7.1.1.Lý thuyết về hệ thống thông.
Hệ thống thông tin trên ô tô bao gồm: ăm pe kế để kiểm tra chế độ làm việc của máy phát điện, bộ tiết chế và khả năng phóng nạp của ắc quy, nhiệt kế đo nƣớc trong hệ thống làm mát của động cơ, dụng cụ đo mức nhiên liệu trong bình chứa, dụng cụ đo tốc độ chuyển động của ô tô…
Hệ thống đèn cảnh báo thƣờng dùng là các loại đèn màu đỏ để cảnh báo trạng thái nguy hiểm, yêu cầu ngƣời lái xe phải chú ý và xử lý ngay.
Trong quá trình điều khiển xe, ngƣời lái cần phải quan sát, nhận biết đƣợc các thông tin một cách nhanh chóng về trạng thái làm việc của xe mà không ảnh hƣởng đến việc quan sát và xử lý tình huống xảy ra trên đƣờng. Vì vậy hệ thống thông tin (hệ thống đo lƣờng, kiểm tra và các đèn cảnh báo) đƣợc bố trí trong bảng đồng hồ ngay trƣớc mặt ngƣời lái xe. Vị trí bố trí của mỗi đồng hồ chỉ thị, các đèn cảnh báo trên bảng đồng hồ này tùy thuộc mức độ quan trọng của các thông tin mà chúng cung cấp cho ngƣời lái xe.
Nguyên lý làm việc của các thiết bị trong hệ thống đo lƣờng, kiểm tra và cảnh báo là đo lƣờng từ xa các đại lƣợng liên quan đến chế độ làm việc của động cơ ô tô nói riêng và ô tô nói chung. Phần lớn các đại lƣợng đó là các đại lƣợng không điện.
Để đo các đại lƣợng không điện ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp điện vì nó có những ƣu điểm nhƣ: quán tính của hệ thống nhỏ do đó độ chính xác cao, có thể đo đƣợc từ xa, đơn giản và an toàn trong quá trình truyền dẫn tín hiệu và cơ cấu đo có thể đo đƣợc các đại lƣợng không điện khác nhau.
7.1.2. Cấu trúc tổng quát và phân loại hệ thống thông tin trên ô tô.
* Phân loại hệ thống thông tin trên ô tô: - Thông tin dạng tƣơng tự (analog)
+ Đồng hồ và cảm biến báo áp suất nhiên liệu. + Đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu.
+ Đồng hồ và cảm biến báo nhiệt độ nƣớc làm mát. + Đồng hồ và cảm biến báo tốc độ động cơ. + Đồng hồ và cảm biến báo tốc độ xe. + Đồng hồ Ampe và đồng hồ Volt trên ô tô. - Thông tin dạng số (digital).
7.1.3. Các yêu cầu của hệ thống thông tin trên ô tô.
Xuất phát từ tính chất quan trọng của hệ thống thông tin trên ô tô đó là giúp ngƣời lái quan sát và nhận biết đƣợc các thông tin một cách nhanh chóng về trạng thái làm việc của xe mà không ảnh hƣởng đến việc quan sát và xử lý tình huống xảy ra trên đƣờng. Hệ thống thông tin trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo tính tin cậy và chính xác trong quá trình làm việc. - Thông tin một cách nhanh chóng về trạng thái làm việc của xe - Chịu đƣợc các điều kiện làm việc thay đổi của ô tô.
- Kết cấu đơn giản kích thƣớc gọn nhẹ.
- Tuổi thọ cao, ít bảo dƣỡng sửa chữa trong quá trình sử dụng.
Hình 7.1: Hai kiểu bảng đồng hồ đo lường kiểm tra và đèn cảnh báo.
1- Đèn báo pha; 11- Đèn báo áp suất dầu bôi trơn;
2- Đồng hồ tốc độ; 12- Đèn báo cửa xe chưa đóng;
3,5- Đèn báo rẽ; 13- Đèn báo phanh;
4- Đèn báo nhiệt độ nước làm mát; 14- Số ghi từng đoạn đường xe chạy; 6- Đèn kiểm tra động cơ; 15- Số ghi tổng km xe chạy được; 7- Đèn báo thắt lưng an toàn; 16- Đồng hồ nhiệt độ nước; 8- Đồng hồ nhiên liệu; 17- Đồng hồ đo tốc độ động cơ; 9- Đèn báo cánh bướm gió đang đóng; 18- Vôn kế;
10- Đèn báo nạp cho ắc quy; 19- Đồng báo áp suất dầu bôi trơn; 20- Đồng hồ đo mức nhiên liệu.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
7.2. Thông tin dạng tương tự (analog). 7.2.1. Đồng hồ và cảm biến báo nhiên liệu.
Đồng hồ báo nhiên liệu trong thùng chứa chỉ báo cho ngƣời lái xe biết một cách định tính số lƣợng nhiên liệu còn trong thùng chứa. Trên ô tô thƣờng dùng các loại đồng hồ và cảm biến đo mức nhiên liệu sau.
* Đồng hồ đo mức nhiên liệu loại điện từ.
Cấu tạo của đồng hồ đo mức nhiên liệu loại điện từ gồm hai bộ phận chính: bộ cảm biến và bộ chỉ thị.
Bộ cảm biến gồm một biến trở, con trƣợt của biến trở có liên động cơ khí với phao và cần phao đặt trong thùng chứa nhiên liệu. Biến trở đƣợc lắp trong vỏ (16). Con trƣợt (13) quét trên điện trở (11) và liên kết cơ khí với phao (15) nổi trên bề mặt của nhiên liệu trong thùng chứa bằng cần phao (14). Con trƣợt (13) và một đầu của điện trở đƣợc nối mát. Đầu cuối thứ hai của điện trở (11) đƣợc nối với cọc đấu dây (12) của bộ cảm biến cách điện hoàn toàn với mát.
Bộ chỉ thị gồm vỏ (21), tấm đế cách điện (20) có hai cọc đấu dây (5) và (6) dùng để nối dây của các cuộn dây của hai nam châm điện với hai cuộn dây (1) và (7), và với hai lõi từ (8) và (10), mặt số (4), kim chỉ thị (3) với phần ứng (18) và đối trọng (9), bánh đà con (22). Kim chỉ thị, với phần ứng, đối trọng và bánh đà con đƣợc gá lắp trên trục (10).
Nguyên lý làm việc nhƣ sau:
Khi đóng công tắc khởi động (19), dòng điện từ ắc quy (17) sẽ chạy theo hai mạch:
+ Từ cực dƣơng của ắc quy (17) đến cuộn dây (1) của bộ chỉ thị đến biến trở của bộ cảm biến đến mát và đến cực âm của ắc quy.
+ Từ cực dƣơng của ắc quy (17) đến cuộn dây (7) của bộ chỉ thị đến mát và đến cực âm của ắc quy.
Hình 7.2: Đồng hồ đo mức nhiên liệu a) Loại điện từ; b)Loại từ điện.
3 2 1 22 21 20 19 18 17 4 5 6 7 8 11 12 13 16 14 15 23 19 17 a) b)
Khi nhiên liệu trong thùng chứa đổ đầy, vị trí của phao là cao nhất, trị số điện trở của biến trở trong mạch đạt cực đại, cƣờng độ dòng điện trong cuộn dây (1) của bộ chỉ thị là nhỏ nhất, còn cƣờng độ dòng điện trong cuộn dây (7) của bộ chỉ thị đạt trị số cực đại. Vì vậy lõi từ (8) sẽ kéo phần ứng (18) và quay kim chỉ thị (3) sang bên phải ở vị trí báo mức nhiên liệu cao nhất.
Trong quá trình xe chạy, lƣợng nhiên liệu tiêu thụ tăng dần lên, mức nhiên liệu trong thùng chứa giảm xuống, phao hạ dần xuống làm con trƣợt (13) của biến trở quay dần sang bên phải. Kết quả, điện trở của biến trở trong mạch bị giảm dần, cƣờng độ dòng điện trong cuôn dây (1) tăng dần lên, còn cƣờng độ dòng điện trong cuôn dây (7) giảm dần xuống. Lõi từ (2) sẽ kéo phần ứng (18) và kim chỉ thị (3) quay dần về phía bên trái và chỉ vị trí 0 khi thùng hết nhiên liệu. Bánh đà con (22) làm nhiệm vụ khử độ rung của kim chỉ thị (3).
- Đồng hồ đo mức nhiên liệu loại từ điện.
Cấu tạo của đồng hồ đo mức nhiên liệu loại từ điện trên hình (7-2b) gồm hai phần chính : bộ cảm biến và bộ chỉ thị.
Bộ cảm biến của đồng hồ đo mức nhiên liệu loại từ điện tƣơng tự nhƣ bộ cảm biến của đồng hồ đo mức nhiên liệu loại điện từ.
Bộ chỉ thị của đồng hồ đo mức nhiên liệu loại từ điện tƣơng tự nhƣ bộ chỉ thị của đồng hồ đo mức nhiên liệu loại điện từ.
7.2.2. Đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu.
Trên các loại ô tô hiện đại, dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn động cơ ô tô đƣợc thực hiện tuần hoàn dƣới một áp suất nhất định. Trên ô tô thƣờng dùng các loại đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu sau:
Đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu loại từ điện:
Cấu tạo của đồng hồ báo áp suất dầu bôi trơn trên động cơ ô tô gồm hai bộ phận chính sau: bộ cảm biến là một biến trở và một bộ chỉ thị là một điện tỉ kế. bộ cả biến lắp ở phin lọc dầu và nối với đƣờng ống dẫn dầu. Màng ngăn dập gợn sóng đƣợc ép giữa vỏ và nắp bảo vệ, màng ngăn đó có liên động cơ khí với con trƣợt của biến trở và bộ cảm biến. Một đầu dây của biến trở đƣợc nối với đầu mát, đầu thứ hai đƣợc đấu với đầu dây ra của bộ cảm biến.
Khi áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn động cơ ô tô tăng, màng đồng bị uốn cong lên, đẩy con trƣợt của chiết áp lên phía trên, làm giảm điện trở của chiết áp và ngƣợc lại, khi áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn của động cơ giảm, màng đồng bị uốn cong về phía dƣới, kéo con trƣợt của chiết áp đi xuống làm cho điện trở của chiết áp tăng lên.
Bộ chỉ thị là một điện tỉ kế của đồng hồ đo áp suất dầu có cấu tạo giống nhƣ bộ chỉ thị trong dụng cụ đo nhiệt độ nƣớc trong hệ thống làm mát động cơ loại từ điện, chỉ khác trong sơ đồ đấu các cuộn dây có điện trở bù nhiệt.
Nguyên lý làm việc:
Khi đóng công tắc khởi động, trong các cuộn dây có dòng điện chạy qua, chiều dòng điện theo chiều mũi tên trên hình. Trị số dòng điện trong các cuộn dây và từ thông do nó sinh ra phụ thuộc vào vị trí con chuột của chiết áp của bộ cảm biến, cũng chính là trị số áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn dầu trong động cơ ô tô. Nếu áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn bằng không, trị số của điện trở của biến trở đạt giá trị cực đại, cƣờng độ dòng điện trong cuộn dây (20) đạt giá trị cực đại, cƣờng độ dòng điện trong cuộn dây (21) và (22) đạt giá trị cực tiểu. Trong trƣờng hợp này, từ thông sinh ra trong các cuôn dây quá bé, nam châm đĩa trên đó có gắn kim chỉ thị dƣới tác dụng của từ trƣờng sinh ra trong cuộn dây (20) chỉ ở vị trí 0.
Khi áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn tăng lên, điện trở của biến trở trong bộ cảm biến giảm dần xuống, cƣờng độ dòng điện trong cuộn dây (20) giảm dần xuống (giảm xuống bằng không khi áp suất bằng 10 kG/cm2
) và cƣờng độ dòng điện trong cuộn dây (21,22) tăng lên. Từ thông sinh ra trong hai cuộn dây (20) và (22) khử nhau. Từ thông sinh ra trong cuộn dây (21) tác dụng tƣơng hỗ với từ thông của đĩa nam châm có gắn kim chỉ thị làm cho kim chỉ trị số áp suất tƣơng ứng.
Bộ báo sự cố áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn động cơ.
Hình 7.3: Dụng cụ đo áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn động cơ ô tô. a)Loại rung nhiệt điện; b) Loại từ điện.
1-Khung lưỡng kim; 6-Vỏ bộ cảm biến; 13-Đầu nối dây; 2-Cuộn dây điện trở; 7-Màng áp suất; 14-Nắp cảm biến; 3-Bảng số đồng hồ; 8,11-Cần tiếp điểm; 15-Khóa điện 4-Kim chỉ thị; 9,10-Tiếp điểm;
5-Điện trở bù nhiệt; 12-Cuộn trở của cảm biến;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15 16 17 18 19 20 21 22 6 a) b)
Bộ báo sự cố áp suất dầu cảnh báo cho ngƣời lái xe biết áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn thấp quá giới hạn cho phép. Bộ báo sự cố gồm một bóng đèn cảnh báo trên bảng đồng hồ và một bộ cảm biến lắp trong bầu lọc thô dầu bôi trơn hoặc trong khối xy lanh và nối với đƣờng ống dẫn dầu. Trên hình 7.4 trình bày sơ đồ nguyên lý mạch cảnh báo sự cố áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn.
Nếu áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn bình thƣờng, màng đàn hồi của bộ cảm biến (2) bị uốn cong làm cho cặp tiếp điểm (3,4) mở ra và mạch đèn cảnh báo nguy bị ngắt, đèn (7) không sáng. Trong trƣờng hợp áp suất giảm xuống thấp quá mức cho phép, áp lực của dầu tác dụng lên màng đàn hồi quá bé, màng đàn hồi duỗi thẳng ra làm cho cặp tiếp điểm (3,4) đóng lại, đèn cảnh báo nguy khi đó sẽ bật sáng trên bảng đồng hồ.
7.2.3. Đồng hồ và cảm biến báo nhiệt độ nước làm mát.
Đồng hồ đo nhiệt độ nƣớc làm mát thƣờng đƣợc lắp phía bên trái của bảng đồng hồ, dùng để theo dõi, kiểm tra nhiệt độ của nƣớc trong hệ thống làm mát của động cơ. Toàn bộ cơ cấu của dụng cụ đo nhiệt độ nƣớc trong hệ thống làm mát bao gồm hai phần: cảm biến nhiệt và đồng hồ chỉ thị. Bộ cảm biến nhiệt độ đƣợc lắp vào bên trong khoang nƣớc làm mát động cơ ở nắp động cơ, còn đồng hồ chỉ thị đƣợc bố trí trên bảng đồng hồ.
Bộ cảm biến nhiệt làm nhiệm vụ biến đổi tƣơng đƣơng sự thay đổi nhiệt độ nƣớc làm mát động cơ thành sự thay đổi tín hiệu điện hoặc thông số mạch điện của đồng hồ chỉ thị.
Đồng hồ chỉ thị là bộ phận báo nhiệt độ nƣớc làm mát động cơ tƣơng ứng với sự thay đổi của tín hiệu điện hoặc thông số mạch điện từ bộ cảm biến truyền đến. Thang đo của đồng hồ chỉ thị đƣợc chia theo đơn vị 0
C.
Hình 7.4: Mạch cảnh báo sự cố áp suất dầu bôi trơn
1- Vỏ bộ cảm biến; 7- Đèn chỉ thị;
2- Màng đàn hồi; 8- Công tắc;
3,4- Cặp tiếp điểm của bộ cảm biến; 9- Cầu chì;
5- Lò xo; 10- Am pe kế;
6- Đầu nối dây; 11- Ắc quy
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Trên ô tô thƣờng dùng loại dụng cụ đo nhiệt độ nƣớc làm mát loại điện từ. Cấu tạo của đồng hồ đo nhiệt độ nƣớc trong hệ thống làm mát gồm hai phần: bộ phận cảm biến và bộ phận chỉ thị, bộ cảm biến có tiện ren bắt vào lỗ ren ở đầu xy lanh, bộ chỉ thị là một điện tỉ kế. Điện tỉ kế có ƣu điểm là tăng độ chính xác khi đo, tăng độ tin cậy làm việc của bộ chỉ thị, và chống đƣợc sự nhiễu của sóng vô tuyên trong quá trình làm việc.
Bộ cảm biến gồm vỏ có tiện ren, điện trở nhiệt. Điện trở nhiệt là một phần tử bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm ( < 0), điện trở của nó giảm khi nhiệt độ tăng và ngƣợc lại). Một đầu của điện trở nhiệt nối với vỏ của bộ cảm biến (nối với mát ), đầu còn lại nối với lò xo, nối ra cọc đấu dây của bộ cảm biến cách điện hoàn toàn với mát.
Bộ chỉ thị gồm một ống chắn từ (26), bên trong nó có các cuộn dây cố định (22, 23 và 24) đƣợc quấn trên thanh cách điện làm bằng vật liệu capron (một loại vật liệu tổng hợp) và đặt vuông góc với nhau tạo thành hai nhánh song song. Một nhánh gồm cuộn dây (22) và điện trở nhiệt (18), nhánh thứ hai gồm cuộn dây (23), (24) và điện trở bù (25) làm bằng hợp kim constantan (58.5Cu, 40Ni, 1.5Al ). Kim chỉ thị (12) của điện tỉ kế đƣợc gắn trên trục bằng nhôm, và trên trục đó có gắn nam châm vĩnh cửu hình đĩa (21), khi đóng nguồn cấp, từ trƣờng của nó sẽ tác dụng tƣơng hỗ với từ trƣờng của nam châm vĩnh cửu cố định (20) giữ cho kim chỉ thị ở vị trí 0. Từ thông của hai nam châm (20) và (21) ngƣợc chiều nhau, có nghĩa là khử nhau, còn từ thông sinh ra trong cuộn dây (23) tác dụng vuông gốc với từ thông hợp thành của hai nam châm đó.
Nguyên lý làm việc:
Khi đống công tắc khởi động (16), sẽ có dòng điện trong hai mạch nhánh song song của điện tỉ kế, chiều của dòng điện trong hai mạch nhánh này là chiều mũi tên
Hình 7.5: Đồng hồ và cảm biến báo nhiệt độ nước làm mát.
2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 12 6 16 17
146 trên hình vẽ (6-3b). Vì cƣờng độ dàng điện trong cuôn dây (23), (24) không đổi, nên từ thông do chúng sinh ra hầu nhƣ không đổi. Còn cƣờng độ trong cuộn dây (22) thì ngƣợc lại, nó thay đổi theo trị số điện trở của điện trở nhiệt (18), tức là phụ thuộc vào nhiệt độ nƣớc làm mát của động cơ. Cho nên từ thông hợp thành của hai cuộn dây (22) và (24) phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện chạy trong cuộn dây (22), tức là phụ thuộc vào nhiệt độ nƣớc làm mát động cơ ô tô. Khi nhiệt độ nƣớc làm mát giảm, ví dụ 40 0C, trị số điện trở của điện trở nhiệt (18) tăng đột biến, làm cho cƣờng độ dòng điện trong cuộn dây (22) và từ thông do nó sinh ra giảm đáng kể, cho nên lực làm cho nam châm (21) cùng với kim chỉ thị (12) quay đƣợc là do tác dụng của từ thông hợp thành của hai cuôn dây (23) và (24), và kim của điện tỉ kế chỉ ở 40 0
C.
Khi nhiệt độ tăng, ví dụ 80 0C, từ thông sinh ra trong hai cuôn dây (22) và (24) khử nhau, lực làm cho nam châm (21) quay đƣợc nhờ từ thông sinh ra trong cuộn