Chẩn đoán bảo dưỡng sửa chữa hệ thống điều khiển động cơ

Ch©n �oán B£o d°áng Sía chïa HÇ ThÑng �iÁu KhiÃn �Ùng C¡ pdf LỜI NÓI 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 Lịch sử ra đời.

LỜI NÓI 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 Lịch sử ra đời và phát triển của nó đã trải qua nhiều năm với những giai đoạn thăng trầm để tiến tới sự hoàn thiện và tiện nghi hơn như tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, đảm bảo tính năng an toàn tăng tính tiện nghi và bảo mật Các hãng xe đã áp dụng các tiến bộ khoa học vào những chiếc ô tô của mình như điều khiển điện tử, kỹ thuật bán dẫn, công nghệ nano….Từ đó nhiều hệ thống hiện đại ra đời: Hệ thống phun xăng điện tử (EFI), hệ thống phun diesel điện tử CRDI, hệ thống đánh lửa lập trình ESA, hệ thống phanh ABS, hệ thống đèn tự động, sử dụng bộ chìa khóa nhận dạng…

Ở Việt Nam, với ngành công nghiệp ô tô còn non trẻ thì hầu hết những công nghệ

về ô tô đều đến từ các nước 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, sửa chữa

Qua thời gian học tập môn bảo dưỡng và sửa chữa ô tô tại trường Đại học Nguyễn Tất Thành, nhóm em được thầy tin tưởng giao cho đề tài “ Tìm hiểu khai thác hệ thống điều khiển động cơ trên xe” Nhóm em rất mong sự đóng góp, chỉ bảo của quý thầy để

đề tài của nhóm em được hoàn thiện hơn và đó chính là những kiến thức nghề nghiệp cho em sau khi ra trường

Em xin trân trọng cảm ơn !

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1

1.1 Hệ thống khởi động ô tô 1

1.1.1 Nhiệm vụ 1

1.1.2 Sơ đồ hệ thống khởi động tiêu biểu 1

1.1.2 Yêu cầu và phân loại máy khởi động 2

1.1.2.2 Yêu cầu 2

1.1.2.3 Phân loại 2

1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý của máy khởi động 4

1.1.3.1 Cấu tạo 4

1.1.3.2 Công tắc từ 5

1.1.3.3 Phần ứng và ổ bi cầu 6

1.1.3.4 Vỏ máy khởi động 6

1.1.3.5 Chổi than và giá đỡ chổi than 6

1.1.3.6 Bộ truyền giảm tốc 7

1.1.3.7 Li hợp khởi động 8

1.1.3.8 Bánh răng khởi động chủ động và then xoắn 8

1.1.1.4 Nguyên lí làm việc 9

1.2 Các cảm biến đầu vào 10

1.2.1 Cảm biến vị trí bướm ga 11

1.2.1.1 Công dụng 11

1.2.1.2 Cấu tạo 11

1.2.1.3 Nguyên lý hoạt động 12

1.2.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu 12

1.2.2.1 Công dụng 12

1.2.2.2 Cấu tạo và phân loại 13

1.2.2.4 Nguyên lý hoạt động 14

1.2.3 Cảm biến vị trí trục cam 15

1.2.3.1 Công dụng 15

1.2.3.2 Cấu tạo và phân loại 16

1.2.3.3 Nguyên lý hoạt động 17

1.2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 18

1.2.4.1 Công dụng 18

1.2.4.2 Cấu tạo 19

1.2.4.3 Nguyên lý hoạt động 19

1.2.5 Cảm biến oxy 21

1.2.5.1 Công dụng 21

1.2.5.2 Cấu tạo và phân loại 21

1.2.5.3 Nguyên lý hoạt động 22

1.2.6 Cảm biến kích nổ 22

1.2.6.1 Công dụng 22

1.2.6.2 Cấu tạo 22

1.2.6.3 Nguyên lý hoạt động 23

1.2.7 Cảm biến áp suất đường ống nạp 23

1.2.7.1 Công dụng 23

1.2.7.2 Cấu tạo và phân loại 23

1.2.7.3 Nguyên lí làm việc 25

1.2.8 Cảm biến lưu lượng khí nạp 26

1.2.8.1 Công dụng 26

1.2.8.2 Cấu tạo và phân loại 26

1.2.8.3 Nguyên lí hoạt động 27

1.3.1 Bộ điều khiển trung tâm (ECU) 28

1.3.2 Tín hiệu điện áp 32

1.3.2.1 Mạch nguồn 32

1.3.2.2 Mạch nối mass 34

1.3.3 Điện áp cực của cảm biến 35

1.3.4 Dùng điện áp VC ( VTA, PIM ) 35

1.3.5 Dùng một nhiệt điện trở 36

1.3.6 Dùng điện áp bật/ tắt 36

1.3.7 Sử dụng nguồn điện khác từ ECU động cơ (STA,STP) 37

1.3.8 Sử dụng điện áp do cảm biến tạo ra 37

1.4 Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC 37

1.4.1 Cấu tạo 37

1.4.2 Các loại ISCV và nguyên lý hoạt động 38

1.5 Hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI (Phun nhiên liệu điện tử) 41

1.5.1 Khái quát 41

1.5.2 Hệ thống nhiên liệu 42

1.5.2.1 Bơm nhiên liệu 43

1.5.2.2 Bộ điều áp 44

1.5.2.3 Bộ giảm rung động 44

1.5.2.4 Kim phun 45

1.5.2.5 Bộ lọc nhiên liệu/ lưới lọc của bơm nhiên liệu 45

CHƯƠNG 2 CHUẨN ĐOÁN BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA Ô TÔ 46

2.1 Hệ thống khởi động 46

2.1.1 Chuẩn đoán 46

2.1.2 Bảo dưỡng sữa chữa 46

2.2 Các cảm biến đầu vào 47

2.2.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp 47

2.2.1.1 Chuẩn đoán 47

2.2.1.2 Bảo dưỡng sữa chữa 48

2.2.2 Cảm biến vị trí bướm ga 48

2.2.2.1 Chuẩn đoán 48

2.2.2.2 Bảo dưỡng sửa chữa 48

2.2.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu 49

2.2.3.1 Chuẩn đoán 49

2.2.3.2 Bảo dưỡng sửa chữa 49

2.2.4 Cảm biến vị trí trục cam 50

2.2.4.2 Bảo dưỡng sửa chữa 50

2.2.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 51

2.2.5.1 Chuẩn đoán 51

2.2.5.2 Bảo dưỡng sửa chữa 51

2.2.6 Cảm biến oxy 52

2.2.6.1 Chuẩn đoán 52

2.2.6.2 Bảo dưỡng sửa chữa 52

2.2.7 Cảm biến kích nổ 52

2.2.7.1 Chuẩn đoán 52

2.2.7.2 Bảo dưỡng sửa chữa 53

2.2.8 Cảm biến áp suất đường ống nạp 53

2.2.8.1 Chuẩn đoán 53

2.2.8.2 Bảo dưỡng sửa chữa 54

2.3.1 Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC 54

2.3.1.1 Chuẩn đoán 55

2.3.1.2 Bảo dưỡng sửa chữa 55

2.4.1 Hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI 56

2.4.1.1 Bơm nhiên liệu 56

2.4.1.2 Bộ điều áp 57

2.4.1.3 Kim phun 58

2.4.1.4 Bộ lọc nhiên liệu/ lưới lọc của bơm nhiên liệu 58

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1.1 Hệ thống khởi động ô tô

cơ MKĐ sẽ làm việc này, MKĐ sẽ ngừng hoạt động khi động cơ đã nổ

Khi công tắc máy ở vị trí khởi động, bánh răng MKĐ ăn khớp vào bánh răng của bánh đà Khi dòng điện lớn từ bình acquy đến MKĐ, nó sẽ làm quay MKĐ và quay động cơ

Khi MKĐ quay ở tốc độ cao hơn mức cần thiết, sự cháy xuất hiện trong xilanh làm động cơ khởi động và nổ

Để khởi động động cơ thì trục khuỷu phải quay nhanh hơn tốc độ quay tối thiểu Tốc độ quay tối thiểu để khởi động động cơ khác nhau tuỳ theo cấu trúc động cơ và tình trạng hoạt động, thường từ 40 -60 vòng/ phút đối với động cơ xăng và từ 80 - 100 vòng/phút đối với động cơ diesel

1.1.2 Sơ đồ hệ thống khởi động tiêu biểu

Hình 1.1 Sơ đồ mạch khởi động tổng quát

1.1.2 Yêu cầu và phân loại máy khởi động

1.1.2.2 Yêu cầu

Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động

cơ có thể nổ được

Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép

Phải bảo đảm khởi động lại được nhiều lần

Tỷ số truyền từ bánh răng của máy khởi động và bánh răng của bánh đà nằm trong giới hạn (từ 9 đến 18)

Chiều dài, điện trở của dây dẫn nối từ accu đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định (< 1m)

Moment truyền động phải đủ để khởi động động cơ

1.1.2.3 Phân loại

Để phân loại máy khởi động ta chia máy khởi động ra làm hai thành phần: Phần motor điện và phần truyền động Phần motor điện được chia ra làm nhiều loại theo kiểu đấu dây, còn phần truyền động phân theo cách truyền động của máy khởi động đến động cơ

Hình 1.2 Các kiểu đấu dây của máy khởi động

 Motor điện trong máy khởi động là loại mắc nối tiếp và mắc hỗn hợp

 Theo kiểu đấu dây: Tùy thuộc theo kiểu đấu dây mà ta phân ra như hình 1.2

 Phân loại theo cách truyền động: có hai cách truyền động

 Truyền động trực tiếp với bánh đà: loại này thường dùng trên xe đời cũ và những động cơ có công suất lớn, được chia ra làm 3 loại:

 Truyền động quán tính: bánh răng ở khớp truyền động tự động văng theo quán tính để

ăn khớp với bánh đà Sau khi động cơ nổ, bánh răng tự động trở về vị trí cũ

 Truyền động cưỡng bức: khớp truyền động của bánh răng khi ăn khớp vào vòng răng của bánh đà, chịu sự điều khiển cưỡng bức của một cơ cấu các khớp

 Truyền động tổ hợp: bánh răng ăn khớp với bánh đà cưỡng bức nhưng việc ra khớp

tự động như kiểu ra khớp của truyền động quán tính

 Truyền động phải qua hộp giảm tốc

Hình 1.3 Máy khởi động có hộp giảm tốc Đối với máy điện (máy phát và động cơ), kích thước sẽ nhỏ lại nếu tốc độ hoạt động lớn Vì vậy, để giảm kích thước của motor khởi động người ta thiết kế chúng để hoạt động với tốc độ rất cao, sau đó qua hộp giảm tốc để tăng moment

Loại này được sử dụng nhiều trên xe đời mới Phần motor điện một chiều có cấu tạo nhỏ gọn và có số vòng quay khá cao Trên đầu trục của motor điện có lắp một bánh

răng nhỏ, thơng qua bánh răng trung gian truyền xuống bánh răng của hợp truyền động (hộp giảm tốc) Khớp truyền động là một khớp bi một chiều cĩ ba rãnh, mỗi rãnh cĩ hai

bi đũa đặt kế tiếp nhau Bánh răng của khớp đầu trục của khớp truyền động được cài với bánh răng của bánh đà (khi khởi động) nhờ một relay gài khớp Relay gài khớp cĩ một

ty đẩy, thơng qua viên bi đẩy bánh răng vào ăn khớp với bánh đà

Một số hãng sử dụng máy khởi động cĩ cơ cấu giảm tốc kiểu bánh răng hành tinh như trên hình 1.3

Hình 1.4 Cấu tạo hộp giảm tốc kiểu bánh răng hành tinh

1 Trục thứ cấp; 2 Vịng răng; 3 Bánh răng hành tinh;

4 Bánh răng mặt trời; 5 Phần ứng; 6 Cổ gĩp 1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý của máy khởi động

 Bộ truyền bánh răng giảm tốc

 Li hợp khởi động

 Bánh răng dẫn động khởi động và then xoắn 1.1.3.2 Công tắc từ

Hình 1.6 Cấu tạo công tắc từ

1 Lò xo 2 Cuộn giữ 3 Vỏ 4 Cuộn hút 5 Lò xo

6 Piston 7 Công tắc chính 8 Trục piston

Công tắc từ hoạt động như là một công tắc chính của dòng điện chạy tới mô tơ và điều khiển bánh răng dẫn động khởi động bằng cách đẩy nó vào ăn khớp với vành răng khi bắt đầu khởi động và kéo nó ra sau khi khởi động

Cuộn kéo được cuốn bằng dây có đường kính lớn hơn cuộn giữ và lực điện từ của nó tạo ra lớn hơn lực điện từ được tạo ra bởi cuộn giữ

1.1.3.3 Phần ứng và ổ bi cầu

Hình 1.7 Cấu tạo rotor

Phần ứng tạo ra lực làm quay mô tơ và ổ bi cầu đỡ cho lõi (phần ứng) quay ở tốc độ cao 1.1.3.4 Vỏ máy khởi động

Hình 1.8 Cấu tạo phần cảm

Vỏ máy khởi động này tạo ra từ trường cần thiết để cho motor hoạt động Nó cũng

có chức năng như một vỏ bảo vệ các cuộn cảm, lõi cực và khép kín các đường sức từ Cuộn cảm được mắc nối tiếp với phần ứng

1.1.3.5 Chổi than và giá đỡ chổi than

Hình 1.9 Cấu tạo chổi than Chổi than được tì vào cổ góp của phần ứng bởi các lò xo để cho dòng điện đi từ cuộn dây tới phần ứng theo một chiều nhất định Chổi than được làm từ hỗn hợp đồng-cácbon nên nó có tính dẫn điện tốt và khả năng chịu mài mòn lớn Các lò xo chổi than nén vào cổ góp phần ứng và làm cho phần ứng dừng lại ngay sau khi máy khởi động bị ngắt

Nếu các lò xo chổi than bị yếu đi hoặc các chổi than bị mòn có thể làm cho tiếp điểm điện giữa chổi than và cổ góp không đủ để dẫn điện Điều này làm cho điện trở

ở chỗ tiếp xúc tăng lên làm giảm dòng điện cung cấp cho motor và dẫn đến giảm moment

1.1.3.6 Bộ truyền giảm tốc

Hình 1.10 Cấu tạo bộ truyền giảm tốc

Bộ truyền giảm tốc truyền lực quay của motor tới bánh răng bendix và làm tăng moment xoắn bằng cách làm chậm tốc độ của motor

Bộ truyền giảm tốc làm giảm tốc độ quay của motor với tỉ số là 1/3 -1/4 và nó có một li hợp khởi động ở bên trong

1.1.3.7 Li hợp khởi động

Hình 1.11 Cấu tạo ly hợp khởi động

Li hợp khởi động truyền chuyển động quay của motor tới động cơ thông qua bánh răng bendix

Để bảo vệ máy khởi động khỏi bị hỏng bởi số vòng quay cao được tạo ra khi động

cơ đã được khởi động, người ta bố trí li hợp khởi động này Đó là li hợp khởi động loại một chiều có các con lăn

1.1.3.8 Bánh răng khởi động chủ động và then xoắn

Hình 1.12 Bánh răng khởi động chủ động và then xoắn Bánh răng bendix và vành răng truyền lực quay từ máy khởi động tới động cơ nhờ

sự ăn khớp an toàn giữa chúng Bánh răng bendix được vát mép để ăn khớp được dễ dàng Then xoắn chuyển lực quay vòng của motor thành lực đẩy bánh răng bendix, trợ giúp cho việc ăn khớp và ngắt sự ăn khớp của bánh răng bendix với vành rang

Chế độ Giữ:

Hình 1.14 Chế độ giữ Khi công tắc chính bật lên thì không có dòng điện chạy qua cuộn giữ cuộc cảm và cuộn ứng nhận trực tiếp dòng điện từ ắc quy Cuộn dây phần ứng sau đó bắt đầu quay

với vận tốc cao và động cơ được khởi động Ở thời điểm này piston được giữ nguyên tại vị trí chỉ nhờ lực điện từ của cuộn giữ vì không có lực điện từ chạy qua cuộn hút

Chế độ nhả về:

Hình 1.15 Chế độ nhả về Khi khóa điện được xoay từ vị trí START sang vị trí ON, dòng điện đi từ phía công tắc chính tới cuộn giữ qua cuộn kéo Ở vị trí này vị lực điện từ được tạo ra bởi cuộn kéo vào cuộn giữ triệt tiêu nhau nên không giữ được piston nữa Do đó piston bị kéo lại nhờ

lò xo hồi vị và công tắc chính bị ngắt làm cho máy khởi động dừng lại

1.2 Các cảm biến đầu vào

Hình 1.17 Cảm biến MAP thực tế

1.2.1 Cảm biến vị trí bướm ga

1.2.1.1 Công dụng

Cảm biến vị trí bướm ga được sử dụng để đo độ mở vị trí của cánh bướm ga để báo về hộp ECU Từ đó, ECU sẽ sử dụng thông tin tín hiệu mà cảm biến vị trí bướm ga gửi về để tính toán mức độ tải của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, cắt nhiên liệu, điều khiển góc đánh lửa sớm, điều chỉnh bù ga cầm chừng và điều khiển chuyển số

1.2.1.2 Cấu tạo

Cấu tạo của cảm biến vị trí bướm ga khá đơn giản, chúng ta có thể phân biệt chúng theo từng đời xe theo các dấu hiệu sau đây:

Loại cảm biến bướm ga động cơ đời thấp sử dụng 2 tiếp điểm IDL và PSW

Hình 1.18 Cảm biến bướm ga loại 2 tiếp điểm Loại sau này chỉ còn dùng 1 mạch tuyến tính, không sử dụng tiếp điểm IDL nữa, với loại không có công tắc thì ECM sẽ tự động chuyển chế độ không tải khi điện áp tín hiệu báo về ECM xuống thấp

Các thế hệ động cơ đời mới sử dụng bướm ga điện tử sẽ có 2 tín hiệu cảm biến bướm

ga để tăng độ tin cậy, và cảm biến bướm ga cũng không sử dụng loại mạch tuyến tính trở than nữa mà sử dụng loại hiệu ứng Hall để tăng độ bền

Hình 1.19 Cảm biến bướm ga loại Hall 1.2.1.3 Nguyên lý hoạt động

Hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga đời thấp loại tiếp điểm: cảm biến có 2 tiếp điểm IDL và PSW, Khi bướm ga ở vị trí không đạp ga, chân IDL được nối với chân E2 báo về hộp ECU, ECU sẽ nhận biết là đang ở chế độ không tải để bù ga và điều khiển lượng phun nhiên liệu ở chế độ không tải, khi ga lớn trên 50% cực PSW sẽ nối với cực E2 và ECU nhận biết được là đang mở ga lớn (chạy ở chế độ toàn tải), ECU sẽ hiệu chỉnh lượng nhiên liệu đậm lên để tăng công suất động cơ

Loại tuyến tính + tiếp điểm(còn ít): Bao gồm 4 chân (+, -, signal, IDLE)

Loại tuyến tính (giống 1 biến trở): Cảm biến được cấp nguồn Vc (5V) và mát , cấu tạo gồm 1 mạch trở than và 1 lưỡi quét trên mạch trở than đó, khi trục của cánh bướm xoay (đóng mở bướm ga) thì sẽ làm cho lưỡi quét thay đổi vị trí trên mạch trở than làm thay đổi điện áp đầu ra (chân signal)

Loại hall (đời mới): cảm biến bướm ga có 2 tín hiệu, điện áp của cảm biến cũng thay đổi theo độ mở của bướm ga nhưng dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall

1.2.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu

1.2.2.1 Công dụng

Cảm biến loại này có công dụng báo cho ECU của xe biết chính xác vị trí của cốt máy ở những vị trí tương ứng với cuối thì nổ để ECU điều chỉnh các thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa thích hợp cho các xy lanh của động cơ

Cảm biến vị trí trục khuỷu là một trong những cảm biến quan trọng góp phần trong việc vận hành động cơ Nếu thiếu cảm biến này, động cơ có thể không khởi động được, tốc độ cầm chừng không đều Máy rung vì đánh lửa sai, hao xăng và tăng tốc không ổn định

1.2.2.2 Cấu tạo và phân loại

Cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến từ: gồm có cuộn dây điện từ, lõi nam châm vĩnh cửu và vành răng tạo xung

Hình 1.20 Cảm biến vị trí trục khuỷu loại điện từ Cảm biến vị trí trục khuỷu loại Hall: Gồm 1 phần tử Hall ở đầu cảm biến, IC và nam châm vĩnh cửu trong cảm biến

Hình 1.21 Cảm biến vị trí trục khuỷu loại hall Cảm biến vị trí trục khuỷu loại Quang: (nằm trong bộ chia điện)

Hình 1.22 Cảm biến vị trí trục khuỷu loại Quang

1.2.2.4 Nguyên lý hoạt động

Khi trục khuỷu quay, cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp xung, trong đó mỗi xung tương ứng với một răng trên vòng điện trở PCM sử dụng tín hiệu từ cảm biến vị trí

trục khuỷu để xác định thời điểm tạo ra tia lửa điện và thực hiện trong xi lanh nào Tín hiệu từ vị trí trục khuỷu cũng được sử dụng để theo dõi xem có xi lanh nào bị bỏ lửa không Nếu thiếu tín hiệu từ cảm biến, sẽ không có tia lửa và kim phun nhiên liệu sẽ

Hai loại phổ biến nhất là cảm biến từ với cuộn dây nhận tạo ra điện áp A/C và cảm biến hiệu ứng Hall tạo ra tín hiệu sóng vuông kỹ thuật số Xe hơi hiện đại sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall cho cảm biến vị trí trục khuỷu Cảm biến loại cuộn dây nhận có đầu nối hai chân Cảm biến hiệu ứng Hall có đầu nối ba chân (điện áp tham chiếu, nối mát

và tín hiệu)

Hình 1.23 Cảm biến vị trí trục khuỷu thực tế 1.2.3 Cảm biến vị trí trục cam

1.2.3.1 Công dụng

Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor) đóng một vài trò vô cùng quan trọng bên trong hệ thống điều khiển của động cơ ECU sẽ sử dụng tín hiệu của cảm biến

để xác định ra điểm chết trên của máy số 1 hoặc các máy khác, đồng thời xác định vị trí

và thời điểm đánh lửa (đối với động cơ chạy xăng) hay thời điểm phun nhiên liệu (đối với động cơ phun dầu điện tử Common rail) chính xác

Đối với những loại động cơ đời mới ngày nay, chúng đều được trang bị thêm một

hệ thống điều khiển trục cảm biến thiên thông minh, trục cam còn đóng vai trò giám sát sự hoạt động của hệ thống điều khiển trục cam biến thiên ECU sẽ sử dụng tín hiệu của các biến này để xác định rằng trục cam biến thiên có đang làm việc đúng với tín hiệu từ hộp ECU điều khiển hay không

1.2.3.2 Cấu tạo và phân loại

Cảm biến vị trí trục cam trên ô tô thường có 2 loại:

 Loại cảm biến hiệu ứng điện từ

 Loại cảm biến hiệu ứng Hall

Loại cảm biến hiệu ứng điện từ có cấu tạo chính là một cuộn dây điện từ và một nam châm vĩnh cửu, nó như 1 máy phát điện mini, khi hoạt động nó tạo ra 1 xung điện áp hình sin gửi về ECU

Hình 1.24 Cảm biến vị trí trục cam loại điện từ

1 Vỏ cảm biến; 2 Dây tín hiệu ra; 3 Vỏ bảo vệ dây; 4 Nam châm vĩnh cửu;

5 Cuộn dây cảm ứng; 6 Vấu cực; 7 Bánh răng kích từ; G Khe hở không khí

Xe đời mới hiện nay đa số sử dụng loại Hall được cấu tạo bởi những bộ phận chính

là một phần tử Hall đặt ở đầu cảm biến, một nam châm vĩnh cửu và một IC tổ hợp nằm trong cảm biến Cảm biến trục cam loại Hall: Tạo ra loại xung có dạng vuông

Hình 1.25 Cảm biến vị trí trục cam loại Hall

1 Vỏ cảm biến; 2 Dây tín hiệu ra (+Vcc, -Vcc và Signal); 3 IC; 4 Phần tử Hall;

5 Bánh răng kích từ; 6 Khe hở không khí

Ngoài 2 loại cảm biến trên, một số dòng xe vẫn còn sử dụng Delco chia điện, vẫn còn sử dụng loại cảm biến Quang Tuy nhiên, hiện giờ chúng không còn thông dụng và gần như đã loại bỏ

1.2.3.3 Nguyên lý hoạt động

Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng Số răng là 2.11 hoặc một số khác tuỳ theo kiểu động cơ (Trong hình vẽ có 3 răng) Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G Tín hiệu G này được chuyển đi như 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

Khi ECU động cơ không nhận được tín hiệu G từ cảm biến này, có kiểu xe vẫn để động cơ chạy và có kiểu xe động cơ chết máy

Hình 1.26 Cảm biến vị trí trục cam thực tế 1.2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

1.2.4.1 Công dụng

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Engine Coolant Temperature (ECT) sử dụng để

đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ và gửi tín hiệu về ECU để ECU thực hiện những hiệu chỉnh sau:

Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm: Khi nhiệt độ động cơ thấp ECU sẽ thực hiện hiệu chỉnh tăng góc đánh lửa sớm, và nhiệt độ động cơ cao ECU sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa sớm

Hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu: Khi nhiệt độ động cơ thấp ECU sẽ điều khiển tăng thời gian phun nhiên liệu (tăng độ rộng xung nhấc kim phun) để làm đậm, Khi nhiệt độ động cơ cao ECU sẽ điều khiển giảm thời gian phun nhiên liệu

Điều khiển quạt làm mát: Khi nhiệt độ nước làm mát đạt xấp xỉ 80-87 ECU điều khiển quạt làm mát động cơ bắt đầu quay tốc độ thấp (quay chậm), Khi nhiệt độ nước làm mát đạt xấp xỉ 95-98 ECU điều khiển quạt làm mát quay tốc độ cao (quay nhanh) Điều khiển tốc độ không tải: Khi mới khởi động động cơ, nhiệt độ động cơ thấp ECU điều khiển van không tải (Hoặc bướm ga điện tử) mở rộng ra để chạy ở tốc độ không tải nhanh (tốc độ động cơ đạt xấp xỉ 900-1000V/P) để hâm nóng động cơ giúp giảm ma sát giữa các bộ phận trong động cơ và nhanh chóng đạt được nhiệt độ vận hành ổn định

Điều khiển chuyển số: ECU điều khiển hộp số tự động sử dụng thêm tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát để điều khiển chuyển số, nếu nhiệt độ nước làm mát còn thấp ECU điều khiển hộp số tự động sẽ không điều khiển chuyển lên số truyền tăng

1.2.4.2 Cấu tạo

Cấu tạo của cảm biến ECT có dạng trụ rỗng với ren ngoài, bên trong có lắp một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm.( điện trở tăng lên khi nhiệt độ thấp và ngược lại)

Hình 1.27 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1.2.4.3 Nguyên lý hoạt động

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát nằm trong khoang nước của động cơ, tiếp xúc trực tiếp với nước của động cơ Vì có hệ số nhiệt điện trở âm nên khi nhiệt độ nước làm mát thấp điện trở cảm biến sẽ cao và ngược lại khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên điện trở của cảm biến sẽ giảm xuống Sự thay đổi điện trở của cảm biến sẽ làm thay đổi điện áp đặt ở chân cảm biến

Hình 1.28 Sơ đồ cảm biến nhiệt độ nước làm mát Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) đến cảm biến rồi trở về ECU về mass Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital converter)

Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU động cơ biết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU động cơ biết là động cơ đang nóng

Hình 1.29 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát thực tế

1.2.5 Cảm biến oxy

1.2.5.1 Công dụng

Chức năng và nhiệm vụ của cảm biến oxy đó là để đo nồng độ oxy còn thừa trong khí xả gửi về ECU ( ECU viết tắt của electronic control unit hay còn gọi là Bộ điều khiển Trung tâm), ECU sẽ dựa vào tín hiệu cảm biến ô xy gửi về và hiểu được tình trạng nhiên liệu đang đậm hay đang nhạt, từ đó nó đưa ra tín hiệu điều chỉnh lượng phun cho thích hợp Cảm biến oxy giúp phân tích thông số Long Term Fuel Trim và Short Term Fuel Trim, từ đó thấy được sự hiệu chỉnh nhiên liệu

1.2.5.2 Cấu tạo và phân loại

Hiện nay, có 2 loại cảm biến oxy thường gặp là loại nung nóng (heated) và không nung nóng (unheated)

Cảm biến nung nóng (heated): Loại này được lắp đặt một điện trở bên trong có công dụng sấy nóng bộ phận cảm biến Điều này giúp nhanh chóng đưa thiết bị vào nhiệt độ làm việc, từ 600 - 650 độ F và từ 315 - 343 độ C Sau đó, điện trở trong phát sinh điện thế lập tức và truyền về ECU

Cảm biến không nung nóng (unheated): Loại này được lắp đặt có không điện trở và phải tự làm nóng tới khi đạt mức nhiệt độ làm việc Do đó, với các dòng xe sử dụng loại cảm biến này, xe khi mới bắt đầu chạy sẽ phải hoạt động với lượng hòa khí nhiên liệu thấp, phải mất một thời gian lâu sau để xe đạt được lượng hòa khí tiêu chuẩn

Hình 1.30 Cấu tạo cảm biến oxy nung nóng

1.2.5.3 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của cảm biến oxy thực hiện theo quy trình như sau:

 Khí xả từ động cơ sẽ lần lượt đi qua đường ống đã lắp đặt cảm biến oxy, tiếp xúc với đầu dò cảm biến Lúc này, thiết bị phát sinh ra dòng điện thế có tỷ lệ nghịch với lượng oxy có trong khí thải và truyền tín hiệu về ECU

 Khi lượng oxy thải ra cao, dòng điện thế sẽ đạt mức 0.1V Trong khi đó, lượng oxy thải ra thấp thì dòng điện sẽ đạt mức 0.9V Khi có số liệu cụ thể của dòng điện, ECU sẽ tự động điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu hợp lý để lượng xăng đạt mức độ lý tưởng Từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ

1.2.6 Cảm biến kích nổ

1.2.6.1 Công dụng

Cảm biến kích nổ Knock Sensor dùng để đo tiếng gõ trong động cơ và phát ra tín hiệu điện áp gửi về ECU, từ đó ECU sẽ nhận và phân tích tín hiệu đó để điều chỉnh góc đánh lửa sớm làm giảm tiếng gõ (Thông thường tiếng gõ sinh ra là do va đập các chi tiết cơ khí trong động cơ bởi hiện tượng kích nổ)

1.2.6.2 Cấu tạo

Cảm biến kích nổ có cấu tạo bởi 1 vật liệu áp điện, tinh thể thạch anh Khi có tiếng

gõ, cảm biến với tinh thể thạch anh sẽ tự phát ra điện áp và gửi về ECU

Hình 1.31 Cấu tạo cảm biến kích nổ

1.2.6.3 Nguyên lý hoạt động

Khi động cơ hoạt động, vì lý do nào đó dẫn tới có tiếng gõ (tự kích nổ, động cơ nóng quá, va đập cơ khí….) cảm biến sẽ tạo ra 1 tín hiệu điện áp gửi về ECU và ECU

sẽ điều chỉnh trễ góc đánh lửa lại để giảm tiếng gõ

Cụ thể: Các phần tử áp điện của cảm biến kích nổ được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiệu ứng cộng hưởng (f = 6KHz – 13KHz)

Như vậy, khi động cơ có xảy ra hiện tượng kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,5V Nhờ tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ ECU động cơ có thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại

1.2.7 Cảm biến áp suất đường ống nạp

1.2.7.1 Công dụng

Cảm biến áp suất có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu áp suất chân không dưới dạng điện áp hoặc tần số về bộ xử lý trung tâm để tính toán lượng nhiên liệu cần cung cấp cho động cơ Khi xe ở chế độ không tải hoặc nhả ga, áp suất chân không giảm Ngược lại, khi tăng tốc hoặc tải nặng, áp suất chân không tăng lên

Khi xe không có cảm biến MAP, động cơ sẽ nổ không êm, công suất động

cơ kém, tốn nhiên liệu và xe thải ra nhiều khói

1.2.7.2 Cấu tạo và phân loại

Có 3 loại cảm biến MAP: Loại áp điện kế, loại điện dung và loại sai lệch từ tuyến tính

Loại áp điện kế:

Cảm biến áp suất đường ống nạp được cấu tạo từ một buồng chân không có gắn một con chip silicon, lưới lọc, đường ống dẫn và giắc cắm

Hình 1.32 Cảm biến áp suất đường ống nạp Cảm biến áp suất đường ống nạp cảm nhận áp suất đường ống nạp bằng một IC lắp trong cảm biến và phát ra tín hiệu PIM ECU động cơ quyết định khoảng thời gian phun nhiên liệu cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu PIM này

Một chip silicon gắn liền với buồng chân không được duy trì độ chân không chuẩn, tất cả được đặt trong bộ cảm biến Một phía của chip tiếp xúc với áp suất đường ống nạp, phía kia tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không

Áp suất đường ống nạp thay đổi sẽ làm hình dạng của chip silicon thay đổi và giá trị điện trở của nó cũng dao động theo mức độ biến dạng

Sự dao động của giá trị điện trở này được chuyển hóa thành một 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

Loại điện dung:

Cảm biến MAP loại điện dung dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung tụ điện Cảm biến gồm 2 đĩa silicon đặt cách nhau tạo thành buồng kín ở giữa Trên mỗi đĩa

có điện cực nối hai tấm silicon với nhau

Áp suất đường ống nạp thay đổi sẽ làm cong 2 đĩa vào hướng bên trong, khoảng cách giữa 2 đĩa giảm khiến điện dung tụ điện tăng lên Sự thay đổi này sinh ra tín hiệu

ra điện áp đưa về ECU để nhận biết áp suất trên đường ống nạp

Loại sai lệch từ tuyến tính:

Cảm biến gồm 1 cuộn dây sơ cấp, 2 cuộn dây thứ cấp quấn ngược nhau và một lõi sắt di động Nguồn điện xoay chiều được cung cấp cho cuộn sơ cấp

Khi lõi ở giữa, chênh lệch điện thế giữa 2 cuộn thứ cấp bằng 0 Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, luồng khí sẽ hút lõi thép di chuyển phù hợp với tải động cơ, lúc này

từ thông trong 2 cuộn thứ cấp khác nhau gây nên sự chênh lệch điện thế

 Tín hiệu điện thế từ các cuộn thứ cấp được đưa về ECU để nhận biết tình trạng áp suất đường ống nạp

1.2.7.3 Nguyên lí làm việc

Cảm biến áp suất đường ống nạp cảm nhận áp suất đường ống nạp bằng một IC lắp trong cảm biến và phát ra tín hiệu PIM ECU động cơ quyết định khoản thời gian phun nhiên liệu cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu PIM này

Một chip silicon gắn liền với buồng chân không được duy trì độ chân không chuẩn, tất cả được đặt trong bộ cảm biến Một phía của chip tiếp xúc với áp suất đường ống nạp, phía khia tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không

Áp suất đường ống nạp thay đổi làm hình dạng của chip silicon thay đổi và giá trị điện trở của nó cũng dao động theo mức độ biến dạng

Sự dao động của giá trị điện trở này được chuyển hóa thành một 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

1.2.8 Cảm biến lưu lượng khí nạp

1.2.8.1 Công dụng

Cảm biến lưu lượng khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nó được sử dụng trong EFI kiểu L để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp Tín hiệu của khối lượng hoặc thể tích của không khí nạp được dùng để tính thời gian phun

cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản

1.2.8.2 Cấu tạo và phân loại

Cảm biến lưu lượng khí nạp chủ yếu được chia thành 2 loại, các cảm biến để phát hiện khối lượng không khí nạp, và cảm biến đo thể tích không khí nạp, cảm biến đo khối lượng và cảm biến đo lưu lượng không khí nạp có các loại như sau: Cảm biến đo khối lượng khí nạp: Kiểu dây sấy Cảm biến đo lưu lượng khí nạp: Kiểu cánh và kiểu gió xoáy quang học Karman Hiện nay hầu hết các xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu dây nhiệt vì nó đo chính xác hơn, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn

 Kiểu cánh trượt

Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh gồm có nhiều bộ phận như thể hiện ở hình minh họa

Hình 1.33 Cảm biến đo gió loại cánh trượt

 Kiểu xoáy Karman

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 khí nạp kiểu cánh, nó có thể làm nhỏ hơn và nhẹ hơn về trọng lượng Cấu tạo đơn giản của đường không khí cũng giảm sức cản của không khí nạp 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 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

Hình 1.34 Cảm biến đo gió loại xoáy Karman

 Kiểu dây nhiệt

Cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt rất đơn giản Một dây nhiệt

và nhiệt điện trở, được sử dụng như một cảm biến, được lắp vào khu vực phát hiện

Hình 1.35 Cảm biến đo gió loại dây nhiệt 1.2.8.3 Nguyên lí hoạt động

 Kiểu cánh trượt

Khi không khí đi qua cảm biến lưu lượng khí nạp này từ bộ lọc khí, nó đẩy tấm đo

mở ra cho đến khi lực tác động vào tấm đo cân bằng với lò xo phản hồi Chiết áp, được nối đồng trục với tấm đo này, sẽ biến đổi thể tích không khí nạp thành một tín hiệu điện

áp (tín hiệu VS) được truyền đến ECU động cơ