2. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ CUMMINS N14-330E
2.2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ CUMMINS
2.2.2 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC CẢM BIẾN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ CUMMIN
2.2.2.1.Các cảm biến và van điện từ được sử dụng trong động cơ.
T AB
AB
A B B A A B C
B A C A B C CB
A
RO T C E N N OC D A E H KL UB AB AB AB
AB
03
10 01 2011 02 2112 13 22 13 04 232425141516 050607 262827181917 08 09
1 B
07 15 2708 17 20
1811 1909 1006 04 13 2122 12 02
05 2923 14
2
3 4 5 6 7
B
Hình : 2.18 Sơ đồ cảm biến
1:cảm biến tôc độ xe,2:cảm biến bàn đạp ga,3,4:công tắc tự động ga tay, 5,6:phanh động cơ ,7:công tắc ga chạy cầm chừng, 8:công tắc chẩn đoán,9:công tắc quat làm mát ,11:chìa khoá điện ,12:cảm biến mức nước,13,14:rơle mở hơi quạt gió,15:cảm biến trục khuỷu ,16:cảm biến nhiệt độ nước,17:cảm biến nhiệt độ khí trời,18:cảm biến nhiệt độ khí nạp,19: cảm biến nhiệt độ dầu bôi trơn ,20:cảm biến áp suất khí nạp ,21:cảm biến áp suất khí trời,22:cảm biến áp suất dầu bôi trơn , 23:van điện từ tắt máy ,24:van điện từ vòi phun nhiên liệu
21 21 21 21 21 2 1
M L K J H G F E D C A B B C A
091918 28 0807171627 26 06152524 0514 0413
23 03122221 02101120 01 1001 2011302 211203 2213
07
18 09 10 2021
1619 0805 2304 2203
06 26 07 17
2322 27 2509 2120 08 24 01 10 1102 03 12 1304 0514 15 06
C
C
B C A B C A A B B A B A B A C B A D
1404 23 24150605 251607 26181708 27
09 2819
1411 1501 1217
24
25 06 0226 13 27
A
A B C T
8 9
10
11 14
13
12
15 1617
18 19 20 21 22
23
2424 2424 2424
C A
Hình 2.19 Sơ đồ cảm biến.
Động cơ Cummins là một hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển bằng ECM điều khiển giám sát quá trình phun bằng những giá trị cần thiết được mặc định sẵn cho qúa trình phun nhiên liệu. ECM hoạt động giống như hệ thống phun điều khiển EDC khác. Ở trên ta đã trình bày tổng quát nguyên lý thu thập và xử lý tín hiệu của bộ điều khiển điện tử nói chung. Trong phần này ta sẽ tìm hiểu cụ thể các loại cảm biến và bộ phận thừa hành sử dụng trong hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử trên động cơ Cummins.
Cảm biến nhiệt điện trở để đo nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ nhiên liệu và nhiệt độ khí nạp.
Cảm biến kiểu biến dung để đo áp suất tuyệt đối khí nạp.
Cảm biến kiểu biến trở để xác định vị trí bàn đạp ga.
Cảm biến điện tử để so số vòng quay trục khuỷu.
2.2.2.2 Cảm biến nhiệt điện trở.
Cảm biến nhiệt điện trở là một trong các loại thiết bị đo nhiệt độ được sử dụng nhiều nhất trên ô tô. Cảm biến nhiệt điện trở được sử dụng trong hệ thống điện tử để theo dõi nhiệt độ của các tổng hành, chất lỏng và cả chất khí. Hệ thống điều khiển động cơ, hộp số bằng điện tử và các thiết bị chỉ báo điện tử là những hệ thống có sử dụng mạch cảm biến nhiệt độ. Hoạt động của mạch cảm biến nhiệt độ trong hệ thống trên về cơ bản là giống nhau.
Mạch gồm bộ xử lý, cảm biến nhiệt độ, dây dẫn, đầu nối. Trong máy tính có phần ổn áp, điện trở giới hạn dòng điện và bộ xử lý tín hiệu hoạt động như một van kế. Phần ổn áp cung cấp một mức điện áp không đổi cho mạch điện. Bộ xử lý đo sự thay đổi điện áp khi điện trở của cảm biến thay đổi, điện áp cung cấp cho mạch phải ổn định để mạch hoạt động chính xác.
Điện trở hạn chế dòng điện là điện trở dùng để bảo vệ quá tải cho mạch. Điện trở này hạn chế dòng điện trong trường hợp xảy ra ngắt mạch ở đoạn mạch giữa máy tính và cảm biến nhiệt độ. Nhánh vôn kế của bộ xử lý dùng để đo mức điện áp tại điểm M. Mức điện áp này phụ thuộc vào giá trị điện trở của cảm biến nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt độ là một biến trở có giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ môi trường nó thay đổi, điện trở của nó giảm khi nhiệt độ tăng.khi nhiệt độ ở ooc (320f)thì điện trở của nó từ 30k-36k khi nhiệt độ ở 50oc (1220f) thì điện trở của nó từ 3k-4k khi nhiệt độ ở 100oc (2120f) thì điện trở của nó từ 600-675 Điện trở loại này được gọi là điện trở có hệ số nhiệt âm. Công thức thể hiện mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của nhiệt điện trở như sau:
R(T) = R0 exp [] (2.1).
Trong đó:
R0: Là điện trở ở nhiệt độ tuyệt đối T0.
: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo nhiệt điện trở.
T: Nhiệt độ theo thang tuyệt đối.
R(T): Nhiệt trở ở nhiệt độ T.
1 R
2
3
4
5
1 10
R2 10
VR
V
Hình 2.20. Cảm biến nhiệt độ
1. Cảm biến nhiệt độ 3. Ổn áp 5. Bộ xử lý tín hiệu 2. Bộ điều khiển 4. Điện trở giới hạn
Mạch cảm biến là một dạng mạch phân áp. Trong mạch này, điện trở giới hạn dòng điện đấu nối tiếp với biến trở. Trong cách đấu này sụt áp trên cảm biến tỉ lệ với tỉ số điện trở của nó trên tổng trở của mạch.
Công thức tính điện áp tại điểm M trong mạch điện phân áp được tính như sau:
Vm = (R2/R1).Vr [V] (2.2) Trong đó:
Vm: Điện trở theo dõi, tức là điện áp tại điểm M.
R2: Giá trị điện trở của cảm biến nhiệt độ và Rt là điện trở tổng của R1 và R2. Vr: Điện áp ra từ phần ổn áp.
Trong điều kiện làm việc bình thường, khi nhiệt độ môi trường chung quanh cảm biến tăng, điện trở của cảm biến nhiệt độ giảm và điện áp tại điểm M giảm.
Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, điện trở cảm biến tăng và điện áp tại điểm M cũng tăng. Máy tính sử dụng điện áp tại điểm M làm tín hiệu điện áp vào để điều khiển hệ thống một cách thích hợp. Mạch điện này tạo ra một tín hiệu điện áp tương tự có giá trị từ 0 đến 5 vôn.
2.2.2.3. Cảm biến kiểu biến dung.
Hệ thống điều khiển hoạt động động cơ bằng điện tử dùng một loại cảm biến đặc biệt để đo áp suất tuyệt đối không khí trên đường ống nạp (MAP). Thiết bị này được gọi là cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp.
Tín hiệu đo cảm biến này tạo ra cũng khác hẳn so với các loại tín hiệu mà ta đã biết. Thay vì cung cấp tín hiệu điện áp cho bộ xử lý, cảm biến cung cấp dạng tín hiệu điện áp có giá trị không thay đổi trong khoảng từ 0 đến 5 vôn giống như tín hiệu khi ta đóng và cắt mạch cảm biến kiểu công tắc. Điều khác nhau cơ bản ở đây là mạch cảm biến loại này cung cấp cho bộ xử lý tín hiệu có tần số thay đổi.
Mạch điện gồm có bộ xử lý, cảm biến MAP, đầu nối và dây dẫn (hình 2.21).
Máy tính gồm phần ổn áp, điện trở giới hạn, bộ chuyển tần số thành điện áp và phần xử lý tín hiệu trong hoạt động như một vôn kế. Phần ổn áp cung cấp điện áp ổn định cho mạch. Điện áp phải ổn định thì hệ thống mới hoạt động chính xác được. Điện trở giới hạn bảo vệ quá tải cho mạch. Cảm biến phản ánh sự thay đổi áp suất và gởi tín hiệu tần số đến máy tính. Bộ chuyển tần số sang điện áp sẽ chuyển tín hiệu cảm biến từ tần số thành tín hiệu điện áp tương tự.
2
3
1
4 5
6
7 VR
SG GR
Hình 2.21: Sơ đồ mạch cảm biến áp suất khí nạp kiểu biến dung.
1. Cảm biến áp suất khi nạp; 2.Bộ tạo tần số ; 3.Tụ biến dung ;4.Bộ điều khiển 5. Ổn áp 6. Điện trở giới hạn. 7. Bộ chuyển đổi tần số điện áp và phần xử lý.
2.2.2.4. Cảm biến kiểu biến trở.
Cũng giống như mạch cảm biến nhiệt độ, mạch cảm biến vị trí gồm bộ xử lý, cảm biến, dây dẫn và đầu nối. Trong bộ xử lý có phần ổn áp, điện trở giới hạn dòng điện và bộ xử lý tín hiệu hoạt động như một vôn kế đo điện một chiều.
Mặc dù cảm biến trị trí một biến trở, hoạt động của nó khác hẳn so với cảm biến vị trí thay đổi nhờ các cơ cấu cơ khí. Cảm biến vị trí gồm một cần gạt hoặc Thanh quét chuyển động trượt dọc theo một điện trở cố định. Thanh quét được nối với bộ phận cần theo dõi.
Khi bộ phận đó chuyển động, điện trở của cảm biến vị trí cũng thay đổi. Nhờ bộ đo điện áp, máy tính xác định được vị trí của bộ phận thông qua giá trị điện áp tại thanh quét.
Mạch điện trên cũng là mạch phân áp, nhưng khác với mạch cảm biến nhiệt độ, nó theo dõi điện áp tại cảm biến nhờ đường tín hiệu về của cảm biến. Dù mạch cảm biến nhiệt độ và mạch cảm biến vị trí đều là mạch phân áp, tức là điện trở tổng của mach thay đổi, nhưng cách tính điện áp của tín hiệu thì khác nhau.
1 R 2
3
4
1
R2
V M
A B C
Hình 2.22. Sơ đồ mạch cảm biến vị trí.
1. Điện trở 3. Ổn áp.
2. Cần gạt. 4. Bộ phận đo điện áp.
Công thức tính điện áp tại điểm M của mạch phân áp trên là:
Vm = (Rbc/Rt).Vr [V]
Vm: Giá trị điện áp tại M, tức là điện áp cần theo dõi.
Rbc: Giá trị điện trở giữa điểm B và điểm C.
Rt: Tổng điện trở giữa điểm B và điểm C.
Vr: Điện áp ra từ phân ổn áp.
Trong điều kiện làm việc bình thường, khi thanh quét chuyển động về một phía nào đó, điện trở của cảm biến vị trí sẽ tăng hoặc giảm tùy theo kiểu thiết kế của mạch. Bộ xử lý sử dụng giá trị điện áp theo dõi tại điểm M làm tín hiệu để điều khiển hệ thống một cách thích hợp. Nếu điện trở tăng , điện áp theo dõi của thanh quét cũng tăng. Ngược lại, khi điện trở giảm, điện áp theo dõi cũng giảm. Mạch điện này tạo ra một tín hiệu điện áp tương tự có giá trị từ 0 đến 5 vôn.
2.2.2.5. Cảm biến cảm ứng điện từ.
Cảm biến cảm ứng điện từ được dùng trong các hệ thống điện tử khi cần biết thông tin về tốc độ quay của chi tiết. Ở đây ta dùng cảm biến này để xác định vị trí và tốc độ quay của trục khuỷu , của trục cam.
Mạch gồm có bộ xử lý, cảm biến cảm ứng từ, đầu từ trở, dây dẫn và đầu nối. Bộ xử lý có điện trở giới hạn và phần xử lý tín hiệu hoạt động như một vôn kế xoay chiều.
Chúng được nối tiếp với nhau. Cảm biến là loại cảm biến từ trở thay đổi. Cảm biến từ trở thay đổi là thiết bị mà từ trường của nó có thể thay đổi. Điều này xảy ra khi di chuyển một vật liệu sắt từ ngang qua từ trường của cảm biến.
Cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp dạng sóng hình sin truyền đến bộ xử lý. Tín hiệu được tạo ra khi răng trên đầu từ trở chuyển động ngang qua cảm biến.
Cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp dạng sóng hình sin truyền đến bộ xử lý .Tín hiệu được tạo ra khi răng trên đầu từ trở chuyển động ngang qua cảm biến khi một răng trên đầu từ trở chuyển động đến gần giá trị cảm biến , đường sức từ trường của cảm biến bị thay đổi làm sinh ra một điện áp dương bên trong cuộn dây của cảm biến .Từ trường thay đổi càng nhiều ,điện áp sinh ra càng lớn .Khi răng chuyển động ra xa, từ trường thay đổi theo xu hướng ngược lại và tạo ra dạng xung âm cho đến khi khoảng hở giữa các răng thẳng hàng với đầu cảm biến. Lúc này điện áp không được sinh ra bởi vì không có sự thay đổi từ trường. Tín hiệu điện áp xoay chiều tạo ra được đưa qua mạch chính lưu thành dòng một chiều, sau đó được đưa vào bộ biến đổi ADC để biến đổi thành tín hiệu số trước khi đưa vào bộ xử lý.
Á
1 2
Hình 2.23: Cảm biến cảm ứng điện từ.
1. Đầu từ trở. 2. Cảm biến.