Nghiên cứu chế tạo mô hình các loại cảm biến phục vụ cho mô hình tích hợp hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử của động cơ Toyota 5A-FE

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………
Hưng yên, ngày…..tháng……năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN


…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………..
Hưng yên, ngày…..tháng……năm 2013
Giáo viên phản biện


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................1
PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU..................................................................................2
1.1. Tính cấp thiết của đề tài...........................................................................2
1.2. Mục tiêu, đối tượng của đề tài.................................................................3
1.3. Ý nghĩa của đề tài.....................................................................................3
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu...............................................................................3
1.5. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................4
PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI..........................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ.......5
1.1. Vai trò của các cảm biến trên ô tô. ........................................................5
- Cảm biến nhiệt độ khí (THA).....................................................................5
Cảm nhận nhiệt độ khí nạp...........................................................................5
1.2. Các loại cảm biến sử dụng trên ô tô........................................................6
1.2.1. Cảm biến áp suất đường nạp. (Cảm biến chân không)..........................6
1.2.2. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp................................................................7
1.2.2.1. Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt (đời 80 - 95)............................................................................7
1.2.2.2. Cảm bíến đo gió dạng xoáy lốc....................................................................................................8
1.2.2.3. Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt. ( trong LH – Jetronic )..............................................................9

1.2.3. Cảm biến vị trí bướm ga.........................................................................11
1.2.4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga.....................................................................13

1.2.4.1. Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại tuyến tính................................................................................13
1.2.4.2. Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại phần tử Hall.............................................................................14

1.2.5. Tín hiệu G & tín hiệu NE........................................................................14
1.2.5.2. Cảm biến quang điện.................................................................................................................19
1.2.5.3. Cảm biến Hall.............................................................................................................................21

1.2.6. Cảm biến nhiệt độ nước (THW).............................................................22
1.2.7. Cảm biến nhiệt độ khí nạp......................................................................23
1.2.8. Cảm biến nồng độ ôxy. ...........................................................................23
1.2.9. Cảm biến nhiệt độ khí ERG ( THG ).....................................................26
1.2.10. Cảm biến tiếng gõ (KNK).....................................................................26


1.2.11. Cảm biến tốc độ xe................................................................................27
1.2.12. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF)....................................................30
1.2.13. Cảm biến áp suất ống phân phối. (áp suất nhiên liệu)........................30
1.2.14. Cảm biến HAC. (bù độ cao)..................................................................31
1.2.15. Cảm biến hỗn hợp nhạt. (LS)...............................................................31

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN CẢM BIẾN
CHO MÔ HÌNH................................................................................................33
2.1. Các phương án thiết kế..........................................................................33
2.1.1. Phương án 1.............................................................................................33
2.1.2. Phương án 2.............................................................................................34
2.1.3. Phương án 3.............................................................................................35

2.2. Cảm biến sử dụng trên mô hình............................................................35
2.2.1. Cảm biến G và cảm biến NE...................................................................35
2.2.2. Cảm biến áp suất đường nạp. ( Cảm biến chân không )......................38

2.3. Ý nghĩa các cực ECU..............................................................................40
CHƯƠNG 3: CÁC ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THÔNG SỐ CẢM BIẾN
.............................................................................................................................42
3.1. Điều khiển quá trình phun nhiên liệu...................................................42
3.1.1. Điều khiển phun khởi động.....................................................................42
3.1.2. Điều khiển phun sau khi khởi động.......................................................42
3.1.3. Hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp...................................................................43
3.1.4. Điều chỉnh đậm sau khi khởi động.........................................................44
3.1.5. Hiệu chỉnh đậm sau khi hâm nóng động cơ...........................................45
3.1.6. Hiệu chỉnh đậm khi trợ tải .....................................................................45
3.1.7. Hiệu chỉnh tỷ lệ khí- nhiên liệu khi chuyển tiếp giữa các chế độ........46
3.1.8. Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khí – nhiên liệu.............................................46
3.1.9. Hiệu chỉnh điều khiển xả khí CO loại D-EFI*1 và loại D-EFI*2.........48
3.1.10. Cắt nhiên liệu.........................................................................................48

3.2. Sự điều khiển của ESA. ........................................................................49
3.2.1. Điều khiển đánh lửa khi khởi động........................................................50
3.2.3. Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh...............................................51


4.3.2. Lựa chọn vật liệu và thiết kế khung mô hình........................................58
4.3.2.1. Lựa chọn vật liệu.......................................................................................................................58
4.3.2.2. Thiết kế khung mô hình.............................................................................................................59

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................66


DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

31
32
33
34
35

Hình
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
1.16
1.17
1.18
1.19
1.20
1.21
1.22
1.23

1.24
1.25
1.26
1.27
1.28
1.29
1.30
1.31
1.32
1.33
1.34
1.35

Tên hình
Cấu tạo cảm biến chân không và sơ đồ đấu dây
Bộ đo gió kiểu cánh trượt
Cấu tạo kiểu dòng xoáy Karman quang học
Cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy
Mạch điện cảm biến dây nhiệt
Cảm biến bướm ga loại tiếp điểm
Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính
Cảm biến vị trí bướm ga loại phân tử Hall
Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại tuyến tính
Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại phần tử Hall
Vị trí tương đối của rotor và cuộn dây nhận tín hiệu
Nguyên lý làm việc của cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên
Cảm biến từ điện loại nam châm quay cho loại động cơ 8 xi lanh
Bộ tạo tín hiệu G
Bộ tạo tín hiệu Ne
Kiểu lắp ở trục cam

Cảm biến G và NE loại tách rời
Cảm biến vị trí trục cam
Xung tín hiệu
Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE)
Xung tín hiệu
Nguyên lý làm việc của cảm biến quang điện
Hình dạng đĩa cảm biến và xung tín hiệu
Cảm biến quang lắp trong bộ chia điện
Cảm biến quang lắp ở đầu trục cam
Cấu tạo của cảm biến Hall
Hoạt động của cảm biến Hall
Dạng xung của cảm biến Hall
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ không khí nạp
Cấu tạo cảm biến khí xả.
Nguyên lý của cảm biến khí xả, mạch điện của cảm biến khí xả
Cảm biến khí xả loại Titan

Trang
6
7
8
9
10
11
11
12
13

14
15
15
15
16
16
17
17
18
18
18
19
19
20
20
20
21
21
22
22
22
23
23
24
25
25

36

1.36

Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí ERG

26

37

1.37

Cấu tạo của cảm biến tiếng gõ

26

38

1.38

Dạng xung của cảm biến tiếng gõ

27

39

1.39

Cảm biến tốc độ xe

27

40

1.40

Cảm biến loại công tắc lưỡi gà

28


41

1.41

Cảm biến loại quang điện

28

42

1.42

Loại cảm biến điện từ

29

43

1.43

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

30

44

1.44

Cảm biến áp suất ống phân phối

30

45

1.45

Sơ đồ mạch cảm biến

30

46

1.46

Cảm biến HAC

31

47

1.47

Cấu tạo và mạch của cảm biến hỗn hợp nhạt

31

48

1.48

Đồ thị giá trị dòng điện của cảm biến

32

49

2.1

Phương án 1

33

50

2.2

Phương án 2

34

51

2.3

Phương án 3

35

52

2.4

Bộ tạo tín hiệu G

36

53

2.5

Bộ tạo tín hiệu Ne

36

54

2.6

Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung

36

55

2.7

Sơ đồ dạng xung 2/24

36

56

2.8

Sơ đồ và dạng xung 1/24

37

57

2.9

37

58

2.10

Loại sơ đồ và dạng xung loại 1 cuộn dây chung cho G và NE
kết hợp với IC đánh lửa
Sơ đồ mạch và dạng xung 1/4

59

2.11

Sơ đồ và dạng xung loại 2 cuộn dây chung cho Ne và G

37

60

2.12

Sơ đồ dạng xung loại 4/24 kết hợp với IC đánh lửa

38

61
62

2.13
2.14

Vị trí của cảm biến NE
Cấu tạo cảm biến chân không và sơ đồ đấu dây

38
38

63

2.15

Quan hệ giữa áp suất đường nạp và tín hiệu điện áp

39

64

3.1

Tín hiệu phun khi khởi động

42

65

3.2

Tín hiệu phun sau khi khởi động

43

66

3.3

Hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp

44

67

3.4

Điều chỉnh đậm sau khi khởi động

44

68

3.5

Hiệu chỉnh đậm khi hâm nóng động cơ

45

69

3.6

Tín hiệu từ cảm biến Ôxy

47

37


70

3.7

Tín hiệu từ cảm biến hỗn hợp nhạt

48

71

3.8

Cắt nhiên liệu khi giảm tốc

49

72

3.9

Sự điều khiển ESA

49

73

3.10

Xác định thời điểm đánh lửa

50

74

3.11

Điều khiển đánh lửa khi khởi động

50

75

3.12

Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động

51

76

3.13

Hiệu chỉnh để hâm nóng

51

77

3.14

Hiệu chỉnh khi quá nhiệt

52

78

3.15

Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định

52

79

3.16

Hiệu chỉnh kích nổ

52

Bảng thông số

53

80
81

4.1

Khung giá hình chữ L

56

82

4.2

Khung hình hộp

56

83

4.3

Khung hộp đứng

57

84

4.4

Thép hộp

58

85

4.5

Thép chữ V

58

86

4.6

Bánh xe

58

87

4.7

Khung mô hình

59

88

4.8

Thiết kế sơ đồ bố trí các chi tiết trên mô hình

59

89
91

4.9

4.10

Mô hình hoàn thiện
Hình ảnh mô hình chụp từ cạnh trái

63
64


KÍ HIỆU VIẾT TẮT
- ESA(Electronic Spark Advance): Chương trình đánh lửa sớm.
- IGT(Ignition timing Signal): Tín hiệu đánh lửa.
- IGF(Ignition feedback): Tín hiệu phản hồi đánh lửa.
- TDC: Điểm chết trên.
- EFI(Electronic Fuel Injection): Phun xăng điện tử.
- ECU(Electronic Control Unit): Hộp đen.
- +B(Battery):Cực dương Ắc quy.
- +B1: Ắc quy No1.
- BATT: Ắc quy.
- E01: Nối mát No.01.
- E02: Nối mát No.02.
- E1: Nối mát No.1.
- E2: Nối mát No.2.
- G(Group Crankshafr Angle Signal): Tín hiệu góc trục khuỷu.
- IG/SW(Ignition/Swich): Khóa điện.
- KNK: Tín hiệu cảm biến tiếng gõ.
- NE(Number Of Engine Revolution Signal): Tín hiệu số vòng quay động cơ.
- OX: Tín hiệu cảm biến ôxy.
- STA: Tín hiệu máy khởi động.
- THW: Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.

- PIM, VG, KS, VS: Cảm biến lưu lượng khí nạp.
- IDL: Cảm biến vị trí bướm ga.


LỜI MỞ ĐẦU
Ô tô là một trong những phương tiện giao thông quan trọng đối với sự phát triển
của nền kinh tế - xã hội hiện nay. Một nước muốn phát triển nền kinh tế bền vững,
hiện đại đều phải có một ngành công nghiệp ô tô tiên tiến và hiện đại. Ở Việt Nam,
nền công nghiệp ô tô còn non trẻ thì hầu hết những công nghệ về ô tô đều đến từ các
nước khác trên thế giới. Chúng ta cần phải tiếp cận với công nghệ tiên tiến này để
không những tạo tiền đề cho nền công nghiệp ô tô mà còn phục vụ cho công tác bảo
dưỡng và sửa chữa.
Qua thời gian học tập và nghiên cứu về chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô tô”
tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên, em được Khoa tin tưởng giao cho
đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu chế tạo mô hình các loại cảm biến phục vụ cho mô
hình tích hợp hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử của động cơ Toyota 5AFE” đây là một đề tài rất thiết thực nhưng còn nhiều khó khăn. Với sự cố gắng của em
và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Văn Hải cùng với sự giúp đỡ của các
thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí Động Lực, các bạn trong nhóm và lớp ĐLK9LC1 em
đã hoàn thành đề tài đáp ứng được yêu cầu đưa ra. Xong trong quá trình làm đồ án tốt
nghiệp, với khả năng và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót.
Vì vậy em rất mong sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô để đề tài của em được hoàn
thiện hơn và đó chính là những kinh nghiệm nghề nghiệp của em sau này khi ra
trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa và đặc biệt là thầy
Phạm Văn Hải đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em để đề tài của em hoàn thành.
Em xin trân trọng cảm ơn!

Hưng Yên, Ngày ….tháng….năm 2013
Sinh viên thực hiện:
Vũ Văn Biện

1


PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Bước sang thế kỉ 21, sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước lên
một tầm cao mới. Rất nhiều những thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh, sáng
chế mang đậm chất hiện đại và có tính ứng dụng cao. Là một quốc gia có nền kinh tế
lạc hậu, nước ta đã và đang có những cải cách mới để thúc đẩy kinh tế. Việc tiếp thu,
áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giới đang rất được nhà nước quan tâm
nhằm cải tạo, đẩy mạnh phát triển các ngành công nghiệp mới, với mục đích đưa nước
ta từ một nước nông nghiệp lạc hậu thành một nước công nghiệp phát triển. Trải qua
rất nhiều năm phấn đấu và phát triển. Hiện nay nước ta đã là thành viên của khối kinh
tế quốc tế WTO. Với việc tiếp cận các quốc gia có nền kinh tế phát triển, chúng ta có
thể giao lưu, học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến
để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vững chắc trên con
đường quá độ lên CNXH.
Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng, đầu tư phát
triển thì công nghiệp ô tô là một trong những ngành tiềm năng. Do sự tiến bộ về khoa
học công nghệ nên quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hoá phát triển một cách ồ ạt, tỷ
lệ ô nhiễm nguồn nước và không khí do chất thải công nghiệp ngày càng tăng. Các
nguồn tài nguyên thiên nhiên như: Than, đá, dầu mỏ. . . bị khai thác bừa bãi nên ngày
càng cạn kiệt. Điều này đặt ra bài toán khó cho ngành động cơ đốt trong nói chung và
ô tô nói riêng, đó là phải đảm bảo chất lượng khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Các hãng
sản xuất ôtô như FORD, TOYOTA, MESCEDES, KIA-HUYNDAI... đã có rất nhiều
cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng cũng như chất lượng phục vụ của xe, nhằm đảm bảo an
toàn cho người sử dụng, tiết kiệm nhiên liệu và giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do
khí thải. Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống điều khiển trên ô tô nói
chung và động cơ nói riêng phải có sự hoạt động an toàn, chính xác, đúng lúc, đúng

thời điểm, bền, đẹp, rẻ… Do vậy mà các hệ thống điều khiển bằng cơ khí đã không
còn đáp ứng được và thay thế vào đó là các hệ thống điều khiển bằng điện tử như: Hệ
thống phun xăng điện tử,hệ thống phun nhiên liệu diesel điện tử, hệ thống đánh lửa
điện tử, hệ thống chống bó cứng phanh ABS... Chúng hoạt động được là nhờ các cảm
biến giám sát mọi tình trạng hoạt động của ô tô và đưa về bộ điều khiển trung tâm
(ECU). Bộ điều khiển này có kết cấu phức tạp, hiện đại. Nó nhận các tín hiệu từ cảm
biến, tổng hợp lại, xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển các hệ thống trên xe một
cách chính xác. Với các ứng dụng hiên đại như vậy đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có
trình độ hiểu biết, học hỏi, sáng tạo để bắt kịp với khoa học tiên tiến hiện đại, nắm bắt
được những thay đổi về các đặc tính kỹ thuật của từng loại xe, dòng xe, đời xe. . . Có
2


thể chẩn đoán hư hỏng và đưa ra phương án sửa chữa tối ưu vì vậy mà người kỹ thuật
viên trước đó phải được đào tạo với một chương trình đào tạo tiên tiến, hiện đại, cung
cấp đầy đủ kiến thức lý thuyết cũng như thực hành.
Trên thực tế, trong các trường kỹ thuật của ta hiện nay thì trang thiết bị cho
sinh viên, học sinh thực hành còn thiếu thốn rất nhiều, đặc biệt là các trang thiệt
bị, mô hình thực tập tiên tiến, hiện đại. Các kiến thức mới có tính khoa học kỹ
thuật cao còn chưa được khai thác và đưa vào thực tế giảng dạy. Tài liệu về các
hệ thống điều khiển hiện đại trên ôtô như: EFI, ESA, ABS, MFI... còn thiếu, chưa
được hệ thống hoá một cách khoa học. Các bài tập hướng dẫn thực tập, thực
hành còn thiếu thốn. Vì vậy mà người kỹ thuật viên khi ra trường sẽ gặp nhiều
khó khăn, khó tiếp xúc với những kiến thức, thiết bị tiên tiến, hiện đại trong thực
tế.
Do đó việc chế tạo mô hình các cảm biến trong giảng dạy trở nên rất cần thiết.
Với đề tài : “Nghiên cứu chế tạo mô hình các loại cảm biến phục vụ cho mô hình
tích hợp hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử của động cơ Toyota 5A-FE”. Nó
giúp người học có cách nhìn tổng quan, dễ hiểu, dễ thao tác. Qua đó, người học rút ra
được nhiều kiến thức thực tế, tăng hiệu quả trong quá trình đào tạo.

Đề tài đặt ra sinh viên phải tìm hiểu học hỏi về bản chất từ đó nghiên cứu về các
cảm biến đánh lửa và phun nhiên liệu.

1.2. Mục tiêu, đối tượng của đề tài.
+ Giới thiệu về các loại cảm biến được dùng trên ô tô.
+ Lựa chọn các loại cảm biến dùng trong đề tài.
+ Đối tượng là hệ thống cung cấp nhiên liệu và đánh lửa của động cơ Toyota 5A-FE

1.3. Ý nghĩa của đề tài.
- Đề tài giúp sinh viên năm cuối củng cố, tổng hợp lại kiến thức chuyên ngành
cũng như các lĩnh vực khác.
- Đề tài về cảm biến trên hệ thống cung cấp nhiên liệu và đánh lửa còn giúp sinh
viên hiểu thêm về nguyên lý, cấu tạo của cảm biến.
- Đề tài cũng có thể tạo nguồn tài liệu cho các bạn học sinh - sinh viên các khóa
sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu, học tập.

1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu.
- Phân tích đặc điểm, nguyên lý làm việc của cảm biến dùng trên mô hình.
- Nghiên cứu, lắp đặt trên mô hình.
- Tổng hợp các phương án kết nối và kiểm tra.
3


- Tổng hợp các tài liệu trong nước và ngoài nước để hoàn thành đề tài của mình.

1.5. Phương pháp nghiên cứu.
a. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:
- Đọc tài liệu, tìm hiểu, quan sát hệ thống trên xe.
- Phân tích cấu tạo nghiên cứu sâu hơn về cảm biến.
- Xây dựng mô hình.

b. Phương pháp nghiên cứu tài liệu:
- Là phương pháp thu thập thông tin trên cơ sở nghiên cứu các văn bản đã có sẵn
bằng tư duy logic.
- Mục đích: Để rút ra những kết luận cần thiết.
Các bước thực hiện:
-

Bước 1: Thu thập tài liệu về cảm biến.

-

Bước 2: Sắp xếp nội dung tài liệu một cách hệ thống và logic chặt chẽ theo
từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định.

-

Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích tài liệu nói về cảm biến. Phân tích cấu
tạo và nguyên lý làm việc một cách khoa học.

-

Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hóa lại kiến thức tạo
ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc.

c. Phương pháp phân tích, thống kê và mô tả:
- Là phương pháp tổng hợp lại kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tài
liệu đánh giá và đưa ra những kết luận chính xác.
- Chủ yếu được sử dụng để đánh giá các mối quan hệ thông qua thông số thu
được.
Bước thực hiện:

- Tổng quan về các loại cảm biến sử dụng trên ô tô.
- Phương án thiết kế và lựa chọn cảm biến cho mô hình,.
- Các đặc tính điều khiển và thông số cảm biến.
- Xây dựng mô hình.
- Kết luận và kiến nghị.

4


PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ
1.1. Vai trò của các cảm biến trên ô tô.
Một trong những xu hướng phát triển ô tô lớn nhất trong vài thập kỷ qua là việc
sử dụng các hệ thống điện tử trong hàng triệu xe ô tô. Hệ thống máy vi tính tinh vi trên
xe chẳng hạn như bộ điều khiển động cơ điện tử thu thập dữ liệu về hoạt động xe và
liên tục điều chỉnh các chế độ làm việc của xe sao cho an toàn nhất, hoạt động hiệu
quả nhất có thể. Các cảm biến tốc độ xe giám sát tốc độ xe tại mọi thời điểm khi xe
đang chạy, cung cấp thông tin cho hệ thống máy tính để hạn chế tốc độ xe khi cần
thiết, các cảm biến nhiệt độ động cơ, cảm biến lưu lượng khí nạp cung cấp thông tin về
chế độ hoạt động của động cơ để điều chỉnh nhiên liệu và đánh lửa sao cho công suất
động cơ phát ra phù hợp nhất.
Có thể mô tả các cảm biến trên như các giác quan của xe, chúng cung cấp những
thông tin cần thiết về tình trạng “sức khỏe” của xe, các điều kiện môi trường bên
ngoài, những nguy hiểm tiềm ẩn bên trong để luôn đảm bảo cho xe hoạt động hiệu quả
và an toàn nhất.
Vai trò của các cảm biến:
- Cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp (tín hiệu
VG hoặc PIM).
Cảm biến này phát hiện khối lượng khí nạp hoặc áp suất đường ống nạp.
- Cảm biến vị trí bướm ga và bàn đạp chân ga.

Cảm biến cảm nhận các điều kiện tải nặng và chế độ không tải tùy theo góc mở
bướm ga.
- Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G).
Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và thời điểm của trục cam.
- Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE).
Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc độ của động cơ.
- Cảm biến nhiệt độ nước (tín hiệu THW).
Cảm biến này phát hiện nhiệt độ của nước làm mát.
- Cảm biến kích nổ (tín hiệu KNK).
Cảm biến này phát hiện tình trạng của kích nổ.
- Cảm biến ôxy (tín hiệu OX).
Cảm biến này phát hiện nồng độ của ôxy trong khí xả.
- Cảm biến nhiệt độ khí (THA).
Cảm nhận nhiệt độ khí nạp.

5


1.2. Các loại cảm biến sử dụng trên ô tô .
1.2.1. Cảm biến áp suất đường nạp. (Cảm biến chân không).
Xe COROLLA – TOYOTA . Với động cơ thế hệ 5A – FE, hệ thống cung cấp gió
dùng cảm biến áp suất đường nạp để tạo tín hiệu cơ bản gửi cho ECU, qua đó xác định
được lượng gió nạp vào xylanh động cơ. Gọi là loại D – EFI.
Cảm biến này thực hiện việc đo áp suất đường nạp, qua đó xác định lượng khí
nạp vào động cơ.

Hình 1.1: Cấu tạo cảm biến chân không và sơ đồ đấu dây
Cảm biến chân không chuyển sự thay đổi áp suất trong đường ống nạp thành sự
thay đổi về điện áp và được nối qua một ống cao su đến buồng chứa chân không.
Một chíp Silicon được gắn liền với buồng chân không được duy trì độ chân

không chuẩn, tất cả được đặt trong bộ cảm biến. Một phía của chíp được tiếp xúc với
đường ống nạp, phía kia tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không.
Áp suất trong đường ống nạp thay đổi làm hình dạng của chíp Silicon thay đổi,
và giá trị điện trở cũng dao động theo mức độ biến dạng. Sự dao động của giá trị điện
trở này được chuyển hóa thành tín hiệu điện áp nhờ IC lắp bên trong cảm biến và sau
đó được gửi đến ECU động cơ ở cực PIM dùng làm tín hiệu áp suất đường ống nạp.
Cực VC của ECU động cơ cấp nguồn không đổi 5V đến IC.
Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi thì điện áp phát ra của cảm biến thay
đổi từ đó tạo tín hiệu đo lượng gió trong đường ống nạp. Tín hiệu được gửi về ECU.
Qua tín hiệu này ECU điều chỉnh đánh lửa sớm hay trễ.
Cảm biến áp suất đường ống nạp được sử dụng trong loại D – EFI để cảm nhận
áp suất đường ống nạp. Đây là một cảm biến quan trọng của EFI.

6


1.2.2. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp.
Để xác định lượng khí nạp (lượng gió) đi vào xylanh trong L – Jetronic, người ta
sử dụng các loại cảm biến khác nhau, nhưng ta có thể phân loại như sau:
1.2.2.1. Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt (đời 80 - 95).
Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt được sử dụng trên hệ thống L-Jectronic để nhận
biết thể tích nạp đi vào xylanh động cơ. Nó là một trong những cảm biến quan trọng
nhất. Tín hiệu thể tích gió được sử dụng để tính toán lượng xăng phun cơ bản và góc
đánh lửa sớm cơ bản. Hoạt động của nó dựa vào nguyên lý dùng điện áp kế có điện trở
thay đổi kiểu trượt.
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Cấu tạo bao gồm các chi tiết như hình minh họa.

Hình 1.2: Bộ đo gió kiểu cánh trượt
b. Hoạt động.

Khi không khí đi từ lọc gió qua cảm biến lưu lượng khí nạp, nó sẽ đẩy mở tấm đo
cho đến khi lực tác dụng cân bằng với lò xo.
Một biến trở được lắp đồng trục với tấm đo, sẽ chuyển hóa lượng khí nạp thành
tín hiệu điện áp (VS) đưa đến ECU. Buồng giảm chấn và tấm giảm chấn có tác dụng
ngăn không cho các tấm đo rung động khi lưu lượng khí nạp thay đổi đột ngột. Trên
đường khí tắt có vít điều chỉnh không tải.
Cảm biến lưu lượng khí nạp loại cánh có 2 kiểu tín hiệu điện áp:
- Loại VS giảm khi lượng khí nạp lớn.
- Loại VS tăng khi lượng khí nạp tăng.
7


1.2.2.2. Cảm bíến đo gió dạng xoáy lốc.
Kiểu dòng xoáy Karman quang học.

Hình 1.3: Cấu tạo kiểu dòng xoáy Karman quang học
Kiểu cảm biến lưu lượng khí nạp này trực tiếp cảm nhận thể tích không khí nạp
bằng quang học. So với loại cảm biến lưu lượng cánh trượt, nó có thể làm nhẹ hơn và
nhỏ hơn về trọng lượng. Cấu tạo đơn giản của đường ống khí cũng giảm sức cản của
không khí nạp.
-Nguyên lý hoạt động.
Một trụ “bộ tạo dòng xoáy” được đặt ở giữa một luồng không khí đồng đều tạo ra
gió xoáy được gọi là “gió xoáy Karman” ở hạ lưu của trụ này. Vì tần số của dòng xoáy
Karman được tạo ra tỷ lệ thuận với tốc độ của luồng không khí, thể tích của luồng
không khí có thể được tính bằng cách đo tần số của gió xoáy này.
Các luồng gió xoáy được phát hiện bằng cách bắt bề mặt của tấm kim loại mỏng
được gọi là “gương” chịu áp suất của các gió xoáy và phát hiện các độ rung của gương
bằng quang học bởi một cặp quang điện (một LED được kết hợp với một tranzito
quang).
Tín hiệu của thể tích khí nạp (KS) là một tín hiệu xung giống như tín hiệu được

thể hiện trong (Hình 1.3).
- Khi thể tích không khí nạp nhỏ, tín hiệu này có tần số thấp.
- Khi thể tích không khí nạp lớn, tín hiệu này có tần số cao.
8


1.2.2.3. Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt. ( trong LH – Jetronic )
a. Cấu tạo.

Hình 1.4: Cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy
Cảm biến lưu lượng khí nạp gọn và nhẹ như được thể hiện trong hình minh họa ở
trên là loại cắm phích được đặt vào đường không khí, và làm cho phần không khí nạp
chạy qua khu vực phát hiện. Như ( hình 1.4 ) một dây nóng và một nhiệt điện trở, được
sử dụng như một cảm biến, được lắp vào khu vực phát hiện.
Bằng cách đo trực tiếp đo khối lượng không khí nạp, độ chính xác phát hiện được
tăng lên và hầu như không có sức cản của không khí nạp. Ngoài ra, vì không có các cơ
cấu đặc biệt, dụng cụ này có độ bền tuyệt hỏa.
b. Hoạt động và chức năng.
Như thể hiện ở (hình 1.4), dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho nó nóng
lên. Khi không khí chạy quanh dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối
không khí nạp. Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt
độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỷ lệ thuận với khối không khí nạp. Sau đó
có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó. Trong trường
hợp của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy, dòng điện này được biến đổi thành
một điện áp, sau đó được truyền đến ECU động cơ từ cực VG.
c. Mạch điện và nguyên lý hoạt động.
Cảm biến khí nạp loại dây sấy đo trực tiếp khối lượng không khí. Loại này có kết
cấu gọn nhẹ, độ bền cao, sức cản không khi do cảm biến tạo ra thấp.
Dòng điện chạy qua dây sấy làm cho nó nóng nên, khi không khí chạy qua dây
sấy, dây sấy sẽ làm mát phụ thuộc vào khối lượng không khí nạp vào. Bằng cách điều

khiển dòng điện chạy qua dây sấy để giữ cho nhiệt độ của dây không đổi có thể đo
được lượng khí nạp bằng cách đo dòng điện.
9


Hình 1.5: Mạch điện cảm biến dây nhiệt
Hoạt động của nó cũng tương tự như các dạng dây nhiệt khác dây sấy được mắc
trong mạch cầu. Mạch cầu này có điện áp tại điểm A và B bằng nhau khi tích điện trở
tính theo đường chéo là bằng nhau (Ra + R3).R1= Rh.R2.
Khi dây sấy (Rh) bị làm lạnh bởi không khí, điện trở giảm kết quả là tạo ra sự
chênh lệch điện áp tại A và B. Một bộ khuếch đại hoạt động sẽ nhận biết sự chênh lệch
này và làm cho điện áp cấp đến mạch tăng (tăng dòng điện chạy qua dây sấy R h ). Khi
nhiệt độ dây sấy lại tăng lên kết quả làm điện trở tăng cho đến khi điện thế tại điểm A
bằng B (Điện áp tại điểm A và B cao hơn).
Bằng cách sử dụng tính năng này của mạch cầu, cảm biến lưu lượng khí nạp có
thể nhận biết lưu lượng khí nạp bằng cách nhận biết điện áp tại điểm B. Hơn nữa,
trong hệ thống này, nhiệt độ của dây sấy (R h) thường xuyên được duy trì không đổi
cao hơn nhiệt độ khí nạp bằng cách dùng một điện trở Ra.
Vì vậy lưu lượng khí nạp có thể đo được một cách chính xác.
- Khi nhiệt độ khí nạp thay đổi nên ECU động cơ cần hiệu chỉnh khoảng thời gian
phun theo sự thay đổi nhiệt độ.
- Ngoài ra, khi nhiệt độ không khí nạp giảm xuống do độ cao, khả năng làm mát của
không khí giảm nếu so với cùng một thể tích khí nạp so với độ cao mặt nước biển kết quả
là, mức độ làm mát dây sấy giảm. Khi đó khối lượng khí nạp nhận biết cũng giảm nên
hiệu chỉnh phun để bù độ cao cũng không cần thiết.
10


1.2.3. Cảm biến vị trí bướm ga.
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp ở trên trục cánh bướm ga. Cảm biến này đóng

vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện áp đến ECU.
Tín hiệu không tải (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi động cơ hoạt
động ở chế độ cầm chừng cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa.
Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng
công suất động cơ. Trên một số xe cảm biến còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động.
Có nhiều loại cảm biến vị trí bướm ga, tùy theo yêu cầu và thiết kế trong các đời xe
thường có các loại sau:
- Cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm.
- Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính.
- Cảm biến vị trí bướm ga loại Hall.
1.2.3.1. Cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm.
Loại cảm biến vị trí bướm ga này dùng tiếp điểm không tải (IDL) và tiếp điểm
trợ tải (PSW) để phát hiện xem động cơ đang chạy không tải hoặc đang chạy dưới tải
trọng lớn. Khi bướm ga được đóng hoàn toàn, tiếp điểm IDL đóng ON và tiếp điểm
PSW ngắt OFF. ECU động cơ xác định rằng động cơ đang chạy không tải. Khi đạp
bàn đạp ga, tiếp điểm IDL sẽ bị ngắt OFF, và khi bướm ga mở quá một điểm xác định,
tiếp điểm PSW sẽ đóng ON, tại thời điểm này ECU động cơ xác định rằng động cơ
đang chạy dưới tải nặng.

Hình 1.6. Cảm biến bướm ga loại tiếp điểm
1.2.3.2. Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính.

Hình 1.7: Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính
11


Như trình bày trong hình minh họa, cảm biến này gồm có 2 con trượt và một
điện trở, và các tiếp điểm cho các tín hiệu IDL và VTA được cung cấp ở các đầu của
mỗi tiếp điểm.
Khi tiếp điểm này trượt dọc theo điện trở đồng thời với góc mở bướm ga, điện áp

này được đặt vào cực VTA theo tỷ lệ thuận với góc mở của bướm ga.
Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC. Khi cánh bướm ga mở,
con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần của cực VTA tương ứng
với góc mở bướm ga. Khi bướm ga được mở hoàn toàn, tiếp điểm của tín hiệu IDL
được nối với các cực IDL và E2. Trên đa số các xe trừ TOYOTA cảm biến vị trí bướm
ga loại biến trở chỉ có 3 dây VC, VTA, E2 mà không có đây IDL.
Các cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính hiện nay có các kiểu không có tiếp
điểm IDL hoặc các kiểu có tiếp điểm IDL nhưng nó không được nối với ECU động cơ.
Các kiểu này dùng tín hiệu VTA để thực hiện việc điều khiển đã nhớ và phát hiện
trạng thái chạy không tải.
Một số kiểu sử dụng tín hiệu ra hai hệ thống (VTA1 và VTA2) để tăng độ tin
cậy.
1.2.3.3. Cảm biến vị trí bướm ga loại Hall.

Hình 1.8: Cảm biến vị trí bướm ga loại phân tử Hall
a. cấu tạo.
Cảm biến vị trí bướm ga loại phân tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng
các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp ở trên
trục bướm ga và quay cùng với bướm ga.
12


b. hoạt động.
Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc và các nam châm này thay
đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự
thay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ các cực VTA1
và VTA2 theo các mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như
tín hiệu mở bướm ga.
Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga, mà còn sử
dụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tạo đơn giản, vì thế nó không dễ bị

hỏng.
Ngoài ra để duy trì độ tin cậy của cảm biến này, nó phát ra tín hiệu từ hai hệ
thống có các tính chất khác nhau.
1.2.4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga.
1.2.4.1. Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại tuyến tính.

Hình 1.9: Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại tuyến tính
Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm
ga loại tuyến tính.
Trong các tín hiệu từ hai hệ thống này, một là tín hiệu VPA truyền điện áp theo
đường thẳng trong toàn bộ phạm vi bàn đạp ga. Tín hiệu khác là tín hiệu VPA2 truyền
điện áp bù từ tín hiệu VPA.
-Lưu ý khi sửa chữa:
Không được tháo cảm biến này. Việc điều chỉnh vị trí yêu cầu độ chính xác rất
cao khi lắp cảm biến. Vì vậy phải thay thế cả cụm bàn đạp ga khi cảm biến này bị
hỏng.
13


1.2.4.2. Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại phần tử Hall.

Hình 1.10: Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại phần tử Hall
Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm
ga loại phần tử Hall.
Để đảm bảo độ tin cậy cao hơn, phải cung cấp một mạch điện độc lập cho từng
hệ thống một.
1.2.5. Tín hiệu G & tín hiệu NE.
Trong hệ thống đánh lửa lập trình, tín hiệu NE và tín hiệu cảm biến gió là 2 tín hiệu
chính quyết định thời điểm đánh lửa sớm cơ bản. Tín hiệu G xác định tín hiệu đánh lửa. Để
xác định tín hiệu G và NE của mỗi hãng lại có những cách khác nhau nhưng đều dựa trên 3

cảm biến sau :
-Cảm biến điện từ.
-Cảm biến quang điện.
-Cảm biến Hall.
1.2.5.1. Cảm biến từ điện.
a. Loại nam châm đứng yên.
Cảm biến bao gồm một rotor có một cánh phát xung tương ứng với số xi lanh
động cơ (cũng có loại có 1 hoặc 2, 3, 4 cánh phát xung), một cuộn dây quấn quanh một
lõi sắt từ với một thanh nam châm vĩnh cửu. Cuộn dây và lõi sắt được đặt cách các
cánh phát xung của rotor một khe nhỏ ( 0,2 ÷ 0,4mm) và được cố định trên vỏ bộ chia
điện. Khi rotor quay các cánh phát xung lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa quận phát
xung.
Khi cánh phát xung của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của rừ trường bằng 0
và sức điện động trong cuộn phát xung nhanh chóng giảm về 0.
14


Khi cánh phát xung đi xa lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điện động xuất
hiện trong cuộn phát xung có chiều ngược lại (xung âm).
Ở chế độ khởi động, sức điện động phát ra rất nhỏ, chỉ vào khoảng 0,5 (V). Ở tốc độ
cao lên khoảng vài chục V.

Hình 1.11 : Vị trí tương đối của rotor và cuộn dây nhận tín hiệu

Hình 1.12: Nguyên lý làm việc của cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên
(Hình 1.12) mô tả quá trình biến thiên của từ thông lõi thép và xung điện áp ở hai đầu
ra của cuộn phát xung. Xung này có dạng nhọn.
b. Loại nam châm quay:
Đối với các loại này, nam châm được gắn trên motor, còn cuộn phát xung được quấn
quanh một lõi thép và cố định trên vỏ bộ chia điện. Khi nam châm quay, từ thông xuyên qua

cuộn phát xung đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn phát xung lớn. Ở chế độ cầm
chừng, tín hiệu điện áp ra khoảng 2V. Xung điện áp có dạng như ( hình 1.13).

Hình 1.13: Cảm biến từ điện loại nam châm quay cho loại động cơ 8 xi lanh
15


1. Rotor nam châm 2. Lõi thép từ 3. Cuộn phát xung
Các kiểu cảm biến từ điện:
Cảm biến từ điện chia làm 3 kiểu: Kiểu đặt trong bộ chia điện, kiểu đặt ở đầu trục cam
và kiểu tách rời.
 Kiểu lắp trong bộ chia điện.
Tín hiệu G và NE được tạo ra bằng rotor hay các đĩa tạo tín hiệu và cuộn nhận tín hiệu.
ECU động cơ sử dụng các tín hiệu này để nhận biết góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ.
Các tín hiệu này rất quan trọng không chỉ cho EFI mà còn cho cả hệ thống ESA.
Động cơ TOYOTA COROLLA 5A – FE. Sử dụng loại đặt trong bộ chia điện.
- Cảm biến vị trí trục cam (bộ tạo tín hiệu G).
Tín hiệu G này là một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ,
kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định TDC (điểm
chết trên) kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu.
ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa.

Hình 1.14. Bộ tạo tín hiệu G
- Cảm biến vị trí của trục khuỷu (bộ tạo tín hiệu NE).
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc
độ của động cơ. ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tính toán thời gian
phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.

Hình 1.15. Bộ tạo tín hiệu Ne
16