Xem mẫu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH
SỐ TÍN CHỈ: 02
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Hưng Yên - 2015
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ ....................................... 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
1
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
2
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
3
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
lƣợng đầu ra -một đại lƣợng điện nhƣ: điện áp, dòng điện, tần số, xung…
thành đại
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.
4
nguon tai.lieu . vn
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH
SỐ TÍN CHỈ: 02
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Hưng Yên - 2015
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ ....................................... 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
1
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
2
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
3
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
lƣợng đầu ra -một đại lƣợng điện nhƣ: điện áp, dòng điện, tần số, xung…
thành đại
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.
4