Công nghệ ký thuật ô tô

Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học và công nghệ, ngành công nghệ
ôtô đã không ngừng được cải tiến để đáp ứng những yêu cầu bức thiết về sử dụng ôtô
trong giai đoạn hiện nay. Sự phát triển vượt bậc về thành tựu kỹ thuật mới trong công
nghệ ôtô như: Điều khiển cơ - điện tử, kỹ thuật vi xử lý, đã được áp dụng. Khả năng
cải tiến, hoàn thiện và nâng cao chất lượng nhằm đáp ứng mục tiêu chủ yếu về tăng
năng suất, vận tốc, tăng tính kinh tế.
Việc kết hợp những kiến thức đã học để vận dụng vào kỹ năng thực hành đang là
một vấn đề đáng quan tâm đối với phần lớn sinh viên hiện nay. Đặc biệt là tiếp cận với
những kiến thức mới. Do vậy, việc thiết kế và lắp đặt mô hình thực tế sẽ đáp ứng được
mục đích phục vụ công tác đào tạo của các ngành kỹ thuật nói chung và ngành CNKT
ÔTÔ nói riêng.
Sau 1,5 năm học tập và rèn luyện tại trường, cùng với sự đam mê nghiên cứu đến
nay em đã được khoa giao cho đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và lắp đặt bảng táp lô hệ
thống điện động cơ và xây dựng các bài tập thí nghiệm về các cảm biến trên mô
hình động cơ 2AZ - FE xe TOYOTA Camry phục vụ công tác đào tạo ngành
CNKT Ôtô”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nhằm nâng cao kiến thức chuyên sâu về các cảm biến trên động cơ xăng
- Bổ sung và hoàn thiện mô hình động cơ xăng 2AZ-FE phục vụ công tác đào
tạo tại khoa Công nghệ kỹ thuật ô tô.
3. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu
3.1. Phạm vị nghiên cứu
Nghiên cứu trên mô hình động cơ 2AZ-FE, xe Toyota Camry tại phòng thí
nghiệm động cơ ôtô, Trường Đại học Sao Đỏ.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích tổng hợp tài liệu.
- Thực nghiệm, chế tạo và lắp đặt trên mô hình động cơ 2AZ-FE.
4. Kết cấu của đề tài

Ngoài phần mở đầu và kết luận, đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các cảm biến trên động cơ ôtô
Chương 2: Thiết kế lắp đặt bảng táp lô trên mô hình động cơ 2AZ-FE
Chương 3: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 2AZ – FE và xây dựng các bài tập
thí nghiệm về các cảm biến trên mô hình động cơ 2AZ-FE trên xe Toyota Camry.
1
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ ÔTÔ
1.1. Giới thiệu chung
Ngày nay, cảm biến là linh kiện được sử dụng rất phổ biến trong phần lớn các
thiết bị, từ đồ dùng gia đình cho đến các thiết bị tiên tiến. Đặc biệt trong đó có cả
ngành công nghiệp ôtô. Vì vậy nghiên cứu về cảm biến và để ứng dụng nó một cách
hiệu quả không chỉ trên lĩnh vực công nghệ ôtô mà còn hầu hết các thiết bị điện tử là
vấn đề đang được quan tâm hiện nay.
1.1.1. Khái niệm
Cảm biến là thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo không có tính chất điện
ở đầu vào ký hiệu là m và cho ở đầu ra một đại lượng mang bản chất điện có thể đo
được, ký hiệu là s. Đại lượng điện s là hàm của đại lượng cần đo m : s = F(m).
Hiểu theo cách khác thì cảm biến là thiết bị dùng để biến đổi và các đại lượng
không có tính chất điện đầu vào cần đo thành các đại lượng đầu ra có thể đo và xử lý
được.
1.1.2. Phân loại
Cảm biến được phân loại theo nhiều cách:
1.1.2.1. Theo nguyên lý chuyển đổi
- Nguyên lý chuyển đổi vật lý : Nhiệt điện, quang điện, quang từ, điện từ, quang
đàn hồi, nhiệt từ
- Nguyên lý chuyển đổi hóa học : Biến đổi hóa học, biến đổi điện hóa
- Nguyên lý chuyển đổi sinh học : Biến đổi sinh hoá, biến đổi vật lý.
1.1.2.2. Theo tín hiệu kích thích
- Cảm biến quang điện

- Cảm biến nhiệt điện
- Cảm biến vị trí, khoảng cách
- Cảm biến vận tốc
- Cảm biến đo lường
1.1.2.3. Theo nguyên lý hoạt động
- Cảm biến loại điện trở
- Cảm biến loại điện từ
- Cảm biến loại tĩnh điện
- Cảm biến loại nhiệt điện
- Cảm biến loại điện tử và ion
- Cảm biến loại quang điện
1.1.2.4. Theo tính năng của cảm biến
- Độ nhạy
- Độ chính xác
- Độ phân giải
2
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
- Độ chọn lọc
- Độ chính xác
- Công suất tiêu thụ
1.1.2.5. Theo phạm vi sử dụng
- Khả năng quá tải
- Tốc độ đáp ứng
- Độ ổn định
- Tuổi thọ
- Kích thước, trọng lượng
1.1.3. Chức năng của cảm biến trong hệ thống điều khiển động cơ ôtô

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ
Các cảm biến đặt trên động cơ : cảm biến bướm ga, cảm biến nhiệt độ nước làm
mát, cảm biến ôxy, cảm biến nhiệt độ khí nạp đóng vai trò là thiết bị thu thập tất cả
các tín hiệu đầu vào (INPUT) của động cơ. Sau đó các tín hiệu này được cung cấp đến
ECU, ECU sẽ lưu giữ và xử lý các tín hiệu này để điều khiển cơ cấu chấp hành
(ACTUATORS) làm việc, sao cho động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất.
3
Tốc độ động cơ
Tải động cơ
(MAP)
Nhiệt độ nước làm
mát
Nhiệt độ khí nạp
Nhiệt độ nhiên liệu
Vị trí bướm ga
Cảm biến ôxy
Điện áp ắc quy
Các cảm biến khác
Kim phun nhiên liệu
E
C
U
Hệ thống chẩn đoán
Hệ thống đánh lửa
Điều khiển cầm chừng
INPUT (SENSORS) OUTPUT (ACTUATORS)
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
1.2. Cấu tạo, sơ đồ mạch điện của các cảm biến trên độ cơ ôtô
1.2.1. Cảm biến lưu lượng khí nạp
Để xác định lượng khí nạp đi vào xylanh người ta sử dụng các loại cảm biến

khác nhau như: cánh trượt, áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp, dạng xoáy lốc, dây
nhiệt Hiện nay trên ôtô được dùng nhiều hai loại sau:
1.2.1.1. Cảm biến đo gió kiểu cánh
trượt
 Cấu tạo
Đây là một trong những cảm biến
quan trọng nhất. Tín hiệu thể tích gió
được sử dụng để tính toán lượng xăng
phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Bộ đo gió kiểu cánh trượt bao
gồm cánh đo gió được giữ bằng một lò
xo hoàn lực, cánh giảm chấn, buồng
giảm chấn, cảm biến không khí nạp, vít
điều chỉnh cầm chừng, mạch rẽ phụ, điện
áp kế kiểu trượt được gắn đồng trục với
cánh đo gió và một công tắc bơm xăng.
1. Cánh đo gió
2. Cánh giảm chấn
3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
4. Điện áp kế kiểu trượt
5. Vít chỉnh CO
6. Mạch rẽ
7. Buồng giảm chấn
 Nguyên lý hoạt động
Lượng gió vào động cơ nhiều hay ít tùy thuộc vào vị trí cánh bướm ga và tốc
độ động cơ. Khi gió nạp đi qua bộ đo gió từ lọc gió nó sẽ mở dần cánh đo. Khi lực tác
động lên cách đo cân bằng với lực lò xo thì cánh đo sẽ đứng yên. Cánh đo và điện áp
kế được thiết kế đồng trục nhằm mục đích chuyển góc mở cánh đo gió thành tín hiệu
điện áp nhờ điện áp kế.
4

Hình 1.2: Bộ đo gió kiểu cánh trượt.
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
 Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng (vít chỉnh CO)
Hình 1.3: Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng.
Bộ đo gió có hai mạch gió: mạch gió chính đi qua cánh đo gió vá mạch gió phụ
đi qua vít CO. Lượng gió qua mạch rẽ tăng sẽ làm giảm lượng gió qua cánh đo gió. Vì
thế, góc mở của cánh đo gió sẽ nhỏ và ngược lại.
Vì lượng xăng phun cơ bản phụ thuộc vào góc mở cánh đo gió, nên tỉ lệ xăng,
gió có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh lượng gió qua mạch rẽ. Nhờ chỉnh tỉ lệ hỗn
hợp ở mức cầm chừng thông qua vít CO nên % CO trong khí thải sẽ được điều chỉnh.
Tuy nhiên điều này chỉ được thực hiện ở tốc độ cầm chừng vì khi cánh đo gió đã mở
lớn, lượng gió qua mạch rẽ sẽ ảnh hưởng rất ít đến lượng gió qua mạch chính. Trên
thực tế người ta còn điều chỉnh hỗn hợp bằng sức căng căng của lò xo.
 Buồng giảm chấn và cánh giảm chấn

Hình 1.4: Cánh giảm chấn và buồng giảm chấn.
5
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
Buồng giảm chấn và cánh giảm chấn có công dụng ổn định chuyển động của
cánh đo gió. Do áp lực gió thay đổi, cánh đo gió sẽ bị rung, gây ảnh hưởng đến độ
chính xác. Để ngăn ngừa dao động cánh đo gió, người ta thiết kế một cánh giảm chấn
liền với cánh đo gió để dập tắt độ rung động.
Nếu cực V
C
bị đoản mạch, lúc đó G tăng. ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên
liệu cực đại, bất chấp sự thay đổi ở tín hiệu V
S
. Khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm
chừng nhiên liệu được phun quá nhiều động cơ ngộp xăng dẫn tới ngừng hoạt động.
Nếu V

S
bị đoản mạch, V
C
sẽ luôn ở chế độ cực đại làm cho G giảm, lúc đó ECU
sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu giảm đi mặc dù có sự thay đổi ở tín hiệu V
S
.
● Công tắc bơm nhiên liệu (chỉ có trên xe TOYOTA)
Công tắc bơm nhiên liệu được bố
trí chung với điện áp kế. Khi động cơ
chạy, gió được hút vào nâng cánh đo gió
lên làm công tắc đóng. Khi động cơ
ngừng hoạt động do không có lực gió tác
động lên cánh đo gió khiến cánh đo gió về
vị trí ban đầu khiến công tắc bơm xăng
ngừng hoạt động dù công tắc máy đang ở
vị trí ON. Các loại xe khác không mắc
công tắc điều khiển bơm xăng trên bộ đo
gió kiểu trượt.
 Mạch điện
Loại 1: Điện áp V
S
tăng khi lượng khí nạp tăng. Loại này cung cấp điện áp 12V
tại đầu V
B
, V
C
. Điện áp ở đầu V
S
tăng theo góc mở của cánh đo gió.

ECU so sánh điện áp V
B
với độ chênh áp giữa V
C
và V
S
để xác định lượng gió
nạp (G) theo công thức.
SC
EB
VV
VV
G
−
−
=
2
6
Hình 1.5: Công tắc bơm xăng trong bộ đo
gió kiểu trượt.
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
Hình 1.6: Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp tăng.
Nếu cực V
C
bị đoản mạch, lúc đó G tăng. ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên
liệu cực đại, bất chấp sự thay đổi ở tín hiệu V
S
. Khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm
chừng nhiên liệu được phun quá nhiều động cơ ngộp xăng dẫn tới ngừng hoạt động.
Nếu V

S
bị đoản mạch, V
C
sẽ luôn ở chế độ cực đại làm cho G giảm, lúc đó ECU
sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu giảm đi mặc dù có sự thay đổi ở tín hiệu V
S
.
Loại 2: Điện áp VS giảm khi lượng khí nạp tăng. 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 1.7: Mạch điện và đường đặc tuyến của cảm biến đo gió loại điện áp giảm.
1.2.1.2. Cảm biến đo gió dạng xoáy lốc (Karman)
a) Nguyên lý làm việc
* Các cảm biến loại này dựa trên hiện tượng vật lý sau:
Khi cho dòng khí đi qua một vật thể cố định khó chảy vòng (tạo thành xoáy-
Krman Vortex) thì phía sau nó sẽ suất hiện sự xoáy lốc thay đổi tuần hoàn được gọi là
7
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
sự xoáy lốc Karman. Đối với một ống dài vô tận có đường kính d, quan hệ giữa tấn số
xoáy lốc f và vận tốc dòng chảy V được xác định bởi số Struhall:
V
f.d
S
=
Trong hiệu ứng Karman nêu trên, số Struhall không đổi trong dải rộng của các
số Reinolds, nên vận tốc dòng chảy hay lưu lượng khí đi qua tỉ lệ thuận với tần số
xoáy lốc f và có thể xác định V bằng cách đo f.
S
f.d
V
=

Lý thuyết về sự xoáy lốc khi dòng khí đi ngang qua vật cản đã được đưa ra bởi
Struhall từ năm 1878. Nhưng mãi đến năm 1934, dụng cụ đo đầu tiên dựa trên lý
thuyết này mới được chế tạo.
Ngày nay có rất nhiều sáng chế trong lĩnh vực này được ứng dụng để đo lưu
lượng khí nạp trong hệ thống điều khiển phun xăng.
b) Cấu tạo nguyên lý hoạt động
Cảm biến Karman quang có cấu tạo như trình bày trên hình 1.8, bao gồm một
trụ đứng đóng vai trò của bộ tạo dòng xoáy, được đặt ở giữa dòng khí nạp. Khi dòng
khí đi qua, sự xoáy lốc sẽ được hình thành ở phía sau bộ tạo xoáy còn gọi là các dòng
xoáy Karman.
Các dòng xoáy Karman đi theo rãnh dẫn hướng làm rung một gương mỏng
được phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo- transitor Như
vậy, tấn số đóng mở của transitor này sẽ thay đổi theo lưu lượng khí nạp.
Tần số f được xác định theo công thức sau:
d
V
S.f
=
Trong đó:
- V: vận tốc dòng khí.
- d: đường kính trụ đứng
- S: số Struhall (S=0,2 đối với cảm biến này)
Căn cứ vào tần số f, ECU sẽ xác định thể tích tương ứng của không khí đi vào
các xylanh, từ đó tính ra lượng phun xăng cần thiết.
8
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô


Hình 1.8: Bộ đo gió kiểu Karman quang.
Khi lượng gió vào ít, tấm gương rung ít và photo-transistor sẽ đóng mở các tấn

số f thấp. Ngược lại, khi lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh và tấn số f cao.
Hình 1.9: Cấu tạo dạng xung loại Karman.
 Mạch điện
Hình 1.10: Mạch điện đo gió kiểu Karman quang.
9
1 - Photo-
transostor
2 - Đèn LED
3 - Gương
( được tráng
nhôm)
4 - Mạch đếm
dòng xoáy
5 - Lưới ổn định
6 - Vật tạo xoáy
7 - Cảm biến áp
suất khí trời
8 - Dòng xoáy
Gió vào ít
Gương
Photo -
transistor
LED
Bộ tạo xoáy
Lưu lượng
gió trung
bìnhbình
Gió vào
nhiều
VC

KS
E2
E1
ECU
Photo - transitor
LED
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
1.2.2. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (MAP - Manifold Absolute
Pressure sensor).
Lượng khí nạp đi vào xylanh được xác định gián tiếp thông qua cảm biến đo áp
suất tuyệt đối trên đường ống nạp.
1.2.2.1. Loại điện áp kế
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý
cầu Wheatstone. Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ dày hơn ở hai mép ngoài
(khoảng 0,25mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025 mm). Hai mép được làm kín cùng
với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến. Mặt ngoài
của tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm silicon được phủ
thạch anh để tạo thành điện trở áp điện.
Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở sẽ thay đổi. Các điện
trở được nối thành cầu Wheastone. Khi màng ngăn chưa bị biến dạng (động cơ chưa
hoạt động hoặc ở tải lớn).
1. Mạch bán dẫn
2. Buồng chân không
3. Giắc cắm
4. Lọc khí
5. Đường ống nạp
Hình 1.11: Cảm biến áp suất đường ống nạp.
Tất cả bốn điện trở áp có giá trị
bằng nhau lúc đó không có sự chênh
lệch điện áp ở hai đầu cầu. Khi áp suất

đường ống nạp giảm, màng silicon bị
biến dạng dẫn đến giá trị các điện trở
cũng thay đổi làm mất cân bằng cầu. Kết
quả có sự chênh lệch điện áp giữa hai
đầu cầu và tín hiệu này được khuếch đại
để điều khiển mở transistor ở ngõ ra của
các cảm biến có cực C treo. Độ mở của
transistor phụ thuộc vào áp suất đường
ống nạp tới sự thay đổi điện áp báo về
ECU
10
Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp
suất đường ống nạp
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
 Mạch điện:
Hình 1.13: Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp
1.2.2.2. Loại điện dung
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt
động:
Hai đĩa silicon đặt cách nhau tạo
thành buồng kín ở giữa. Trên mỗi đĩa có
điện cực nối hai tấm silicon với nhau.
Áp suất đường ống nạp thay đổi sẽ làm
cong hai đĩa hướng vào bên trong, làm
khoảng cách giữa hai đĩa giảm khiến
tăng điện dung tụ điện. Sự thay đổi điện
dung của tụ điện sinh tín hiệu điện áp
gửi về ECU để nhận biết áp suất trên
đường ống nạp.
1.2.3. Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston

Cảm biến vị trí piston (TDC sensor hay còn gọi là cảm biến G) báo cho ECU
biết vị trí điểm chết trên hoặc trước vị trí đó. Công dụng của cảm biến này là xác định
thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun.
Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed ; crankshaft angle sensor hay còn gọi
là tín hiệu NE) dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu
và lượng phun cho từng xylanh và điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở
chế độ cưỡng bức.
Có nhiều cách bố trí cảm biến G và NE trên động cơ: trong delco, trên bánh đà,
hoặc bánh răng cốt cam.
11
Hình 1.14: Sơ đồ cảm biến MAP loại
điện dung
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động loại dùng cảm biến điện từ
Hình 1.15: Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE trên xe TOYOTA
Mỗi cảm biến gồm có rotor để khép kín mạch từ, cuộn dây cảm ứng quấn
quanh một nam châm đứng yên. Số cuộn dây cảm ứng và số răng trên rotor thay đổi
tuỳ thuộc loại động cơ. Phần tử phát xung G có thể có 1; 2; 4; 6 còn phân tử phát xung
NE có thể có 4; 24 hoặc sử dụng số răng trên bánh đà.

Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý của loại dùng cảm biến điện từ
- Tín hiệu G: cuộn cảm nhận tín hiệu G, gắn trên thân của bộ chia điện. Rotor
tín hiệu G có 1 răng sẽ cho 1 xung dạng sin cho mỗi vòng quay của trục cam (hình
1.16)
- Tín hiệu NE: được tạo ra trong cuộn cảm cùng nguyên lý như tín hiệu G có
điều khác là rotor của tín hiệu NE có 4 răng. Cuộn dây cảm biến sẽ phát 4 xung trong
mỗi vòng quay của bộ chia điện.
12
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
Hình 1.17: Sơ đồ mạch điện và dạng xung G và NE (Tín hiệu G: một cuộn kích 1

răng; Tín hiệu NE: một cuộn kích 4 răng)
1.2.4. Cảm biến bướm ga (Thorttle position sensor)
Cảm biến bướm ga được lắp trên trục cánh bướm ga. Cảm biến này đóng vai
trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU.
- Tín hiệu cầm chừng IDL dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi tăng tốc và
giảm tốc cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa.
- Tín hiệu toàn tải PSW dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng
công suất động cơ.
Có nhiều loại cảm biến vị trí cánh bướm ga, tùy theo yêu cầu và thiết kế trên
các đời xe ta thường có các loại:
1.2.4.1. Loại công tắc
 Cấu tạo:
- Một cần xoay đồng trục với
cánh bướm ga.
- Cam dẫn hướng xoay theo cần.
- Tiếp điểm di động di chuyển
dọc theo rãnh của cam dẫn hướng.
- Tiếp điểm cầm chừng.
- Tiếp điểm toàn tải.
 Nguyên lý hoạt động:
- Khi ở chế độ cầm chừng: khi cánh bướm ga đóng (cánh bướm ga <5
0
). Thì
tiếp điểm động sẽ tiếp xúc với tiếp điểm cầm chừng và gửi tín hiệu cho ECU biết động
cơ đang hoạt động ở chế độ này. Tín hiệu này cũng dùng để cắt nhiên liệu khi động cơ
giảm tốc đột ngột.
- Khi ở chế độ tải lớn: khi cánh bướm ga mở khoảng 50
0
÷ 70
0

(tùy từng loại
động cơ) so với vị trí đóng hoàn toàn, tiếp điểm di động tiếp xúc với tiếp điểm toàn tải
và gửi tín hiệu điện áp cho ECU biết tình trạng tải lớn của động cơ.
13
Engine ECU
G
G
G-
NE
NE
Igniter
Tín hiệu
Ne
Tín
hiệu G
180
o
CA

Hình 1.18: Cảm biến cánh bướm ga loại
công tắc
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
 Mạch điện:
+ Loại âm chờ .
Hình 1.19: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga loại âm chờ
Điện áp 5V đi qua một điện trở trong ECU đưa đến IDL và cực PSW .
Ở vị trí cầm chừng điện áp từ cực IDL qua công tắc tiếp xúc IDL về mass.
Ở vị trí toàn tải điện áp từ cực PSW qua công tắc tiếp xúc PSW về mas.
+ Loại dương chờ
Hình 1.20: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga loại dương chờ

14
IDL
PSW
E C U
+B or 5V
+B or 5V
Cảm biến vị trí
bướm ga
IDL
PSW
E C U
+B or 5V
Cảm biến vị trí
bướm ga
TL
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
1.2.4.2. Loại biến trở
 Cấu tạo:
Loại này gồm hai con trượt, ở
mỗi đầu con trượt được thiết kế có các
tiếp điểm cho tín hiệu cầm chừng và
tín hiệu góc mở cánh bướm ga.


Hình 1.21: Cảm biến cánh bướm ga loại biến trở
 Mạch điện:
Điện áp 5V từ ECU cấp đến
cực VC. Khi cánh bướm ga mở, con
trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện
áp tăng dần ở cực VTA tương ứng

với góc mở cánh bướm ga. Khi
bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm
cầm chừng nối cực IDL với cực E2.
Trên đa số các xe, trừ Toyota, cảm biến bướm ga loại biến trở chí có 3 dây VC,
VTA và E2 mà không có dây IDL.
Hình 1.23 : Cảm biến bướm ga trên động cơ 2AZ - FE
15
Hình 1.22:Mạch điện cảm biến vị trí bướm
ga loại biến trở
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
1.2.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Coolant water temperature sensor)
Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, cấu tạo là một điện trở nhiệt hay là một
diode.
 Cấu tạo: Là một trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng
bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm. Được gắn ở thân máy, hoặc ở nắp máy, gần bọng
nước làm mát.
 Nguyên lý hoạt động:
Hình 1.25: Sơ đồ nguyên lý cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Điện áp 5V qua điện trở chuẩn tới cảm biến rồi trở về ECU về mass. Như vậy
điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp
điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC
- analog to digital converter).
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở của cảm biến cao và điện áp chuyển
đến bộ biến đổi ADC lớn và chuyển tín hiệu dưới dạng xung vuông về bộ vi xử lý để
thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh và ngược lại.
16
Hình 1.24: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
1. Đầu ghim; 2. Vỏ; 3. Điện trở (NTC)
Bộ ổn áp
Bộ chuyển

đổi A/D
Cảm
biến
nhiệt độ
nước
Điện trở
chuẩn
B+
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
 Mạch điện:

Hình 1.26: Mạch điện cảm biến nước làm mát
Hình 1.27: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên động cơ 2AZ - FE
1.2.6. Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake air temperature or manlifold air temperture
sensor)
Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác định nhiệt độ khí nạp. Nó gồm có một
điện trở gắn trong bộ đo gió hoặc trên đường ống nạp.
Tỷ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ không khí cao, hàm
lượng oxy trong không khí thấp. Khi nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy trong
không khí tăng. Trong các hệ thống phun xăng mà lưu lượng không khí đo bằng thể
tích thì khối lượng không khí phụ thuộc vào nhiệt độ khí nạp. ECU xem nhiệt độ 20
0
C
là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20
0
C thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng
xăng phun; nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20
0
C thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng
phun. Đảm bảo tỷ lệ hỗn hợp theo môi trường.

17
5V Vcc
ADC CPU
Đến Relay chính
+B
+B1
E
1
E
2
THW

E
2
Cảm biến nhiệt độ
nước làm mát
E C U
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
1. Đầu ghim
2. Điện trở NTC
Hình 1.28: Cảm biến nhiệt độ khí nạp
 Mạch điện:
Hình 1.29: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp
1.2.7. Cảm biến kích nổ (Knock or detonation sensor )
Cảm biến kích nổ được gắn trong thân xylanh hoặc nắp máy để cảm nhận xung
kích nổ phát sinh trong động cơ và gửi tín hiệu này tới ECU làm trễ thời điểm đánh
lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ.
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Hình 1.30: Cấu tạo cảm biến kích nổ
1. Đáy cảm biến; 2. Tinh thể thạch anh; 3. Khối lượng quán tính; 5. Nắp

6. Dây đan; 7. Đầu cảm biến.
18
Vcc=5v
VVvV
VVV
ADC
CPU
Đến relay chính
+B
+B
1
E
1
E
2
THA
E
2
Cảm biến nhiệt độ
khí nạp
ECU
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
Thành phần điện áp trong cảm biến kích nổ được chế tạo từ tinh thể thạch anh là
vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp. Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước
với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có kích nổ xảy ra hiệu ứng cộng
hưởng (f = 7kHz).
Khi có kích nổ tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp.
Tín hiệu này có giá trị nhỏ hơn 2,4V. Nhờ tín hiệu này ECU nhận biết được hiện
tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ. ECU
sau đó có thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại.

 Mạch điện
1.2.8. Cảm biến khí thải (Oxygen sensor)
Cảm biến oxy dùng để xác định thành phần hoà khí tức thời của động cơ đang
hoạt động. Nó phát ra một tín hiệu điện thế gửi về ECU để điều chỉnh tỉ lệ hòa khí
thích hợp trong một điều kiện làm việc nhất định. Cảm biến oxy được gắn ở đường
ống thải. Có hai loại cảm biền oxy:
- Chế tạo từ dioxide zirconium (ZrO
2
)
- Chế tạo từ dioxide titanium (TiO
2
)
19
Hình 1.31: Mạch điện cảm biến kích nổ
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
a) Cảm biến oxy với thành phần Zirconium
 Cấu tạo:
Hình 1.32: Cấu tạo cảm biến oxy loại Zirconium
1. Thân; 2. Đệm; 3. Dây nối; 4. Vỏ; 5. Thanh tiếp xúc; 6. Gốm ZrO
2
; 7. Màng bảo vệ
Thân cảm biến được giữ trong một chân có ren, bao ngoài một ống bảo vệ và
được nối với các đầu dây điện. Bề mặt chất ZrO
2
được phủ một lớp platin mỏng cả mặt
trong lẫn mặt ngoài. Ngoài lớp platin là một lớp gốm ZrO
2
rất xốp và kết dính bảo vệ
lớp platin không bị hỏng do va chạm các phần tử rắn có trong khí thải. Một ống kim
loại bảo vệ bao ngoài cảm biến tại đầu mối nối điện giữ liền vỏ ống này với một lỗ bù

trừ áp suất trong cảm biến và để đỡ lò xo đĩa. Để giữ cho muội than không đóng vào
lớp gốm ZrO
2
, đầu tiếp xúc khí thải có một ống đặc biệt có cấu tạo dạng rãnh để khí
thải và phân tử khí cháy đi vào bị giữ và không tiếp xúc trực tiếp với thân gốm ZrO
2
.
 Nguyên lý hoạt động:
Loại này được chế tạo từ chất zirconium dioxde (ZrO
2
) có tính chất hấp thụ
những ion oxy âm tính. Mặt trong của ZrO
2
tiếp xúc với không khí mặt ngoài tiếp xúc
với oxy trong khí thải. Khi khí thải chứa lượng oxy ít do lượng hỗn hợp giàu nhiên
liệu thì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn oxy tập trung ở điện cực
tiếp xúc không khí. Sự chênh lệch này sẽ tạo ra một tín hiệu điện áp khoảng 600 ÷ 900
mV. Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo
xăng, cảm biến phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100 ÷ 400 mV.
 Mạch điện:

Hình 1.33: Mạch điện cảm biến oxy loại zirconium
20
Đầu kiểm
tra
Engine ECU
R
0,45 V
OX
E

2
Cảm biến
oxy
Nghèo hơn Giàu hơn
Hòa khí lý tưởng
Điện áp cảm biến
+
-
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
b) Cảm biến oxy với thành phần titanium
 Cấu tạo:
Cảm biến loại này tương tự
như loại zirconium nhưng thành
phần nhận biết oxy trong khí thải là
từ titanium dioxide (TiO
2
). Đặc
tính của loại này là sự thay đổi điện
trở theo nồng độ oxy trong khí thải.
Khi khí thải chứa lượng oxy thấp do hỗn hợp giàu nhiên liệu, phản ứng tách oxy
ra khỏi TiO
2
dễ xảy ra. Do đó điện trở của TiO
2
thấp nên làm dòng qua điện trở tăng
lên. Như vậy điện áp đặt vào cổng so của OP AMP qua cầu phân áp đạt giá trị 600 ÷
900mV. Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp nghèo phản ứng tách oxy ra khỏi
TiO
2
khó xảy ra, do đó điện trở của TiO

2
có giá trị cao làm dòng qua điện trở giảm
điện áp ở cổng sẽ giảm xuống khoảng 100 ÷ 400mv.
 Mạch điện
21
Hình 1.34:Cảm biến oxy loại titanium
Hình 1.35: Mạch điện của cảm biến oxy loại titanium
Đầu kiểm
tra
Engine ECU
R
0,45 V
OX
Cảm
biến oxy
1V
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
Hình 1.36 : Cảm biến ôxy trên động cơ 2AZ - FE
1.2.9. Cảm biến áp suất nhiên liệu trong ống (Rain-pressure sensor)
Cảm biến áp suất nhiên liệu trong ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và
báo về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh.
1. Mạch điện
2. Màng so
3. Màng của phần tử cảm biến
4. Ống dẫn áp suất
5. Ren lắp ghép

Hình 1.37 : Cảm biến áp suất trên ống phân phối
Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất ống thông qua một đầu mở và phần cuối
được bịt kín bởi một màng cảm biến. Thành phấn chính của cảm biến là một thiết bị

bán dẫn được gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín
hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào một mạch khuếch đại tín hiệu và đưa đến ECU.
22
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc:
- Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến
dạng (khoảng 1mm ở 1500bar) là do áp suất tăng lên trông hệ thống, sự thay đổi điện
trở gây ra sự thay đổi điện thế của mạch cầu điện trở.
- Điện áp thay đổi trong khoảng 0 - 70mV (tuỳ thuộc áp suất tác động) và được
khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5V - 4,5V.
Việc kiếm soát một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống
hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suất ống phải có sai số
nhỏ trong quá trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo đạt
khoảng 2%. Nếu cảm biến áp suất bị hư thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển
theo giá trị định sẵn ECU.
 Mạch điện
Hình 1.38 : Mạch điện cảm biến áp suất nhiên liệu
1.2.10. Cảm biến vị trí bàn đạp ga (Accelerator pedal position sensor)
Cảm biến vị trí bàn đạp ga: Tạo thành một cụm cùng với bàn đạp ga. Cảm biến
này là loại có một phần tử Hall, phát hiện góc mở của bàn đạp ga. Một điện áp
tương ứng với góc mở của bàn đạp ga có thể phát hiện được tại cực tín hiệu ra.
Có hai loại cảm biến vị trí bàn đạp ga, loại tuyến tính và loại phần tử Hall.
a) Loại tuyến tính
Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm
ga loại tuyến tính.
Trong các tín hiệu từ hai hệ thống này, một là tín hiệu VPA truyền điện áp theo đường
thẳng trong toàn bộ phạm vi bàn đạp ga. Tín hiệu khác là tín hiệu VPA2, truyền điện
áp bù từ tín hiệu VPA.
23
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô

Hình 1.39 : Mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga loại tuyến tính
Việc điều chỉnh vị trí yêu cầu độ chính xác rất cao khi lắp đặt cảm biến. Vì vậy, phải
thay thế cả cụm bàn đạp ga khi cảm biến này bị hỏng.
b) Loại phần tử Hall
Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm
ga loại phần tử Hall.
Hình 1.40 : Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga loại Hall
24
Đồ án tốt nghiệp Ngành Công nghệ kỹ thuật Ôtô
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT BẢNG TÁPLÔ TRÊN MÔ HÌNH
ĐỘNG CƠ 2AZ - FE
2.1. Hệ thống thông tin trên ôtô
2.1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin trên ôtô
Hệ thống thông tin trên xe bao gồm các bảng đồng hồ (táplô) và các đèn báo
giúp tài xế và người sửa chữa biết được thông tin về tình trạng hoạt động của các hệ
thống chính trong xe.
Thông tin có thể truyền đến tài xế hoặc người sửa chữa qua 2 dạng : dạng tương
tự (táplô kim) và dạng số (táplô hiện số).
Trên một số loại xe người ta cũng dùng tiếng nói để truyền thông tin đến tài xế.
Hình 2.1 : Cấu tạo bảng táplô dạng thường và dạng hiện số
25