Nghiên cứu, đánh giá các phương pháp xác định tốc độ động cơ

ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

M CL C
Danh m c các hình .................................................................................................... x
Danh m c t vi t t t ...............................................................................................xiii
Ch

ngă1:ăT NGăQUAN………………………………………………………….1

1.1 T ngăquanăchungăv ălƿnhăv cănghiênăc u,ăcácăk tăqu ănghiênăc uătrongăvƠă
ngoƠiăn

c

.............................................................................................................. 1

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ............................................ .1
1.1.2 Các kết qu nghiên cứu trong và ngồi n ớc ....................................... .1
1.2 Tínhăc păthi tăcủaăđ ătƠi ..................................................................................... 3
1.3 M căđíchăcủaăđ ătƠi............................................................................................. 3
1.4 Nhi măv ăvƠăgi iăh năcủaăđ ătƠi ........................................................................ 4
1.4.1 Nhiệm v của đề tài .............................................................................. 4
1.4.2 Giới h n của đề tài ................................................................................ 4
1.5 Ph
Ch
C

ngăphápănghiênăc u ................................................................................... 4

ngă2:ă Lụă THUY TăĐ NGă C ă Đ T TRONGă VĨă ĐOă T Că Đ ă Đ NGă
. ............................................................................................................................ 5

2.1 Nguyên lý ho t đ ng của đ ng cơ đốt trong 4 kỳ lo i piston............................... 5
2.2 Tầm quan trọng của giá trị tốc đ đ ng cơ ........................................................... .7
2.2.1 Trong điều khiển đ ng cơ ................................................................... ..7
2.2.2 Trong việc kiểm tra, chẩn đoán............................................................. 8
2.3 Các ph ơng pháp đo tốc đ đ ng cơ hiện nay trên ô tô ........................... ………8
2.3.1 Dùng c m biến điện từ .......................................................................... 8
2.3.2 Dùng c m biến quang ........................................................................... 9
2.3.3 Dùng c m biến Hall ............................................................................. 9
Ch

ngă3:ăÁPăSU TăCHỂNăKHỌNGăTRONGăĐ

BI NăĐOăÁPăSU TăTUY TăĐ IăTRểNăĐ

NGă NGăN PăVĨ C Mă

NGă NGăN P ......................... 11

3.1ăĐặcăđi m,ăk tăc uăcủaăh th ngăn pătrênăđ ngăc ăđ tătrong ......................... 11
3.1.1 Đặc điểm của hệ thống n p ................................................................. 11
3.1.2 Kết c u của hệ thống n p trên đ ng cơ xăng ...................................... 11
3.1.3 Kết c u của hệ thống n p trên đ ng cơ diesel .................................... 12
3.2ăĐặcăđi măcủaăápăsu tăkhíăn pătrênăđ
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

ngăn p ............................................... 14
vii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

3.2.1 Hiệu ứng dao đ ng của áp su t trong q trình thay đổi mơi ch t ..... 14
3.2.2 Mối liên hệ giữa áp su t chân không trên đ
3.3ăHi năt

ng ống n p .................. 15

ngăápăđi n ............................................................................................ 15

3.3.1 Hiện t

ng áp điện thuận .................................................................... 16

3.3.2 Hiện t

ng áp điện nghịch .................................................................. 16

3.4ăC uăt o,ănguyênălýăho tăđ ngăcủaăc măbi năápăđi n ...................................... 16
3.4.1 C u t o ................................................................................................ 17
3.4.2 Nguyên lý đo của c m biến áp điện .................................................... 18
3.4.3 Đôi nét về hệ thống L-Jetronic và D-Jetronic ..................................... 20
3.5ăC uăt o,ănguyênălýăho tăđ ngăcủaăc măbi năMAP ......................................... 20
3.5.1 Giới thiệu về c m biến MAP .............................................................. 20

3.5.2 C u t o của c m biến MAP ................................................................ 21
3.5.3 Nguyên lý ho t đ ng của c m biến MAP ........................................... 21
3.5.4 Đặc tuyến ho t đ ng của c m biến MAP............................................ 21
3.6ă Đặcă đi mă củaătínă hi uăraă ă chơnă PIMă củaă c mă bi năMAPă trongă quáătrìnhă
ho tăđ ngăcủaăđ ngăc (Toyota) ............................................................................. 22
3.6.1

tốc đ cố định .................................................................................. 23

3.6.2 Khi tăng gi m tốc đ ........................................................................... 27
3.6.3 Mối liên hệ giữa tín hiệu ra
cơ
Ch

chân PIM c m biến MAP và tốc đ đ ng

....................................................................................................................... 27
ngă4: H TH NG CUNG C PăĐI N TRÊN Ô TÔ .................................. 28

4.1 c quy ................................................................................................................. 28
4.1.1 Nhiệm v của ắc quy trên ô tô ............................................................ 28
4.1.2 Các q trình điện hóa của ắc quy chì axit ......................................... 28
4.1.3 Đặc tuyến làm việc của ắc quy trên ô tô .............................................. 29
4.2ăMáyăphátăđi n .................................................................................................... 30
4.2.1 Nhiệm v , yêu cầu của máy phát điện ................................................ 30
4.2.2 Chế đ làm việc giữa accu - máy phát và sự phân bố t i..................... 30
4.2.3 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có vịng tiếp điện 33
4.3 M i liên h gi a t că đ đ ngă c ă vƠă cácă tínă hi uă đi nă ápă đoă đ

c trong h

th ng cung c păđi n ................................................................................................. 39
4.3.1 Mối liên hệ giữa tốc đ đ ng cơ và điện áp pha của máy phát ........... 39
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

viii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

4.3.2 Mối liên hệ giữa tốc đ đ ng cơ và điện áp máy phát sau chỉnh l u . 40
4.3.3 Mối liên hệ giữa tốc đ đ ng cơ và điện áp 2 đầu ắc quy .................. 40
Ch

ngă5: THI T K , CH T O THI T B ĐOăT CăĐ

Đ NGăC ......... 42

5.1 Gi i thi u viăđi u khi n AVR ......................................................................... 42
5.1.1 AVR .................................................................................................... 42
5.1.2 ATmega 16 .......................................................................................... 42
5.1.3 Ngắt ngoài AVR.................................................................................. 43
5.1.4 Giao tiếp AVR và Text LCD .............................................................. 44
5.2 S ăđ nguyên lý m ch thi t k .......................................................................... 45
5.2.1 S ăđ nguyên lý m ch ngu n

................................................ 45

5.2.2 S ăđ nguyên lý m ch ngu n 5V ..................................................... 46
5.2.3 Sơ đồ nguyên lý m ch xử lý tín hiệu PIM, G và BATT (Toyota) ....... 46
5.2.4 Sơ đồ m ch vi điều khiển ATMEGA 16.............................................. 52
5.2.5 Sơ đồ m ch hiển thị LCD .................................................................... 53
5.3 Thu t tốn xử lý ................................................................................................. 54
5.3.1 Thuật đốn tính tốc đ đ ng cơ .......................................................... 54
5.3.2 Ch ơng trình tính tốc đ tốc đ ng cơ cho vi điều khiển ...................... 55
5.4 Ch t o m chăđo ................................................................................................ 56
Ch

ngă6: TH C NGHI M THI T B ĐOăT CăĐ NGăC .......................... 58

6.1 Thi t b ................................................................................................................ 58
6.2 Qui trình đo ........................................................................................................ 59
6.3 K t qu đo .......................................................................................................... 59
6.3.1 Tín hiệu sau khi đ

c xử lý ................................................................. 59

6.3.2 Kết qu hiển thị LCD .......................................................................... 63
6.4 Thi t b đoăt căđ đ ngăc ................................................................................. 67
6.5 Đánhăgiá,ănh n xét ............................................................................................. 68
Ch

ngă7: K T LU NăVĨăH

NG PHÁT TRI N .......................................... 70

7.1 K t lu n .............................................................................................................. 70
7.2ăH

ng phát tri n củaăđ tài .............................................................................. 70

Tài li u tham kh o ................................................................................................... 71
Ph l c ...................................................................................................................... 72

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

ix

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

DANH M C CÁC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ ngun lý làm việc của đ ng cơ xăng 4 kỳ ....................................... 5
Hình 2.2: B n đồ góc đánh lửa sớm lý t

ng và góc ngậm điện ................................ 7

Hình 2.3: Vị trí thực tế của c m biến điện từ trong b chia điện ................................ 9
Hình 2.4: Khi khơng chắn từ ..................................................................................... 10
Hình 2.5: Khi chắn từ ................................................................................................ 10
Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống n p th i ............................................................ 11
Hình 3.2: Sơ đồ đ

ng n p đ ng cơ phun xăng điện tử dùng c m biến MAP ......... 12

Hình 3.3: Sơ đồ n p th i của đ ng cơ diesel tăng áp ................................................ 13
Hình 3.4: Đồ thị cơng vùng th p áp của q trình thay đổi mơi ch t ....................... 14
Hình 3.5: Hiện t

ng áp điện .................................................................................... 16

Hình 3.6: C m biến kiểu áp điện ............................................................................... 17
Hình 3.7: Cách bố trí c m biến .................................................................................. 20
Hình 3.8: C u t o c m biến MAP ............................................................................. 21
Hình 3.9: Biến d ng màng silicon theo áp su t ......................................................... 21
Hình 3.10: Đặc tuyến ho t đ ng của c m biến MAP ................................................ 22
tốc đ cầm chừng.......................... 23

Hình 3.11: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP

Hình 3.12:Biên d ng tín hiệu c m biến MAP và G

1.500 rpm.. ........................... 23

tốc đ 1.500 rpm.. ......................... 24

Hình 3.13: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP

Hình 3.14: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP và G

2.500 rpm. ........................... 24

tốc đ 2.500 rpm. .......................... 24

Hình 3.15: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP

Hình 3.19: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP và G

3.500 rpm.. .......................... 25

tốc đ 3.500 rpm.. ......................... 25

Hình 3.20: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP

Hình 3.21: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP và G

4.100 rpm. ........................... 26

Hình 3.22: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP

tốc đ 4.100 rpm. .......................... 26

Hình 3.23: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP

4.800 rpm ..................................... 27

Hình 3.24: Biên d ng tín hiệu c m biến MAP thay đổi theo tốc đ (Picoscope).. .. 27
Hình 4.1: Chế đ phóng n p của accu trên xe ........................................................... 30
Hình 4.2: Sơ đồ tính tốn hệ thống cung c p điện .................................................... 31
Hình 4.3: C u t o máy phát điện kích thích bằng điện từ có vịng tiếp điện. ........... 33
Hình 4.4: Các b phận trong máy phát kích thích bằng điện từ có vịng tiếp điện. .. 33
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

x

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

Hình 4.5: C u t o rotor. ............................................................................................. 34
Hình 4.6: B chỉnh l u 6 diode ................................................................................. 35
Hình 4.7: Hệ thống cung c p điện với b chỉnh l u 8 diode ..................................... 35
Hình 4.8: Máy phát 3 pha mắc hình sao với b chỉnh l u 6 diode với diode D4 và D5
dẫn

....................................................................................................................... 36

Hình 4.9: Diode D4 và D1 dẫn .................................................................................. 37
Hình 4.10: Diode D1 và D6 dẫn ................................................................................ 37
Hình 4.11 Điện áp pha các pha và điện áp sau khi đư chỉnh l u ............................... 38
Hình 4.12 Tiết chế vi m ch và vị trí trên máy phát ................................................... 38
Hình 4.13: Tiết chế lo i D ......................................................................................... 39
Hình 4.14:Tiết chế lo i M ......................................................................................... 39
Hình 4.15a: Mối liên hệ giữa điện áp ắc quy và tín hiệu đánh lửa IGT trên đ ng cơ
5S-FE

..................................................................................................................... 40

Hình 4.15b: Mối liên hệ giữa điện áp ắc quy và tín hiệu đánh lửa IGT trên đ ng cơ

1G-FE ....................................................................................................................... 41
Hình 5.1: Sơ đồ chân chip ATmega16 ...................................................................... 42
Hình 5.2: Thanh ghi MCUCR ................................................................................... 44
Hình 5.4: Kết nối LCD và vi điều khiển ATmega 16

chế đ 4 bit ........................ 45

Hình 5.5: Sơ đồ m ch nguồn 12 V ......................................................................... 45
Hình 5.6: Sơ đồ chân IC 7812 và IC 7912 ................................................................ 46
Hình 5.7: Sơ đồ m ch nguồn 5 V .............................................................................. 46
Hình 5.8: M ch xử lý tín hiệu c m biến MAP .......................................................... 47
Hình 5.9: D ng tìn hiệu c m biến MAP khi tăng gi m tốc ....................................... 47
Hình 5.10: So sánh tín hiệu c m biến MAP tr ớc và sau m ch lọc thơng th p ........ 49
Hình 5.11: Sơ đồ chân và c u t o bên trong IC 555.................................................. 50
Hình 5.12: Tín hiệu sau khi qua m ch Trigger Smith dùng IC 555 .......................... 51
Hình 5.13: M ch xử lý tín hiệu c m biến G .............................................................. 51
Hình 5.14: Tín hiệu c m biến G ................................................................................ 51
Hình 5.15: M ch xử lý tín hiệu điện áp ắc quy ......................................................... 52
Hình 5.16: M ch giao tiếp ATmega 16 ..................................................................... 53
Hình 5.17: M ch hiển thị LCD .................................................................................. 53
Hình 5.18: Sơ đồ khối thuật tốn xử lý tín hiệu ........................................................ 55
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

xi

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM
ình 5.19: M ch nguồn

Luận văn tốt nghiệp

12 V .................................................................................... 56

Hình 5.20: M ch nguồn 5 V và m ch điều khiển ATmega 16 .................................. 56
Hình 5.21: M ch xử lý tín hiệu c m biến MAP, G và tín hiệu điện áp ắc quy ......... 57
Hình 5.22: M ch hiển thị LCD .................................................................................. 57
Hình 6.1: Mơ hình đ ng cơ 5S-FE và 7A-FE ........................................................... 58
Hình 6.2: Kết nối m ch đo thử nghiệm ..................................................................... 58
Hình 6.3: Máy đo Oscilloscope với 4 kênh đo .......................................................... 59
Hình 6.4: Đo thử nghiệm ........................................................................................... 59
Hình 6.5: D ng xung của 3 tín hiệu tr ớc khi xử lý .................................................. 60
Hình 6.6: D ng xung của 3 tín hiệu sau khi xử lý ..................................................... 60
Hình 6.7: Tín hiệu điện áp ắc quy tr ớc và sau m ch xử lý

1000 rpm .................. 61

Hình 6.8: Tín hiệu c m biến MAP tr ớc và sau m ch xử lý

1000 rpm ................. 61

Hình 6.9: Tín hiệu điện áp ắc quy tr ớc và sau m ch xử lý

1500 rpm .................. 61

Hình 6.10: Tín hiệu c m biến MAP tr ớc và sau m ch xử lý

1500 rpm ............... 62

Hình 6.11: Tín hiệu điện áp ắc quy tr ớc và sau m ch xử lý

2500 rpm ................ 62

Hình 6.12: Tín hiệu c m biến MAP tr ớc và sau m ch xử lý

2500 rpm ............... 62

Hình 6.13: Tín hiệu điện áp ắc quy tr ớc và sau m ch xử lý

4000 rpm ................ 63

Hình 6.14: Tín hiệu c m biến MAP tr ớc và sau m ch xử lý

4000 rpm ............... 63

Hình 6.15: Kết qu đo

tốc đ cầm chừng ............................................................... 63

Hình 6.16: Kết qu đo

tốc đ 1000 rpm ................................................................. 63

Hình 6.17: Kết qu đo

tốc đ 1500 rpm ................................................................. 63

Hình 6.18: Kết qu đo

tốc đ 2000 rpm ................................................................. 64

Hình 6.19: Kết qu đo

tốc đ 2500 rpm ................................................................. 64

Hình 6.20: Kết qu đo

tốc đ 3000 rpm ................................................................. 64

Hình 6.21: Kết qu đo

tốc đ 3500 rpm ................................................................. 64

Hình 6.22: Kết qu đo

tốc đ 4000 rpm ................................................................. 65

Hình 6.23: Kết qu đo

tốc đ 4500 rpm ................................................................. 65

Hình 6.24: Kết qu đáp ứng tốc đ khi tăng, gi m tốc.............................................. 66
Hình 6.25: Đồ thị đáp ứng tốc đ của 3 ph ơng pháp đo ......................................... 67
Hình 6.26: Thiết bị tốc đ đ ng cơ hoàn thiện .......................................................... 67
Hình 6.27: Đo và kiểm tra ho t đ ng của thiết bị ..................................................... 68

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

xii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

DANH M C CÁC T
ADC:

Analog-to-Digital Converter

MAP:

Manifold Absolute Pressure

BATT:

Battery

ECU:

Electronic Control Unit

EFI:

Electronic Fuel Injection

LED:

Light emitting diode

LCD:

Liquid-crystal display

MAF:

Mass Air Flow Sensors

MCU:

Microcontroller

RPM:

VI T T T

Revolution Per Minute

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

xiii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Ch
1.1

Luận văn tốt nghiệp

ngă1: T NG QUAN

T ng quan chung v lƿnhăv c nghiên c u, các k t qu nghiên c u trong và

ngoƠiăn

c

1.1.1 T ng quan chung v lƿnhăv c nghiên c u
Tơc đơ ̣ đơ ̣ng cơ cịn g ọi là tua máy hay tốc đ quay tr c khuỷu la mơ ̣t thơng
sơ r t quan trọng, nó chứa đựng nhiều thơng tin ph n ánh tồn diện tình tr ng làm
viê ̣c của đơ ̣ng cơ nh tính năng đ ng học, đ ng lực học, tính năng về kinh tế nhiên
liệu... Dựa vào tốc đ đ ng cơ và thơng qua hệ thống chẩn đốn ng
đ

c các chi tiết, cơ c u bên trong đ ng cơ có ho t đ ng bình th

i ta có thể biết

ng hay khơng. Vì

thê viê ̣c xac đinh tơc đơ ̣ đô ̣ng cơ mô ̣t cach nhanh chong t c thơi co mô ̣t y nghia r
̣
̃

t

quan tro ̣ng trong điều khiển cũng nh trong viê ̣c kiể m tra bảo d ỡng và s ̉ a ch ̃ a.
Các ph ơng phap đ ể xác định tôc đô ̣ đô ̣ng cơ th

ng đ

c s ̉ du ̣ng hi ện nay

trên ơ tơ có đ bên va chinh xac cao . Trong điều khiển đ ng cơ, ng

i ta d a trên
̣

việc nhận tín hiệu gửi về từ các c m biến nh c m biến điện từ, c m biến Hall, c m
biến quang và đ a tín hiệu này vào b xử lý để xác định tốc đ đ ng cơ. Bên c nh
đó để hiển thị tốc đ lên đồng hồ Taplo, ng

i ta dùng tín hiệu từ cực âm bobine hay

chân Tach của Igniter. Tuy c u t o và nguyên lý ho t đ ng của các c m biến là khác
nhau nh ng có điểm chung là đều tính tốc đ đ ng cơ d a vao viê ̣c tinh khoảng thơi
̣
gian gi ̃ a hai xung liên tiêp hoă ̣c đếm sô xung trong mô ̣t khoảng thơi gian.
Tuy nhiên, tốc đ đ ng cơ cũng nh h

ng đến r t nhiều ho t đ ng của các hệ

thống trên đ ng cơ, gây ra sự biến đổi của các tín hiệu có tính quy luật theo tốc đ
đ ng cơ. Do đó, cịn có nhiều tín hiệu khác có thể dùng để tính ra tốc đ đ ng cơ.

Ng

i nghiên cứu dựa vào m t vài tín hiệu có liên quan để xác định tốc đ đ ng cơ.
1.1.2 Cácăk tăqu ănghiênăc u trongăvƠăngoƠiăn

c

Nhận th y tầm quan trọng của thông số tốc đ đ ng cơ, do đo cac nha nghiên
c u luôn tim mo ̣i cach để lam sao co thể đo đ ơ ̣c tôc đô ̣ đô ̣ng cơ mơ ̣t cach nhanh
chóng, chính xác nh ng vẫn tiện l i trong việc đo . D ơi đây la mô ̣t vai nghiên c u
chỉ ra cách xác định tốc đ đ ng cơ theo các ph ơng pháp mới .

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

1

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

“A new method for measuring engine rotational speed based on the vibration and
discrete spectrum correction technique” - Hinbin Lin va Kang Ding [1].
Bài viêt của tac giả Hinbin Lin va Kang Ding công tac ta ̣i khoa Cơ khi va Kỹ
thuâ ̣t ô tô thuô ̣c tr ơng Đa ̣i ho ̣c Công nghê ̣ phia Nam Trung Quôc . Nô ̣i dung bai viêt
cho thây viê ̣c xac đinh tôc đô ̣ đô ̣ng cơ piston d a trên s ̣ rung đô ̣ng va kỹ thuật hiệu
̣
̣

chỉnh phổ r i r c . Ph ơng pháp đề xu t tính tốc đ đ ng cơ từ tần số điều hịa nhỏ
nh t của tín hiệu dao đ ng và sử d ng kỹ thuật hiệu chỉnh phổ r i r c để c i thiện đ
chính xác của phép đo. Kết qu thu đ ơ ̣c t ừ việc thử nghiệm trên băng thử và thử
nghiệm trên đ ng cơ thực. M i lần thử nghiệm với số xilanh khác nhau và ph ơng
pháp này cho th y kết qu đ

tđ

c đ chính xác khá cao khi đ ng cơ làm việc

tr ng thái ổn định và tốc đ nhỏ. So với các ph ơng pháp cơ b n khi xác định tốc đ
đ ng cơ thì ph ơng pháp này sử d ng phần cứng khá đơn gi n, dễ dàng cài đặt và
thích h p cho việc kiểm tra b o d ỡng định kỳ ô tô.
 “The new Measurement Algorithm of the Engine Speed Base on the Basic
Frequency of Vibration Signal” - SONG Xiang, LI Xu và ZHANG Wei-gong [2].
bài viết này tác gi SONG Xiang , LI Xu , ZHANG Wei-gong khoa Khoa
học và Kỹ thuật thu c Đ i học Đông Nam , Nam Kinh , Trung Quôc trinh bay tâm
quan tro ̣ng trong viê ̣c xac đinh tôc đô ̣ đô ̣ng cơ nhanh chong va chính xác có ý nghĩa
̣
rât lơn trong viê ̣c chẩ n đoan cac lỗi trên ô tô . Bài viết cũng chỉ ra những thiếu sót và
bât tiê ̣n của cac ph ơng phap đo tôc đô ̣ đô ̣ng cơ truyên thông qua đo chỉ ra ph ơng
pháp đo mới dựa trên tần số rung cơ bản . Thông qua phân mêm Lab VIEW để thu
thâ ̣p d ̃ liê ̣u va ng du ̣ng cac ph ơng phap x ̉ ly tin hiê ̣u nh biên đổ i wavelet , biên
đổ i Fourier thơi gian ngăn t đo tinh đ ơ ̣c tinh đ ơ ̣c tân sô rung cơ bản , u điể m của
ph ơng pháp là các thuật tốn có đ chính xác cao , ít tốn kém , đơ ̣ bên cao , dễ th c
̣
hiê ̣n va tỉ lê ̣ lỗi của thuâ ̣t toan chỉ co 1%.
 “Measurement of engine speed by the analysis of vibration” - Alastair
J.Hotchkiss, Paul Smith, Barbara L and Jones [3].
Ph ơng pháp đo tốc đ đ ng cơ mới dựa trên tín hiệu thu đ

gia tốc đ

c gá trên thân đ ng cơ la nh ̃ ng gi Alastair J

c từ c m biến

.Hotchkiss, Paul Smith ,

Barbara L and Jones muôn trinh bay trong bai viêt nay . Ph ơng pháp này có u điểm

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

2

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

là chi phí th p, vừa có thể ứng d ng cho c đ ng cơ xăng và Diesel, dễ dàng gá đặt
c m biến, có thể đo t ốc đ đ ng cơ từ cầm chừng 700 vòng/ph́t cho đ ến kho ng
5000 vòng/ph́t và điện năng tiêu th của m ch đo th p.
Trong tr m đăng kiểm hiện nay dùng phổ biến máy đo tốc đ đ ng cơ AVL
Dispeed và MAHA RPM VC2 để xác định tốc đ đ ng cơ. Đầu đo của máy thu nhận
tín hiệu rung đ ng hoặc tiếng ồn của đ ng cơ để xác định tốc đ .
Ng

i nghiên cứu cũng đư nghiên cứu sự rung đ ng của đ ng cơ thu thập từ

tín hiệu c m biến kích nổ trên đ ng cơ…
1.2

Tínhăc păthi tăcủaăđ ătƠi
Tơc đơ ̣ đơ ̣ng cơ la mô ̣t trong nh ̃ ng thông sô rât quan tro ̣ng trên ô tô . D a vao
̣

tôc đô ̣ đô ̣ng cơ ECU sẽ điêu khiể n hoa ̣t đô ̣ng phun xăng va đanh l ̉ a hơ ̣p ly đảm b o
sao cho đô ̣ng cơ hoa ̣t đô ̣ng tôi u nhât trong mo ̣i chê đô ̣ lam viê ̣c . Trong chẩ n đoan
viê ̣c xac đinh nhanh chong va chinh xac tôc đô ̣ đô ̣ng cơ giup cho công viê ̣c bảo
̣
d ỡng s ̉ a ch ̃ a đ ơ ̣c diễn ra nhanh chong va thuâ ̣n lơ ̣i hơn.
Hiện nay các c m biến đo tốc đ đ ng cơ trên ô tô bên c nh các u điểm nh
có đ chính xác và tuổi thọ cao song cũng tồn t i m t vài nh

c điểm nh ph i gia

công cac đia co xẽ ranh yêu câu đô ̣ chinh xac cao , các biên d ng r ăng lôi hoă ̣c lõm
̃
̃
và các lo i này ph i đ

c dẫn đ ng trực tiếp b i tr c khuỷu hay gián tiếp thông qua

dây đai, xích. Để gi m bớt cơng đo n gia cơng, lắp ráp qua đó góp phần gi m chi phí
s n xu t cũng nh chi phí b o d ỡng sửa chữa sau này thiết nghĩ cần có m t ph ơng
pháp đo tốc đ đ ng cơ mới thay thế ph ơng pháp đo truyền thống nh ng vẫn có đ
bền và chính xác cao.
1.3

M căđíchăcủaăđ tài
Trong quá trình đ ng cơ làm việc các b phận nh tr c cam, máy phát điện,

bơm tr lực lái đ

c đ ng cơ dẫn đ ng thông qua dây đai đồng th i m t vài c m

biến trên xe liên t c gửi tín hiệu về ECU để tính tốn sao cho đ ng cơ ln ho t
đ ng tối u nh t
đ

mọi chế đ làm việc. Với ý t

c kết nối với đ ng cơ thì ta có thể tính đ

ng là nếu các b phận, chi tiết

c tốc đ đ ng cơ. Do đó, ng

i nghiên

cứu xin trình bày ph ơng pháp dùng tín hiệu t c m biến đo áp su t tuyệt đối đ

ng

ống n p MAP va da ̣ng xung c ủa các tín hiệu trong hệ thống cung c p điện để tính
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

3

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM
toán tốc đ đ ng cơ

Luận văn tốt nghiệp

đây sử d ng tín hiệu điện áp ắc qui và so sánh với việc tính

tốn tốc đ đ ng cơ từ tín hiệu c m biến vị trí tr c cam. Ph ơng pháp này cho th y
việc tính tốn tốc đ đ ng cơ vẫn có thể đ
m t hệ thống nào đó trên ô tô. Ng

c xác định từ các c m biến khác hay từ

i nghiên cứu thiết kế m t máy đo d a vào cac
̣

tín hiệu trên đ ể tính toán tốc đ đ ng cơ và mong muốn thiết bị này đ

c c i thiện

thêm về hình dáng và các chức năng khác nữa để có thể ph c v công tác gi ng d y
hay ứng d ng vào cơng việc kiểm định, chẩn đốn trong t ơng lai.
1.4

Nhi m v củaăđ tài và gi i h năđ tài
1.4.1 Nhi m v củaăđ tài

 Phân tích các ph ơng pháp đo tốc đ đ ng cơ
 Phân tich cơ sở ly thuyêt về áp su t chân không trên đ ng ống n p, cơ s lý
thuyết và nguyên lý ho t đ ng của c m biến MAP .
 Phân tich cơ sở ly thuyêt va nguyên ly hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thông cung c p điện
trên ơ tơ.
 Nghiên c u, phân tích biên d ng tín hiệu của c m biến MAP và tín hiệu điện
trong hệ thống cung c p điện.
 Tìm hiểu về các linh kiê ̣n điê ̣n t ̉ va vi điều khiển.
 Thiết kế m ch tính tốc đ đ ng cơ từ c m biến MAP, G và tín hiệu điện áp
ắc quy.
 Thử nghiệm và đánh giá kết qu .
1.4.2 Gi i h n củaăđ tài
Đề tài chỉ tập trung gi i quyết những v n đề sau:
 Tầm quan trọng của giá trị tốc đ đ ng cơ và các ph ơng pháp đo tốc đ
đ ng cơ hiện nay.
 Mối quan hệ giữa tín hiệu c m biến MAP, G và các tín hiệu điện trong hệ
thống cung c p điện với tốc đ đ ng cơ.
 Thiết kế, chế t o máy đo tốc đ đ ng cơ, đánh giá đ chính xác và kh
năng ứng d ng thực tiển.
1.5 Ph

ngăphápănghiên c u





Ph
Ph

Ph
Ph

ơng pháp nghiên cứu tài liệu.
ơng pháp kh o sát đối t ng.
ơng pháp xây dựng mơ hình tốn.
ơng pháp thực nghiệm và xử lí số liệu.

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

4

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Ch

ngă 2:ă LÝ THUY Tă Đ NGă C ă Đ T TRONG VÀ

ĐOăT CăĐ
2.1

Luận văn tốt nghiệp

Đ NGăC

Nguyên lý ho tăđ ng củaăđ ngăc ă4ăkỳ lo i piston [4]
Đối với đ ng cơ 4 kỳ để hồn thành m t chu trình cơng tác piston của đ

ng

cơ phải th c hiê ̣n b ốn hành trình t ơng ứng với các quá trình diễn ra trong xilanh là :
̣
n p, nén, cháy giưn n và th i . Do cac qua trin h diễn ra lă ̣p đi lă ̣p la ̣i co tinh chu ky
nên khi khảo sat nguyên ly lam viê ̣c ta chỉ khảo sat mô ̣t chu trinh công tac trong toan
bơ ̣ qua trình làm việc của đ ng cơ. Mô ̣t chu trinh công tac gôm 4 quá trình sau:


Quá trình n p (kỳ m t ): Là q trình n p mơi ch t mới vào xilanh

đơ ̣ng cơ ( n p hoa khi đôi vơi đô ̣ng cơ xăng va không khi đôi vơi đô ̣ng cơ diesel)

Hình 2.1: Sơ đ nguyên lý làm việc của động cơ ồăng ́ kỳ[4]
a) Quá trình nạp b) Quá trình ńn c) Quá trình cháỔ – giãn n̉ d) Quá trình thải
1. Xupap nạp 2. Xupap thải 3. Piston 4. Bougie 5. Thanh truỔên 6. Trục khủu
Vào đầu kỳ n p, piston ở vi ̣tri điể m chêt trên. Tồn b thể tích buồng cháy V c
ch a đây sản vâ ̣t chay do hanh trinh tr ơc để la ̣i vơi ap suât cao hơn ap suât khi trơi ,
áp su t này còn gọi là áp su t khí sót . Khi tru ̣c khuỷu quay theo chiêu mũi tên , thông
qua thanh truyên lam cho piston dich chuyể n t điể m
̣

chêt trên xuông điể m chêt

d ơi, cơ câu phân phôi khi điêu khiể n xupap mở thông đ ơng ông na ̣p vơi không
gian trong xilanh . Chuyể n đô ̣ng đi xuông của piston hinh thanh chân không trong
xilanh nên ap suât trong long xilanh nhỏ hơn a p suât trên đ ơng ông na ̣p . M c đô ̣
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

5

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

chênh lê ̣ch ap s uât nay khoảng 0,01 – 0,03 MPa ta ̣o nên qua trinh na ̣p môi chât mơi
t đ ơng ơng na ̣p vao xilanh (hình 2.1a).


Q trình nén (kỳ hai)

Piston di chuyể n t điể m chêt d ơi lên điể m c hêt trên, cơ câu phân phôi khi
điêu khiể n cho xupap na ̣p va xupap thải đong la ̣i

, môi chât đ ơ ̣c nen trong long

xilanh. Vào cuối quá trình n p, khi piston ở vi ̣tri điể m chêt d ơi ap suât trong xilanh
còn nhỏ hơn áp su t trên đ

ng ống n p ng

i ta tận d ng điều này để hồn thiện

q trình n p là làm cho cơ c u phân phối khí điều khiển xupap n p đóng mu n sau
khi piston qua khỏi điể m chêt d ơi . Viê ̣c đong muô ̣n xupap na ̣p nh trên co tac du ̣ng
n p thêm môi chât mơi vao xilanh điêu nay co đ ơ ̣c la do tac du ̣ng của đô ̣ng năng va

chênh lê ̣ch ap suât của dong môi chât đi vao

. Khi xupap na ̣p đong , piston chuyể n

đô ̣ng lên phia điể m chêt trên lam cho ap suât va nhiê ̣t đô ̣ trong môi chât tăng dân lên.
Giá trị áp su t cuối quá trình nén ph thu c vào tỉ số nén , đô ̣ kin khit của không gian
ch a môi chât , m c đô ̣ tản nhiê ̣t của thanh xilanh va ap st của mơi chât đâu qua
trình nén (hình 2.1b).
Để ta ̣o điêu kiê ̣n tôt cho môi chât chay mô ̣t cach kip thơi va nhiê ̣t l ơ ̣ng sinh
̣
ra đ ơ ̣c tâ ̣n du ̣ng triê ̣t để thi viê ̣c đôt chay hỗn hơ ̣p phải đ ơ ̣c th c hiê ̣n tr ơc khi
̣
piston tơi điể m chêt trên . Đối với đ ng cơ xăng thì bougie ph i t

o ra tia l ̉ a tr ơc

khi piston đên điể m chêt trên con vơi đô ̣ng cơ diesel thi nhiên liê ̣u phun vao t kim
phun tr ơc khi piston đên điể m chêt trên.


Q trình cháy giưn n (kỳ ba)
Mơi chât bi nen trong xilanh ở cuôi ky nen đ ơ ̣c bô
̣

c chay vơi tôc đô ̣ rât

nhanh lam ap suât va nhiê ̣t đô ̣ của môi chât tăng rât cao ta ̣o ap l c sinh công đẩ y
̣
piston dich chuyể n vê phia điể m chêt d ơi th c hiê ̣n qua trinh gian nở trong xilanh .
̣

̣
̃
Vì vậy kỳ ba cịn gọi là kỳ sin

h công (kỳ phát đ ng ), trong qua trinh nay cả hai

xupap đêu đong (hình 2.1c).


Quá trình th i (kỳ bốn)
Piston dich chuyể n t điể m chêt d ơi lên điể m chêt trên đẩ y sản vâ ̣t chay ra
̣

khỏi xilanh đ ng cơ qua xupap th i đang m . ́p suât trong xilanh vao cuôi qua trinh
cháy giưn n còn khá cao nên xupap th i ph i m sớm tr ớc khi piston xuống đến
điể m d ơi khoảng 40o – 60o t ơng ng vơi goc quay tru ̣c khuỷu . Nhơ đo giup lam
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

6

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM
gi m đ

Luận văn tốt nghiệp

c lực c n đối với c huyể n đô ̣ng của piston va ta ̣o điêu kiê ̣n tôt nhât cho sản

vâ ̣t chay thải sa ̣ch ra khỏi xilanh đơ ̣ng cơ (hình 2.1d).
Khi bơn ky kêt thuc thi đô ̣ng cơ đã th c hiê ̣n đ ơ ̣c mô ̣t chu trinh công tac
̣

,

nhơ quan tinh quay của banh đa giup đô ̣ng cơ th c hiê ̣n chu trinh cơng tac tiêp theo
̣
chính vì vậy mà đ ng cơ có thể ho t đ ng đ
2.2

c liên t c

Tầm quan tr ng của giá tr t căđ đ ngăc
2.2.1ăTrongăđi u khi năđ ngăc : Tốc đ đ ng cơ là m t trong những tín hiệu

cơ b n nh t trong việc điều khiển mọi ho t đ ng của đ ng cơ mà tiêu biểu là điều
khiển phun nhiên liệu và đánh lửa.

Hình 2.2: Bản đ góc đánh lửa sớm lý tửng và góc ngậm điện


Đánh lửa: ngay từ thế hệ đánh lửa đầu tiên (đánh lửa bằng vít), hệ thống

đánh lửa đư đ

c trang bị b đánh lửa sớm chân không và đánh lửa sớm ly tâm đặt

trong b chia điện để hiệu chỉnh th i điểm đánh lửa theo ho t đ ng của đ ng cơ. Hai
b đánh lửa sớm đó t ơng ứng với 2 tín hiệu cơ b n điều chỉnh ho t đ ng đánh lửa

là t i và tốc đ đ ng cơ. Cho đến thế hệ đánh lửa theo ch ơng trình thì tín hiệu t i và
tốc đ đ ng cơ vẫn là 2 thành phần khơng thể thiếu để ECU tính góc đánh lửa sớm
cơ b n. Ngồi ra, ECU cịn điều chỉnh góc ngậm điện trong đánh lửa. Góc ngậm điện
ph thu c vào điện thế ắc quy và tốc đ đ ng cơ. Nếu chỉ xét sự ph thu c vào tốc

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

7

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

đ đ ng cơ thì tốc đ càng cao thì góc đánh lửa ph i càng sớm để đ m b o môi ch t
cháy – giưn nỡ đ t điểm áp su t cực đ i t i 10o sau điểm chết trên.


Điều khiển phun nhiên liệu: L u l

ng khí n p và tốc đ đ ng cơ là hai

tín hiệu cơ b n để ECU điều khiển th i điểm phun và l

ng phun nhiên liệu. Khi

m t tín hiệu NE thì đ ng cơ ngừng ho t đ ng do ECU không thể điều khiển việc
phun xăng, phun dầu, đánh lửa đ

c nữa.

2.2.2 Trong vi c ki m tra, chẩnăđoán
H hỏng đ ng cơ biểu hiện ra bên ngồi

nhiều d ng khác nhau, trong đó có nhiều

d ng là thu c về tốc đ đ ng cơ. M t số ví d nh : hiện t

ng m t lửa

m t số xi

lanh làm đ ng cơ m t cân bằng đ ng và tốc đ không ổn định mà biểu hiện ra bên
ngoài là sự rung lắc của đ ng cơ. Hay hiện t

ng lọt khí vào đ

ng ống n p làm tốc

đ đ ng cơ khi cầm chừng lớn hoặc tốc đ cầm chừng không ổn định.
Trong việc kiểm định xe cơ giới, có nhiều định mức kiểm tra mà ph i thực
hiện t i những giá trị tốc đ đ ng cơ hay tốc đ xe nào đó mới có giá trị nh quy
trình đo khí th i là m t ví d tiêu biểu.
2.3ăăăăCácăph

ngăphápăđoăt căđ đ ngăc ăhi n nay trên ô tô [5]

2.3.1 Dùng c m bi năđi n t

Trên ô tô để xac đinh tôc đô ̣ đô ̣ng cơ băng cảm biên điê ̣n t ng ơi ta bô tri
̣
c m b iên nay ở trong bô ̣ chia điê ̣n hoă ̣c ở tru ̣c khuỷu
khuỷu).C m biến điện từ đ

c sử d ng

(c m biến vị trí tr c

các hưng Toyota , Honda, Daewoo… Cảm

biên bao gôm mô ̣t cuô ̣n dây va mô ̣t nam châm vinh c ̉ u đ ơ ̣c lăp trên mô ̣t khung
̃

t

và m t rotor c m biến . Khi rotor chuyể n đô ̣ng sẽ lam cho t thông đi qua cuô ̣n dây
thay đổ i sẽ ta ̣o ra mô ̣t s c điê ̣n đô ̣ng trong cuô ̣n dây da ̣ng xung xoay chiêu va tin
hiê ̣u nay đ ơ ̣c g ̉ i vê ECU để x ̉ ly va tinh toan tôc đô ̣ đô ng cơ.
̣


C m biến điện từ đặt trong b chia điện:

Lo i này có hai roto tín hiệu và hai cu n nhận tín hiệu t ơng ứng với tín hiệu
G và NE nằm trong b chia điện. Số răng của roto và số cu n nhận tín hiệu khác
nhau tuỳ theo kiểu đ ng cơ.

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

8

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

Khi tr c khuỷu quay dẫn đ ng tr c b chia điện quay sinh ra tin hiê ̣u NE và
đ ơ ̣c g ̉ i vê ECU đô ̣ng cơ để tinh tơc đơ ̣ đơ ̣ng cơ.
Rotor tín hiệu NE
Cu n nhận tín
hiệu NE
Rotor tín hiệu G

Cu n nhận tín hiệu G
Hình 2.3: Vị trí thực tế của cảm biến điện từ trong bộ chia điện.
C m biến điện từ đặt ngồi (lo i khơng có b chia điện)



m t sô dong xe không dung bô ̣ chia điê ̣n nh cac xe đô ̣ng cơ xăng đanh l ̉ a
tr c tiêp , đô ̣ng cơ Diesel , đ ng cơ CNG, ng ơi ta bô tri cảm biên NE ở đ
̣
khuỷu đ

ầu tr c

c gọi là c m biên vi ̣tri tru ̣c khuỷu .

2.3.2 Dùng c m bi n quang
C m biến quang bao gồm hai lo i, khác nhau chủ yếu


Lo i sử d ng m t cặp LED-photo transistor.



phần tử c m quang.

Lo i sử d ng m t cặp LED-photo diode.
Phần tử phát quang (LED- lighting emision diode) và phần tử c m quang

(photo transistor hoặc photo diode) đ

c đặt trong b chia điện. Điểm đặc biệt của

hai lo i phần tử c m quang này là khi có dịng ánh sáng chiếu vào nó sẽ tr nên dẫn
điện và ng

c l i, khi khơng có dịng ánh sáng thì nó sẽ khơng dẫn điện. Đ dẫn điện

của chúng ph thu c vào c

ng đ dòng ánh sáng.

Khi đĩa c m biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm
phần tử c m quang dẫn ngắt liên t c, t o ra các xung vng từ đó tính đ

c tốc đ

đ ng cơ và th i điểm đánh lửa.
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

9

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

2.3.3 Dùng c m bi n Hall
C m biến Hall đ
IC Hall và có từ tr
điện áp. Ng
rưnh đ

c chế t o dựa trên hiệu ứng Hall. Khi c p nguồn điện đến

ng của nam châm vĩnh cữu đi qua nó thì IC Hall sẽ cho ra m t

i ta dùng các răng c m biến để dẫn từ qua Hall hoặc đĩa quay có các

c dẫn đ ng b i tr c b chia điện để chắn từ hoặc cho từ tr

ng của nam

châm vĩnh cữu qua IC Hall.
Nguyên ly hoa ̣t đô ̣ng của cảm biên Hall : Khi canh chăn ra khỏi khe hở gi ̃ a
IC Hall va nam châm , t tr ơng sẽ xuyên qua khe hở tac du ̣ng lên IC Hall lam xuât
hiê ̣n điê ̣n ap điêu khiể n transi stor T lam cho T dẫn . Kêt quả la trên đ ơng dây tin
hiê ̣u điê ̣n ap sẽ giảm xuông chỉ con 1V.

Hình 2.4: Khi khơng chắn từ
Khi canh chăn đi vao khe hở gi ̃ a nam châm va IC Hall t tr ơng bi canh
̣
chăn băng thep khep kin không tac đô ̣ng lên IC Hall tin hiê ̣u điê ̣n ap t IC Hall mât
làm transistor T ngắt . Tín hiệu điện áp ĺc này bằng điện áp từ Igniter nối với ng̃ ra
của c m biến Hall.

Hình 2.5: Khi chắn từ
Nh vâ ̣y khi lam viê ̣c cảm bi ến Hall sẽ t o ra xung vng t ơng tự nh tín
hiệu c m biến quang.
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

10

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Ch

Luận văn tốt nghiệp

ngă 3:ă ÁP SU Tă CHỂNă KHỌNGă TRONGă Đ

NG

NG N P VÀ C M BI N ĐOă ÁPă SU T TUY Tă Đ I
TRÊN Đ

NG

NG N P

3.1ăĐặcăđi m, k t c u của h th ng n pătrênăđ ngăc ăđ t trong
3.1.1ăĐặcăđi m của h th ng n p
Hệ thống n p đong vai trò r t quan trọng trong việc cung c p khơng khi (hoă ̣c
hịa khí ) cho qua trinh na ̣p c ủa đ ng cơ, đ m b o yêu cầu n p đầy không khi (hoă ̣c
hịa khí) vào buồng đốt . Nó có nh h

ng r t lớn đến công su t đ ng cơ cũng nh

tính kinh tế, mơi tr ơng. Vì vậy khi nghiên cứu về hệ thống n p là ph i đặt nó trong
mối quan hệ với các hệ thống khác của đ ng cơ.
3.1.2 K t c u của h th ng n pătrênăđ ngăc ăxĕng


Hệ thống n p đ ng cơ dùng chế hịa khí

1

2

4

3

5

6

Hình3.1: Sơ đ t ng quan hệ thống nạp thải
1.Bộ lọc khơng khí; 2.C họng gió; 3.Bộ góp nạp; 4.Bộ góp thải;
5.Bộ xử lý khí thải; 6.Bộ giảm âm.
Khơng khí đ
gió,

c h́t vào xylanh đ ng cơ qua b lọc khơng khí đến cổ họng

đ ng cơ dùng b chế hịa thì hịa khí đ

c hình thành t i đây nh đ chân

khơng t i họng, từ đây khơng khí đến b góp n p và đi vào buồng đốt. M i c m chi
tiết trong hệ thống n p đều có m t vai trò quan trọng trong việc đ a m t l
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

11

ng

HVTH: Đinh Tấn Ngọc

ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

không khí s ch cần thiết vào trong buồng đốt đ ng cơ giup qua trinh na ̣p hiê ̣u quả
nhât qua đo gop phân không nhỏ trong viê ̣c tăng công suât đô ̣ng cơ .
 Hệ thống n p đ ng cơ phun xăng điện tử

Hình 3.2: Sơ đ đường nạp động cơ phun ồăng điện tử dung cảm biên MAP
1. Bộ lọc khí

2. Bươm ga

3. Cảm biến vị trí bướm ga

5. Cảm biến MAP
Khơng khí đ
l

ng khơng đi vao đ

́. C họng gió

6. Đường ống nạp

c hút qua bầu lọc loa ̣i bỏ bu ̣i bẩ n sau đo đên cổ ho ̣ng gio va
c điều tiết b i đ m của b ớm ga. Dịng khí n p từ cổ gió

đi vào b góp n p sau đó phân ra các nhánh đi vào xylanh đ ng cơ . Tùy vào lo i
đô ̣ng cơ ng ơi ta sẽ bô tri mô ̣t cảm biên ở tr ơc hay sau canh b ơm ga co nhiê ̣m vu ̣

xác định l u l
tốn định l

ng khơng khí n p vào đ ng cơ sau đó gửi tín hiệu về ECU để tính

ng phun cho phù h p .

đ ng cơ D-Jetronic, ng

MAP hay còn gọi là c m biến chân khơng
l

i ta bố trí c m biến

sau cánh b ớm ga để xác định l u

ng khí n p m t cách gián tiếp thông qua sự thay đổi áp su t.
3.1.3 K t c u của h th ng n pătrênăđ ngăc ăDiesel



Trên đ ng cơ Diesel khơng tăng áp
Khơng khí đ

c h́t vào xylanh đ ng cơ qua b lọc khơng khí rồi đến ống

góp n p. Đối với các n ớc có khí hậu l nh trên đ ng cơ có hệ thống s ởi m không
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

12

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

khí bô tri tr ớc khi vào các xylanh đ ng cơ bằng dây điện tr đặt t i ống góp n p,
hoặc bougie s ởi trong bu ồng đốt đ ng cơ, điều này giúp máy dễ nổ khi kh i đ ng
l nh. Đối với đ ng cơ diesel sử d ng

các n ớc có khí hậu nóng, khơng có b s

i

khơng khí.


Trên đ ng cơ Diesel tăng áp

Hình 3.3: Sơ đ nạp thải của động cơ diesel tăng áp
1. Động cơ 2. Mạch giảm tải ̀. Van điều tiết 4.Máy nén
5. Bầu lọc khơng khí 6. Bộ làm mát trung gian 7. Khoang khí nạp
đ ng cơ diesel, để tận d ng d ng năng l

ng của dòng khí th i trên đ

ng

ống th i ng ơi ta b ố trí tuabin tăng áp để tăng áp dịng khí n p. Khi dịng khí th i đi
vào bánh tuabin ta ̣o đô ̣ng năng làm quay tr
tăng áp đi vào đ

c dẫn đ ng bánh nén lam khí n p đ

c

ng ống n p đ ng cơ. ́p su t tăng áp khí n p ph thu c vào tốc đ

đ ng cơ (tốc đ dịng khí th i hay tốc đ quay của bánh tuabin). Với m c đích ổn
định tốc đ quay của bánh tuabin trong kho ng ho t đ ng tối u theo số vịng quay
của đ ng cơ trên đ

ng n p có bố trí m ch gi m t i. M ch gi m t i làm việc nh van

điều tiết thông qua đ

ng khí ph n hồi và c m xi lanh. Khi áp su t tăng van m 1

phần khí th i không qua bánh tuabin, thực hiện gi m tốc đ cho bánh nén khí n p,
h n chế sự gia tăng quá mức của áp su t khí n p.
Van điều tiết và m ch gi m t i: Van điều tiết đ
đ ng cơ làm việc

c gắn vào vỏ tuabin. Khi

t i cao, áp su t khí th i r t lớn vì thế cánh tuabin làm việc với tốc

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

13

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

đ cao làm tăng cao áp su t khơng khí n p va n p vào đ ng cơ. M ch gi m t i làm
nhiệm v điều khiển van điều tiết th i bớt khí th i đ ng cơ từ tr ớc cửa vào tuabin ra
trực tiếp ống th i.
đ ng cơ common rail là đ ng cơ diesel hiện đ i, trên đ
c m biến để đo l u l

ng n p cịn có

ng khí n p (MAF) và ln có máy nén tăng áp.

3.2ăĐặcăđi m áp su t khí n pătrênăđ

ng ng n p

3.2.1 Hiêuă ngăđơ ̣ngăcủaădaoăđơ ̣ngăapăsuơtătrongăquaătrốnhăthayăđở iămơiă
̣
chơt [6]
Trong q trình thay đổi mơi
chât th c tê , dịng ch y trong đ
̣

ng

ống khơng ph i là dòng ch y dừng và
ổn định mà là dòng ch y khơng dừng
d ng sóng dồn , giâ ̣t liên tu ̣c , có sóng
nén, sóng giưn n , có sự truyền sóng và
gây ra sóng ph n x trong điều kiện
nhât đinh sẽ gây ảnh h ởng tơi qua
̣
trình n p, th i của đ ng cơ.

Hình 3.4: Đ thị cơng v̀ng thấp áp của q trình thaỔ đ i môi chất.[6]
Đồ thị công xác định biến thiên của áp su t trong xi lanh thay đổ i theo thể tich
xi lanh hoă ̣c goc quay tru ̣c khuỷu trong qua trinh thay đổ i môi chât đ ơ ̣c go ̣i la đô thị
công vung thâp áp (hình 3.6). T đơ thi ̣thây rõ ap st mơi chât trong xi lanh không
thay đổ i ổ n đinh ma co da ̣ng nhâp nhô liên tu ̣c trong suôt thơi gian thay đổ i môi chât .
̣
Sau khi mở xupap xả ap suât trong xi lanh thay đổ i rât nhanh tơi m c thâp hơn ap
suât khi trơi sau đo la ̣i tăng lên va dao đô ̣ng liên tu ̣c

. ́p su t môi ch t trong quá

trình na ̣p cũng co da ̣ng t ơng t ̣ , ĺc đầu gi m xuống r t th p sau đó tăng dần và
cũng dao đ ng lên xuống . Nguyên nhân co hiê ̣n t ơ ̣ng trên la vi luc mở xupap thải
dịng khí từ xi lanh thoát ra theo tốc đ c ao khiên ap suât giảm nhanh có ĺc áp su t
thâp hơn ap suât khi trơi . S n vật cháy đi vào đ
đây gây cản trở đôi vơi dong khi t
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

ng th i làm tăng nhanh áp su t t i

xi lanh đi ra khiên ap suât môi chât trong xi lanh
14

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

tăng trở la ̣i, piston c ỡng chê đẩ y sản vâ ̣t chay ra ngoai do tôc đô ̣ đẩ y không đêu của
piston va đo tiêt diê ̣n l u thông qua xupap cũng thay đổ i liên tu ̣c ta ̣o ra hiê ̣n t ơ ̣ng
tăng giảm ap suât môi chât trong xi lanh.
Trong qua trinh na ̣p do tac du ̣ng hut của pist on va do l c cản của đ ơng ông
̣
n p t o nên đ chân không trong

xi lanh, do tôc đô ̣ chuyể n đô ̣ng không đêu của

piston va tiêt diê ̣n l u thông luôn thay đổ i của xupap ta ̣o ra dao đô ̣ng ap suât trong
quá trình n p . Trong qua trinh thay đở i môi chât nêu đê câ ̣p đên cả hiê ̣u ng dao
đô ̣ng ap suât của khi thể trên đ ơng ông thi s ̣ thay đổ i ap suât trong xi lanh càng tr
nên ph c ta ̣p.
3.2.2 M i liên h gi a áp su tăchơnăkhôngătrênăđ

ng ng n p và t căđ

đ ngăc

Nh đư trình bày

trên, dao đ ng của áp su t chân không trên đ

ng ống n p có

ngun nhân trực tiếp từ q trình thay đổi mơi ch t trong q trình ho t đ ng của
đ ng cơ. Có nghĩa là tần số của dao đ ng áp su t ph thu c vào tần số thay đổi môi
ch t của các xi lanh trong đ ng cơ. Mà tần số thay đổi môi ch t trong đ ng cơ do tốc
đ đ ng cơ quyết định. Tốc đ đ ng cơ càng lớn, tần số thay đổi môi ch t càng lớn,
dao đ ng của áp su t càng nhanh. Nh vậy, tốc đ đ ng cơ quy định tần số dao đ ng
của áp su t, hay từ tần số dao đ ng của áp su t chân không trên đ
thể xác định đ
3.3 Hi năt
Hiện t
đ

ng ống n p ta có

c tốc đ đ ng cơ.

ngăápăđi n
ng áp điện (tiếng Anh là piezoelectric phenomena) là m t hiện t

c nhà khoáng vật học ng

ng

i Pháp đề cập đầu tiên vào năm 1817, sau đó đ

c

anh em nhà Pierre và Jacques Curie chứng minh và nghiên cứu thêm vào năm 1880.
Hiện t

ng x y ra nh sau: ng

i ta tìm đ

c m t lo i ch t có tính ch t hóa học gần

giống gốm (ceramic) và nó có hai hiệu ứng thuận và nghịch, khi áp vào nó m t
tr

ng điện thì nó biến đổi hình d ng và ng

c l i khi dùng lực cơ học tác đ ng vào

nó thì nó t o ra dịng điện. Nó nh m t máy biến đổi trực tiếp từ năng l
sang năng l

ng cơ học và ng

c l i. Ng ơi ta quy ơc hiê ̣n t ơ ̣ng ap điê ̣n thuâ ̣n

nghĩa là khi ta tác d ng lực lên vật thì khi đo s ẽ sinh ra điện ap và ng

c l i nêu ta

đă ̣t hiệu điê ̣n th ế vào vật thì no s ẽ sinh ra l c lam biên da ̣ng vâ ̣t . M t vật đ

̣
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

ng điện

15

cc u

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

t o b i ba yếu tố PZT (chì Pb, zorconi, titan) sẽ có tính ch t áp điện. Ví d : Th ch
anh. Hiê ̣n t ơ ̣ng ap điê ̣n đ ơ ̣c chia lam hai loa ̣i : hiê ̣n t ơ ̣ng ap điê ̣n thuâ ̣n va hiê ̣n
t ơ ̣ng ap điê ̣n nghich.
̣
3.3.1 Hi năt

ngăápăđi n thu n

Nếu ta tác đ ng m t lực cơ học, hay nói m t cách khác là khi nén hoặc kéo
giãn m t số tinh thể gốm theo những ph ơng đặc biệt thi trên các m ặt giới h n của
tinh thể đó xu t hiện những điện tích trái d u và do đó xt hiê ̣n m t hiệu điện thế
giữa hai bề mặt.

Hình 3.5: Hiện tượng áp điện.

Chiêu hiê ̣u điê ̣n thê gi ̃ a hai bê mă ̣t vâ ̣t sẽ tùy th

uô ̣c vao tac đô ̣ng keo hay

nén. Hiê ̣n t ơ ̣ng ap đi ện x y ra đối với các tinh thể nh : th ch anh, tuamalin, muối
sécnhet, đ

ng, titanat bari, v.v ... Hiê ̣n t ơ ̣ng áp điện thuận đ

c ứng d ng trong kỹ

thuật để biến các dao đ ng cơ thành những dao đ ng điện.
Trên mô ̣t vai dong xe ô tơ hiê ̣n nay có sử d ng c m biến MAP , c m biến kích
nở … đ ơ ̣c d a trên hiê ̣n t ơ ̣ng ap điê ̣n thuâ ̣n.
̣
3.3.2 Hi năt

ngăápăđi n ngh ch

Cũng là các tinh thể nêu trên, nếu ta áp lên hai mặt tinh thể m t hiệu điện thế
thì nó sẽ bị dãn hoặc nén. Nếu hiệu điện thế áp lên tinh thể là hiệu điện thế xoay
chiều thì b n tinh thể sẽ bị giãn-nén liên t c và dao đ ng theo đ́ng tần số của hiệu
điện thế xoay chiều.
Tính ch t này đ

c ứng d ng để chế t o các nguồn phát sóng siêu âm.

3.4 C u t o,ănguyênălýăđoăcủa c m bi năápăđi n
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

16

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

3.4.1 C u t o
B chuyển đổi kiểu áp điện dùng phần tử biến đổi là phần tử áp điện cho phép
biến đổi trực tiếp ứng lực d ới tác đ ng của lực F do áp su t gây nên thành tín hiệu
điện.

Hình 3.6: Cảm biến kiểu ap điê ̣n.
a. Phân tử ap điê ̣n dạng tâm

b. Phân tử ap điê ̣n dạng ông

Áp su t p gây nên lực F tác đ ng lên các b n áp điện, làm xu t hiện trên hai
mặt của b n áp điện m t điện tích Q tỉ lệ với lực tác d ng:
Q= k.F

(3.1)

Q= k.p.S

(3.2)

Với F = p.S, do đó:

Trong đó:
k: hằng số áp điện, trong tr

ng h p th ch anh k = 2,22.10-12 C/N (Culong/Newton)

S: diện tích hữu ích của màng.
Để tăng điện tích Q ng

i ta ghép song song m t số b n cực với nhau. Đối

với phần tử áp điện d ng ống, điện tích trên các b n cực xác định theo công thức:
Q =k.F

4dh
D2  d 2

(3.3)

Trong đó:
D, d: đ

ng kính ngồi và đ

ng kính trong của phần tử áp điện.

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

17

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH S ph m Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

h: chiều cao phần phủ kim lo i.
Các c m biến áp điện có thể đ

c gi m thiểu

kích th ớc m t cách dễ dàng .

Trong tr ơng hơ ̣p ông da ̣ng hinh tru ̣ co thể giảm đ ơng kinh xuông vai milimet .
D i áp su t đo đ

c của c m biến áp điện nằm trong kho ng từ vài mbar đến

hàng ngàn bar . Đ nh y của c m biến áp điện thay đổi trong kho ng từ 0,05pC/bar
đến 1pC/bar phu ̣ thuô ̣c vao hinh da ̣ng của phân t ̉ ap điê ̣n va dải đo . Đ tuyến tính
thay đở i trong pha ̣m vi t

0,1 đến 1% của d i đo với đ trễ nhỏ hơn 0,0001% và đ

phân giải 0,001%.
3.4.2ăNguyênălýăđoăcủa c m bi năápăđi n
Trong tr ơng hơ ̣p đo băng cảm biên ap suât

, vâ ̣t trung gian th ơng la cac

phân t ̉ đo l c co mơ ̣t thơng sơ (ví d : thơng sơ hinh ho ̣c) có kh năng thay đổi d ới
̣
tác d ng của lực F = p.S.

mô ̣t vai cảm biên, vâ ̣t trung gian la mang mỏng để đo ap

suât. Khi co s ̣ khac nhau vê ap suât gi ̃ a hai mă ̣t của mang sẽ t ơng ng vơi l c
̣
tổ ng cô ̣ng F tác đ ng lên màng và gây ra biến d ng xác định

mọi điểm theo đ

ng

kính, theo tiêp tuyên hoă ̣c ở điể m gi ̃ a của mang .
Đối với ch t l u không chuyển đ ng, áp su t ch t l u là áp su t tĩnh (pt)
(3.4)

p = pt

Do vậy đo áp su t ch t l u thực ch t là xác định lực tác d ng lên m t diện
tích thành bình. Đối với ch t l u không chuyển đ ng chứa trong m t ống h đặt
thẳng đứng, áp su t tĩnh t i m t điểm M cách bề mặt tự do m t kho ng h xác định
theo công thức sau:
p = p0+ ρgh

(3.5)

Trong đó:

p0: áp su t khí quyển.
ρ: khối l

ng riêng ch t l u.

g : gia tốc trọng tr

ng.

Để đo áp su t tĩnh có thể tiến hành bằng các ph ơng pháp sau:
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

18

HVTH: Đinh Tấn Ngọc