Giáo trình hệ thống máy tính điều khiển ô tô phần 2

Chương 4 CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 4.1 CÁC CẢM BIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 4.1.1 Cảm biến kiểu công tắc Những đầu vào này gửi tín hiệu dạng số đến máy tính.. Hình

Chương 4 CHẨN ĐOÁN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

4.1 CÁC CẢM BIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 4.1.1 Cảm biến kiểu công tắc

Những đầu vào này gửi tín hiệu dạng số đến máy tính Điện áp tín hiệu chỉ có hai mức: Cao hoặc Thấp Đóng hoặc mở mạch làm tín hiệu thay đổi Có hai dạng thiết kế chính: Kiểu mạch treo trên và Kiểu mạch treo dưới

Hình 4.1: Hai kiểu thiết kế mạch của cảm biến dạng công tắc

Phương pháp kiểm tra

Phải nhận dạng được thiết kế của mạch thuộc loại nào sau đó mới bắt đầu kiểm tra Có thể dùng sơ đồ mạch điện để nhận dạng thiết kế Nhìn vào công tắc và lần theo dây dẫn nào không đến máy tính Nếu

nó đi đến mass, đó là mạch treo dưới Nếu nó đi đến nguồn, đó là mạch treo trên

Hoặc dùng vôn kế để kiểm tra điện áp hai đầu công tắc Công tắc kiểu treo dưới sẽ có mức điện áp 0V ở cả hai phía đầu dây khi đóng Công tắc kiểu treo trên sẽ có mức điện áp cao ở cả hai đầu dây khi đóng

Để nhận dạng mạch nếu không thể đóng công tắc, cần sơ đồ mạch điện

để biết được, cái nào trong hai dây là dây tín hiệu về máy tính: Khi công tắc bị tháo ra, điện áp dây tín hiệu cao, đó là kiểu treo dưới; ngược lại, điện áp dây tín hiệu 0V, đó là kiểu treo trên

Bảng 4.1: Phương pháp chẩn đoán với các kiểu thiết kế khác nhau

của cảm biến có dạng công tắc

Kiểu thiết kế Hiện tượng Tiến hành

Mạch treo

dưới

Điện áp đo được tại công tắc luôn cao

(1) Kiểm tra mass công tắc khi đóng: Điện áp dưới 100mV

(2) Kiểm tra vấn đề cơ khí hoặc thủy lực (cái kích hoạt công tắc) Nếu tốt: Công tắc không tốt

(3) Thực hiện kiểm tra thông mass để xác nhận

Điện áp đo được tại công tắc luôn thấp

(1) Ngắt kết nối công tắc

(2) Nếu điện áp cao: Công tắc không tốt (3) Nếu điện áp thấp: Đo điện áp dây tín hiệu tại PCM

(4) Nếu điện dây áp tín hiệu cao tại PCM và thấp ở công tắc: Dây tín hiệu hở

(5) Nếu điện áp tín hiệu thấp tại PCM lẫn công tắc: Dây tín hiệu ngắn xuống mass Dùng ôm kế kiểm tra xác nhận (6) Nếu không ngắn mạch, PCM không tốt

(7) PCM có thể không gửi điện áp đến dây tín hiệu: Kiểm tra nguồn cấp, mass PCM và mạch tham chiếu 5V trước khi

thay PCM

Mạch treo

trên

Điện áp đo đƣợc tại công tắc luôn cao

Kiểm tra vấn đề cơ khí hoặc thủy lực (cái kích hoạt công tắc) Nếu tốt, công tắc không tốt

Điện áp đo đƣợc tại công tắc luôn thấp

(1) Kiểm tra vấn đề cơ khí hoặc thủy lực (cái kích hoạt công tắc)

(2) Kiểm tra điện áp cấp cho công tắc khi đóng hoặc mở công tắc Nếu điện áp này thay đổi khi vị trí công tắc thay đổi, mạch tín hiệu bị ngắn xuống mass Dùng ôm kế để xác nhận ngắn mạch (3) Nếu nguồn cấp tốt và không có ngắn mạch, công tắc không tốt

Điện áp đo đƣợc tại công tắc tốt nhƣng

không nhận

(1) Có thể trên dây tín hiệu

(2) Kiểm tra dây tín hiệu tại máy tính (3) Nếu điện áp 0V bất kể vị trí công tắc, hở trên dây tín hiệu Nếu điện áp bị kéo lên ở công tắc và PCM thì giắc nối đến PCM hoặc PCM có vấn đề

Hình 4.2: Hoạt động bình thường của mạch treo dưới

Hình 4.3: Hoạt động bình thường của mạch treo trên

Hình 4.4: Kiểm tra thông mạch với đèn kiểm tra

Ví dụ, khi chẩn đoán công tắc tay số N và tay số P Đảm bảo rằng lỗi là do bản thân công tắc gây ra (sau khi đã xác nhận hở hoặc ngắn mạch trên mạch điện hoặc vấn đề ECM) Hầu hết công tắc có thể đƣợc kiểm tra với DVOM Nếu lỗi của công tắc gây ra DTC, thực hiện theo quy trình khắc phục DTC trong Repair Manual

Hình 4.5: Công tắc vị trí tay số N và tay số P

4.1.2 Cảm biến dạng điện trở biến thiên

Hình 4.6: Dạng cảm biến có điện trở thay đổi

Cảm biến dạng điện trở biến thiên (ECM có thể xác định phạm vi của tình trạng vận hành)

Ví dụ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ, có thể cho phép ECM xác định nhiệt độ trong phạm vi rộng, dưới nhiệt độ đóng băng và trên nhiệt độ sôi

Hình 4.7: Cảm biến vị trí bướm ga

Hình 4.8: Chức năng TPS phối hợp cùng MAP điều khiển động cơ

Cảm biến TPS được sử dụng cho các đầu ra sau đây:

 Làm giàu hỗn hợp khi tăng tốc: TPS mở nhanh nghĩa là máy tính thêm nhiên liệu vào

 Cắt nhiên liệu khi giảm tốc: TPS đóng nhanh = máy tính ngắt kim phun hoàn toàn (chỉ ở RPM lớn)

 Điều khiển tốc độ cầm chừng: Máy tính ngăn chặn sự giảm tốc

nhanh (chết máy – decelaration stalling) bằng cách mở đường

IAC sau khi có sự tăng vọt nào ở tính hiệu điện áp TPS

 Dự phòng cho cảm biến MAF hoặc MAP bị lỗi: Máy tính sẽ sử dụng RPM và TPS để ước lượng thể tích không khí nạp

 Một số đầu ra khác được điều khiển sử dụng đầu vào TPS: EGR, vòng lặp kín/mở, ly hợp máy nén, vị trí tay số, Clear Flood Mode, thời điểm đánh lửa…

4.1.2.1 Hiện tượng khi TPS lỗi

(1) Tăng tốc ngắt quãng, thường khi kết thúc cầm chừng

(2) Tốc độ cầm chừng cao

(3) Tốc độ cầm chừng thấp

(4) Nổ không đều ở tốc độ cầm chừng

(5) Chết máy khi tắt máy

(6) Không khởi động (TPS kẹt ở chế độ WOT trong khi hoạt động) (7) Ly hợp máy nén không hoạt động

(8) Hộp số không chuyển số, chỉ chuyển số điện tử (chỉ limp mode) Hầu hết cảm biến TPS là cảm biến ba dây dẫn:

 Điện áp tham chiếu 5V, luôn gần 5V và không bao giờ biến đổi, và

có thể được chia sẻ với các chiết áp khác, cảm biến áp suất, hiệu

ứng hall

 Tín hiệu biến đổi từ điện áp thấp ở tốc độ cầm chừng (khoản dưới 1V) đến điện áp cao ở chế độ WOT (thường trên 4V) Điện

áp tín hiệu bám sát dịch chuyển của bướm ga và không nên đột biến hoặc rơi

 Mạch nối mass cũng là không đổi, thấp hơn 100mV và có thể được chia sẻ với những đầu vào khác

Một vài loại TPS có bốn dây dẫn:

 TPS bốn dây Toyota, bao gồm một chiết áp và một công tắc tiếp

điểm cầm chừng

 TPS bốn dây Ford, bao gồm hai chiết áp tín hiệu phân biệt, trong khi chia sẻ nội bộ nguồn tham chiếu 5V và mass, được dùng trong

hệ thống bướm ga điện tử

Một số loại khác lại không có chiết áp mà chỉ chứa hai nội công tắc

Hãng Nissan sử dụng loại TPS sáu dây trên một vài model Nó chứa một công tắc tiếp điểm cầm chừng và WOT, một chiết áp, ba dây cho tín hiệu của chiết áp, ba dây cho tín hiệu của công tắc

Với hệ thống điều khiển bướm ga điện tử, TPS có thể được tích hợp trong bộ thân bướm ga và không hoạt động một cách riêng lẻ

4.1.2.2 Phương pháp kiểm tra TPS với Scan tool KOEO:

(1) Quan sát điện áp của TPS khi ở chế độ cầm chừng và WOT:

 Khi cầm chừng: dưới 1V (thông thường 0.3 – 0.9V)

 Khi WOT: 3.5 – 4.5V

(2) Quan sát độ mở của TPS (TPS%):

 Khi cầm chừng: 0 – 10%

 Khi WOT: 85 – 100%

(3) Thực hiện kiểm tra quét TPS: Phải mở và đóng bướm ga chậm để quan sát bất cứ một đột biến hoặc rơi áp nào xảy ra

(4) Kiểm tra dây tín hiệu TPS: (TPS% có thể đưa ra giá trị lỗi)

(5) Thực hiện khi tín hiệu TPS luôn 0:

Hình 4.9: Kiểm tra khi TPS đã tháo

Hình 4.10: Kiểm tra TPS khi chưa tháo

(6) Tháo cảm biến TPS ra Điện áp TPS nên đọc được ở mức 5V trên một vài mẫu xe và 0V trên một vài mẫu xe khác Nếu đọc được 5V, mạch tín hiệu tốt Nếu đọc được 0V và sau đó nối dây tham chiếu 5V với dây tín hiệu dùng điện trở 5 kohms (ngăn chặn ngắn mạch) Nếu dữ liệu quét được của TPS là 5V thì mạch tín hiệu tốt

(7) Thực hiện khi điện áp tín hiệu TPS luôn ở mức 5V:

Tháo cảm biến ra Nối dây tín hiệu TPS với dây mass TPS: Nếu điện áp đọc được là 0V thì mạch tín hiệu tốt

Lưu ý: Không nối dây tham chiếu 5V xuống mass

4.1.2.3 Phương pháp kiểm tra TPS với vôn kế hoặc máy hiện sóng

Hình 4.11: Tín hiệu TPS khi tốt và khi trục trặc

 KOEO hoặc KOER

 Cực âm cần nối mass tốt khi kiểm tra

 Nối cực dương đến:

(1) Dây tín hiệu TPS:

Kiểm tra khi cầm chừng và khi WOT:

 Dưới 1V khi chạy cầm chừng (thường 0.3 – 0.9V)

 3.5 – 4.5V khi WOT

Thực hiện kiểm tra quét: Nếu dùng vôn kế, bước kiểm tra này phải tiến hành chậm

Với những gián đoạn do nhiệt độ hoặc dao động, có thể tạo lại lỗi Nếu không có tín hiệu hoặc tín hiệu vượt quá phạm vi: kiểm tra điện áp tham chiếu 5V và mass; kiểm tra ngắn mạch hoặc hở mạch (2) Dây tham chiếu 5V: Đọc được tín hiệu gần 5V

(3) Dây mass TPS: đọc được điện áp tín hiệu thấp hơn 100mV Nếu điện áp quá cao, nghĩa là điện trở cao ở dây mass từ cảm biến đến PCM, mass của PCM không tốt hoặc PCM không tốt

4.1.3 Cảm biến tần số tín hiệu dạng tương tự

Cảm biến tần số dạng tín hiệu dạng tương tự, ví dụ, cảm biến kích nổ, phát hiện tần số cho phép ECM điều chỉnh và ngăn chặn động

cơ kích nổ

Cảm biến sẽ phát hiện những dao động do động cơ đánh lửa sớm hoặc kích nổ gây ra và tạo ra một tín hiệu điện áp để gửi đến ECM ECM xem xét tín hiệu cảm biến kích nổ khi điều khiển thời điểm đánh lửa Hầu hết các mẫu xe bây giờ đều trang bị hai cảm biến kích nổ để giúp ECM khoanh vùng tốt hơn nơi xảy ra kích nổ

Cảm biến chứa một phần tử dạng tinh thể áp điện cái có thể tạo ra điện áp khi có áp lực hoặc dao động tác dụng lên nó Khi kích nổ xảy ra, dao động của nó sẽ tạo ra điện áp trên phần tử áp điện Kích nổ càng nhiều, điện áp sinh ra càng lớn

Có hai loại cảm biến kích nổ:

- Cảm biến kích nổ loại cộng hưởng: Chứa một tấm dao động có thể đáp ứng với dải tần số dao động hẹp Loại cảm biến này chỉ

có thể phát hiện được dao động trong dải tần số này Loại này

được bắt vào một số bộ phận của động cơ như thân máy, nắp máy, đường ống nạp,…

- Cảm biến kích nổ dải rộng: Có chứa một đối trọng bằng thép có khả năng đáp ứng với dải tần số dao động rộng Loại này thường được lắp trên thân xylanh

Dưới đây là tổng kết về việc chẩn đoán cảm biến kích nổ thông

thường Tham khảo Repair Manual với quy trình chẩn đoán cảm biến đặc

biệt và kiểm tra đặc tính với DVOM

Chẩn đoán cảm biến kích nổ yêu cầu tháo giắc cảm biến ra và sử dụng dây nhảy để đổi cảm biến (vị trí cảm biến trong mạch điện) Ví dụ, dây nhảy được kết nối để ECM thấy cảm biến số 1 thành cảm biến số 2

và cảm biến số 2 thành cảm biến số 1

Tiếp đến, xóa DTCs và vận hành động cơ Kiểm tra DTCs và dữ liệu tĩnh một lần nữa Nếu DTC tiếp tục chỉ ra lỗi do cảm biến kích nổ nữa (ví dụ, trước đó DTC chỉ ra lỗi ở cảm biến số 1 và bây giờ, DTC chỉ

ra lỗi ở cảm biến số 2) thì cảm biến thực sự lỗi Nếu DTC không có gì thay đổi, phải quan tâm tới dây dẫn và ECM

Cảm biến kích nổ có một giá trị điện trở đặc biệt có thể kiểm tra với DVOM Tham khảo Repair Manual để biết đặc tính cảm biến kích nổ

Hình 4.12: Các loại cảm biến kích nổ

Hình 4.13: Đặc tính của cảm biến kích nổ

Một cảm biến kích nổ hỏng làm ECU đưa động cơ vào chế độ đảm bảo an toàn với thời điểm đánh lửa chậm nhất

Cảm biến kích nổ dải rộng loại không cộng hưởng thường dễ bị

hỏng do vị trí hoặc moment Luôn luôn đảm bảo tham khảo Repair

Đánh lửa sớm xảy ra khi hỗn hợp bị đốt cháy trước khi bugi bật tia lửa điện Kích nổ xảy ra khi màn lửa thứ hai bị đốt do quá nhiệt và áp suất cao sau khi bugi đánh lửa

Hoặc kiểm tra loại cảm biến dưới đây:

Hình 4.14: Cảm biến kích nổ với dòng bias 5V DC

Không cần dùng ôm kế để phát hiện hở mạch hoặc ngắn mạch nếu mạch điện sử dụng điện áp tham chiếu hoặc điện áp bias

Hình 4.15: Dữ liệu KS với DTC P0327

4.1.4 Cảm biến tần số tín hiệu dạng số

Các loại cảm biến tần số, ví dụ cảm biến tốc độ trục khuỷu (Loại từ trở biến thiên – Variable Reluctance Sensor VRS), là loại cảm biến hai dây (đối với loại cảm biến dùng cuộn dây sinh ra tín hiệu, Hình 4.12)

hoặc ba dây (đối với loại có yêu cầu nguồn cấp từ bên ngoài để hoạt động – Magnetic Resistance Element MRE), có thể tự tạo ra điện áp bằng cách

sử dụng các định luật về dịch chuyển, từ trường và vật dẫn, xem Hình

Tín hiệu đầu ra của cảm biến là điện áp xoay chiều, có biên độ và

tần số tăng khi RPM tăng, xem Hình 4.16 Cảm biến và răng dẫn từ luôn

chống lại nhau Khe hở giữa chúng quá lớn làm tín hiệu yếu, nhưng nếu chúng quá gần nhau, răng dẫn từ có thể phá hỏng cảm biến Mạch tín hiệu luôn được che chắn chống nhiễu

Hình 4.16: Mô tả hoạt động của cảm biến tần số dạng từ trở biến thiên

Hình 4.17: So sánh loại cảm biến MRE 3 dây với loại 2 dây

Hình 4.18: Cảm biến VRS dùng điện áp bias 1V DC

Hình 4.19: Cảm biến VRS không dùng điện áp bias

Có những khác biệt chính ở mạch điện tử bên trong module sử dụng bộ chuyển đổi dạng tương tự sang dạng số - Bộ chuyển đổi AD Điều này làm ảnh hưởng đến cách thức máy hiện sóng lưu trữ số DSO được kết nối với cảm biến để mô tả dạng sóng thích hợp Vài loại sử dụng điện áp tham chiếu trên dây (+) hoặc dây (-) của cảm biến, trong

khi số khác lại không dùng, xem Hình 4.18 – 19

Hình 4.20: Lưu ý khi nối thiết bị đo với loại VRS không nối đất

Một số cảm biến sẽ chỉ đưa ra dạng sóng tín hiệu trên dây (+) Với loại cảm biến này thì dây (-) cũng tương đương với cực âm của ắc quy, hoặc sẽ có điện áp tham chiếu trên nó, từ 1 – 5 V (điện áp DC), xem

Hình 4.18 – 19 Có vài loại cảm biến đưa ra dạng sóng tín hiệu trên cả

dây (+) và dây (-) Loại cảm biến này được gọi là “Cảm biến không nối đất – Floating Ground Sensor”, xem các hình 4.20 – 21

Hình 4.21: Dạng tín hiệu khi cảm biến trục khuỷu

đưa tín hiệu lên cả hai dây

Hình 4.22: So sánh VRS khi tháo hoặc cắm

Hình 4.23: Chuyển đổi tín hiệu từ AC sang DC

Bộ chuyển đổi AD sẽ làm kéo dòng trên cảm biến VRS Đây là trạng thái bình thường và nó có nghĩa rằng, biên độ của tín hiệu sẽ thấp

hơn khi cảm biến được cắm vào, xem Hình 4.22 Bộ chuyển đổi AD cũng

đòi hỏi một điện áp khoảng 500mV, xem Hình 4.23

Kiểm tra VRS với máy hiện sóng

 Không tháo cảm biến (Xem lại Hình 4.22)

 Luôn kết nối với mặt lưng của giắc cảm biến bất cứ khi nào

có thể

 Nối que DSO (+) với (+) cảm biến

 Nối que DSO (-) với (-) cảm biến hoặc cực âm ắc quy:

 Khi nối với (-) cảm biến:

(1) Để có thể nhìn thấy hết biên độ của tín hiệu trên cảm biến

(Xem lại Hình 4.20 – 22)

(2) Khi muốn có một tín hiệu rõ hơn

(3) Chỉ dùng khi kiểm tra một tín hiệu cùng một lúc – Single

tín hiệu cùng một lúc Máy hiện sóng dùng chung mass giữa tất cả các kênh

(4) Khi máy không khởi động và muốn nhìn thấy hết biên độ tín hiệu bất kể thiết kế mạch như thế nào mà máy tính sử dụng

 Khi nối với âm ắc quy:

(1) Khi muốn thực hiện kiểm tra nhiều tín hiệu cùng lúc – Multiple Trace Testing.

(2) Khi chỉ cần một tín hiệu và không quan tâm biên độ của nó (3) Nếu muốn nhìn thấy mức điện áp bias trên mạch, xem lại

 Tìm kiếm biên độ, tần số, dạng sóng thích hợp:

(1) Biên độ tối thiểu trong khoảng +/- 500mV cho bộ chuyển đổi

AD để có thể thấy được tín hiệu, xem lại Hình 4.23

(2) Biên độ và tần số sẽ tăng theo tốc độ, xem lại Hình 4.16

(3) Dạng sóng sẽ là duy nhất cho ứng dụng

 Có thể sử dụng vôn kế xoay chiều với cách dùng giống tương

tự như với DSO: Thiết bị này chỉ đo giá trị điện áp trung bình nên biên độ tín hiệu sẽ thấp hơn khi đo với DSO

Kiểm tra VRS không có tín hiệu

Hình 4.24: Kiểm tra thông mạch VRS với hệ thống đánh lửa trực tiếp

của GM (GM DI Ignition)

Các vấn đề khác nhau có thể phụ thuộc vào vị trí kiểm tra hoặc kết nối với máy hiện sóng:

(1) Cảm biến không tốt

(2) Hở mạch hoặc ngắn mạch xuống mass trên dây cảm biến giữa cảm biến và module

(3) Răng dẫn từ vỡ hoặc thiếu hoặc không di chuyển

(4) Vấn đề khe hở từ

Nếu có thể hãy kiểm tra trực quan răng dẫn từ và khe hở từ

Trước khi kết luận về tình trạng cảm biến, phải xác nhận rằng không có hở mạch hoặc ngắn mạch trên dây cảm biến Xác nhận rằng mạch tín hiệu toàn vẹn:

(1) Đo điện áp bias trên (+) cảm biến và (-) cảm biến khi cảm biến tháo ra và gắn vào để xác nhận tình trạng toàn vẹn của mạch