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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐINH TẤN NGỌC

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP
XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605246

S K C0 0 4 4 8 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐINH TẤN NGỌC

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC
ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐINH TẤN NGỌC

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC
ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên:

Đinh Tấn Ngọc

Ngày, tháng, năm sinh: 16-06-1985

Giới tính: Nam
Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Tịnh Thọ - Sơn Tịnh - Quảng Ngãi

Dân tộc: Kinh

Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng:01679035536

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính Qui

Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 1/2011

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh
Ngành học:Cơ Khí Động Lực
Tên đề tài, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu xăng E5 sử dụng trên ô tô.
Ngày & nơi bảo vệ đề tài, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 1/2011
Người hướng dẫn: GVC.ThS Đỗ Quốc Ấm
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Công việc
đảm nhiệm

Nơi công tác

Thời gian

1/2011 – 5/2011 Công Ty Thiết Kế Hệ Thống Lạnh TP.HCM
5/2011 – Nay

Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

ii

Nhân viên
Giảng viên

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014

Học viên thực hiện

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

iii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin cảm ơn Nhà trường, Khoa Cơ Khí Động Lực, Bộ mơn
động cơ và các thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh đã tận
tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt
khóa học cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em cũng xin chân thành cảm ơn giảng viên phản biện và các thầy (cô) trong
hội đồng bảo vệ luận án tốt nghiệp đã dành thời gian để đọc luận văn và đánh giá
kết quả mà em đã hoàn thành trong suốt khoá học này.
Cuối cùng là lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã động
viên khích lệ để em hồn thành nhiệm vụ đề tài được giao.
Trân trọng.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2014.
Học viên thực hiện

Đinh Tấn Ngọc

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

iv

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đề tài “Nghiên cứu, đánh giá một số phương pháp mới đo tốc độ động cơ”
tìm hiểu mối liên hệ của tốc độ động cơ lên các tín hiệu thu được từ các cảm biến, hệ
thống. Cụ thể, ở đây người nghiên cứu quan tâm tới 3 tín hiệu: tín hiệu của cảm biến
đo áp suất tuyệt đối đường ống nạp của cảm biến MAP, tín hiệu cảm biến vị trí trục
cam và tín hiệu từ điện áp ắc quy khi động cơ hoạt động. Dựa vào các tín hiệu này
để xác định tốc độ động cơ. So sánh độ chính xác và khả năng ứng dụng thực tiển
của các phương pháp đo sử dụng các tín hiệu trên.
Phương án được đưa ra để giải quyết yêu cầu đề tài là dùng mạch điện tử để
chuyển đổi tín hiệu gốc thành tín hiệu điện áp dạng xung, sau đó đưa vào vi điều
khiển. Vi điều khiển sẽ thực hiện các tính tốn và hiển thị kết quả ra màn hình LCD.
Kết quả cuối cùng đã hồn thành thiết bị đo tốc độ động cơ dựa vào ba tín
hiệu trên.
Thực nghiệm kết quả đo cho thấy thiết bị đo cho kết quả với sai số khá nhỏ
và thể hiện được khả năng đáp ứng của từng tín hiệu.

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

v

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

ABSTRACT
Thesis "Researching, evaluating some new methods to measure engine speed"
presents the relationship between engine speed and signals which are obtained from
sensors and system of engine. Specifically, Researcher are only interested three
signals: the signal of MAP sensor, signal from camshaft position sensor and the
battery voltage when the engine is operating. Based on these signals, engine speed
has been calculated. Comparison of accuracy and ability to apply of each method
which used to definate from these signals.
To solve this problem, the researcher used electronic circuits to convert the
original signal into pulse signal and then send it to the microcontroller.
Microcontroller will calculate and display results on LCD.
The end, the researcher manufactured the measuring equipment based on three
signals: signal of the MAP sensor, signal camshaft position sensor, battery voltage
signal.
Experimental results show that this equipment measures with small error.

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

vi

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
Danh mục các hình .................................................................................................... x
Danh mục từ viết tắt ...............................................................................................xiii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN………………………………………………………….1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc

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

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ............................................ .1
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước ....................................... .1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 3
1.3 Mục đích của đề tài............................................................................................. 3
1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ........................................................................ 4
1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài .............................................................................. 4
1.4.2 Giới hạn của đề tài ................................................................................ 4
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 4
Chƣơng 2: LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG
CƠ . ............................................................................................................................ 5
2.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong 4 kỳ loại piston............................... 5
2.2 Tầm quan trọng của giá trị tốc độ động cơ ........................................................... .7
2.2.1 Trong điều khiển động cơ ................................................................... ..7
2.2.2 Trong việc kiểm tra, chẩn đoán............................................................. 8

2.3 Các phương pháp đo tốc độ động cơ hiện nay trên ô tô ........................... ………8
2.3.1 Dùng cảm biến điện từ .......................................................................... 8
2.3.2 Dùng cảm biến quang ........................................................................... 9
2.3.3 Dùng cảm biến Hall ............................................................................. 9
Chƣơng 3: ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG TRONG ĐƢỜNG ỐNG NẠP VÀ CẢM
BIẾN ĐO ÁP SUẤT TUYỆT ĐỐI TRÊN ĐƢỜNG ỐNG NẠP ......................... 11
3.1 Đặc điểm, kết cấu của hệ thống nạp trên động cơ đốt trong ......................... 11
3.1.1 Đặc điểm của hệ thống nạp ................................................................. 11
3.1.2 Kết cấu của hệ thống nạp trên động cơ xăng ...................................... 11
3.1.3 Kết cấu của hệ thống nạp trên động cơ diesel .................................... 12
3.2 Đặc điểm của áp suất khí nạp trên đƣờng nạp ............................................... 14
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

vii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

3.2.1 Hiệu ứng dao động của áp suất trong quá trình thay đổi môi chất ..... 14
3.2.2 Mối liên hệ giữa áp suất chân không trên đường ống nạp .................. 15
3.3 Hiện tƣợng áp điện ............................................................................................ 15
3.3.1 Hiện tượng áp điện thuận .................................................................... 16
3.3.2 Hiện tượng áp điện nghịch .................................................................. 16
3.4 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến áp điện ...................................... 16
3.4.1 Cấu tạo ................................................................................................ 17
3.4.2 Nguyên lý đo của cảm biến áp điện .................................................... 18

3.4.3 Đôi nét về hệ thống L-Jetronic và D-Jetronic ..................................... 20
3.5 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến MAP ......................................... 20
3.5.1 Giới thiệu về cảm biến MAP .............................................................. 20
3.5.2 Cấu tạo của cảm biến MAP ................................................................ 21
3.5.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến MAP ........................................... 21
3.5.4 Đặc tuyến hoạt động của cảm biến MAP............................................ 21
3.6 Đặc điểm của tín hiệu ra ở chân PIM của cảm biến MAP trong quá trình
hoạt động của động cơ (Toyota) ............................................................................. 22
3.6.1 Ở tốc độ cố định .................................................................................. 23
3.6.2 Khi tăng giảm tốc độ ........................................................................... 27
3.6.3 Mối liên hệ giữa tín hiệu ra ở chân PIM cảm biến MAP và tốc độ động
cơ

....................................................................................................................... 27

Chƣơng 4: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN Ô TÔ .................................. 28
4.1 Ắc quy ................................................................................................................. 28
4.1.1 Nhiệm vụ của ắc quy trên ô tơ ............................................................ 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
4.2 Máy phát điện .................................................................................................... 30
4.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của máy phát điện ................................................ 30
4.2.2 Chế độ làm việc giữa accu - máy phát và sự phân bố tải..................... 30
4.2.3 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có vịng tiếp điện 33
4.3 Mối liên hệ giữa tốc độ động cơ và các tín hiệu điện áp đo đƣợc trong hệ
thống cung cấp điện ................................................................................................. 39
4.3.1 Mối liên hệ giữa tốc độ động cơ và điện áp pha của máy phát ........... 39
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

viii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

4.3.2 Mối liên hệ giữa tốc độ động cơ và điện áp máy phát sau chỉnh lưu . 40
4.3.3 Mối liên hệ giữa tốc độ động cơ và điện áp 2 đầu ắc quy .................. 40
Chƣơng 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ......... 42
5.1 Giới thiệu vi điều khiển 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 Sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế .......................................................................... 45
5.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

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

5.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5V ..................................................... 46
5.2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu PIM, G và BATT (Toyota) ....... 46
5.2.4 Sơ đồ mạch vi điều khiển ATMEGA 16.............................................. 52
5.2.5 Sơ đồ mạch hiển thị LCD .................................................................... 53
5.3 Thuật toán xử lý ................................................................................................. 54
5.3.1 Thuật đốn tính tốc độ động cơ .......................................................... 54
5.3.2 Chương trình tính tốc độ tốc động cơ cho vi điều khiển ...................... 55
5.4 Chế tạo mạch đo ................................................................................................ 56
Chƣơng 6: THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ ĐO TỐC ĐỘNG CƠ .......................... 58

6.1 Thiết bị ................................................................................................................ 58
6.2 Qui trình đo ........................................................................................................ 59
6.3 Kết quả đo .......................................................................................................... 59
6.3.1 Tín hiệu sau khi được xử lý ................................................................. 59
6.3.2 Kết quả hiển thị LCD .......................................................................... 63
6.4 Thiết bị đo tốc độ động cơ ................................................................................. 67
6.5 Đánh giá, nhận xét ............................................................................................. 68
Chƣơng 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 70
7.1 Kết luận .............................................................................................................. 70
7.2 Hƣớng phát triển của đề tài .............................................................................. 70
Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 71
Phụ lục ...................................................................................................................... 72

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

ix

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ ngun lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ ....................................... 5
Hình 2.2: Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng và góc ngậm điện ................................ 7
Hình 2.3: Vị trí thực tế của cảm biến điện từ trong bộ 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 nạp thải ............................................................ 11
Hình 3.2: Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử dùng cảm biến MAP ......... 12
Hình 3.3: Sơ đồ nạp thải của động cơ diesel tăng áp ................................................ 13
Hình 3.4: Đồ thị cơng vùng thấp áp của q trình thay đổi mơi chất ....................... 14
Hình 3.5: Hiện tượng áp điện .................................................................................... 16
Hình 3.6: Cảm biến kiểu áp điện ............................................................................... 17
Hình 3.7: Cách bố trí cảm biến .................................................................................. 20
Hình 3.8: Cấu tạo cảm biến MAP ............................................................................. 21
Hình 3.9: Biến dạng màng silicon theo áp suất ......................................................... 21
Hình 3.10: Đặc tuyến hoạt động của cảm biến MAP ................................................ 22
Hình 3.11: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP ở tốc độ cầm chừng.......................... 23
Hình 3.12:Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP và G ở 1.500 rpm.. ........................... 23
Hình 3.13: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP ở tốc độ 1.500 rpm.. ......................... 24
Hình 3.14: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP và G ở 2.500 rpm. ........................... 24
Hình 3.15: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP ở tốc độ 2.500 rpm. .......................... 24
Hình 3.19: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP và G ở 3.500 rpm.. .......................... 25
Hình 3.20: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP ở tốc độ 3.500 rpm.. ......................... 25
Hình 3.21: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP và G ở 4.100 rpm. ........................... 26
Hình 3.22: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP ở tốc độ 4.100 rpm. .......................... 26
Hình 3.23: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP ở 4.800 rpm ..................................... 27
Hình 3.24: Biên dạng tín hiệu cảm biến MAP thay đổi theo tốc độ (Picoscope).. .. 27
Hình 4.1: Chế độ phóng nạp của accu trên xe ........................................................... 30
Hình 4.2: Sơ đồ tính tốn hệ thống cung cấp điện .................................................... 31
Hình 4.3: Cấu tạo máy phát điện kích thích bằng điện từ có vịng tiếp điện. ........... 33
Hình 4.4: Các bộ 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 Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

Hình 4.5: Cấu tạo rotor. ............................................................................................. 34
Hình 4.6: Bộ chỉnh lưu 6 diode ................................................................................. 35
Hình 4.7: Hệ thống cung cấp điện với bộ chỉnh lưu 8 diode ..................................... 35
Hình 4.8: Máy phát 3 pha mắc hình sao với bộ chỉnh lưu 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 đã chỉnh lưu ............................... 38
Hình 4.12 Tiết chế vi mạch và vị trí trên máy phát ................................................... 38
Hình 4.13: Tiết chế loại D ......................................................................................... 39
Hình 4.14:Tiết chế loại M ......................................................................................... 39
Hình 4.15a: Mối liên hệ giữa điện áp ắc quy và tín hiệu đánh lửa IGT trên động cơ
5S-FE

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

Hình 4.15b: Mối liên hệ giữa điện áp ắc quy và tín hiệu đánh lửa IGT trên động 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 ở chế độ 4 bit ........................ 45
Hình 5.5: Sơ đồ mạch nguồn

12 V ......................................................................... 45

Hình 5.6: Sơ đồ chân IC 7812 và IC 7912 ................................................................ 46
Hình 5.7: Sơ đồ mạch nguồn 5 V .............................................................................. 46
Hình 5.8: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến MAP .......................................................... 47
Hình 5.9: Dạng tìn hiệu cảm biến MAP khi tăng giảm tốc ....................................... 47
Hình 5.10: So sánh tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch lọc thơng thấp ........ 49
Hình 5.11: Sơ đồ chân và cấu tạo bên trong IC 555.................................................. 50
Hình 5.12: Tín hiệu sau khi qua mạch Trigger Smith dùng IC 555 .......................... 51
Hình 5.13: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến G .............................................................. 51
Hình 5.14: Tín hiệu cảm biến G ................................................................................ 51
Hình 5.15: Mạch xử lý tín hiệu điện áp ắc quy ......................................................... 52
Hình 5.16: Mạch giao tiếp ATmega 16 ..................................................................... 53
Hình 5.17: Mạch 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 Sư phạm Kỹ thuật TPHCM
ình 5.19: Mạch nguồn

Luận văn tốt nghiệp

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

Hình 5.20: Mạch nguồn 5 V và mạch điều khiển ATmega 16 .................................. 56
Hình 5.21: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến MAP, G và tín hiệu điện áp ắc quy ......... 57
Hình 5.22: Mạch hiển thị LCD .................................................................................. 57
Hình 6.1: Mơ hình động cơ 5S-FE và 7A-FE ........................................................... 58
Hình 6.2: Kết nối mạch 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: Dạng xung của 3 tín hiệu trước khi xử lý .................................................. 60
Hình 6.6: Dạng xung của 3 tín hiệu sau khi xử lý ..................................................... 60
Hình 6.7: Tín hiệu điện áp ắc quy trước và sau mạch xử lý ở 1000 rpm .................. 61
Hình 6.8: Tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch xử lý ở 1000 rpm ................. 61
Hình 6.9: Tín hiệu điện áp ắc quy trước và sau mạch xử lý ở 1500 rpm .................. 61
Hình 6.10: Tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch xử lý ở 1500 rpm ............... 62
Hình 6.11: Tín hiệu điện áp ắc quy trước và sau mạch xử lý ở 2500 rpm ................ 62
Hình 6.12: Tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch xử lý ở 2500 rpm ............... 62
Hình 6.13: Tín hiệu điện áp ắc quy trước và sau mạch xử lý ở 4000 rpm ................ 63
Hình 6.14: Tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch xử lý ở 4000 rpm ............... 63
Hình 6.15: Kết quả đo ở tốc độ cầm chừng ............................................................... 63
Hình 6.16: Kết quả đo ở tốc độ 1000 rpm ................................................................. 63
Hình 6.17: Kết quả đo ở tốc độ 1500 rpm ................................................................. 63
Hình 6.18: Kết quả đo ở tốc độ 2000 rpm ................................................................. 64
Hình 6.19: Kết quả đo ở tốc độ 2500 rpm ................................................................. 64
Hình 6.20: Kết quả đo ở tốc độ 3000 rpm ................................................................. 64
Hình 6.21: Kết quả đo ở tốc độ 3500 rpm ................................................................. 64
Hình 6.22: Kết quả đo ở tốc độ 4000 rpm ................................................................. 65
Hình 6.23: Kết quả đo ở tốc độ 4500 rpm ................................................................. 65
Hình 6.24: Kết quả đáp ứng tốc độ khi tăng, giảm tốc.............................................. 66
Hình 6.25: Đồ thị đáp ứng tốc độ của 3 phương pháp đo ......................................... 67

Hình 6.26: Thiết bị tốc độ động cơ hoàn thiện .......................................................... 67
Hình 6.27: Đo và kiểm tra hoạt động của thiết bị ..................................................... 68

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

xii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
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:

Revolution Per Minute

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

xiii

HVTH: Đinh Tấn Ngọc

ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và

ngoài nƣớc
1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Tố c đô ̣ đô ̣ng cơ còn g ọi là tua máy hay tốc độ quay trục khuỷu là mô ̣t thông
số rất quan trọng, nó chứa đựng nhiều thơng tin phản ánh tồn diện tình trạng làm
viê ̣c của đơ ̣ng cơ như tính năng đ ộng học, động lực học, tính năng về kinh tế nhiên
liệu... Dựa vào tốc độ động cơ và thơng qua hệ thống chẩn đốn người ta có thể biết
được các chi tiết, cơ cấu bên trong động cơ có hoạt động bình thường hay khơng. Vì
thế viê ̣c xác đinh
̣ tố c đô ̣ đô ̣ng cơ mô ̣t cách nhanh chóng tức thời có mô ̣t ý nghiã r

ất

quan tro ̣ng trong điều khiển cũng như trong viê ̣c kiể m tra bảo dưỡng và sửa chữa.
Các phương pháp đ ể xác định tố c đô ̣ đô ̣ng cơ thư ờng được sử du ̣ng hi ện nay
trên ơ tơ có độ bề n và chiń h xác cao . Trong điều khiển động cơ, người ta dựa trên
việc nhận tín hiệu gửi về từ các cảm biến như cảm biến điện từ, cảm biến Hall, cảm
biến quang và đưa tín hiệu này vào bộ xử lý để xác định tốc độ động cơ. Bên cạnh
đó để hiển thị tốc độ lên đồng hồ Taplo, người ta dùng tín hiệu từ cực âm bobine hay
chân Tach của Igniter. Tuy cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cảm biến là khác

nhau nhưng có điểm chung là đều tính tốc độ động cơ dựa vào viê ̣c tin
́ h khoảng thời
gian giữa hai xung liên tiế p hoă ̣c đếm số xung trong mô ̣t khoảng thời gian.
Tuy nhiên, tốc độ động cơ cũng ảnh hưởng đến rất nhiều hoạt động của các hệ
thống trên động cơ, gây ra sự biến đổi của các tín hiệu có tính quy luật theo tốc độ
động cơ. Do đó, cịn có nhiều tín hiệu khác có thể dùng để tính ra tốc độ động cơ.
Người nghiên cứu dựa vào một vài tín hiệu có liên quan để xác định tốc độ động cơ.
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nƣớc
Nhận thấy tầm quan trọng của thơng số tốc độ động cơ, do đó các nhà nghiên
cứu luôn tim
̀ mo ̣i cách để làm sao có thể đo đươ ̣c tố c đô ̣ đô ̣ng cơ mô ̣t cách nhanh
chóng, chính xác nhưng vẫn tiện lợi trong việc đo . Dưới đây là mô ̣t vài nghiên cứu
chỉ ra cách xác định tốc độ động cơ theo các phương pháp mới .

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

1

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm 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 và Kang Ding [1].
Bài viế t của tác giả Hinbin Lin và Kang Ding công tác ta ̣i khoa Cơ khí và Kỹ
thuâ ̣t ô tô thuô ̣c trường Đa ̣i ho ̣c Công nghê ̣ phía Nam Trung Quố c . Nô ̣i dung bài viế t
cho thấ y viê ̣c xác đinh

̣ tố c đô ̣ đô ̣ng cơ piston dựa trên sự rung đô ̣ng và kỹ thuật hiệu
chỉnh phổ rời rạc . Phương pháp đề xuất tính tốc độ động cơ từ tần số điều hịa nhỏ
nhất của tín hiệu dao động và sử dụng kỹ thuật hiệu chỉnh phổ rời rạc để cải thiện độ
chính xác của phép đo. Kết quả thu đươ ̣c t ừ việc thử nghiệm trên băng thử và thử
nghiệm trên động cơ thực. Mỗi lần thử nghiệm với số xilanh khác nhau và phương
pháp này cho thấy kết quả đ ạt được độ chính xác khá cao khi động cơ làm việc ở
trạng thái ổn định và tốc độ nhỏ. So với các phương pháp cơ bản khi xác định tốc độ
động cơ thì phương pháp này sử dụng phần cứng khá đơn giản, dễ dàng cài đặt và
thích hợp cho việc kiểm tra bảo dưỡng 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].
Ở bài viết này tác giả SONG Xiang , LI Xu , ZHANG Wei-gong khoa Khoa
học và Kỹ thuật thuộc Đại học Đông Nam , Nam Kinh , Trung Quố c trình bày tầ m
quan tro ̣ng trong viê ̣c xác đinh
̣ tố c đô ̣ đô ̣ng cơ nhanh chóng và chính xác có ý nghĩa
rấ t lớn trong viê ̣c chẩ n đoán các lỗi trên ô tô . Bài viết cũng chỉ ra những thiếu sót và
bấ t tiê ̣n của các phương pháp đo tố c đô ̣ đô ̣ng cơ truyề n thố ng qua đó chỉ ra phương
pháp đo mới dựa trên tần số rung cơ bản . Thông qua phầ n mề m Lab VIEW để thu
thâ ̣p dữ liê ̣u và ứng du ̣ng các phương pháp xử lý tín hiê ̣u như biế n đổ i wavelet , biế n
đổ i Fourier thời gian ngắ n từ đó tính đươ ̣c tính đươ ̣c tầ n số rung cơ bản , ưu điể m của
phương pháp là các thuật tốn có độ chính xác cao , ít tốn kém , đơ ̣ bề n cao , dễ thực
hiê ̣n và tỉ lê ̣ lỗi của thuâ ̣t toán chỉ có 1%.
 “Measurement of engine speed by the analysis of vibration” - Alastair
J.Hotchkiss, Paul Smith, Barbara L and Jones [3].
Phương pháp đo tốc độ động cơ mới dựa trên tín hiệu thu được từ cảm biến
gia tốc được gá trên thân động cơ là những gì Alastair J

.Hotchkiss, Paul Smith ,

Barbara L and Jones muố n triǹ h bày trong bài viế t này . Phương pháp này có ưu điểm

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

2

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

là chi phí thấp, vừa có thể ứng dụng cho cả động cơ xăng và Diesel, dễ dàng gá đặt
cảm biến, có thể đo t ốc độ động cơ từ cầm chừng 700 vòng/phút cho đ ến khoảng
5000 vòng/phút và điện năng tiêu thụ của mạch đo thấp.
Trong trạm đăng kiểm hiện nay dùng phổ biến máy đo tốc độ động cơ AVL
Dispeed và MAHA RPM VC2 để xác định tốc độ động cơ. Đầu đo của máy thu nhận
tín hiệu rung động hoặc tiếng ồn của động cơ để xác định tốc độ.
Người nghiên cứu cũng đã nghiên cứu sự rung động của động cơ thu thập từ
tín hiệu cảm biến kích nổ trên động cơ…
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Tố c đô ̣ đô ̣ng cơ là mô ̣t trong những thông số rấ t quan tro ̣ng trên ô tô . Dựa vào
tố c đô ̣ đô ̣ng cơ ECU sẽ điề u khiể n hoa ̣t đô ̣ng phun xăng và đánh lửa hơ ̣p lý đảm b ảo
sao cho đô ̣ng cơ hoa ̣t đô ̣ng tố i ưu nhấ t trong mo ̣i chế đô ̣ làm viê ̣c . Trong chẩ n đoán
viê ̣c xác đinh
̣ nhanh chóng và chin
́ h xác tố c đô ̣ đô ̣ng cơ giúp cho công viê ̣c bảo
dưỡng sửa chữa đươ ̣c diễn ra nhanh chóng và thuâ ̣n lơ ̣i hơn.
Hiện nay các cảm biến đo tốc độ động cơ trên ô tô bên cạnh các ưu điểm như
có độ chính xác và tuổi thọ cao song cũng tồn tại một vài nhược điểm như phải gia

công các điã có xẽ rañ h yêu cầ u đô ̣ chính xác cao , các biên dạng r ăng lồ i hoă ̣c lõm
và các loại này phải được dẫn động trực tiếp bởi trục khuỷu hay gián tiếp thơng qua
dây đai, xích. Để giảm bớt cơng đoạn gia cơng, lắp ráp qua đó góp phần giảm chi phí
sản xuất cũng như chi phí bảo dưỡng sửa chữa sau này thiết nghĩ cần có một phương
pháp đo tốc độ động cơ mới thay thế phương pháp đo truyền thống nhưng vẫn có độ
bền và chính xác cao.
1.3

Mục đích của đề tài
Trong quá trình động cơ làm việc các bộ phận như trục cam, máy phát điện,

bơm trợ lực lái được động cơ dẫn động thông qua dây đai đồng thời một vài cảm
biến trên xe liên tục gửi tín hiệu về ECU để tính tốn sao cho động cơ luôn hoạt
động tối ưu nhất ở mọi chế độ làm việc. Với ý tưởng là nếu các bộ phận, chi tiết
được kết nối với động cơ thì ta có thể tính được tốc độ động cơ. Do đó, người nghiên
cứu xin trình bày phương pháp dùng tín hiệu từ cảm biến đo áp suất tuyệt đối đường
ống nạp MAP và da ̣ng xung c ủa các tín hiệu trong hệ thống cung cấp điện để tính
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

3

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

toán tốc độ động cơ ở đây sử dụng tín hiệu điện áp ắc qui và so sánh với việc tính
tốn tốc độ động cơ từ tín hiệu cảm biến vị trí trục cam. Phương pháp này cho thấy

việc tính tốn tốc độ động cơ vẫn có thể được xác định từ các cảm biến khác hay từ
một hệ thống nào đó trên ô tô. Người nghiên cứu thiết kế một máy đo dựa vào các
tín hiệu trên đ ể tính tốn tốc độ động cơ và mong muốn thiết bị này được cải thiện
thêm về hình dáng và các chức năng khác nữa để có thể phục vụ cơng tác giảng dạy
hay ứng dụng vào cơng việc kiểm định, chẩn đốn trong tương lai.
1.4

Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài

 Phân tích các phương pháp đo tốc độ động cơ
 Phân tích cơ sở lý thuyế t về áp suất chân không trên đường ống nạp, cơ sở lý
thuyết và nguyên lý hoạt động của cảm biến MAP .
 Phân tích cơ sở lý thuyế t và nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thố ng cung cấp điện
trên ô tô.
 Nghiên cứu, phân tích biên dạng tín hiệu của cảm biến MAP và tín hiệu điện
trong hệ thống cung cấp điện.
 Tìm hiểu về các linh kiê ̣n điê ̣n tử và vi điều khiển.
 Thiết kế mạch tính tốc độ động cơ từ cảm biến MAP, G và tín hiệu điện áp
ắc quy.
 Thử nghiệm và đánh giá kết quả.
1.4.2 Giới hạn của đề tài
Đề tài chỉ tập trung giải quyết những vấn đề sau:
 Tầm quan trọng của giá trị tốc độ động cơ và các phương pháp đo tốc độ
động cơ hiện nay.
 Mối quan hệ giữa tín hiệu cảm biến MAP, G và các tín hiệu điện trong hệ
thống cung cấp điện với tốc độ động cơ.
 Thiết kế, chế tạo máy đo tốc độ động cơ, đánh giá độ chính xác và khả
năng ứng dụng thực tiển.
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu






Phương pháp nghiên cứu tài liệu.
Phương pháp khảo sát đối tượng.
Phương pháp xây dựng mô hình tốn.
Phương pháp thực nghiệm và xử lí số liệu.

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

4

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

Chƣơng 2: LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ

ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
2.1

Nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ loại piston [4]
Đối với động cơ 4 kỳ để hoàn thành một chu trình cơng tác piston của độ ng

cơ phải thực hiê ̣n b ốn hành trình tương ứng với các quá trình diễn ra trong xilanh là :

nạp, nén, cháy giãn nở và thải . Do các quá trin
̀ h diễn ra lă ̣p đi lă ̣p la ̣i có tin
́ h chu kỳ
nên khi khảo sát nguyên lý làm viê ̣c ta chỉ khảo sát mô ̣t chu trình cơng tác trong toàn
bơ ̣ quá trình làm việc của động cơ. Mô ̣t chu trin
̀ h công tác gờ m 4 q trình sau:


Q trình nạp (kỳ một ): Là q trình nạp mơi chất mới vào xilanh

đơ ̣ng cơ ( nạp hòa khí đố i với đô ̣ng cơ xăng và không khí đố i với đô ̣ng cơ diesel)

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ[4]
a) Quá trình nạp b) Quá trình nén c) Quá trình cháy – giãn nở d) Quá trình thải
1. Xupap nạp 2. Xupap thải 3. Piston 4. Bougie 5. Thanh truyề n 6. Trục khuỷu
Vào đầu kỳ nạp, piston ở vi ̣trí điể m chế t trên. Tồn bộ thể tích buồng cháy V c
chứa đầ y sản vâ ̣t cháy do hành trin
̀ h trước để la ̣i với áp suấ t cao hơn áp suấ t khí trời ,
áp suất này còn gọi là áp suất khí sót . Khi tru ̣c khuỷu quay theo chiề u mũi tên , thông
qua thanh truyề n làm cho piston dich
̣ chuyể n từ điể m

chế t trên xuố ng điể m chế t

dưới, cơ cấ u phân phố i khí điề u khiể n xupap mở thông đường ố ng na ̣p với không
gian trong xilanh . Chuyể n đô ̣ng đi xuố ng của piston hình thành chân không trong
xilanh nên áp suấ t trong lòng xilanh nhỏ hơn á p suấ t trên đường ố ng na ̣p . Mức đô ̣
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

5

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

chênh lê ̣ch áp s uấ t này khoảng 0,01 – 0,03 MPa ta ̣o nên quá trin
̀ h na ̣p môi chấ t mới
từ đường ố ng na ̣p vào xilanh (hình 2.1a).


Quá trình nén (kỳ hai)

Piston di chuyể n từ điể m chế t dưới lên điể m c hế t trên, cơ cấ u phân phố i khí
điề u khiể n cho xupap na ̣p và xupap thải đóng la ̣i

, môi chấ t đươ ̣c nén trong lòng

xilanh. Vào cuối quá trình nạp, khi piston ở vi ̣trí điể m chế t dưới áp suấ t trong xilanh
còn nhỏ hơn áp suất trên đư ờng ống nạp người ta tận dụng điều này để hồn thiện
q trình nạp là làm cho cơ cấu phân phối khí điều khiển xupap nạp đóng muộn sau
khi piston qua khỏi điể m chế t dưới . Viê ̣c đóng muô ̣n xupap na ̣p như trên có tác du ̣ng
nạp thêm môi chấ t mới vào xilanh điề u này có đươ ̣c là do tác du ̣ng của đô ̣ng năng và
chênh lê ̣ch áp suấ t của dòng môi chấ t đi vào

. Khi xupap na ̣p đóng , piston chuyể n

đô ̣ng lên phía điể m chế t trên làm cho áp suấ t và nhiê ̣t đô ̣ trong môi chấ t tăng dầ n lên.

Giá trị áp suất cuối quá trình nén phụ thuộc vào tỉ số nén , đô ̣ kin
́ khit́ của không gian
chứa môi chấ t , mức đô ̣ tản nhiê ̣t của thành xilanh và áp suấ t của môi chấ t đầ u quá
trình nén (hình 2.1b).
Để ta ̣o điề u kiê ̣n tố t cho môi chấ t cháy mô ̣t cách kip̣ thời và nhiê ̣t lươ ̣ng sinh
ra đươ ̣c tâ ̣n du ̣ng triê ̣t để thì viê ̣c đố t cháy hỗn hơ ̣p phải đươ ̣c thực hiê ̣n trước khi
piston tới điể m chế t trên . Đối với động cơ xăng thì bougie phải tạ o ra tia lửa trước
khi piston đế n điể m chế t trên còn với đô ̣ng cơ diesel thì nhiên liê ̣u phun vào từ kim
phun trước khi piston đế n điể m chế t trên.


Quá trình cháy giãn nở (kỳ ba)
Môi chấ t bi ̣nén trong xilanh ở cuố i kỳ nén đươ ̣c bố

c cháy với tố c đô ̣ rấ t

nhanh làm áp suấ t và nhiê ̣t đô ̣ của môi chấ t tăng rấ t cao ta ̣o áp lực sinh công đẩ y
piston dich
̣ chuyể n về phiá điể m chế t dưới thực hiê ̣n quá trin
̀ h giañ nở trong xilanh .
Vì vậy kỳ ba cịn gọi là kỳ sin

h công (kỳ phát động ), trong quá trin
̀ h này cả hai

xupap đề u đóng (hình 2.1c).


Quá trình thải (kỳ bốn)
Piston dich

̣ chuyể n từ điể m chế t dưới lên điể m chế t trên đẩ y sản vâ ̣t cháy ra

khỏi xilanh động cơ qua xupap thải đang mở. Áp suấ t trong xilanh vào cuố i quá trình
cháy giãn nở còn khá cao nên xupap thải phải mở sớm trước khi piston xuống đến
điể m dưới khoảng 40o – 60o tương ứng với góc quay tru ̣c khuỷu . Nhờ đó giúp làm
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

6

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

giảm được lực cản đối với c huyể n đô ̣ng của piston và ta ̣o điề u kiê ̣n tố t nhấ t cho sản
vâ ̣t cháy thải sa ̣ch ra khỏi xilanh đơ ̣ng cơ (hình 2.1d).
Khi bớ n kỳ kế t thúc thì đô ̣ng cơ đã thực hiê ̣n đươ ̣c mô ̣t chu trin
̀ h công tác

,

nhờ quán tính quay của bánh đà giúp đô ̣ng cơ thực hiê ̣n chu trình cơng tác tiế p theo
chính vì vậy mà động cơ có thể hoạt động được liên tục
2.2

Tầm quan trọng của giá trị tốc độ động cơ
2.2.1 Trong điều khiển động cơ: Tốc độ động cơ là một trong những tín hiệu

cơ bản nhất trong việc điều khiển mọi hoạt động của động cơ mà tiêu biểu là điều
khiển phun nhiên liệu và đánh lửa.

Hình 2.2: Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng và góc ngậm điện


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

đánh lửa đã được trang bị bộ đánh lửa sớm chân không và đánh lửa sớm ly tâm đặt
trong bộ chia điện để hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa theo hoạt động của động cơ. Hai
bộ đánh lửa sớm đó tương ứng với 2 tín hiệu cơ bản điều chỉnh hoạt động đánh lửa
là tải và tốc độ động cơ. Cho đến thế hệ đánh lửa theo chương trình thì tín hiệu tải và
tốc độ động cơ vẫn là 2 thành phần không thể thiếu để ECU tính góc đánh lửa sớm
cơ bản. Ngồi ra, ECU cịn điều chỉnh góc ngậm điện trong đánh lửa. Góc ngậm điện
phụ thuộc vào điện thế ắc quy và tốc độ động cơ. Nếu chỉ xét sự phụ thuộc vào tốc

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

7

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

độ động cơ thì tốc độ càng cao thì góc đánh lửa phải càng sớm để đảm bảo môi chất
cháy – giãn nỡ đạt điểm áp suất cực đại tại 10o sau điểm chết trên.


Điều khiển phun nhiên liệu: Lưu lượng khí nạp và tốc độ động cơ là hai

tín hiệu cơ bản để ECU điều khiển thời điểm phun và lượng phun nhiên liệu. Khi
mất tín hiệu NE thì động cơ ngừng hoạt động do ECU không thể điều khiển việc
phun xăng, phun dầu, đánh lửa được nữa.
2.2.2 Trong việc kiểm tra, chẩn đoán
Hư hỏng động cơ biểu hiện ra bên ngồi ở nhiều dạng khác nhau, trong đó có nhiều
dạng là thuộc về tốc độ động cơ. Một số ví dụ như: hiện tượng mất lửa ở một số xi
lanh làm động cơ mất cân bằng động và tốc độ khơng ổn định mà biểu hiện ra bên
ngồi là sự rung lắc của động cơ. Hay hiện tượng lọt khí vào đường ống nạp làm tốc
độ động cơ khi cầm chừng lớn hoặc tốc độ cầm chừng không ổn định.
Trong việc kiểm định xe cơ giới, có nhiều định mức kiểm tra mà phải thực
hiện tại những giá trị tốc độ động cơ hay tốc độ xe nào đó mới có giá trị như quy
trình đo khí thải là một ví dụ tiêu biểu.
2.3 Các phƣơng pháp đo tốc độ động cơ hiện nay trên ô tô [5]
2.3.1 Dùng cảm biến điện từ
Trên ô tô để xác đinh
̣ tố c đô ̣ đô ̣ng cơ bằ ng cảm biế n điê ̣n từ người ta bố trí
cảm b iế n này ở trong bô ̣ chia điê ̣n hoă ̣c ở tru ̣c khuỷu

(cảm biến vị trí trục

khuỷu).Cảm biến điện từ được sử dụng ở các hãng Toyota , Honda, Daewoo… Cảm
biế n bao gồ m mô ̣t cuô ̣n dây và mô ̣t nam châm viñ h cửu đươ ̣c lắ p trên mô ̣t khung

từ

và một rotor cảm biến . Khi rotor chuyể n đô ̣ng sẽ làm cho từ thông đi qua cuô ̣n dây
thay đổ i sẽ ta ̣o ra mô ̣t sức điê ̣n đô ̣ng trong cuô ̣n dây da ̣ng xung xoay chiề u và tín

hiê ̣u này đươ ̣c gửi về ECU để xử lý và tin
́ h toán tố c đô ̣ đô ṇ g cơ.


Cảm biến điện từ đặt trong bộ chia điện:

Loại này có hai roto tín hiệu và hai cuộn nhận tín hiệu tương ứng với tín hiệu
G và NE nằm trong bộ chia điện. Số răng của roto và số cuộn nhận tín hiệu khác
nhau tuỳ theo kiểu động cơ.

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

8

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

Khi trục khuỷu quay dẫn động trục bộ chia điện quay sinh ra tin
́ hiê ̣u NE và
đươ ̣c gửi về ECU đô ̣ng cơ để tính tố c đô ̣ đô ̣ng cơ.
Rotor tín hiệu NE

Cuộn nhận tín
hiệu NE
Rotor tín hiệu G

Cuộn nhận tín hiệu G
Hình 2.3: Vị trí thực tế của cảm biến điện từ trong bộ chia điện.


Cảm biến điện từ đặt ngồi (loại khơng có bộ chia điện)
Ở một số dòng xe không dùng bô ̣ chia điê ̣n như các xe đô ̣ng cơ xăng đánh lử a

trực tiế p , đô ̣ng cơ Diesel , động cơ CNG, người ta bố trí cảm biế n NE ở đ

ầu trục

khuỷu được gọi là cảm biế n vi ̣trí tru ̣c khuỷu .
2.3.2 Dùng cảm biến quang
Cảm biến quang bao gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang.


Loại sử dụng một cặp LED-photo transistor.



Loại sử dụng một cặp LED-photo diode.
Phần tử phát quang (LED- lighting emision diode) và phần tử cảm quang

(photo transistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện. Điểm đặc biệt của
hai loại phần tử cảm quang này là khi có dịng ánh sáng chiếu vào nó sẽ trở nên dẫn
điện và ngược lại, khi khơng có dịng ánh sáng thì nó sẽ khơng dẫn điện. Độ dẫn điện
của chúng phụ thuộc vào cường độ dòng ánh sáng.
Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm
phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vng từ đó tính được tốc độ
động cơ và thời điểm đánh lửa.

GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

9

HVTH: Đinh Tấn Ngọc


ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Luận văn tốt nghiệp

2.3.3 Dùng cảm biến Hall
Cảm biến Hall được chế tạo dựa trên hiệu ứng Hall. Khi cấp nguồn điện đến
IC Hall và có từ trường của nam châm vĩnh cữu đi qua nó thì IC Hall sẽ cho ra một
điện áp. Người ta dùng các răng cảm biến để dẫn từ qua Hall hoặc đĩa quay có các
rãnh được dẫn động bởi trục bộ chia điện để chắn từ hoặc cho từ trường của nam
châm vĩnh cữu qua IC Hall.
Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của cảm biế n Hall : Khi cánh chắ n ra khỏi khe hở giữa
IC Hall và nam châm , từ trường sẽ xuyên qua khe hở tác du ̣ng lên IC Hall làm xuấ t
hiê ̣n điê ̣n áp điề u khiể n transi stor T làm cho T dẫn . Kế t quả là trên đường dây tín
hiê ̣u điê ̣n áp sẽ giảm xuố ng chỉ còn 1V.

Hình 2.4: Khi khơng chắn từ
Khi cánh chắ n đi vào khe hở giữa nam châm và IC Hall từ trường bi ̣cánh
chắ n bằ ng thép khép kín không tác đô ̣ng lên IC Hall tín hiê ̣u điê ̣n áp từ IC Hall mấ t
làm transistor T ngắt . Tín hiệu điện áp lúc này bằng điện áp từ Igniter nối với ngõ ra
của cảm biến Hall.

Hình 2.5: Khi chắn từ
Như vâ ̣y khi làm viê ̣c cảm bi ến Hall sẽ tạo ra xung vng tương tự như tín

hiệu cảm biến quang.
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

10

HVTH: Đinh Tấn Ngọc