phun Để làm giảm lƣợng hydrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy đầu ty kim cần thiết phải giữ mức nhỏ Việc đƣợc thực tốt với loại đầu phun lỗ tia kín Lỗ tia loại đƣợc xếp quanh lỗ bao Trong trƣờng hợp đỉnh đầu phun hình tròn, hay tuỳ thuộc vào thiết kế, lỗ tia đƣợc khoan khí máy phóng điện (EDM – electrical discharge machinin) Lỗ tia với đỉnh đầu phun hình nón đƣợc khoan phƣơng pháp EDM Đầu phun lỗ tia hở đƣợc dùng với loại lỗ bao với kích thƣớc khác nhƣ lỗ bao hình trụ lỗ bao hình nón - Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ đầu tròn Với hình dạng lỗ bao bao gồm hình ống phần hình bán cầu cho phép dễ dàng thiết kế với điều kiện: Số lƣợng lỗ Chiều dài lỗ tia Góc phun Đỉnh đầu phun hình bán cầu kết hợp với hình dạng lỗ bao giúp lỗ tia có chiều dài giống 77 -Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ đỉnh đầu phun hình nón Loại đƣợc dùng riêng biệt với lỗ tia có chiều dài 0,6 mm Đỉnh đầu phun có hình nón cho phép tăng độ dày thành đầu phun Kết tăng đƣợc độ cứng đỉnh kim phun Hình 7.27: Cấu tạo đầu phun - Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình nón đỉnh hình nón Trong loại này, có hình nón nên tích lỗ bao nhỏ đầu phun có lỗ bao hình trụ Loại trung gian đầu phun lỗ tia kín đầu phun lỗ tia hở có lỗ bao hình trụ Để có đƣợc bề dày đồng đỉnh kim phải có hình nón phù hợp với hình dạng lỗ bao - Đầu phun lỗ tia kín Để làm giảm thể tích có hại lỗ bao để làm giảm lƣợng HC thải ra, lỗ tia nằm phần côn với lỗ phun kín, đƣợc bao quanh ty kim Điều có nghĩa kết nối trực tiếp lỗ bao buồng cháy Thể tích có hại nhỏ nhiều so với loại đầu phun lỗ tia hở So với đầu phun lỗ tia hở, loại có giới hạn tải trọng thấp nhiều sản xuất loại P với lỗ tia dài 1mm Để đạt độ cứng cao, đỉnh kim có hình nón Lỗ tia đƣợc tạo phƣơng pháp gia công máy phóng điện EDM 7.2.3 Vòi phun hiệu ứng áp điện (Piezoelectric injector) - Cấu tạo - Hoạt động 78 Đầu tiên cấp nguồn điện cho vòi phun, nguồn điện làm gia tăng áp lực phần tử áp điện Phần tử tạo điện áp điện áp đƣợc khuếch điều khiển mở van kim phun Từ nhiên liệu đƣợc phun vào buồng cháy động Quá trình ngừng phun diễn nhƣ sau: Ngừng cấp điện cho vòi phun, vòi phun nguồn điện cung cấp phần tử áp điện áp lực điện áp, từ mà van kim phun đóng lại -Điều khiển vòi phun áp điện Hình 7.28: Sơ đồ khối điều khiển vòi phun áp điện 5.85: Sơ đồ khối điều khiển vòi -Điều khiển vòi phun Hình áp điện phun ápthuỷ điệnlực: Quá trình phun tác động lên khới nối Hoạt động khớp nối thuỷ lực: - So sánh cách điều khiển hai loại vòi phun (áp điện van điện từ) Số lƣợng xung dạng xung điều khiển hai vòi phun: Vòi phun hiệu ứng áp điện vòi phun điện từ: 79 Hình 7.29: Xung điều khiển hai loại vòi phun Từ đồ thị cho thấy cƣờng độ dòng điện điện áp điều khiển vòi phun hiệu ứng áp điện thấp nhiều so với dòng điện điện áp điều khiển vòi phun điện từ Tốc độ đóng mở vòi phun hiệu ứng áp điện nhanh vòi phun điện từ 7.3 IC đánh lửa (Igniter) IC đánh lửa (ICĐL) cấu chấp hành quan trọng hệ thống đánh lửa ôtô Chúng có nhiều loại khác nhau, có cấu tạo phức tạp tinh vi Tuy nhiên, chúng giống nguyên tắc điều khiển Đó là, chúng nhận xung IGT (xung thời điểm đánh lửa) khoảng 3-5V để điều khiển tranzito ICĐL hoạt động chế độ ON/OFF thực cấp điện cắt điện cuộn dây sơ cấp bôbin (một loại biến áp cao áp đặc biệt) Sự biến thiên từ trƣờng bôbin tạo điện cao áp (20.000-45.000V) cấp cho bugi để đánh lửa trình hoạt động động xăng ôtô ICĐL a) b) Hình 7.30: ICĐL HTĐL có chia điện (a) HTĐL trực tiếp (b) 80 Điều gây khó khăn cho việc kiểm tra, chẩn đoán phận chúng khác hình dáng cách bố trí giắc điện Vì vậy, muốn chẩn đoán phận cần phải có đƣợc sơ đồ chân giắc 7.4 Bơm nhiên liệu Có hai loại bơm xăng: Bơm cánh múc bơm cánh gạt 7.4.1 Loại bơm cánh múc Hình 7.31: Bơm cánh múc Loại bơm thƣờng đƣợc đặt thùng xăng, so với loại lăn loại có ƣu điểm gây tiếng ồn không tạo dao động mạch nhiên liệu nên đƣợc dùng rộng rãi -Mô tơ điện chiều -Bộ phận công tác bơm: Có từ ÷ cánh, quay nhờ mô tơ điện Khi mô tơ quay bánh công tác kéo xăng từ cửa vào đƣa đến cửa Sau qua cửa vào xăng quanh mô tơ điện đến van chiều -Van kiểm tra (van chiều): Van chiều đóng bơm ngừng làm việc Tác dụng giữ cho áp suất đƣờng ống giá trị định, giúp cho công việc khởi động lại dễ dàng Nếu áp suất mạch không đƣợc giữ, nhiên liệu bốc quay thùng xăng làm việc khởi động lại khó khăn -Van an toàn: Van làm việc áp suất vƣợt qúa giá trị quy định Van có tác dụng bảo vệ mạch nhiên liệu áp suất vƣợt giới hạn cho phép (trong trƣờng hợp nghẹt đƣờng ống chính) -Lọc xăng: dùng để lọc cặn bẩn nhiên liệu đƣợc gắn trƣớc bơm 7.4.2 Loại bơm cánh gạt: Loại đƣợc đặt bên thùng xăng gắn gần thùng để hiệu suất bơm đƣợc cao 81 Hình 7.32: Bơm cánh gạt Đường xăng vào Roto bơm Van chiều điều tiết áp suất Van xả Con lăn Đường xăng Cấu tạo bơm gồm thành phần sau: Mô tơ điện chiều Bộ phận công tác bơm Van an toàn van chiều Hoạt động: Bơm xăng loại bơm điện dùng lăn (dạng bi đũa) bơm ly tâm sử dụng điện áp chiều 12V Khi có điện áp vào stato làm roto quay theo, hút đẩy xăng qua cửa củn bơm đạt áp suất từ 2,5 – bar Phần động điện bơm đƣợc làm mát nhờ có dòng xăng qua Van giới hạn áp suất có tá dụng giới hạn áp suất bơm áp suất bơm lớn quy định van mở cho xăng quay buồng Van chiều có tác dụng giữ áp suất xăng dòng phân phối bơm không làm việc sẵn sang cho lần khởi động sau Bộ phận bơm buồng rỗng hình trụ, có đĩa quay lệch tâm đƣợc bố trí lăn rãnh bắt dính vào rotor Khi có dòng điện chạy qua, rotor quay kéo đĩa lệch tâm quay Dƣới tác dụng lực ly tâm, lăn bị ép tạo đệm xoay vòng liên tục làm tăng thể tích cửa vào giảm thể tích cửa 7.4.3 Điều khiển bơm xăng Bơm xăng đƣợc điều khiển theo hai cách: + Điều khiển ON/OFF 82 Hình 7.33: Điều khiển ON/OFF Hình 7.34: Điều khiển tốc độ Trạng thái 1: Khóa điện bật ON, không nổ máy : cuộn dây W1 đƣợc cấp điện, hút tiếp điểm K1 đóng ắc quy cấp (+) đến tiếp điểm chờ K2 Đồng thời W1 đƣợc cấp (+) chờ (-) giắc FC Ở chế độ Tr1 đƣợc điều khiển ON giây để thông mát(-) cho W1 K2 đóng giây Bơm xăng đƣợc cấp điện giây :(+) Aq mát K1 K2 bơm xăng (-) ắc quy Trạng thái 2: Khi khởi động máy( Đề ): Tín hiệu STA từ khóa điện cấp đến ECU động ECU điều khiển Tr1 ON liên tục đề để thông mát (-) cho W2, K2 đóng để cấp điện cho bơm xăng ( mạch nhiên ) Trạng thái 3: Khi máy nổ tắt Đề : Tín hiệu STA bị cắt, ECU nhận tín hiệu NE Căn tín hiệu NE ECU điều khiển Tr1 nhƣ sau : - Ở tốc độ thấp: Tỷ lệ thời gian xung ON/OFF nhỏ thời gian hoạt động bơm xăng ít, nghỉ nhiều - Ở tốc độ cao: Tỷ lệ thời gian xung ON/OFF lớn bơm xăng hoạt động kéo dài, nghỉ + Điều khiển hai tốc độ Trạng thái 1: Khóa điện bật ON, không nổ máy : cuộn dây W1 đƣợc cấp điện, hút tiếp điểm K1 đóng ắc quy cấp (+) để tiếp điểm chờ K2 Đồng thời W1 đƣợc cấp (+) chờ (-) giắc FC Ở chế độ Tr1 đƣợc điều khiển ON giây để thông mát (-) cho W1 K2 đóng để cấp điện cho bơm xăng qua tiếp điểm K3 đóng A Bơm xăng đƣợc cấp điện giây: (+) Aq K1 K2 K3 (ở vị trí A) bơm xăng mát (-) ắc quy 83 Trạng thái 2: Khi khởi động máy (đề) : Tín hiệu STA từ khóa điện cấp đến ECU động ECU điều khiển Tr1 ON liên tục Đề để thông mát (-) cho W2, K2 đóng để cấp điện cho bơm xăng qua tiếp điểm K3 thƣờng đóng A (mạch nhƣ trên) Trạng thái 3: máy nổ tắt đề: Tín hiệu STA bị cắt, ECU nhận tín hiệu NE Căn tín hiệu NE ECU điều khiển Tr2 nhƣ sau: - Ở tốc độ thấp: Tr2 đƣợc điều khiển ON, cuộn dây W3 đƣợc thông mát (-) qua Tr2 hút tiếp điểm K3 vị trí B Bơm xăng đƣợc đấu nối trực tiếp với điện trở nên quay với tốc độ thấp - Ở tốc độ cao: Tr2 OFF, cuộn dây W3 bị cắt điện K3 trả vị trí đóng ban đầu (vị trí A) bơm xăng không đấu với điện trở nên quay tốc độ cao 84 ... 3.15: Cảm biến quang lắp đầu trục khuỷu 3.1.3 Cảm biến loại Hall Một số loai cảm biến Hall (cảm biến tốc độ động NE, cảm biến vị trí trục cam G, cảm biến bƣớm ga, cảm biến chân ga, cảm biến tốc... khiển cảm biến 19 Hình 2.19: Sơ đồ khối cảm biến 20 CHƢƠNG 3: CẢM BIẾN TỐC ĐỘ 3.1 Cảm biến tốc độ động cảm biến vị trí trục cam 3.1.1 Cảm biến loại từ- điện Loại nam châm đứng yên : Cảm biến bao... TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ 1.1 Định nghĩa cảm biến Ô tô ngày đƣợc trang bị số lƣợng lớn cảm biến Chúng đƣợc coi nhƣ tập hợp thống cảm biến Các cảm biến biến đổi đại lƣợng hoá lý thành đại lƣợng