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 1 MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ ....................................... 4 1.1. Định nghĩa về cảm biến ................................................................................. 4 1.2. Ứng dụng của cảm biến trên ô tô .................................................................. 4 1.3. Sự phân loại cảm biến ................................................................................... 5 1.3.1. Kiểu chỉ thị/hành động: .......................................................................... 6 1.3.2. Kiểu tín hiệu liên tục: ............................................................................. 6 1.3.3. Kiểu tín hiệu dạng xung: ........................................................................ 6 1.4. Các đặc trƣng cơ bản của cảm biến .............................................................. 7 1.4.1. Hàm truyền ........................................................................................... 7 1.4.2. Dãy động .............................................................................................. 7 1.4.3. Sai số và độ chính xác .......................................................................... 7 1.4.4. Độ phân giải ......................................................................................... 8 1.4.5. Băng thông ........................................................................................... 8 1.4.6. Độ nhạy S (sensitivity)......................................................................... 8 1.4.7. Độ tuyến tính ........................................................................................ 8 1.4.8. Độ nhanh và thời gian đáp ứng ............................................................ 9 1.4.9. Hiện tƣợng trễ ...................................................................................... 9 1.4.10. Nhiễu .................................................................................................... 9 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 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 cơ và 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 trên 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 hiện ngƣời ngồi trên ghế .............................................. 53 3 CHƢƠNG 6: CÁC CẢM BIẾN KHÁC ..................................................................... 54 6.1. Các loại cảm biến nhiệt độ .......................................................................... 54 6.1.1. Cảm biến nhiệt độ động cơ (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 bằng 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 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ 1.1. Định nghĩa về cảm biến Ô tô ngày nay đƣợc trang bị một số lƣợng lớn các cảm biến. Chúng đƣợc coi nhƣ là một tập hợp thống nhất của các cảm biến. Các cảm biến này biến đổi các đại lƣợng hoá lý thành các đại lƣợng điện cần thiết cho các ECU trên ô tô thực hiện việc điều khiển động cơ, điều khiển hệ thống an toàn, tiện nghi. Cảm biến có nghĩa là thăm dò và chuyển đổi giá trị. Nó chuyển đổi dạng đại lƣợng hoá lý (đại lƣợng không điện) gọi là đầu vào cùng với yếu tố gây nhiễu thành đại lƣợng đầu ra -một đại lƣợng điện nhƣ: điện áp, dòng điện, tần số, xung Hình 1.1: Chức năng của cảm biến Hình 1.2: Biểu tượng cảm biến Một cảm biến có thể đƣợc xác định với các thông số sau: Tín hiệu đầu vào: Đại lƣợng cần đo: Cảm biến cũng có thể có chức năng xử lý tín hiệu hoặc không. 1.2. Ứng dụng của cảm biến trên ô tô Cảm biến và cơ cấu chấp hành hình thành lên giao diện của ô tô với các tính năng phức hợp nhƣ lái, phanh, treo, khung vỏ cũng nhƣ chức năng dẫn hƣỡng và định vị. Các tín hiệu phải đƣợc xử lý bởi mạch xử lý tín hiệu để đƣa về dạng tiêu chuẩn yêu cầu bởi ECU. 5 Hình 1.3: Cảm biến trên ô tô Các mạch xử lý tín hiệu này đƣợc chế tạo riêng cho từng cảm biến cụ thể và tƣơng thích với một chiếc ô tô cụ thể. Bộ xử lý của ô tô sẽ xử lý phức hợp các tín hiệu này với các tín hiệu từ các ECU liên kết và việc điều khiển của ngƣời lái. Bộ phận hiển thị thông tin cho ngƣời lái các trạng thái hoạt động trong toàn bộ quá trình. Dƣới đây là tổng quát hệ thống điện tử trên ô tô hiện tại. Và nó còn tăng thêm nhanh chóng trong các năm tới đây. Hình 1.4: Tổng quát hệ thống điện tử ô tô 1.3. Sự phân loại cảm biến 6 Các cảm biến trên ô tô có thể đƣợc phân chia thành ba kiểu: + Kiểu chỉ thị/hành động + Kiểu tín hiệu liên tục + Kiểu tín hiệu dạng xung 1.3.1. Kiểu chỉ thị/hành động: Các cảm biến trong kiểu này lại có thể phân chia theo hai nhóm: + Nhóm cảm biến có chức năng phát hiện trạng thái đóng/mở. + Nhóm cảm biến về an toàn hay chống trộm + Nhóm cảm biến theo dõi nhiên liệu, độ mòn hay thông tin về ngƣời lái/hành khách 1.3.2. Kiểu tín hiệu liên tục: Kiểu này có thể phân chia thành các nhóm sau: + Tín hiệu liên tục, tuyến tính: Nhóm này rất thích hợp cho dải đo rộng. + Tín hiệu liên tục, không tuyến tính: Nhóm này thƣờng sử dụng cho phạm vi đo hẹp (ví dụ tỷ lệ hoà khí, độ võng lò xo) + Tín hiệu không liên tục, dạng 2 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) 7   Hình 1.6: Tín hiệu dạng xung 1.4. Các đặc trƣng cơ bản của cảm biến 1.4.1. Hàm truyền Quan hệ giữa đáp ứng và kích thích của cảm biến có thể cho dƣới dạng bảng giá trị, đồ thị hoặc biểu thức toán học. - Hàm tuyến tính: y = a + bx - Hàm logarit: y = 1 + blnx - Hàm mũ: y = a.ekx - Hàm lũy thừa: y= a0 + a1k x - Hàm phi tuyến, sử dụng các hàm gần đúng hay phƣơng pháp tuyến tính hóa từng đoạn. 1.4.2. Dãy động Dãy động là khoảng giá trị tín hiệu kích thích mà cảm biến có thể đáp ứng. Những tín hiệu vƣợt ngoài dãy này sẽ tạo ra những đáp ứng không chính xác. 1.4.3. Sai số và độ chính xác Ngoài đại lƣợng cần đo, cảm biến còn chịu tác động của nhiều đại lƣợng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị đo đƣợc và giá trị thực của đại lƣợng cần đo. Gọi x là sai số tuyệt đối, sai số tƣơng đối của cảm biến: % 100% x x x    Có 2 loại sai số của cảm biến: Sai số hệ thống: có giá trị không đổi và có độ lệch không đổi giữa giá trị thực và giá trị đo đƣợc. 8 Nguyên nhân: - Do nguyên lý của cảm biến. - Giá trị đại lƣợng chuẩn không đúng. - Do đặc tính của bộ cảm biến. - Do điều kiện và chế độ sử dụng. Do xử lý kết quả đo. Sai số ngẫu nhiên: có độ lớn và chiều không xác định. Nguyên nhân: - Do thay đổi đặc tính của thiết bị. - Do nhiễu ngẫu nhiên. - Do ảnh hƣởng các 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 là khả năng phát hiện sự thay đổi tín hiệu kích thích nhỏ nhất theo thời gian. 1.4.5. Băng thông Tất cả cảm biến đều có giới hạn thời gian đáp ứng đối với sự thay đổi của tín hiệu kích thích. Một số loại cảm biến có thời gian đáp ứng tắt dần, tức là 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 của kích thích đƣợc xác định bởi tỉ số giữa độ biến thiên  s của đáp ứng và độ biến thiên m tƣơng ứng của kích thích. im m s S m         Độ nhạy đƣợc định nghĩa bằng giới hạn giữa tín hiệu kích thích và đáp ứng. Là tỉ số giữa sự thay đổi nhỏ trong đáp ứng với sự thay đổi nhỏ trong tín hiệu kích thích. Thông thƣờng nhà sản xuất cung cấp giá trị của độ nhạy S tƣơng ứng với những điều kiện làm việc nhất định của cảm biến. Nhờ giá trị đó, ngƣời sử dụng có thể đánh giá đƣợc độ lớn của đại lƣợng đầu ra của cảm biến và độ lớn của những biến thiên của đại lƣợng đo. Điều này cho phép lựa chọn đƣợc cảm biến thích hợp để sao cho mạch đo thỏa mãn các điều kiện đặt ra. 1.4.7. Độ tuyến tính 9 Một cảm biến đƣợc gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải đo đó độ nhạy S không phụ thuộc vào giá trị của đại lƣợng đo m. Trên thực tế và ngay cả trong lý thuyết cảm biến là tuyến tính thì các điểm Si, mi cũng không nằm trên một đƣờng thẳng. Đó là do có sự không chính xác trong khi đo và sai lệch trong khi chế tạo cảm biến. Từ thực nghiệm có thể tính đƣợc phƣơng trình đƣờng thẳng biểu diễn sự tuyến tính, đƣờng thẳng đó gọi là đƣờng thẳng tốt nhất có phƣơng trình: S = am + b Trong đó: với N là số điểm thực nghiệm đo chuẩn cảm biến. Độ lệch tuyến tính cho phép đánh giá độ tuyến tính của đƣờng cong chuẩn. Nó đƣợc xác định từ độ lệch cực đại giữa đƣờng cong chuẩn và đƣờng thẳng tốt nhất trong dải đo (tính bằng %). 1.4.8. Độ nhanh và thời gian đáp ứng Độ nhanh của cảm biến cho phép đánh giá đại lƣợng ngõ ra có đáp ứng đƣợc về mặt thời gian với độ biến thiên của đại lƣợng đo hay không. Thời gian đáp ứng là đại lƣợng xác định giá trị của độ nhanh. 1.4.9. Hiện tƣợng trễ Một số cảm biến không đáp ứng cùng thời điểm với tín hiệu kích thích. Độ rộng của sự sai lệch đƣợc gọi là hiện tƣợng trễ. 1.4.10. Nhiễu Nhiễu xuất hiện ở ngõ ra cảm biến, bao gồm nhiễu của cảm biến sinh ra và nhiễu do sự dao động của tín hiệu kích thích. Nhiễu làm giới hạn khả năng hoạt động của cảm biến. Nhiễu đƣợc phân bố qua phổ tần số. Nhiễu không thể loại trừ mà chỉ có thể phòng ngừa. Làm giảm ảnh hƣởng và khắc phục nhiễu đòi hỏi nhiều biện pháp tổng hợp. Ta có thể phân nhiễu thành 2 loại: - Nhiễu nội tại phát sinh do sự không hoàn thiện trong việc thiết kế, công nghệ chế tạo, vật liệu cảm biến, do đó đáp ứng có thể bị méo so với dạng lý tƣởng. - Nhiễu do truyền dẫn. Để chống nhiễu ta thƣờng dùng kỹ thuật vi sai phối hợp cảm biến đôi, trong đó tín hiệu ra là hiệu của hai tín hiệu ra của từng bộ. Một bộ đƣợc gọi là cảm biến chính và bộ kia là cảm biến chuẩn đƣợc đặt trong màn chắn. 10 Để giảm nhiễu đƣờng truyền ta có thể sử dụng các biện pháp sau: - Cách ly nguồn nuôi, màn chắn, nối đất, lọc nguồn. - Bố trí các linh kiện hợp lý, không để dây cao áp gần đầu vào và cảm biến. - Sử dụng cáp ít nhiễu. 1.4.11. Giới hạn sử dụng cảm biến Trong quá trình sử dụng, các cảm biến luôn chịu ứng lực cơ khí hoặc nhiệt độ tác động lên chúng. Nếu các ứng lực này vƣợt quá ngƣỡng cho phép sẽ làm thay đổi các đặc trƣng của cảm biến. Do đó ngƣời sử dụng phải biết các giới hạn ngƣỡng của cảm biến. - Vùng làm việc danh định: ứng với điều kiện sử dụng bình thƣờng của cảm biến. - Vùng không gây nên hƣ hỏng. - Vùng không phá hủy. Dải đo của cảm biến đƣợc xác định bởi giá trị giới hạn của vùng đại lƣợng đo mà trong vùng đó cảm biến đáp ứng các yêu cầu đề ra. Thông thƣờng dải đo trùng với vùng danh định. 11 CHƢƠNG 2: CẢM BIẾN VỊ TRÍ 2.1. Đặc điểm chung Các cảm biến vị trí bao gồm cảm biến đo khoảng cách và góc xoay, là những cảm biến phổ biến nhất trên ô tô. Chúng đều là loại không tiếp xúc và không bị mài mòn nên có tuổi thọ cao. Biến đo: Có thể là đo trực tiếp hoặc gián tiếp Bảng 2.1: Một số loại cảm biến vị trí loại đo trực tiếp Bảng 2.2: Một số cảm biến vị trí loại đo gián tiếp 2.2. Cảm biến vị trí bƣớm ga Cảm biến bƣớm ga đƣợc lắp ở trên trục bƣớm ga . Cảm biến này đóng vai trò chuyển đổi vị trí góc mở bƣớm ga thành tín hiệu điện áp để gửi về ECU. Cảm biến bƣớm ga có một số loại: Loại công tắc (tiếp điểm), loại biến trở (còn gọi là loại tuyến tính), loại Hall. 12 Tín hiệu không tải (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng cũng nhƣ hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa. Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lƣợng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng công suất động cơ. Trên một số xe, cảm biến vị trí bƣớm ga còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động.Có nhiều loại cảm biến vị trí bớm ga, tùy theo yêu cầu và thiết kế trong các đời xe thƣờng có các loại sau: 2.2.1. Cảm biến bƣớm ga loại công tắc Cấu tạo: Trục bƣớm ga đƣợc lắp với một miếng cam rãnh bằng nhựa (1). Các tiếp điểm lá (2) đƣợc gắn với chân các giắc PSW, E hoặc TL, IDL, trong đó một chốt của lá tiếp điểm giữa (E hoặc TL) đƣợc cắm vào rãnh cam của miếng cam nhựa 1. Lá tiếp điểm giữa của loại cảm biến âm chờ đƣợc nối mát, còn của loại cảm biến dƣơng chờ đƣợc nối với nguồn dƣơng (+B hoặc 5V) Hình 2.3: Cảm biến bướm ga loại công tắc 1. cam rãnh bằng nhựa 2. Các lá lò xo gắn tiếp điểm Hình 2.4: Mạch điện cảm biến bướm ga loại âm chờ (a) và loại dương chờ (b) Nguyên lý làm việc: Khi trục bƣớm ga xoay theo mức mở bƣớm ga, cam nhựa cũng xoay theo một góc tƣơng ứng làm cho lá tiếp điểm E hoặc TL bị đẩy sang bên này hoặc bên kia. Ở chế độ không tải (cầm chừng) bƣớm ga đóng ( góc mở <50) thì tiếp điểm di động E hoặc TL sẽ tiếp xúc với tiếp điểm IDL và tín hiệu điện áp tại giắc IDL báo cho ECU biết động cơ đang hoạt động chế độ không tải . Tín hiệu này dùng để cắt nhiên liệu khi động cơ giảm tốc đột ngột. Ở chế độ tải lớn, bƣớm ga mở 500-700 ( tùy từng loại động cơ) so với vị trí đóng hoàn toàn, tiếp điểm di động E hoặc TL tiếp xúc với tiếp điểm toàn tải PSW và tín hiệu điện 13 áp tại giắc PSW báo cho ECU biết động cơ đang hoạt động chế độ tải lớn để ECU điều khiển phun xăng tăng thêm nhằm phát huy công suất của động cơ. 2.2.2. Cảm biến bƣớm ga loại biến trở Hình 2.5:Cảm biến bướm ga loại biến trở Cấu tạo loại này có một hoặc hai con trƣợt, ở mỗi đầu con trƣợt đƣợc thiết kế những tiếp điểm để trƣợt trên mạch điện trở than. Mạch điện trở than đƣợc gắn trên miến nhựa lắp với trục bƣớm ga. Tùy loại cảm biến mà các con trƣợt có thể đƣợc đấu với giắc (hoặc các giắc) VC, VTA, E2 và IDL, trong đó: VC- Điện áp ổn áp 5V từ ECU; E2- Mát; VTA- Tín hiệu ra của cảm biến; IDL- Tín hiệu không tải. Khi bƣớm ga mở, con trƣợt trƣợt trên điện trở than và tạo ra điện áp tăng dần ở giắc VTA tƣơng ứng với góc mở của bƣớm ga. Khi bƣớm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm không tải IDL nối với cực E2. Trên đa số các xe, cảm biến bƣớm ga loại biến trở chỉ có 3 dây VC, VTA và E2 mà không có dây IDL. 2.2.3. Cảm biến bƣớm ga loại Hall a) b) c) Hình 2.6: Cảm biến bướm ga loại Hall a- Cấu tạo. b- Sơ đồ mạch. c- Đặc tính Cấu tạo cơ bản gồm hai IC Hall đƣợc lắp cố định trên một nắp nhựa của cụm bƣớm ga và đƣợc cấp nguồn 5V qua chân VC và E ,đầu ra của cảm biến là VTA1 và VTA2. Hai miếng nam châm vĩnh cửu đƣợc gắn trên trục bƣớm ga và lồng vào phía ngoài các IC Hall 14 thông qua một khe hở nhỏ. Để đảm bảo độ tin cậy cao hơn, phải cung cấp nguồn độc lập cho từng IC Hall. Hoạt động: Khi bƣớm ga mở, trục bƣớm ga xoay kéo theo các nam châm xoay quanh các IC Hall. Từ thông của các nam châm tác động đến các IC Hall thay đổi và dẫn đến điện áp tại các đầu ra VTA1, VTA2 thay đổi theo góc mở bƣớm ga. Một số loại cảm biến bƣớm ga có thêm giắc tín hiệu cháy nghèo LSW hoặc các giắc phụ L1, L2, L3 , ACC1 và ACC2 dùng để điều khiển số tự động hoặc hệ thống phanh ABS. 2.3. Cảm biến bàn đạp ga Trên động cơ ôtô thƣờng sử dụng 2 loại cảm biến chân ga đó là: cảm biến chân ga loại tuyến tính và cảm biến chân ga loại hall. 2.3.1. Cảm biến chân ga loại tuyến tính: (Pedal position sensor- PPS) Cảm biến này đƣợc lắp đặt rất chính xác vào chân ga. Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này giống với cảm biến bƣớm ga loại tuyến tính. Trong các tín hiệu từ cảm biến này gửi tới ECU, một tín hiệu là VPA truyền điện áp thay đổi tuyến tính với góc đạp chân ga. Tín hiệu thứ hai (VPA2) là tín hiệu bù của tín hiệu VPA. a b c Cấu tạo. b- Sơ đồ mạch. c-Đườngđặc tuyến Hình 2.7: Cảm biến chân ga loại tuyến tính 2.3.2. Cảm biến chân ga loại Hall Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này giống nhƣ cảm biến bƣớm ga loại Hall. 15 Hình 2.8: Cảm biến chân ga loại Hall 2.4. Cảm biến mức nhiên liệu Một phần tử lƣỡng kim đƣợc gắn ở đồng hồ chỉ thị và một biến trở trƣợt kiểu phao đƣợc dùng ở cảm biến mức nhiên liệu. Hình 2.9: Bơm xăng Hình 2.10: Cấu tạo bơm xăng Biến trở trƣợt kiểu phao bao gồm một phao dịch chuyển lên xuống cùng với mức nhiên liệu. Thân bộ cảm nhận mức nhiên liệu có gắn với điện trở trƣợt, và đòn phao nối với 16 điện trở này. Khi phao dịch chuyển, vị trí của tiếp điểm trƣợt trên biến trở thay đổi làm thay đổi điện trở. Vị trí chuẩn của phao để đo đƣợc đặt hoặc là vị trí cao hơn hoặc là vị trí thấp hơn của bình chứa. Do kiểu đặt ở vị trí thấp chính xác hơn khi mức nhiên liệu thấp, nên nó đƣợc sử dụng ở những đồng hồ có dãi đo rộng nhƣ đồng hồ hiển thị số. 2.5. Cảm biến góc đánh lái Hình 2.11: Vị trí cảm biến góc lái Cảm biến lái loại quang có cấu tạo gồm một đĩa cảm biến có khóet rãnh đƣợc lắp trên cột lái và quay cùng tốc độ với cột lái. Khối nhận tín hiệu gồm 3 bộ led và photo transistor, vi trí cặp led và photo transsitos giữa tƣơng ứng với trƣờng hợp xe đi thẳng, vi trí cặp led và photo transsitos bên phải tƣơng ứng với trƣờng hợp quay lái sang phải, vi trí cặp led và photo transsitos bên trái tƣơng ứng với trƣờng hợp quay lái sang trái. Đặc trƣng của các phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào nó sẽ trở nên dẫn điện và ngƣợc lại, khi không có dòng ánh sáng chiếu vào nó sẽ không dẫn điện. Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc váo cƣờng độ dòng ánh sáng. Hình 2.12: Nguyên lý làm việc của cảm biến góc lái Khi dĩa cảm biến quay cùng với cột lái, dòng ánh sáng phát ra từ led sẽ bị ngắt quãng làm cho phần tử cảm quanh dẫn ngắt liên tục tạo ra các xung vuông làm tín hiệu để xác định chiều quay lái, vận tốc góc của vô lăng, mô men cản trên vô lăng. 17 Xung incremental Encoder: Hình 2.13: Hình xung Encoder Ta thấy rằng nếu nhƣ khi xung ST 1 đang từ mức thấp xuống mức cao, mà lúc đó ST 2 đang ở mức thấp, thì chúng ta sẽ xác định đƣợc chiều chuyển động của encoder theo chiều mũi tên (quay sang trái). Nếu ST 1 đang từ mức cao xuống mức thấp, mà ST 2 đang ở mức cao, thì chúng ta sẽ biết encoder đang quay theo chiều mũi tên (quay sang phải). 2.6. Cảm biến độ cao thân xe Cảm biến này phát hiện độ cao thân xe trong việc điều khiển khoảng sáng gầm xe để tăng tính ổn định ở tốc độ cao. Đồng thời cảm biến này còn phát hiện sự nảy đuôi xe hoặc đầu xe trong trƣờng hợp tăng tốc nhanh hoặc phanh gấp để giúp hệ thống treo điện tử có điều khiển độ cứng các phần tử đàn hồi phù hợp sao cho xe ổn định khi tăng tốc nhanh và phanh gấp. 2.6.1. Cảm biến loại Hall 1. Đòn xoay(pivot lever); 2. Giá treo nối với đòn treo dưới; 3.Giá treo nối với khung; 4. Cảm biến độ cao thân xe; 5. Cần dẫn Hình 2.14: Cảm biến độ cao thân xe Cấu tạo: ST 1 ST 2 ST N 18 Đòn xoay (pivot lever) xoay tƣơng ứng với độ cao thân xe, thông qua trục dẫn động 2 làm xoay giá 4 và xoay nam châm hình xuyến 6 đƣợc gắn trên giá này. IC Hall đƣợc gắn trên stator 5 sẽ sinh ra điện áp Hall có độ lớn tƣơng ứng với lƣợng từ thông của các nam châm xuyên qua nó. Khi trục 2 xoay theo sự thay đổi độ cao thân xe dẫn đến xoay giá 4 và xoay các nam châm, từ thông của các nam châm xuyên qua IC Hall thay đổi sẽ dẫn đến điện áp Hall thay đổi theo. Hình 2.15: Cấu tạo cảm biến độ cao thân xe Hình 2.16: Đặc tính đầu ra của cảm biến 2.6.2. Cảm biến loại biến trở Cảm biến này chuyển đổi các biến động về chiều cao của xe thành những thay đổi về góc quay của thanh liên kết. Khi đó kết quả thay đổi đƣợc phát hiện dƣới dạng thay đổi điện áp. Khi xe trở nên cao hơn thì điện áp tín hiệu cũng cao hơn; khi xe trở nên thấp hơn thì điện áp tín hiệu cũng tụt xuống. 19 Hình 2.17: Cảm biến điều chỉnh chiều cao xe 2.7. Cảm biến khoảng cách (ultrasonic sensor) Cảm biến khoảng cách loại siêu âm này dùng để xác định khoảng cách từ ô tô tới các chƣớng ngại vật và thăm dò khoảng cách an toàn phía trƣớc và phía sau của ô tô khi ra vào chuồng. Hình 2.18: Mặt cắt cảm biến Cảm biến với vỏ nhựa đƣợc tích hợp giắc cắm, bộ phát sóng siêu âm (là màng nhôm có gắn phần tử áp điện), một bản mạch pcb. Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý xung phản hồi. Nhận xung điều khiển từ ECU, trong khoảng thời gian 300 micro giây, mạch điều khiển của cảm biến kích hoạt màng nhôm bằng một xung vuông ở tần số cộng hƣởng và khiến nó sinh ra sóng siêu âm. Xung phản hồi từ vật cản sẽ đập trở lại màng nhôm và đƣợc truyền trở lại mạch tạo dao động. Trong khoảng thời gian (khoảng 900 micro giây) từ lúc nhận tín hiệu phản hồi cho đến khi ngừng dao động thì không tiếp nhận thêm sóng phản hồi nào nữa. Phần tử áp điện trong bộ tạo dao động sẽ tạo ra tín hiệu dạng tƣơng tự, sau đó tín hiệu này đƣợc khuếch đại và số hoá ở mạch điều khiển của cảm biến. 20 Hình 2.19: Sơ đồ khối cảm biến 21 CHƢƠNG 3: CẢM BIẾN TỐC ĐỘ 3.1. Cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí trục cam 3.1.1. Cảm biến loại từ- điện Loại nam châm đứng yên : Cảm biến bao gồm một rotor có số cánh phát xung tƣơng ứng với số xylanh động cơ (cũng có loại 1 ,2 hoặc 3 cánh phát xung), một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ ghép với một thanh nam châm vĩnh cửu. Cuộn dây và lõi sắt đƣợc đặt cách các cánh phát xung của rotor một khe nhỏ (0,20,4mm) và đƣợc cố định trên vỏ bộ chia điện. Khi rotor quay, các cánh phát xung lần lƣợt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn phát xung. Hình 3.1: Cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên Khi cánh phát xung ở vị trí nhƣ hình 2.2.A , điện áp trên cuộn phát xung bằng 0. Khi cánh phát xung tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa cánh phát xung và lõi thép giảm dần và từ trƣờng mạnh dần lên. Sự biến thiên của từ thông xuyên qua cuộn phát xung sẽ tại ra sức điện động e ( hình 2.3). dt d ke   .. Trong đó: k : hệ số phụ thuộc chất liệu từ của lõi thép và khe hở giữa lõi thép và cánh phát xung.  : số vòng dây của cuộn phát xung. n : tốc độ quay của rotor. td d : tốc độ biến thiên của từ thông trong lõi thép. 22 Khi cánh phát xung của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trƣờng bằng 0 và sức điện động trong cuộn phát xung nhanh chóng giảm về 0 ( hình 2.2. C). Khi cánh phát xung đi xa lõi thép ( hình 2.2. D), từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điện động xuất hiện trong cuộn phát xung có chiều ngƣợc lại (xung âm). Ở chế độ khởi động, sức điện động phát ra rất nhỏ, chỉ vào khoảng 0,5 (V). Ở tốc độ cao lên khoảng vài chục V. Hình 3.2: Vị trí tương đối của rotor và cuộn dây nhận tín hiệu. Hình 3.3: Nguyên lý làm việc của cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên. Hình 3.3 mô tả quá trình biến thiên của từ thông lõi thép và xung điện áp ở hai đầu ra của cuộn phát xung. Xung này có dạng nhọn. Loại nam châm quay: Đối với loại này, nam châm đƣợc gắn trên rotor, còn cuộn phát xung đƣợc quấn quanh một lõi thép và cố định trên vỏ bộ chia điện. Khi nam châm quay, từ thông xuyên qua cuộn phát xung biến thiên tạo nên một sức điện động trong cuộn phát xung. Do từ thông qua cuộn phát xung đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn phát xung lớn. Ở chế độ cầm chừng, tín hiệu điện áp ra khoảng 2(V) . Xung điện áp có dạng trên hình 2.48. 23 Hình 3.4: Cảm biến từ điện loại nam châm quay cho loại động cơ 8 xylanh. 1 . Rotor nam châm ; 2. Lõi thép từ ; 3.Cuộn phát xung. Một số kiểu cảm biến từ- điện phổ biến trên thị trƣờng Cảm biến từ điện phổ biến trên thị trƣờng chia làm 3 kiểu: kiểu đặt trong bộ chia điện, kiểu đặt ở đầu trục khuỷu, trục cam và kiểu tách rời. Kiểu lắp trong bộ chia điện: Hình 3.5: Kiểu cảm biến lắp trong bộ chia điện Đối với kiểu này cảm biến vị trí trục cam (G) và cảm biến tốc độ động cơ (NE) đều đƣợc lắp trong bộ chia điện. Số lƣợng cánh phát xung của rotor và số lƣợng cuộn phát xung cho từng loại động cơ và từng hãng có thể khác nhau. Trên các hình 2.5, 2.6,2.7 là kết cấu và dạng xung (tín hiệu) của bộ cảm biến G và NE tiêu biểu của dòng TOYOTA. Xung (tín hiệu) G báo cho ECU biết góc trục quay trục cam, tức là kỳ của các xylanh trong động cơ để xác định thời điểm đánh lửa so với điểm chết trên (TDC) của mỗi xylanh. Các bộ phận để tạo xung (tín hiệu) G gồm: 24 Rotor tín hiệu G có 4 cánh phát xung, đƣợc gắn vào trục của bộ chia điện và quay 1 vòng khi trục khuỷu quay 2 vòng. Cuộn phát xung G, đƣợc lắp bên trong vỏ của bộ chia điện. Rotor có 4 cánh phát xung và kích hoạt cuộn phát xung 4 lần trong mỗi vòng quay trục bộ chia điện, tạo ra tín hiệu dạng xung nhƣ hình 2.6. Từ tín hiệu này, ECU nhận biết đƣợc piston nào gần điểm chết trên (TDC) để điều khiển đánh lửa. Xung (tín hiệu) NE đƣợc ECU động cơ sử dụng để nhận biết tốc độ động cơ. Tín hiệu NE đƣợc sinh ra trong cuộn phát xung nhờ cánh phát xung giống nhƣ khi tạo ra tín hiệu G. Chỉ có sự khác biệt duy nhất là rotor cảm biến NE có 24 cánh phát xung. Nó kích hoạt cuộn phát xung 24 lần trong một vòng quay của trục bộ chia điện (tƣơng ứng với 2 vòng quay của trục khuỷu động cơ), tạo ra tín hiệu dạng xung nhƣ hình 2.7. Từ các tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết tốc độ đông cơ cũng nhƣ từng thay đổi 300 một của góc quay trục khuỷu . Kiểu lắp ở đầu trục cam : Kết cấu và hoạt động của kiểu lắp ở đầu trục cam giống nhƣ kiểu lắp trong bộ chia điện, nhƣng phía trên rotor cảm biến G không có con quay chia điện và nắp chia điện. Hình 3.7: Cảm biến NE và xung tín hiệu Cuộn phát xxxung Rot or cảm biến NE Hình 3.6: Cảm biến G và xung tín hiệu Cuộn phát xung R otor G 25 Kiểu lắp trên trục cam và trục khuỷu: So với các loại khác, cảm biến G và NE loại tách rời khác về vị trí lắp đặt của cảm biến, nhƣ trong hình 2.9. Tuy nhiên, chức năng cơ bản là giống nhau. Chuyển động quay của cánh phát xung G trên trục cam và cánh phát xung NE trên trục khuỷu làm thay đổi khe hở không khí giữa các cánh phát xung và cuộn phát xung. Sự thay đổi này tạo ra sự biến thiên của từ trƣờng trong cuộn phát xung, làm xuất hiện các xung G và NE theo nguyên lý cảm ứng từ điện đã nêu trên. Hình 3.9: Cảm biến G và NE loại tách rời Cảm biến vị trí trục cam (G) Hình 3.10: Cảm biến vị trí trục cam (G) và xung tín hiệu Hình 3.8: Cảm biến G và NE lắp ở trục cam. 26 Trên trục cam đối diện với cuộn phát xung của cảm biến vị trí trục cam có các cánh phát xung. Số cánh phát xung là 1 hoặc 3 hoặc một số khác tùy theo kiểu động cơ ( trong hình 2.11 có 3 cánh phát xung). Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE) Hình 3.11: Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE) và xung tín hiệu Trên trục khuỷu, đối diện với cuộn phát xung của cảm biến vị trí trục khuỷu có một rotor với 34 cánh phát xung chia đều trên chu vi và một khu vực có hai cánh khuyết. Khu vực có 2 cánh khuyết này có thể đƣợc sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu nhƣng nó không thể xác định xem đó là điểm chết trên (TDC) của chu kỳ nén hoặc của kỳ xả. ECU động cơ kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G để xác định đầy đủ và chính xác góc của trục khuỷu ứng với điểm chết trên của xilanh số 1. Ngoài loại này, một số bộ cảm biến có rotor với 12, 24 cánh phát xung.. , và độ chính xác của việc phát hiện góc của trục khuỷu sẽ thay đổi theo số cánh phát xung. Ví dụ: loại 12 cánh phát xung có độ chính xác về phát hiện góc trục khuỷu là 300. 3.1.2. Cảm biến loại quang- điện Cảm biến quang gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang : Loại sử dụng một cặp LED - photo transistor. Loại sử dụng một cặp LED – photo diode. Phần tử phát quang (LED – lighting emission diode) và phần tử cảm quang (photo transistor hoặc photo diode ) đƣợc đặt trong một cụm bao kín (có thể lắp trong bộ chia điện hoặc lắp ở trục cam). Đĩa cảm biến (đĩa tạo xung) đƣợc gắn vào trục và có số rãnh xẻ tùy theo loại động cơ (Hình 2.12) 27 Điểm đặc biệt của hai loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào, nó sẽ trở nên dẫn điện và ngƣợc lại. Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cƣờng độ ánh sáng. Hình 3.12: Nguyên lý làm việc của cảm biến quang Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng từ LED (phần tử phát quang) chiếu rọi về phía phần tử cảm quang sẽ bị ngắt quãng tạo ra hiện tƣợng dẫn - ngắt điện và bộ phận chuẩn xung sẽ tạo ra các xung vuông. Hình dạng và vị trí của các rãnh xẻ trên đĩa cảm biến sẽ quyết định biên dạng xung. Tùy từng hệ thống đánh lửa mà ngƣời ta thiết kế đĩa có các kiểu xẻ rãnh khác nhau (Hình 3.13) Hình 3.13: Hình dạng đĩa cảm biến và xung tín hiệu a : Đĩa cảm biến và hai xung đơn NE và G b : Đĩa cảm biến và xung kép NE và TDC Một số kiểu cảm biến quang- điện phổ biến trên thị trƣờng 28 Kiểu lắp trong bộ chia điện Hình 3.14: Cảm biến quang lắp trong bộ chia điện Kiểu lắp ở đầu trục cam Hình 3.15: Cảm biến quang lắp ở đầu trục khuỷu 3.1.3. Cảm biến loại Hall Một số loai cảm biến Hall (cảm biến tốc độ động cơ NE, cảm biến vị trí trục cam G, cảm biến bƣớm ga, cảm biến chân ga, cảm biến tốc độ bánh xe ) dựa trên nguyên lý của hiệu ứng Hall. Hiện tƣợng sau đây đƣợc gọi là hiệu ứng Hall (tên của ngƣời đã khám phá ra hiện tƣợng này). Một tấm bán dẫn loại n có kích thƣớc nhƣ hình 2.16 đƣợc đặt trong từ trƣờng đều sao cho vector cƣờng độ từ trƣờng B vuông góc với bề mặt của tấm bán dẫn . Khi cho dòng điện Iv đi qua tấm bán dẫn có chiều từ trái qua phải, các hạt điện tử dịch chuyển với tốc độ V trong tấm bán dẫn sẽ bị tác dụng bởi lực Lawrence là tích có hƣớng của hai vector V và B và chiều hƣớng từ dƣới lên trên. 29 F =q .  VB. Vector B vuông góc với vector V ta có thể viết: FL = q.B.v Trong đó: q là điện tích của hạt. Nhƣ vậy, dƣới tác dụng của lực Lawrence, các hạt điện tử sẽ bị dịch lên phía trên của tấm bán dẫn khiến giữa hai bề mặt A1 và A2 xuất hiện hai lớp điện tích trái dấu. Sự xuất hiện hai lớp điện tích trái dấu này tạo ra một điện trƣờng E giữa hai bề mặt A1và A2, ngăn cản quá trình dịch chuyển của các hạt điện tử, do chúng bị tác dụng bởi lực Coulomb Fc. Fc= q.E Khi đạt trạng thái cân bằng, giữa hai bề mặt A1 và A2 của tấm bán dẫn sẽ xuất hiện một hiệu điện thế ổn định UH Khi cân bằng ta có: FL = FC  q. E = q.B.v  E = B.v  a UH = B.v  UH = B.v.a (3.1) Từ định nghĩa cƣờng độ dòng điện ta có Iv = j.S hay : Iv = q..v.a.d  v = d.a.v..q I v  (3.2) Trong đó: j : Vectơ mật độ dòng điện. Hình 3.16: Hiệu ứng Hall và một số kiểu cảm biến Hall 30  : Mật độ của hạt điện tử. d : Bề dầy của tấm bán dẫn. a : Chiều cao của tấm bán dẫn. Thay (3.2) vào (3.1) ta đƣợc: dq IB U H .. .   Điện áp UH chỉ vào khoảng vài trăm mV. Nếu dòng điện Iv đƣợc giữ không đổi thì khi thay đổi từ trƣờng B, điện thế UH sẽ thay đổi. Sự thay đổi từ trƣờng làm thay đổi điện áp UH tạo ra các xung điện áp đƣợc ứng dụng trong cảm biến Hall. Để tạo ra cảm biến Hall ngƣời ta phải chế tạo IC Hall, đó là một mạch IC tổ hợp gồm mạch ổn áp 5(V), mạch khếch đại tín hiệu Hall và mạch biến đổi xung đầu ra. Cảm biến Hall với kiểu lắp trong bộ chia điện hoặc lắp ở đầu trục cam, trục khủy và trên đầu bánh đà có cấu trúc cơ bản nhƣ trên hình 2.17. Để chế tạo 1 cảm biến Hall lắp trong bộ chia điện thì IC Hall đƣợc gắn vào một khung dẫn từ và một nam châm vĩnh cửu cũng đƣợc gắn vào khung dẫn từ đối diện với IC Hall cách nhau một khe hở đủ để cánh chắn từ (cánh phát xung) quay. Hoạt động của cảm biến Hall có thể tóm tắt nhƣ sau: Hình 3.18: Các trạng thái làm việc của cảm biến Hall Hình 3.17: Cấu tạo của cảm biến Hall 1 . Khung dẫn từ 2 . Cánh phát xung 3 . IC Hall 4 . Nam châm vĩnh cửu 31 1 3 2 12V 5VR1 B Vra E R2 Khi cánh chắn từ không nằm trong khe hở giữa IC Hall và nam châm (vị trí B), từ trƣờng sẽ xuyên qua khe hở tác động lên IC Hall làm xuất hiện điện áp Hall UH . Điện áp Hall rất nhỏ sẽ đƣợc khuyếch đại bởi OP- AMP để điều khiển Transistor, làm Transistor dẫn (ON). Kết quả là đƣờng dây tín hiệu Vra đƣợc thông với Mát E và điện áp của tín hiệu ra sẽ bằng 0V. Khi cánh chắn từ nằm chắn khe hở giữa IC Hall và nam châm thì từ trƣờng của nam châm vĩnh cửu bị cánh chắn, không tác động lên IC Hall làm Transistor ngắt (OFF), tín hiệu điện áp ở ngõ ra Vra là 5(V). Xung của cảm biến Hall gửi về ECU có dạng xung vuông (hình 3.19). Một số kiểu cảm biến Hall phổ biến trên thị trƣờng Kiểu lắp trong bộ chia điện : Kiểu lắp trên trục cam, trục khuỷu : Hình 3.21: Cảm biến Hall lắp trong bộ chia điện Hình 3.19: Cấu trúc mạch điện của cảm biến Hall 1 . Phần tử Hall; 2 . Ổn áp 3 . OP –AMP; 4 . Bộ xử lý tín hiện Hình 3.20: Dạng xung của cảm biến Hall 32 Hình 3.22: Cảm biến Hall lắp trên trục cam, trục khuỷu 3.3. Cảm biến tốc độ ô tô (Vehicle Speed Sensor- VSS): Cảm biến tốc độ ôtô dùng để báo tốc độ thực của xe.Cảm biến này truyền tín hiệu SPD đến ECU để điều khiển phun xăng, điều khiển số tự động điện tử (nếu có), điều khiển hệ thống treo, lái tự động... Có 4 loại cảm biến tốc độ ôtô: Loại công tắc lƣỡi gà, loại từ điện, loại quang điện, loại mạch từ trở MRE. 3.2.1. Loại công tắc lƣỡi gà Hình 3.23: Cảm biến tốc độ ôtô loại công tắc lưỡi gà Cảm biến này gồm một ống thủy tinh, trong đó lắp một cặp tiếp điểm nhiễm từ (đƣợc gọi là công tắc lƣỡi gà) lắp cố định ở phía sau đồng hồ tốc độ ôtô (công tơ mét). Hai miếng nam châm đƣợc lắp trên một mâm quay và lắp vào trục cáp mềm của đồng hồ tốc độ nhƣ trong hình 2.55. Khi ôtô chuyển động, dây cáp mềm của đồng hồ tốc độ truyền tốc độ quay lên đồng hồ và làm quay mâm nam châm, lực từ trƣờng của các nam châm tác động lên các tiếp điểm lƣỡi gà làm cho công tắc lƣỡi gà đóng và mở bốn lần trong mỗi vòng quay của cáp đồng hồ tốc độ và tạo ra chuỗi xung vuông 5 V hoặc 12 V (tùy vào nguồn điện áp cấp vào công tắc lƣỡi gà). 3.2.2. Loại cảm biến từ điện Nguyên lý hoạt động của cảm biến này giống nhƣ cảm biến đánh lửa loại từ điện 33 Hình 3.24: Cảm biến tốc độ ôtô loại từ điện Cánh phát xung của cảm biến đƣợc lắp vào trục thứ cấp hộp số, cuộn phát xung đƣợc lắp trên vỏ hộp số và phát hiện tốc độ quay của trục thứ cấp hộp số bằng cách tạo ra chuỗi xung xoay chiều tỷ lệ với vận tốc của ôtô. 3.2.3. Loại cảm biến quang điện Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến này cũng giống nhƣ cảm biến đánh lửa loại quang Hình 3.25: Cảm biến tốc độ ôtô loại quang điện Cảm biến này đƣợc đặt trong cụm đồng hồ ở bảng táplô và có cánh phát xung đƣợc xẻ 20 khe. Xung vuông 5V hoặc 12V của cảm biến có tần số tỷ lệ với vận tốc của ôtô. 3.2.4. Cảm biến tốc độ ôtô loại MRE Hình 3.26: Cảm biến tốc độ loại MRE +V -V Ở tốc độ cao Ở tốc độ thấp 0 34 Cảm biến này đƣợc lắp trong hộp số hoặc hộp số phụ,và đƣợc dẫn động bởi trục thứ cấp. Cảm biến có cấu tạo gồm một mạch tích hợp HIC sử dụng mạch cầu điện trở từ MRE và các vòng từ tính. MRE là một mạch cầu có bốn cuộn dây. Khi vòng từ tính qoay, từ thông biến thiên qua các cuộn dây này, sẽ cảm ứng ra các suất điện động làm cho điện thế tại các điểm giữa của hai nhánh thay đổi. Một bộ so sánh khuếch đại sẽ căn cứ vào sự chênh lệch điện áp tại 2 điểm giữa này (điểm 2 và 4) sẽ tạo ra các xung vuông để điều khiển một bóng công suất. Tần số của xung này bằng số cực của các nam châm gắn vào vòng từ tính. Có hai loại vòng từ tính, loại 20 cực và loại 4 cực. Hình 3.27: Nguyên lý hoạt động loại MRE Các mạch ra của cảm biến gồm có loại điện áp và loại biến trở Loại điện áp Loại biến trở Hình 3.28: Sơ đồ mạch của cảm biến MRE 35 CHƢƠNG 4: CẢM BIẾN LƢU LƢỢNG GIÓ Cảm biến khí nạp đƣợc sử dụng để phát hiện khối lƣợng hoặc thể tích không khí nạp. Tín hiệu khối lƣợng hoặc thể tích không khí nạp đƣợc ECU sử dụng để tính toán lƣợng phun nhiên liệu cơ bản và góc đánh lửa sớm (hoặc phun dầu sớm đối với động cơ điêzen) cơ bản. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp chủ yếu đƣợc chia thành 2 loại : đo lƣu lƣợng với thể tích dòng khí (cánh trƣợt, Karman..) và đo lƣu lƣợng bằng khối lƣợng dòng khí (dây nhiệt). 4.1.Cảm biến khí nạp (cảm biến gió) kiểu cánh trƣợt Cảm biến gió kiểu cánh trƣợt đƣợc sử dụng trên hệ thống L- Jetronic để nhận biết thể tích gió nạp vào xylanh động cơ. Nó là một trong những cảm biến quan trọng nhất. Tín hiệu thể tích gió đƣợc sử dụng để tính toán lƣợng xăng phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản. Hoạt động của nó dựa vào nguyên lý dùng điện áp kế có điện trở thay đổi kiểu trƣợt. Hình 4.1: Cấu tạo và đặc tính của cảm biến kiểu cánh trượt Cảm biến gió kiểu cánh trƣợt gồm: Cánh gió đƣợc giữ bằng 1 lò xo hoàn lực, cánh giảm chấn, buồng giảm chấn, vít chỉnh thành phần hòa khí ở chế độ không tải (cầm chừng), mạch rẽ phụ, điện áp kế kiểu trƣợt (biến trở) đƣợc gắn đồng trục với cánh đo gió và một công tắc bơm xăng Lƣợng gió vào động cơ nhiều hay ít phụ thuộc vào vị trí cánh bƣớm ga và tốc độ động cơ. Khi gió nạp đi qua cảm biến gió từ lọc gió nó sẽ mở dần cánh đo. Khi lực tác động lên cánh đo cân bằng với lực lò xo thì cánh đo sẽ đứng yên. Cánh đo và điện áp kế đƣợc thiết kế đồng trục nhằm mục đích chuyển góc mở cánh đo gió thành tín hiệu điện áp nhờ điện áp kế. Có hai loại cảm biến gió kiểu cánh trƣợt, chỉ khác nhau về bản chất mạch điện: Loại 1: 36 Hình 4.2: Cảm biến gió loại điện áp tăng Điện áp đầu ra của cảm biến (đầu giắc VS và E2) tăng khi lƣợng khí nạp tăng, chủ yếu dùng cho loại L-Jetronic đời cũ. Loại này đƣợc cung cấp điện áp ắc quy 12 (V) tại giắc VB. VC có điện áp không đổi nhƣng nhỏ hơn điện áp ở giắc VS . ECU so sánh điện áp ắc quy (VB) với độ chênh điện áp giữa VC và VS để xác định lƣợng gió nạp theo công thức: Trong đó: G là lƣợng gió nạp. Nếu cực VC bị đoản mạch lúc đó G tăng, ECU điều khiển lƣợng phun cực đại , bất chấp sự thay đổi tín hiệu VS. Điều này có nghĩa là: khi động cơ ở ở chế độ không tải, nhiên liệu đƣợc phun quá nhiều và động cơ sẽ bị ngộp (sặc) xăng dẫn tới ngừng hoạt động. Nếu cực VS bị đứt mạch VC sẽ luôn cực đại làm cho G giảm lúc này ECU sẽ điều khiển lƣợng phun nhiện liệu giảm đi mặc dù có sự thay đổi tín hiệu VS. Loại 2: Điện áp VS giảm khi lƣợng khí nạp tăng. Với loại này ECU sẽ cung cấp điện áp 5V đến cực VC. Điện áp ra VS thay đổi và giảm theo góc mở của cánh đo. Hình 4.3: Cảm biến gió loại điện áp giảm 4.2. Cảm biến khí nạp loại xoáy lốc Karman Loại cảm biến này có 2 kiểu: Kiểu quang và kiểu siêu âm Cảm biến khí nạp Karman kiểu quang : 37 Loại cảm biến đo lƣu lƣợng gió kiểu quang đo trực tiếp thể tích khí nạp (gió). So với kiểu trƣợt, nó có ƣu điểm là nhỏ gọn và nhẹ hơn. Ngoài ra, cấu trúc đƣờng ống đơn giản sẽ giảm lực cản trên đƣờng ống nạp. Cảm biến khí nạp Karman kiểu quang gồm một trụ đứng đóng vai trò của bộ tạo dòng xoáy, ở giữa dòng khí nạp. Khi dòng khí đi qua, sự xoáy lốc sẽ đƣợc hình thành phía sau bộ tạo xoáy còn gọi là các dòng xoáy Karman. Hình 4.4 :Cấu tạo và dạng xung của cảm biến khí nạp Karman kiểu quang Các dòng xoáy Karman đi theo rãnh trích gió làm cho một gƣơng mỏng đặt phía trên cửa trích gió lắc nghiêng, thay đổi hƣớng phản chiếu tia sáng từ đèn Led đến Photo- transistor. Nhƣ vậy, tần số đóng mở (ON/OFF) của transistor này sẽ thay đổi theo lƣu lƣợng khí nạp, tần số f đƣợc xác định bởi công thức sau: d V .Sf  Trong đó: V : Vận tốc dòng khí D : Đƣờng kính ống S : Số struhall ( S=0,2 đối với cảm biến này) Căn cứ vào tần số f, ECU xác định thể tích tƣơng ứng của không khí đi vào các xylanh, từ đó tính ra lƣợng xăng phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản. Khi lƣợng gió vào ít tấm gƣơng lắc nghiêng với tần số thấp và photo-transistor sẽ đóng mở tần số f thấp. Ngƣợc lại, khi lƣợng gió vào nhiều, gƣơng lắc nghiêng nhanh và tần số f cao. 38 Hình 4.5 :Dạng xung và đặc tính của cảm biến khí nạp Karman kiểu quang Mạch điện của cảm biến Karman kiểu quang Hình 4.6: Mạch điện cảm biến khí nạp Karman kiểu quang Cảm biến khí nạp Karman kiểu siêu âm : Cảm biến khí nạp (cảm biến gió) Karman kiểu siêu âm đƣợc sử dụng chủ yếu trên xe của các hãng: Misubishi, Huyndai có cấu trúc tạo xoáy tƣơng tự loại quang nhƣng việc đo tần số xoáy lốc đƣợc thực hiện thông qua sóng siêu âm, nó gồm các bộ phận sau - Lỗ định hƣớng : Phân bố dòng khí đi vào. - Cục tạo xoáy : Tạo dòng xoáy lốc Karman. - Bộ khếch đại : Tạo ra sóng siêu âm. - Bộ phát sóng : Phát các sóng siêu âm. - Bộ nhận sóng : Nhận các sóng siêu âm. - Bộ điều chỉnh xung: Chuyển đổi các sóng siêu âm đã nhận đƣợc thành các xung điện dạng số. 39 Hình 4.7: Cấu tạo cảm biến khí nạp Karman kiểu siêu âm Khi dòng khí đi qua cục tạo xoáy dạng cột với mặt cắt hình tam giác, nó sẽ tạo ra hai dòng xoáy ngƣợc chiều nhau: một dòng theo chiều kim đồng hồ và dòng kia ngƣợc chiều kim đồng hồ (dòng xoáy Karman). Tần số xuất hiện dòng xoáy tỉ lệ thuận với lƣu lƣợng khí nạp tức phụ thuộc vào độ mở của cánh bƣớm ga. Hình 4.8: Cánh tạo xoáy lốc và nguyên lý phát xung Khi không có dòng khí đi qua thì cục tạo xoáy không thể phát ra dòng xoáy Karman, vì thế sóng siêu âm đƣợc lan từ bộ phận phát sóng (loa) đến bộ phận nhận sóng (mirco) trong một thời gian cố định T, đƣợc dùng làm thời gian chuẩn để so . Sóng siêu âm khi gặp dòng xoáy theo chiều kim đồng hồ đi qua sẽ truyền đến bộ phận nhận nhanh hơn, tức thời gian để sóng siêu âm đi qua đƣờng kính d của ống gió T1 ngắn hơn thời gian tiêu chuẩn T. Trong trƣờng hợp sóng siêu âm gặp dòng xoáy ngƣợc chiều kim đồng hồ, thời gian để bộ nhận sóng nhận đƣợc tín hiệu từ bộ phát là T2 lớn hơn thời gian chuẩn T . Nhƣ vậy, khi không khí đi vào xylanh, do các dòng xoáy thuận và ngịch chiều kim đồng hồ liên tục đi qua giữa bộ phát và bộ nhận nên thời gian đo sẽ đƣợc thay đổi. Cứ mỗi lần thời gian sóng truyền thay đổi từ T2 đến T, bộ chuyển đổi phát ra một xung vuông. Khi gió vào nhiều thì sự thay đổi về thời gian sẽ nhiều hơn và bộ điều chỉnh phát xung sẽ phát ra xung vuông với tần số lớn hơn. Ngƣợc lại, khi gió vào ít, ECU nhận đƣợc các xung vuông có mật độ thƣa hơn. Nhƣ vậy thể tích gió đi vào đƣờng ống nạp tỷ lên thuận với tần số phát xung của bộ điều chỉnh. 40 Hình 4.9: Xung ra của cảm biến khí nạp Karman siêu âm thay đổi theo lưu lượng khí nạp Mạch điện của cảm biến Karman kiểu siêu âm 4.3.Cảm biến khí nạp loại dây nóng (hot wire), màng nóng (hot film): Các loại cảm biến này dựa trên sự phụ thuộc của năng lƣợng nhiệt thoát ra từ một linh kiện đƣợc nung nóng bằng điện (phần tử nhiệt) nhƣ : dây sấy platin, màng nhiệt hoặc điện trở nhiệt (thermistor) đƣợc đặt trong dòng khí nạp. Năng lƣợng nhiệt thoát ra tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ ∆ T giữa phần tử nhiệt với dòng khí nạp, khối lƣợng khí nạp Gkk và hệ số trao đổi nhiệt giữa phần tử nhiệt và dòng khí nạp. Hình 4.10: Cảm biến khí nạp loại dây nóng, màng nóng Hình dáng và cấu tạo của một số cảm biến khí nạp loại dây nóng, màng nóng đƣợc trình bày trên hình 2.34 và 2.35, gồm: Hình 4.8: Mạch điện cảm biến gió Karman siêu âm 41 Hình 4.11: Vị trí và mạch của cảm biến gió loại dây nóng + Một mạch cầu điện trở Wheatstone với điện trở platin Rh (dây sấy) và nhiệt điện trở Ra đƣợc đặt trong ống đo gió và đấu vào hai nhánh trên của mạch cầu nhƣ hình vẽ. Các điện trở R1, R2 đƣợc đấu vào các nhánh dƣới của mạch cầu. Hai điểm giữa của mạch cầu là A và B. Điện áp giữa hai điểm này đƣợc dùng để điều khiển dòng điện cấp cho mạch cầu nhằm duy trì nhiệt độ không đổi trên điện trở Rh. + Một bộ khuếch đại xử lý phát hiện sự chênh lệch điện áp giữa hai điểm A và B. Mạch cầu điện trở cân bằng (VA = VB) khi và chỉ khi ( R3 + Ra )*R1 = Rh*R2 + IC nhận biết điện áp UB (giữa VB điểm B và mát) để tính toán ra khối lƣợng khí nạp và gửi tín hiệu về ECU động cơ qua chân VG. + Nhiệt điện trở Ra vừa là một nhánh của mạch cầu, vừa là cảm biến nhiệt độ khí nạp (cảm biến nhiệt độ gió) Nguyên lý hoạt động: Để khử sự ảnh hƣởng của sự chênh lệch nhiệt độ giữa dây sấy và khí nạp ∆T tới nhiêt lƣợng toả ra bởi dây sấy, ngƣời ta sẽ điều chỉnh cho giá trị này cố định (ở khoảng 150 o C ). Mặt khác, dây sấy Rh có dòng điện chạy qua sẽ sinh nhiệt, dòng điện càng lớn thì nhiệt sinh càng nhiều. Đồng thời khi động cơ chạy, dòng khí nạp sẽ hấp thụ nhiệt do Rh sinh ra, làm giảm nhiệt độ Rh. Do đó bộ khuếch đại vi xử lý phải điều chỉnh transistor để thay đổi dòng điện đi qua Rh cho đến khi ∆T cố định Bộ khuếch đại vi xử lý nhận biết sự chênh lệch điện thế VA và VB khi giá trị điện trở của nhiệt điện trở Ra thay đổi, qua đó sẽ điều khiển transistor để thay đổi điện áp cấp vào mạch cầu (dòng điện qua Rh sẽ thay đổi) cho đến khi mạch cân bằng 42 Hình 4.12: Đặc điểm làm việc và đặc tính . Nhƣ vậy, khi khối lƣợng gió tăng, nhiệt độ của dây sấy Rh giảm, để đƣa mạch cầu về vị trí cân bằng, bộ khuếch đại vi xử lý phải điều khiển tăng điện áp cấp vào mạch cầu. Khi đó điện thế VB cũng tăng. IC sẽ nhận biết sự thay đổi VB để tính toán ra lƣu lƣợng khí nạp. 43 CHƢƠNG 5: CẢM BIẾN LỰC, MÔMEN VÀ ÁP SUẤT 5.1. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đƣờng ống nạp (MAP sensor) Khác với L-Jectronic , trong hệ thống phun xăng loại D-Jectronic lƣợng khí nạp đi vào xylanh đƣợc xác định gián tiếp thông qua cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đƣờng ống nạp. Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trên đƣờng ống nạp sẽ thay đổi và MAP sensor sẽ chuyển đổi giá trị áp suất này thành tín hiệu điện áp báo về ECU để tính ra lƣợng không khí đi vào xylanh. Sau đó, dựa vào giá trị này, ECU sẽ điều khiển thời gian mở kim phun và điều chỉnh góc đánh lửa sớm cơ bản. Hình 5.1: Cấu tạo (d), mạch điện (a & c)và đặc tính (b) của CB áp suất đường nạp Loại cảm biến này cũng dựa trện nguyên lý mạch cầu điện trở Wheatstone, gồm: + Một tấm silicon (chíp bán dẫn- chíp sillic) nhỏ hay gọi là màng ngăn, dày hơn ở hai mép ngoài ( khoảng 0,25 mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025 mm). Hai mép đƣợc làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không của cảm biến. Mặt dƣới của tấm silicon tiếp xúc với áp suất đƣờng ống nạp . Tấm silicon tạo ra mạch cầu điện trở hoàn chỉnh (MAP sensor của dòng xe Daewoo) hoặc một phần của mạch cầu điện trở (MAP sensor của dòng xe Toyota và một số hãng khác) . 44 + Một mạch IC khuyếch đại tín hiệu điện áp UAB của hai đầu mút A và B trên mạch cầu điện trở Khi áp suất đƣờng ống nạp thay đổi, gia trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi. Các điện trở áp điện đƣợc nối thành cầu Wheatstone . Khi màng ngăn không bị biến dạng ( tƣơng ứng với trƣờng hợp động cơ chƣa hoạt động hoặc tải lớn) tất cả bốn điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện áp giữa hai đầu cầu. Khi áp suất đƣờng ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở áp điện cũng bị thay đổi và làm mất cân bằng cầu Wheatstone. Kết quả là giữa hai đầu cầu sẽ có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này đƣợc khếch đại để điều khiển mở Transistor ở ngõ ra của cảm biến có cực C treo. Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đƣờng ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU. Hiện nay các ôtô có thể sử dụng một trong hai loại cảm biến áp suất tuyệt đối trên đƣờng ống nạp khác nhau về tín hiệu đầu ra: điện áp (TOYOTA, HONDA, DAEWOO,GM, CHRYSLER) và tần số (FORD). Ở loại MAP điện áp , giá trị điện áp thấp nhất (lúc bƣớm ga đóng hoàn toàn) và giá trị cao nhất (lúc toàn tải) cũng phụ thuộc vào loại xe, gây khó khăn cho việc lắp lẫn. Mạch cầu Wheatstone: Hình 5.2: Cảm biến áp suất. 1. Màng; 2. Chân không; 3. Thủy tinh chịu nhiệt; 4. Mạch cầu; 5. Chip silicon. Cảm biến áp suất thƣờng đƣợc sử dụng để đo áp suất trong ôtô. Khi áp suất cao, khi đó màng 5 tác dụng làm các điện trở biến. Các điện trở biến dạng đƣợc kết nối với nhau theo hình cầu mạch Wheatstone. Và khi đó các điện trở thay đổi về giá trị điện trở dẫn đến thay đổi điện áp trên các điện trở đo. Điện trở um cũng thay đổi phù hợp. Sự thay đổi đó phù hợp với áp suất trên màng. 5.2. Cảm biến áp suất ống phân phối 45 Cảm biến áp suất nhiên liệu Cảm biến này đƣợc lắp tại ống phân phối để phát hiện áp suất của nhiên liệu trong ống phân phối. Cảm biến áp suất ống phân phối kiểm tra áp suất dầu diesel và truyền tín hiệu đến ECU động cơ. Đây là một loại cảm biến áp suất bán dẫn với những đặc điểm của silicon, điện trở của cảm biến sẽ thay đổi khi có áp suất tác dụng lên nó. Hình 5.4: Sơ đồ mạch cảm biến Cảm biến áp suất phanh Trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến áp suất ống phân phối (áp suất nhiên liệu), ECU sẽ điều khiển van điều khiển nạp để tạo ra áp suất quy định phù hợp với các điều kiện lái xe. Hình 5.5: Cảm biến áp suất phanh. Hình 5.3: Cảm biến áp suất ống phân phối 46 Hình 5.6: Cấu tạo cảm biến áp suất phanh. Xi lanh phanh chính; 2. Dầu phanh; 3. Thân cảm biến; 4. Đĩa dung (di động); 5. Đĩa dung (cố định). Cảm biến áp suất phanh có thể đƣợc lắp bên ngoài của xi lanh phanh chính hoặc có thể tích hợp vào HCU. Cảm biến áp suất phanh dùng để đo áp suất trong hệ thống phanh thủy lực. Cảm biến này tạo ra một tín hiệu điện áp tỉ lệ thuận với áp suất phanh tạo ra. Và gửi tín hiệu này về ECU. Khi áp suất phanh nhỏ thì khoảng cách giữa đĩa dung (di động) và đĩa dung (cố định) ở xa nhau do đó làm thay đổi điện dung của mạch do đó tạo ra tín hiệu điện áp tƣơng ứng. 5.3. Cảm biến kích nổ (Knock sensor- KNK) Cảm biến tiếng gõ đƣợc chế tạo bằng vật liệu áp điện. Nó đƣợc gắn trên thân xylanh hoặc nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh trong động cơ và gửi tín hiệu này đến ECU làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tƣợng kích nổ. Hình 5.7: Cách lắp cảm biến tiếng gõ trên động cơ 47 Hình 5.8: cấu tạo, dạng xung và sơ đồ đấu dây của cảm biến tiếng gõ. a – Cấu tạo. b – Dạng xung c- Sơ đồ đấu dây Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ đƣợc chế tạo bằng tinh thể thạch anh là loại vật liệu khi có tác động lực sẽ sinh ra điện áp. Phần tử áp điện đƣợc thiết kế để có tần số dao động riêng trùng với tần số rung của động cơ khi bị kích nổ và xảy ra hiện tƣợng cộng hƣởng ( f=7 KHz). Nhƣ vậy, khi có kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra xung điện áp. Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,4 V. Nhờ tín hiệu này, ECU nhận biết hiện tƣợng kích nổ và điều chỉnh góc đánh lửa sớm cho tới khi không còn kích nổ. ECU sau đó có thể chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại. Hiệu ứng áp điện Hình 5.9: Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng áp điện. A. Thạch anh tinh thể ở trạng thái chưa làm việc; B. Tác động của một lực bên ngoài; C. đặt vào một điện áp; 48 1. Áp lực; 2. Ion chiếm chỗ; 3. Điện áp tạo ra; 4. Phƣơng tác động; 5. Biến dạng của tinh thể; 6. Cung cấp điện áp. Ở trạng thái ban đầu các tinh thể thạch anh là trung hòa về điện, tức là các ion dƣơng và ion âm cân bằng nhƣ hình 2.1A. Khi có áp lực bên ngoài tác dụng lên một tinh thể thạch anh làm cho mạng tinh thể bị biến dạng. Điều này dẫn đến sự dịch chuyển các ion. Một điện áp điện (B) đƣợc tạo ra. Ngƣợc lại, khi ta đặt vào một điện áp, điều này dẫn đến một biến dạng tinh thể và bảo toàn lực (hình 2.1C). 5.4. Cảm biến mômen lái (Torque sensor) Cảm biến Mômen lái bao gồm hai bộ phân tích (resolver sensor), một thanh xoắn, trục vào và trục ra. Bộ phân tích 1 gắn với trục vào. Trục vào dẫn động trục ra (đồng thời là trục vít của cơ cấu lái) thông qua thanh xoắn. Bộ phân tích 2 đƣợc gắn trên trục ra. Hai bộ phân tích sẽ có góc xoay tƣơng đối với nhau thông qua thanh xoắn. Khi ngƣời lái xoay vô lăng lái, tuỳ vào mô men lái lớn hay nhỏ dẫn đến thanh xoắn sẽ xoay một góc tƣơng ứng. Khi đó trục vào (bộ phân tích 1) và trục ra (bộ phân tích 2) sẽ xoay tƣơng đối với nhau. Hình 5.10: Cảm biến mômen lái 49 Nguyên lý hoạt động: Khi xe đi thẳng: trục lái ở vị trí thẳng (không xoay), điện áp ra của các bộ phân tích bằng với điện áp do hộp đen cung cấp. Hình 5.11: Tín hiệu đầu ra khi không xoay vôlăng Khi đánh lái: Khi ngƣời lái xoay vô lăng, bộ phân tích 1 và 2 xoay tƣơng đối với nhau một góc tƣơng ứng với độ xoắn của thanh xoắn. Các cuộn dây stato của bộ phân tích 1 và 2 sinh ra các tín hiệu điện gửi về ECU. Hình 5.12: Tín hiệu đầu ra khi xoay vôlăng Hình 5.13. Tín hiệu đầu ra theo mômen xoay vôlăng 50 Hình 5.14: Tín hiệu gửi về hộp đen EPS Khi nhận đƣợc tín hiệu từ cảm biến mômen lái, hộp đen EPS sẽ tính toán và lựa chọn mômen trợ lực lái thích hợp và gửi điện áp điều khiển đến mô tơ trợ lực lái. Cảm biến mô men lái loại hall Hình 5.15: Cấu tạo cảm biến mô men. IC Hall; 2. Rotor; 3. Stator. Khi ngƣời lái điều khiển vô lăng, mô men lái tác dụng lên trục của cảm biến mô men thông qua trục lái chính. Khi đó làm quay rotor của cảm biến. Trên Stator là đĩa phân đoạn có tác dụng ngăn IC hall tiếp xúc với từ trƣờng. Trên rotor có các nam châm, do đó khi quay rotor làm cho IC Hall tiếp xúc với từ trƣờng. Khi tiếp xúc sẽ sinh ra các điện áp. Khi không tiếp xúc thì điện áp mất. 5.5. Cảm biến túi khí (air bag sensors) 5.5.1. Cảm biến túi khí trƣớc 51 Hình 5.16: Cảm biến túi khí trước Các cảm biến túi khí trƣớc đƣợc lắp ở dầm dọc phía trƣớc bên trái và bên phải. Cảm biến túi khí trƣớc phát hiện va đập từ phía trƣớc và gửi tín hiệu giảm tốc tới cụm cảm biến túi khí trung tâm. Cảm biến giảm tốc đƣợc đặt trong cảm biến túi khí trƣớc. Có hai loại cảm biến giảm tốc: Loại làm từ chất bán dẫn và loại cơ khí có rôto lệch tâm Thƣờng có loại không có cảm biến túi khí trƣớc và việc điều khiển hệ thống túi khí trƣớc bằng cụm cảm biến túi khí trung tâm. 5.5.2. Cảm biến túi khí bên Hình 5.17: Cảm biến túi khí bên Các cảm biến túi khí bên (cảm biến túi khí bên và cảm biến túi khí bên phía trên) đƣợc lắp ở các trụ giữa bên trái và bên phải và các cảm biến túi khí bên phía trên đƣợc lắp ở trụ xe phía sau bên trái và bên phải Các cảm biến túi khí bên (Cảm biến túi khí bên và cảm biến túi khí bên phía trên) và cảm biến túi khí bên phía trên gồm có cảm biến giảm tốc, cảm biến an toàn, mạch điều khiển kích nổ và mạch chuẩn đoán. Các cảm biến túi khí (cảm biến túi khí bên và túi khí bên phía trên) xác định sự va đập bên sƣờn xe và gửi tín hiệu giảm tốc tới cụm cảm biến túi khí trung tâm. Cụm cảm biến 52 túi khí trung tâm sẽ kích hoạt túi khí bên và túi khí bên phía trên dựa trên tín hiệu giảm tốc đƣợc truyền từ cảm biến túi khí bên. Cảm biến túi khí bên phía trên phát hiện va đập bên sƣờn xe và gửi tín hiệu giảm tốc tới cụm cảm biến túi khí trung tâm. Cụm cảm biến túi khí trung tâm kích hoạt túi khí bên phía trên dựa trên tín hiệu truyền từ cảm biến túi khí bên phía trên. 5.5.3. Cảm biến cửa bên Hình 5.18: Cảm biến cửa bên Cảm biến cửa bên chỉ đƣợc đặt ở các xe 2 cửa hoặc 3 cửa có cửa hậu đƣợc trang bị túi khí bên. Các cảm biến này đƣợc lắp bên trong các cửa trƣớc. Cảm biến cửa bên phát hiện va đập bên sƣờn xe và gửi tín hiệu giảm tốc tới cụm cảm biến túi khí trung tâm. Dựa trên tín hiệu này, cụm cảm biến túi khí trung tâm sẽ kích hoạt túi khí bên và túi khí bên phía trên. 5.5.4. Cảm biến túi khí theo vị trí ghế Hình 5.19: Cảm biến túi khí theo vị trí ghế Cảm biến túi khí theo vị trí ghế ngồi đƣợc sử dụng vì ngƣời ta thƣờng dùng bộ thổi khí loại 2 giai đoạn ở túi khí ngƣời lái. Cảm biến túi khí theo vị trí ghế ngồi đƣợc lắp ở ray trƣợt ghế phía dƣới ghế của lái xe. Nó xác định tƣ thế ngƣời lái theo vị trí trƣợt của ghế và gửi tín hiệu này tới cụm cảm biến túi khí trung tâm. Cụm cảm biến túi khí trung tâm sẽ điều khiển túi khí bung ra một cách nhẹ nhàng khi vị trí ghế ở về phía trƣớc và tốc độ giảm tốc thấp 53 Cảm biến túi khí theo vị trí ghế xác định hai cấp vị trí ở đó đƣờng sức từ bị cắt (ghế lùi về phía sau) và không bị cắt (ghế ở phía trƣớc) bằng một tấm cắt đƣợc lắp ở phía sau của ray trƣợt ghế. 5.5.5. Cảm biến phát hiện ngƣời ngồi trên ghế Hình 5.20: Cảm biến phát hiện người ngồi trên ghế Cảm biến phát hiện ngƣời trên ghế đƣợc gắn ở đệm ghế của ghế hành khách trƣớc và đƣợc dùng để xác định xem có hành khách ngồi ở ghế không. Cảm biến đƣợc chỉ ra trên hình vẽ có cấu tạo gồm hai tấm điện cực. Có đệm ở giữa. Khi có ngƣời ngồi lên ghế các tấm điện cực tiếp xúc với nhau qua lỗ trên tấm đệm do đó có dòng điện đi qua. Kết quả là cụm cảm biến túi khí trung tâm xác định có ngƣời ngồi lên ghế. Dùng tín hiệu này, một số loại xe không điều khiển đƣợc khi không có ngƣời ngồi ở ghế trƣớc. Tín hiệu này cũng đƣợc dùng để điều khiển đèn báo thắt đai an toàn hành khách phía trƣớc (khi không có ai ngồi ở ghế hành khách phía trƣớc thì đèn này không sáng). 54 CHƢƠNG 6: CÁC CẢM BIẾN KHÁC 6.1. Các loại cảm biến nhiệt độ Các loại cảm biến nhiệt độ trong hệ thống cơ-điện tử ôtô gồm nhiều loại: Cảm biến nhiệt độ động cơ ôtô (còn gọi là cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát động cơ và gọi tắt là cảm biến nhiệt độ nƣớc), cảm biến nhiệt độ không khí (cảm biến nhiêt độ gió), cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến nhiệt độ dầu nhớt động cơ, dầu số tự động, cảm biến nhiệt độ trong khoang xe, cảm biến nhiệt độ giàn lạnh của hệ thống điều hòa không khí ôtô, cảm biến nhiệt độ khí trời, v.v Điện trở nhiệt là một phần tử thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó đƣợc làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm . Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngƣợc lại. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhƣng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp đƣợc gửi đến ECU trên nguyên lý cầu phân áp . 6.1.1. Cảm biến nhiệt độ động cơ (Engine temperature sensor– ETS) Cảm biến nhiệt độ động cơ (Hình 2.43, 2.44) còn đƣợc gọi bằng những tên khác: cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát động cơ hoặc gọi tắt là cảm biến nhiệt độ nƣớc. Hình 6.1: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và mạch điện 1. Đầu giắc ; 2 . Vỏ ; 3. Điện trở Trên hình 2.43 trình bày cấu tạo và mạch đấu của cảm biến nhiệt độ nƣớc. Điện áp 5V từ bộ ổn áp trong ECU qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU. Nhƣ vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở của cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu đƣợc đƣa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự - số A/D. Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi A/D lớn. Tín hiệu điện áp đƣợc chuyển đổi thành một dãy xung vuông và đƣợc giải mã nhờ bộ vi sử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng. 55 R b) c) Cảm biến nhiệt độ nƣớc đƣợc gắn ở thân máy để cảm nhận nhiệt độ nƣớc làm mát trong áo nƣớc của động cơ. Trong một số trƣờng hơp cảm biến đƣợc lắp trên mắp máy. 6.1.2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp: (Air temperature sensor - ATS) Cảm biến này có cấu tạo và đặc tính giống nhƣ cảm biến nhiệt độ nƣớc, chỉ khác ở cấu tạo vỏ và vị trí lắp (Hình 2.45) a) b) Hình 6.3: Cảm biến nhiệt độ gió và mạch điện a. Sơ đồ đấu dây ; b, c. Vị trí lắp 6.2. Cảm biến khí xả (Exhaust Gas Sensor,Ôxyzen sensor,Air/fuel sensor) Các loại cảm biến khí xả đƣợc lắp trên đƣờng xả của động cơ. Cảm biến loại này đƣợc gọi bằng nhiều tên khác nhau, tùy thuộc vào nguyên lý của chúng. Loại cảm biến đo lƣợng Ôxy dƣ trong khí xả đƣợc gọi là cảm biến Ôxyzen hoặc cảm biến O2. Chúng gồm hai kiểu: kiểu chế tạo với ôxyt Zirconium và kiểu chế tạo với vật liệu Titan 6.2.1. Cảm biến khí xả với thành phần Zirconium : Hình 6.2: Hình dáng (a), đặc tính (b) và cấu tạo (c) của cảm biến nhiệt độ nước làm mát O C c ) 56 Hình 6.4: Cảm biến khí xả với thành phần Zirconium Loại này đƣợc chế tạo chủ yếu từ chất zirconium dioxide ( ZrO2 ) có tính chất hấp thụ những ion âm tính. Thực chất, cảm biến Ôxyzen loại này là một pin điện có sức điện động phụ thuộc vào nồng độ ôxy trong khí xả với ZrO2 là chất điện phân. Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với ôxy trong khí xả. Ở mỗi mặt của ZrO2 đƣợc phủ một lớp điện cực bằng platin (bạch lim) để dẫn điện. Lớp platin này rất mỏng và xốp để ôxy dễ khuếch tán vào. Khi khí xả chứa lƣợng ôxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion ôxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí xả ít hơn số ion ôxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí. Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện áp khoảng 600-900 mV. Ngƣợc lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trƣờng hợp nghèo xăng, pin ôxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100 - 400 mV. Đặc điểm của pin ôxy với ZrO2 là nhiệt độ làm việc phải trên 400 oC. Do đó, để giảm thời gian chờ, ngƣời ta dùng loại cảm biến có điện trở sấy bên trong. Điện trở dây sấy đƣợc lắp trong cảm biến và đƣợc cấp nguồn từ ắc quy thông qua điều khiển của ECU : Hình 6.5: Mạch điện và đặc tuyến ra của cảm biến 6.2.2. Cảm biến khí xả với thành phần Titania (TiO): Cảm biến này (Hình 2.50) có cấu tạo tƣơng tự nhƣ loại zirconium nhƣng thành phần nhận biết ôxy trong khí xả đƣợc làm từ Titanium dioxide (TiO2). Đặc tính của chất này là điện trở của nó thay đổi theo nồng độ ôxy dƣ trong khí xả. 57 Hình 6.6: Cảm biến ôxy loại Titania Khi lƣợng ôxy dƣ chứa trong khí xả ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu, phản ứng tách ôxy khỏi TiO2 có giá trị thấp làm dòng qua điện trở tăng lên. Nhờ vậy điện thế tại chân OX ở mức cao ( 600 – 900 mV ). Khi lƣợng ôxy dƣ chứa trong khí xả nhiều do hỗn hợp nghèo, phản ứng tách ôxy ra khỏi TiO2 khó xảy ra, do đó điện trở của TiO2 có giá trị cao làm dòng điện trở giảm, điện thế tại chân OX ở mức thấp ( 100 – 400 mV ). 6.2.3. Cảm biến A/F R (Air/Fuel Ratio - cảm biến thành phần hoà khí ): Cảm biến A/F R có cấu trúc giống nhƣ cảm biến ôxy nhƣng công nghệ chế tạo và đặc điểm hoạt động khác: + Cảm biến A/F R hoạt động ở nhiệt độ xấp xỉ 650oC, do đó cần có dây sấy bên trong. + Chiều và độ lớn dòng điện sinh ra trên phần tử ZiO2 gần nhƣ tỷ lệ với lƣợng ôxy trong dòng khí xả. Do đó dải hoạt động rộng hơn và cho rõ mức độ giàu (nghèo) của hoà khí. Thực tế, ngƣời ta chế tạo sao cho dòng điện chỉ đƣợc sinh ra trên phần tử ZiO2 khi thành phần hòa khí thay đổi quanh tỷ lệ lý tƣởng 14.7/1 Hình 6.7: Cảm biến A/F R 58 Hình 6.8: Dòng điện được sinh ra trên phần tử ZiO2 khi thành phần hòa khí thay đổi quanh tỷ lệ lý tưởng 14.7/1 Cảm biến đƣợc cấp nguồn 3,3 V bởi ECM (ECU) Hình 6.9: Mạch điện của cảm biến A/F R ECM sẽ thăm dò sự thay đổi điện áp tại giắc A/F + (Hình 2.54) để tính toán ra nồng độ ôxy trong khí xả. Khi thành phần hoà khí đạt lý tƣởng (A/F R = 14.7/1), không có dòng điện sinh ra trên cảm biến, do đó đầu ra cảm biến vẫn là 3,3 V. Khi hoà khí giàu, sinh ra dòng điện ngƣợc trên cảm biến, dẫn đến điện áp đầu ra nhỏ hơn 3,3 V. Khi hoà khí nghèo, sinh ra dòng điện thuận trên cảm biến, dẫn đến điện áp đầu ra lớn hơn 3,3 V. Hình 6.10: Sơ đồ mạch và đặc tính của cảm biến A/F R 6.3. Cảm biến nƣớc mƣa Cảm biến nƣớc mƣa là thuộc về hệ thống gạt nƣớc rửa kính. Trong hệ thống này có các chế độ gạt nƣớc chậm (LO), nhanh (HI) và ngắt quãng (INT). Ngoài ra còn có thêm chức năng gạt tự động (AUTO). Khi ngƣời lái chọn nấc AUTO trên công tắc điều khiển gạt nƣớc, cảm biến nƣớc mƣa sẽ phát hiện tình trạng có giọt nƣớc mƣa trên kính trƣớc tại vùng thăm dò của cảm biến hay không, nếu có bộ điều khiển sẽ kích hoạt hệ thống gạt nƣớc sau 1 giây. 59 Cảm biến có 4 bộ phát quang và 4 photo diode, trong trƣờng hợp không có nƣớc mƣa trên kính thì chùm sáng của 4 bộ phát quang sẽ phản xạ trên bề mặt kính và chiếu vào 4 photo diode. Khi có nƣớc mƣa trên bề mặt kính trong vùng thăm dò của cảm biến, những giọt nƣớc này sẽ làm giảm cƣờng độ áng sáng phản xạ vào photo diode khiến cho độ dẫn điện của nó giảm. Hình 6.11: Cấu tạo cảm biến nước mưa Hình 6.12: Hoạt động của cảm biến nước mưa 6.4. Cảm biến mặt trời Các lọai cảm thông dụng Lọai 1: Cảm biến quang thu phát chung Lọai 2 : Cảm biến quang thu phát riêng Lọai 3 : Cảm biến quang thu phát qua gƣơng Các lọai cảm biến quang trên đều họat đông theo nguyên lý phản xạ ánh sáng. 60 Lọai 1: Cảm biến quang thu phát chung đƣợc cấu tạo gồm một led hồng ngọai thu và một led hồng ngọai phát.Khi có vật thể tác động vào vùng phát tia sẽ làm phản xạ lại ánh sáng tác động vào led thu. Lúc này led thu sẽ tác động vào Transistor để out tín hiệu. Lọai 2 : Cảm biến quang thu phát riêng, Lọai này led hồng ngọai phát và led hồng ngọai thu đƣợc đặt riêng biệt ở hai phía đối xứng,khi có vật thể đi qua giữa hai led làm gián đọan ánh sáng, led phát không nhận đƣợc ánh sáng sẽ tác động out tín hiệu. Lọai 3 : Cảm biến quang thu phát qua gƣơng,led phát sẽ phát tia hồng ngọai vào gƣơng phản xạ, ở trạng thái không có vật thể đi vào vùng tia thì ánh sáng sẽ đƣợc gƣơng phản xạ về led thu, khi có vật thể đi vào vùng phát tia sẽ làm gián đọan tia sáng về led thu, lúc này led thu không còn nhận đƣợc ánh sáng nữa sẽ kích họat transistor out tín hiệu. a) b) c) Hình 6.13: Một số đi ốt thu a) 5mm 10K/1M Photoresistor b) 12mm 10K/2M Photoresistor c) Ambient Light Sensor Phototransistor Outpu Hình 6.14: Sơ đồ mạch cảm biến ánh sáng 61 CHƢƠNG 7: CƠ CẤU CHẤP HÀNH 7.1. Vòi phun xăng -Yêu cầu của vòi phun: Đo dòng nhiên liệu chính xác, chùm nhiên liệu phun phải thẳng, phạm vi hoạt động rộng (phun nhiều hay ít), chùm phun tốt, không rò rỉ, không ồn, bền. Có rất nhiều loại phun khác nhau với chùm phun khác nhau áp dụng cho các loại động cơ khác nhau. Khi thay thế hoặc lắp lại vòi phun luôn sử dụng vòng O mới và phải chắc chắn rằng nó đƣợc lắp đúng vị trí so với cổ hút và ray nhiên liệu. Hình 7.1: Hình dạng tia phun -Phân loại vòi phun xăng: - Theo cách cấp xăng: + Cấp xăng từ đỉnh vòi phun + Cấp xăng từ phía bên - Theo chức năng: + Vòi phun chính (loại phun trung tâm hoặc đa điểm) + Vòi phun khởi động lạnh - Theo dung lƣợng: Có nhiều cỡ khác nhau,không đƣợc lắp lẫn. - Theo trở kháng (điện trở vòi phun): + Loại trở kháng cao: 13-17 Ω + Loại trở kháng thấp: 1.5-3.0 Ω -Cấu tạo: Vòi phun xăng là một loại van điện đƣợc chế tạo rất chính xác có khả năng làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao. Phần đầu kim phun của các hang có các loại khác nhau. Cấu tạo của vòi phun gồm: 1 - Bộ lọc: Đảm bảo nhiên liệu đi vào kim phun phải thật sạch. 2 - Giắc cắm: Nối với mạch điện điều khiển. Chùm đơn Chùm côn (đơn) 4 Chùm côn 2 Chùm Đa chùm 62 3 - Cuộn dây: Tạo ra từ trƣờng khi có dòng điện. 4 - Ty: Tác động đến sự đóng mở của van kim. 5 - Kim phun: Đóng kín vòi phun,khi có dòng điện sẽ bị nhấc lên cho nhiên liệu phun ra. 6 - Vòi phun: Định góc phun và xé tơi nhiên liệu. 7 - Vỏ. Hnh 7.2: Vòi phun a, Cấu tạo vòi phun; c, vòi phun dẫn động từ đỉnh. b. Các kiểu đầu phun; d, vòi phun dẫn động bên - Hoạt động của vòi phun: Trong quá trình hoạt động của động cơ, ECU liên tục nhận đƣợc những tín hiệu đầu vào từ các cảm biến. Qua đó, ECU sẽ tính ra thời gian mở kim phun. Quá trình mở và đóng kim phun diến ra ngắt quãng. ECU gởi tín hiệu đến kim phun trong bao lâu phụ thuộc vào độ rộng xung. a , b , c , d , 63 Không phun phun Hình 7.3: Hoạt động của vòi phun Khi dòng điện đi qua cuộn dây của kim phun sẽ tạo một lực từ đủ mạnh để thắng sức căng lò xo, thắng lực trọng trƣờng của ty kim và thắng áp lực của nhiên liệu đè lên kim, kim sẽ nhính khỏi bệ khoảng 0.1 mm nên nhiên liệu đƣợc phun ra khỏi kim phun. -Điều khiển thời gian phun: Hình 7.4: Cấu trúc điều khiển vòi phun Cấu trúc điều khiển vòi phun gồm 3 khối: Khối tín hiệu đầu vào, khối điều khiển, cơ cấu chấp hành. Khối tín hiệu đầu vào gồm các tín hiệu: BPS (tín hiệu từ cảm biến áp suất dòng khí nạp). MAFS(tín hiệu từ cảm biến lƣu lƣợng dòng khí nạp). CKPS( tín hiệu từ cảm biến tốc 64 độ động cơ). ECTS (tín hiệu nhiệt độ động cơ). TPS( tín hiệu cảm biến vị trí bƣớm ga). 02S (tín hiệu từ cảm biến nồng độ khí thải). Điện áp ắc quy, thời điểm đánh lửa. Khối điều khiển: Nhận các tín hiệu từ khối tín hiệu đầu vào sau đó xác định thời gian phun cơ sở hiệu chỉnh thời gian phun cơ sở xác định thời gian phun cuối cùng. Cơ cấu chấp hành: Vòi phun có nhiệm vụ phun nhiên liệu vào đƣờng ống nạp. +Quá trình điều khiển thời gian phun nhiên liệu: Bƣớc 1: Xác định thời gian phun cơ sở Tín hiệu đầu vào là Khối lƣợng dòng khí nạp từ cảm biến MAFS, Áp suất dòng khí nạp từ cảm biến TPS và Tốc độ động cơ từ cảm biến CKPS. Căn cứ vào các tín hiệu này, ECM sẽ tính toán thời gian phun cơ sở. Bƣớc 2: Hiệu chỉnh thời gian phun cơ sở Hiệu chỉnh thời gian phun cơ sở dựa trên nhiều tín hiệu đầu vào về tình trạng của động cơ: Hiệu chỉnh theo nhiệt độ dòng khí nạp: Tỉ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ. Nhiệt độ cơ sở là 200C. Khi nhiệt độ lớn hơn 200 C thì hệ số hiệu chỉnh <1, khi nhiệt độ thấp hơn 200C thì hệ số hiệu chỉnh >1: Hình 7.5: Hiệu chỉnh theo nhiệt độ dòng khí nạp Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát: Khi động cơ nguội, nhiệt độ nƣớc làm mát thấp, khả năng bay hơi của nhiên liệu thấp do đó hệ thống phải phun thêm nhiên liệu để động cơ hoạt động ổn định và tăng tốc độ là nóng động cơ. Nhiệt độ cơ sở là 700C, nhiệt độ càng giảm thì hệ số càng tăng. Hình 7.6: Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát 65 Hiệu chỉnh theo công suất: Căn cứ vào tốc độ động cơ, góc độ mở của bƣớm gió và khối lƣợng dòng khí nạp ECM sẽ xác định đƣợc tải của động cơ. Khi tải động cơ tăng lên thì thời gian phun nhiên liệu có thể tăng thêm lên đến 30%. Hình 7.7: Hiệu chỉnh theo công suất. Bước 3: Hiệu chỉnh theo điện áp Đây là bƣớc hiệu chỉnh cuối cùng. Trong quá trình hoạt động luôn có thời gian trễ tính từ khi ECM gửi tín hiệu đến vòi phun cho đến khi vòi phun thực sự mở. Hiện tƣợng trễ này phụ thuộc vào bản chất của hệ thống và phụ thuộc vào điện áp của ắc quy. Phần bù do bản chất hệ thống là cố định, phần bù cho điện áp ắc quy sẽ đƣợc tính toán cụ thể dựa trên điện áp của ắc quy. Hình 7.8: Hiệu chỉnh theo điện áp +Điều khiển thời gian phun khởi động và hâm nóng động cơ: H ình 7.9: Điề u khi ển thời gia n phun khởi động và hâm nóng động Để xác định lƣợng nhiên liệu cần phun khi khởi động ECM tính toán dựa vào nhiệt độ nƣớc làm mát. Sau khi tính toán đƣợc lƣợng nhiên liệu cần phun, ECM sẽ hiệu chỉnh lại 66 theo nhiệt độ khí nạp và điện áp ắc quy. Hai tín hiệu càn thiết để kích hoạt vòi phun là CKP và CMP. Nhìn vào biểu đồ nhiệt độ ta thấy, khi nhiệt độ dƣới 00 C, lƣợng nhiên liệu phun tăng đáng kể. Để ổn định động cơ sau khi khởi động, ECM sẽ cấp tín hiệu phun nhiều hơn ngay sau khi khởi động. Sau khi khởi động xong, lƣu lƣợng khí nạp và tốc độ động cơ đƣợc sử dụng để tính toán lƣợng nhiên liệu cần phun. + Điều khiển thời gian phun khi tăng tốc và giảm tốc: Hình 7.10: Điều khiển thời gian phun khi tăng tốc và giảm tốc Khi tăng ga, động cơ thƣờng xuất hiện hiện tƣợng nghèo nhiên liệu tạm thời khi bƣớm gió mở rộng vì thực tế nhiên liệu “đặc” hơn không khí nên phản ứng chậm hơn. Để loại trừ hiện tƣợng trễ này, ECM sử dụng tín hiệu chân ga để điều chỉnh: ngay khi có tín hiệu đạp ga thì ECM điều chỉnh phun nhiên liệu dài hơn. Khi điều kiện hoạt động của động cơ khi tăng tốc hoặc giảm tốc, lƣợng nhiên liệu cũng phải tăng hoặc giảm đồng thời để nâng cao tính năng hoạt động của động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu. Khi bạn nhả chân ga để giảm tốc khi xe đang chạy ở tốc độ cao, bƣớm gió đóng và việc phun nhiên liệu là không cần thiết. ECM sẽ cắt không phun nhiên liệu vì khi đó nếu phun thì không những thiệt hại về kinh tế mà còn tác động xấu đến môi trƣờng. Việc cắt sau đó cấp lại nhiên liệu trong giai đoạn này đƣợc luôn phiên để duy trì hoạt động của các thiết bị phụ trợ (Điều hòa, bơm trợ lực, bơm nƣớc....) và giữ cho động cơ không bị nguội. Khi đạp phanh thì nhiên liệu cấp cũng bị cắt. Khi tốc độ động cơ quá cao thì nhiên liệu cũng cắt để tránh tốc độ động cơ vƣợt quá giới hạn. + Các phƣơng pháp điều khiển nhiên liệu và thời điểm phun. Các phƣơng pháp phun nhiên liệu bao gồm phun nhiên liệu độc lập cho từng xilanh hoặc phun nhiên liệu đồng thời vào tất cả các xi lanh. Thời điểm phun cũng khác nhau nhƣ phun ở thời điểm đƣợc xác định hoặc phun theo lƣợng thay đổi của lƣợng không khí nạp hoặc tốc độ động cơ. Phƣơng pháp phun nhiên liệu cơ bản và thời điểm phun nhƣ sau. Ngoài ra khi lƣợng phun càng lớn thì thời điểm bắt đầu phun càng nhanh. 67 Phun độc lập: Nhiên liệu đƣợc phun độc lập cho từng xi lanh mỗi lần sau 2 vòng quay trục khuỷu. Hình 7.11: Thứ tự phun của động cơ 4 máy Phun theo nhóm: Nhiên liệu đƣợc phun cho mỗi nhóm sau 2 vòng quay trục khuỷu + Hai nhóm + Ba nhóm + Bốn nhóm Hình 7.12: Thứ tự phun Phun đồng thời: Nhiên liệu đƣợc phun đồng thời vào các xilanh tƣơng ứng một lần sau mỗi vòng quay trục khuỷu. Lƣợng nhiên liệu đốt cháy đƣợc phun trong hai lần phun. 68 Hình 7.13: Thứ tự phun Điều khiển vòi phun: Tùy theo hãng, loại xe ngƣời ta có thể có các cách điều khiển vòi phun khác nhau: Dạng điều khiển thay đổi điện áp. Dạng điều khiển thay đổi dòng điện. - Phƣơng pháp điều khiển điện áp cho vòi phun điện trở thấp và vòi phun điện trở cao Hình 7.14: Phương pháp điều khiển điện áp cho vòi phun điện trở thấp và điện trở cao. 69 Hình 7.15: Điều khiển điện áp với vòi phun điện trở thấp Điện áp ắc quy cung cấp gián tiếp đến kim phun qua khoá điện và điện trở phụ. Khi bóng Tr trong ECU mở sẽ có dòng chạy qua kim phun, qua chân 10, chân 20 đến chân E1, E2 về mass. Trong khi Tr mở, dòng điện chạy qua kim phun làm nhấc ty kim và nhiên liệu đƣợc phun vào trƣớc xuppap nạp. Vì là vòi phun điện trở thấp nên cƣờng độ dòng điện lớn. AB là thời gian phun không hiệu quả. Hình 7.16: Điều khiển điện áp với vòi phun điện trở cao Mạch làm việc tƣơng tự nhƣ loại trên nhƣng vì sử dụng vòi phun có điện trở cao nên dòng điện đƣợc cấp trực tiếp đến vòi phun qua khóa điện. Vì vòi phun có điện trở cao nên cƣờng độ dòng điện qua cuộn vòi phun nhỏ Lƣu ý có nhiều cách mắc điện trở phụ: 70 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 từng cuộn dây kim phun Hình 7.17: Một số cách mắc điện trở phụ vòi phun - Phƣơng pháp điều khiển bằng dòng điện (với vòi phun điện trở thấp): Hình 7.18: Phương pháp điều khiển vòi phun bằng dòng điện Trong phƣơng pháp này,vòi phun có điện trở thấp đƣợc gắn trực tiếp với nguồn dòng đƣợc điều khiển trực tiếp bằng cách đóng mở transisto trong ECU. Khi có xung đƣợc đƣa đến cuộn dây của kim phun, một dòng 8A chạy qua, gây nên sự tăng dòng đột ngột. Điều này làm van kim mở nhanh, nhờ đó cải thiện đƣợc sự đáp ứng quá trình phun và giảm thời gian phun không điều khiển đƣợc.Trong khi ty kim đƣợc giữ, dòng đƣợc giảm xuống còn 2A giảm sự tiêu hao công suất do sinh nhiệt. 71 Hinh 7.19: Mạch điều khiền vòi phun bằng dòng điện Khi khoá điện bật về ON, relay an toàn chính mở nhờ nối mass ở mạch điều khiển kim phun thông qua đầu nối FS của ECU. Điều này làm Tr1 trong ECU mở cho dòng điện chạy đến cuộn dây kim phun. Dòng điện chạy qua kim cho đến khi điện thế tại điểm A tiến đến giá trị nào đó thì Tr1 sẽ đóng. Sự đóng mở Tr1 đƣợc lặp đi lặp lại với tần số khoảng 20KHz trong suốt thời gian phun. Bằng cách này, dòng đến cuộn kim phun đƣợc kiểm soát (khi điện áp đầu +B là 14V, dòng trong kim là 8A, khi ty kim bị giữ dòng trong kim khoảng 2A). Tr2 hấp thu sức điện động tự cảm xuất hiện trên kim phun khi Tr1 đang đóng mở, vì vậy ngăn ngừa đƣợc sự giảm dòng đột ngột. Các vòi phun xăng ngoài các cách điều khiển điện áp và điều khiển dòng điện, chúng còn có thể đƣợc điều khiển : phun độc lập (theo thứ tự nổ), phun 2 nhóm, phun 3 nhóm, phun 4 nhóm (tuỳ loại động cơ và số xylanh của động cơ), phun đồng loạt (tất cả vòi phun cùng phun một lúc). 7.2. Vòi phun dầu điêzen điện tử 7.2.1. Vòi phun điều khiển bằng van điện từ (Solenoid) điện áp cao Có hai loại vòi phun điều khiển bằng van điện từ (Solenoid) là loại X2 và G2: - Loại X2 giắc cắm điện có 4 chân - Loại G2 giắc cắm điện có 2 chân. 72 1. Vòi phun X2 2. Vòi phun G2 Hình 7.20: Các loại vòi phun điều khiển bằng van điện từ + Vòi phun X2: Đây là một vòi phun gọn, tiết kiệm năng lƣợng, điều khiển từ với ống phun 2 chiều (TWV). Một đinh ốc rỗng có lá chắn gió đƣợc gắn trong chỗ nối ống dầu rò rỉ (dầu hồi) để phun dầu chính xác hơn (một số loại xe không có chi tiết này). Hình 7.21: Điện trở hiệu chỉnh liệu ở vòi phun Hình 7.22: Cấu tạo đầu hồi nhiên 1-Điện trở hiệu chỉnh; 2-Cuộn điện từ Đinh ốc rỗng có lá chắn gió sẽ đảm bảo lƣợng nhiên liệu phun chính xác hơn bằng cách giảm các xung áp suất phía sau (các dao động áp suất). Hơn nữa nó còn giảm thiểu sự phụ thuộc của nhiên liệu trong ống rò nhiên liệu (đƣờng dầu hồi) vào áp suất từ phía sau (áp suất tác dụng lên ống rò dầu sẽ làm thay đổi lƣợng nhiên liệu dù lệnh phun không đổi). 73 Rắc nối với điện trở hiệu chỉnh gồm một điện trở hiệu chỉnh (với 1 rắc nối 4 chân) để giảm thiểu lƣợng dầu phun sai lệch giữa các xylanh - Các loại vòi phun X2: Các loại vòi phun X2 phân biệt nhau bằng mã vòi phun (mã QR - phản ứng nhanh) đƣợc in trên thân hoặc đầu giắc cắm điện. Mã QR (Quick Reaction) đƣợc dùng để điều chỉnh chính xác hơn. Mã QR chứa những dữ liệu của ống phun sẽ đƣợc cài vào ECU động cơ. Mã QR cho thấy: Đây là một mã 2 chiều mới do DENSO phát triển. Ngoài những dữ liệu điều chỉnh lƣợng phun, mã còn có số hiệu chi tiết về sản phẩm. Có thể đọc các số hiệu này với tốc độ cực nhanh. Hình 7.23: Mã QR 74 Hình 7.24: Vòi phun loại G2 Nhiên liệu được nén từ ống Rail Đến bình nhiên liệu 1. Rắc nối 2. Van từ 3. Pittông điều khiển 4. Lò xo miệng 5. Kim áp suất 6. Kim phun 7. Bệ 8. Đường rò dầu (dầu hồi) +Vòi phun G2: Vòi phun G2 là một ống phun gọn, tiết kiệm năng lƣợng, điều khiển từ với ống phun 2 chiều (TWV). Đế có trở kháng áp suất cao (180 Mpa), áp suất, áp điện và độ chống mòn do áp suất của chi tiết trƣợt đã đƣợc nâng cao. Đế điều khiển lƣợng phun chính xác hơn và đế phun nhiều ống, chế độ vận hành tốc độ cao cũng 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 bởi EDU để vận hành vòi phun,điện áp cao đƣợc sử dụng đặc biệt khi van đƣợc mở để mở vòi phun. 75 Lƣợng phun và thời điểm phun đƣợc điều khiển bằng cách điều chỉnh thời điểm đóng và mở vòi phun tƣơng tự nhƣ trong hệ thống EFI của động cơ xăng. Vòi phun của Common Rail khác với vòi phun của hệ thống nhiên liệu Diesel thông thƣờng ở chỗ gồm 2 phần: + Phần trên là một van điện từ đƣợc điều khiển từ ECU hoặc EDU. + Phần dƣới là phần vòi phun cơ khí nhƣng cũng rất khác với vòi phun thông thƣờng: Đó là lò xo rất cứng của vòi phun thông thƣờng đƣợc thay bằng một chốt tỳ khá dài (dài nhất của vòi phun). Để đóng chặt kim phun thì phải cấp áp suất Rail vào khoang chốt tỳ. Khoang chốt tỳ có 2 van tiết lƣu: Hình a Hình b 1. Van ngoài 2. Tiết lưu 2 3. Tiết lưu 1 4. Đường dầu từ ống phân phối 5. Chốt tỳ 6. Van trong 7. Đường dầu hồi 8. Khoang chốt tỳ 9. Lò xo hồi vị 10. Kim phun 11. Khoang kim phun Hình 7.25: Cấu tạo vòi phun 76 + Tiết lƣu số 1: Thông với rắc co tuy ô cao áp từ ống phân phối đến. + Tiết lƣu số 2: Thông với khoang của van điện (để nếu van điện mở thì áp suất ở khoang chốt tỳ sẽ xả về đƣờng dầu hồi). Hoạt động Dầu cao áp với áp suất Rail (PRail) đƣợc cấp vào rắc co (4) của vòi phun, áp suất này luôn thƣờng trực tại vòi phun và đƣợc chia thành 2 nhánh. Nhánh thứ nhất là cấp xuống khoang kim phun để nâng kim phun. Nhánh thứ hai, thông qua một tiết lƣu nhở (3) dầu đƣợc cấp lên khoang chốt tỳ. Do tiết diện chịu áp suất của kim phun rất nhỏ so với tiết diện chịu áp suất của chốt tỳ lên chốt tỳ đè chặt kim phun không cho dầu phun. Trong trƣờng hợp này van điện điều khiển phía trên kim phun phải đóng không cho dầu ở khoang trên chốt tỳ xả về đƣờng (7) Khi ECU cấp điện cho van điện điều khiển trên vòi phun thì van trong (6) và van ngoài (1) đƣợc nâng lên do lực điện từ của cuộn dây hút lên trên và dƣới tác động của áp suất khoang trên chốt tỳ (5),từ đó dầu ở khoang chốt tỳ (5) sẽ thông qua tiết lƣu hai (2) xả về đƣờng dầu hồi (7) làm mất áp suất tỳ và khi đó áp suất ở khoang kim phun tác động vào mặt côn trên kim phun thắng đƣợc lực tỳ lên kim phun nâng lên và dầu đƣợc phun ra Muốn ngắt phun thì ECU phải ngắt xung điều khiển đến van điện điều khiển trên vòi phun, van sẽ đóng đƣờng hồi (7) nên dầu với áp suất Rail thông qua tiết lƣu một (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 khi 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 sẽ đƣợc đƣa trở lại bình chứa thông qua đƣờng ống dầu về. Nhiên liệu hồi về từ van điều áp và từ vùng áp suất thấp cũng đƣợc dẫn theo đƣờng dầu về cùng với nhiên liệu đƣợc dùng nhƣ để bôi trơn cho bơm áp cao. Hình 7.26: Hình dạng vòi phun và đường kính lỗ phun 0. 14 mm 77 Thiết kế đầu phun đƣợc quyết định bởi: Việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (thời điểm và lƣợng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam) Việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun ra và sự tán nhuyễn nhiên liệu, sự phân phối nhiên liệu trong buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy). Đầu phun loại P có đƣờng kính 4 mm đƣợc dùng trong động cơ phun nhiên liệu trực tiếp common rail Những đầu phun này gồm 2 loại: đầu phun lỗ tia hở và đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun đƣợc định vị dựa vào hình nón phun. Số lƣợng lỗ tia và đƣờng kính của chúng dựa vào: Lƣợng nhiên liệu phun ra Hình dạng buồng cháy Sự xoáy lốc trong buồng cháy Đối với cả hai loại lỗ tia hở và lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia có thể đƣợc gia công bằng phƣơng pháp ăn mòn hydro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mòn sớm của cạnh lỗ tia gây ra bởi các phần tử mài mòn và giảm sai lệch dung lƣợng phun. Để làm giảm lƣợng hydrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy ở đầu của ty kim cần thiết phải giữ ở mức nhỏ nhất. Việc này đƣợc thực hiện tốt nhất với loại đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia của loại này đƣợc sắp xếp quanh một lỗ bao. Trong trƣờng hợp đỉnh của đầu phun hình tròn, hay tuỳ thuộc vào thiết kế, lỗ tia đƣợc khoan bằng cơ khí hoặc bằng máy phóng điện (EDM – electrical discharge machinin). Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nón thì luôn đƣợc khoan bằng phƣơng pháp EDM. Đầu phun lỗ tia hở có thể đƣợc dùng với các loại lỗ bao với kích thƣớc khác nhau nhƣ lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nón. - Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ và đầu tròn Với hình dạng lỗ bao này bao gồm một hình ống và một phần hình bán cầu cho phép dễ dàng thiết kế với các điều kiện: Số lƣợng lỗ Chiều dài lỗ tia Góc phun Đỉnh của đầu phun là hình bán cầu và kết hợp với hình dạng của lỗ bao giúp các lỗ tia có chiều dài giống nhau. 78 -Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ và đỉnh của đầu phun hình nón Loại này đƣợc dùng riêng biệt với lỗ tia có chiều dài 0,6 mm. Đỉnh của đầu phun có hình nón cho phép tăng độ dày thành của đầu phun. Kết quả là tăng đƣợc độ cứng của đỉnh kim phun. Hình 7.27: Cấu tạo đầu phun - Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình nón và đỉnh hình nón Trong loại này, do có hình nón nên có thể tích lỗ bao nhỏ hơn đầu phun có lỗ bao hình trụ. Loại này là trung gian giữa đầu phun lỗ tia kín và đầu phun lỗ tia hở có lỗ bao hình trụ. Để có đƣợc bề dày đồng nhất của đỉnh kim thì nó phải có hình nón phù hợp với hình dạng của lỗ bao. -. Đầu phun lỗ tia kín Để làm giảm thể tích có hại của lỗ bao và do đó để làm giảm lƣợng HC thải ra, lỗ tia nằm ngay trên phần côn và với lỗ phun kín, thì nó đƣợc bao quanh bởi ty kim. Điều này có nghĩa là không có sự kết nối trực tiếp giữa lỗ bao và buồng cháy. Thể tích có hại ở đây nhỏ hơn nhiều so với loại đầu phun lỗ tia hở. So với đầu phun lỗ tia hở, loại này có giới hạn tải trọng thấp hơn nhiều và do đó chỉ sản xuất loại P với lỗ tia dài 1mm. Để đạt độ cứng cao, đỉnh của kim có hình nón. Lỗ tia luôn đƣợc tạo bởi phƣơng pháp gia công bằng máy phóng điện EDM. 7.2.3. Vòi phun hiệu ứng áp điện (Piezoelectric injector) - Cấu tạo - Hoạt động 79 Đầu tiên cấp nguồn điện cho vòi phun, nguồn điện này làm gia tăng áp lực trên phần tử áp điện. Phần tử này sẽ tạo ra điện áp và điện áp này đƣợc khuếch đại để điều khiển mở van kim phun. Từ đó nhiên liệu sẽ đƣợc phun vào buồng cháy của động cơ. Quá trình ngừng phun diễn ra nhƣ sau: Ngừng cấp điện cho vòi phun, khi vòi phun mất nguồn điện cung cấp trên phần tử áp điện sẽ mất áp lực và điện áp, từ đó mà van kim phun sẽ đóng lại -Điều khiển vòi phun áp điện -Điều khiển vòi phun áp điện Quá trình phun tác động lên khới nối thuỷ lực: Hoạt động của khớp nối thuỷ lực: - So sánh cách điều khiển hai loại vòi phun (áp điện và van điện từ) Số lƣợng xung và dạng xung điều khiển ở hai vòi phun: Vòi phun hiệu ứng áp điện và vòi phun điện từ: Hình 5.85: Sơ đồ khối điều khiển vòi phun áp điện Hình 7.28: Sơ đồ khối điều khiển vòi phun áp điện 80 Hình 7.29: Xung điều khiển hai loại vòi phun Từ đồ thị cho thấy cƣờng độ dòng điện và điện áp điều khiển vòi phun hiệu ứng áp điện thấp hơn nhiều so với dòng điện và điện áp điều khiển vòi phun điện từ. Tốc độ đóng mở của vòi phun hiệu ứng áp điện nhanh hơn vòi phun điện từ. 7.3. IC đánh lửa (Igniter) IC đánh lửa (ICĐL) là một cơ cấu chấp hành quan trọng trong hệ thống đánh lửa trên ôtô. Chúng có nhiều loại khác nhau, có cấu tạo khá phức tạp và tinh vi. Tuy nhiên, chúng khá giống nhau về nguyên tắc điều khiển. Đó là, chúng nhận xung IGT (xung thời điểm đánh lửa) khoảng 3-5V để điều khiển một tranzito trong ICĐL hoạt động ở chế độ ON/OFF thực hiện cấp điện và cắt điện ở cuộn dây sơ cấp của bôbin (một loại biến áp cao áp đặc biệt). Sự biến thiên của từ trƣờng trong bôbin sẽ tạo ra điện cao áp (20.000-45.000V) cấp cho bugi để đánh lửa trong quá trình hoạt động của động cơ xăng trên ôtô a) b) Hình 7.30: ICĐL trong HTĐL có bộ chia điện (a) và HTĐL trực tiếp (b) ICĐL 81 Điều gây khó khăn cho việc kiểm tra, chẩn đoán bộ phận này là chúng rất khác nhau về hình dáng và cách bố trí của giắc điện. Vì vậy, muốn chẩn đoán bộ phận này cần phải có đƣợc sơ đồ chân giắc của nó. 7.4. Bơm nhiên liệu Có hai loại bơm xăng: Bơm cánh múc và bơm cánh gạt. 7.4.1. Loại bơm cánh múc Hình 7.31: Bơm cánh múc Loại bơm này thƣờng đƣợc đặt trong thùng xăng, so với loại con lăn thì loại này có ƣu điểm là ít gây tiếng ồn và không tạo dao động trong mạch nhiên liệu nên đƣợc dùng rộng rãi. -Mô tơ điện một chiều -Bộ phận công tác của bơm: Có từ 1 ÷ 2 cánh, quay nhờ mô tơ điện. Khi mô tơ quay bánh công tác sẽ kéo xăng từ cửa vào đƣa đến cửa ra. Sau khi đi qua cửa vào xăng sẽ đi quanh mô tơ điện đến van một chiều. -Van kiểm tra (van một chiều): Van một chiều sẽ đóng khi bơm ngừng làm việc. Tác dụng của nó là giữ cho áp suất trong đƣờng ống ở một giá trị nhất định, giúp cho công việc khởi động lại dễ dàng. Nếu áp suất trong mạch không đƣợc giữ, do nhiên liệu bốc hơi hoặc quay về thùng xăng thì làm việc khởi động lại sẽ rất khó khăn. -Van an toàn: Van làm việc khi áp suất vƣợt qúa giá trị quy định. Van này có tác dụng bảo vệ mạch nhiên liệu khi áp suất vƣợt quá giới hạn cho phép (trong trƣờng hợp nghẹt đƣờng ống chính). -Lọc xăng: dùng để lọc cặn bẩn trong nhiên liệu đƣợc gắn trƣớc bơm. 7.4.2. Loại bơm cánh gạt: Loại này đƣợc đặt bên ngoài thùng xăng và luôn gắn gần thùng để hiệu suất của bơm đƣợc cao hơn. 82 Hình 7.32: Bơm cánh gạt Cấu tạo bơm này gồm các thành phần sau: Mô tơ điện một chiều Bộ phận công tác của bơm Van an toàn và van một chiều Hoạt động: Bơm xăng là loại bơm điện dùng con lăn (dạng bi đũa) hoặc bơm ly tâm sử dụng điện áp một chiều 12V. Khi có điện áp vào stato làm roto quay theo, hút và đẩy xăng qua cửa ra củn bơm đạt áp suất từ 2,5 – 3 bar. Phần động cơ điện của bơm đƣợc làm mát nhờ có dòng xăng đi qua. Van giới hạn áp suất 2 có tá dụng giới hạn áp suất của bơm nếu áp suất của bơm lớn hơn quy định thì van sẽ mở cho xăng quay về buồng. Van một chiều 5 có tác dụng giữ áp suất xăng trong dòng phân phối mặc dù khi bơm không làm việc sẵn sang cho lần khởi động sau. Bộ phận bơm là một buồng rỗng hình trụ, trong đó có một đĩa quay lệch tâm đƣợc bố trí các con lăn trong các rãnh và bắt dính vào rotor. Khi có dòng điện chạy qua, rotor quay sẽ kéo đĩa lệch tâm quay. Dƣới tác dụng của lực ly tâm, các con lăn bị ép ra ngoài tạo một đệm xoay vòng liên tục làm tăng thể tích ở cửa vào giảm thể tích cửa ra. 7.4.3. Điều khiển bơm xăng Bơm xăng có thể đƣợc điều khiển theo hai cách: + Điều khiển ON/OFF 1. Đường xăng vào 2. Van một chiều điều tiết áp suất 3. Con lăn 4. Roto bơm 5. Van xả 6. Đường xăng ra 83 Hình 7.33: Điều khiển ON/OFF Hình 7.34: Điều khiển 2 tốc độ. Trạng thái 1: Khóa điện bật ON, không nổ máy : cuộn dây W1 đƣợc cấp điện, hút tiếp điểm K1 đóng và ắc quy cấp (+) đến tiếp điểm chờ K2. Đồng thời W1 cũng đƣợc cấp (+) và chờ (-) ở giắc FC. Ở chế độ này Tr1 đƣợc điều khiển ON 5 giây để thông mát(-) cho W1 và K2 đóng 5 giây. Bơm xăng đƣợc cấp điện 5 giây :(+) Aq K1 K2 bơm xăng mát (-) ắc quy. Trạng thái 2: Khi khởi động máy( Đề ): Tín hiệu STA từ khóa điện cấp đến ECU động cơ và ECU điều khiển Tr1 ON liên tục trong khi đề để thông mát (-) cho W2, K2 đóng để cấp điện cho bơm xăng ( mạch tuần tự nhiên ). Trạng thái 3: Khi máy đã nổ và tắt Đề : Tín hiệu STA bị cắt, ECU nhận tín hiệu NE. Căn cứ tín hiệu NE ECU điều khiển Tr1 nhƣ sau : - Ở tốc độ thấp: Tỷ lệ thời gian xung ON/OFF nhỏ và thời gian hoạt động của bơm xăng ít, nghỉ nhiều. - Ở tốc độ cao: Tỷ lệ thời gian xung ON/OFF lớn và bơm xăng hoạt động kéo dài, nghỉ ít. + 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 và ắc quy cấp (+) để tiếp điểm chờ K2. Đồng thời W1 cũng đƣợc cấp (+) và chờ (-) ở giắc FC. Ở chế độ này Tr1 đƣợc điều khiển ON 5 giây để thông mát (-) cho W1 và K2 đóng để cấp điện cho bơm xăng qua tiếp điểm K3 đang đóng ở A. Bơm xăng đƣợc cấp điện 5 giây: (+) Aq K1 K2 K3 (ở vị trí A) bơm xăng mát (-) ắc quy. 84 Trạng thái 2: Khi khởi động máy (đề) : Tín hiệu STA từ khóa điện cấp đến ECU động cơ và ECU điều khiển Tr1 ON liên tục trong khi Đề để thông mát (-) cho W2, K2 đóng để cấp điện cho bơm xăng qua tiếp điểm K3 đang thƣờng đóng ở A (mạch tuần tự nhƣ trên). Trạng thái 3: khi máy đã nổ và tắt đề: Tín hiệu STA bị cắt, ECU nhận tín hiệu NE. Căn cứ 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 và hút tiếp điểm K3 về 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 và K3 trả về vị trí đóng ban đầu (vị trí A) bơm xăng không đấu với điện trở nên quay tốc độ cao.