(Đồ án hcmute) chuyên đề hệ thống điện điều khiển động cơ xăng

HỆ THỐNG CÁC CẢM BIẾN

Cảm biến nhiệt độ

ECU điều chỉnh nhiều hệ thống khác nhau dựa trên tín hiệu từ các cảm biến đầu vào, bao gồm cảm biến nhiệt độ Để động cơ hoạt động hiệu quả, tín hiệu nhiệt độ phải được truyền đạt chính xác đến ECU Chẳng hạn, để ECU điều khiển lượng nhiên liệu phun phù hợp với nhu cầu của động cơ, nó cần nhận tín hiệu chính xác từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

Có nhiều loại cảm biến nhiệt độ quan trọng trong xe hơi, bao gồm cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECT), cảm biến nhiệt độ không khí nạp (IAT), cảm biến nhiệt độ hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) và cảm biến nhiệt độ dầu động cơ (EOT) Những cảm biến này đóng vai trò thiết yếu trong việc theo dõi và điều chỉnh hiệu suất động cơ.

Hầu hết các cảm biến nhiệt độ sử dụng vật liệu bán dẫn, trong đó điện trở sẽ thay đổi theo sự biến động của nhiệt độ, dẫn đến sự thay đổi tín hiệu điện áp gửi về ECU.

Hình 2.1: Cảm biến nhiệt độ: ECT, IAT, EGR

6 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM

2.1.1 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECT)

2.1.1.1 Cấu tạo và chức năng

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECT) được thiết kế dưới dạng rỗng và bên trong có chứa nhiệt điện trở với hệ số âm.

Hình 2 2: Cấu tạo cảm biến ECT

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECT) thường được đặt ở đường dẫn nước làm mát động cơ và tiếp xúc với nước làm mát

Hình 2 3: Cảm biến nhiệt độ ECT trên xe

Cảm biến ECT đo nhiệt độ nước làm mát trong động cơ và gửi tín hiệu về ECU, giúp điều chỉnh hiệu suất động cơ bằng cách kết hợp với các thông số khác.

- Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm

- Hiệu chỉnh thời gian mở kim phun

- Điều khiển quạt làm mát

- Điều khiển tốc độ không tải

- Hiển thị nhiệt độ trên đồng hồ báo nhiệt độ nước làm mát

- Điều khiển hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR)

- Giám sát sự làm việc của van hằng nhiệt

Cảm biến ECT nhận nguồn điện 5V qua một điện trở cố định Khi nhiệt độ nước làm mát thay đổi, điện trở của cảm biến cũng thay đổi tương ứng Bộ vi xử lý sẽ nhận tín hiệu điện áp tại chân THW để xác định nhiệt độ làm việc của động cơ.

Hình 2 4: Mạch cảm biến ECT

Khi nhiệt độ nước làm mát giảm, điện trở của cảm biến tăng, dẫn đến giá trị điện áp gửi về bộ vi xử lý cũng tăng theo Tín hiệu này sau đó được chuyển đổi thành dạng xung vuông và gửi đến ECU.

Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, giá trị điện trở của cảm biến giảm, dẫn đến điện áp gửi về bộ vi xử lý cũng giảm theo.

Hình 2 5: Đường đặc tính của cảm biến ECT 2.1.1.3 Kiểm tra cảm biến ECT

Dùng đồng hồ VOM với thang đo ohm để kiểm tra sự thay đổi điện trở của cảm biến theo nhiệt độ với thông số của nhà sản xuất

Kết nối cảm biến với hai que đo của đồng hồ, sau đó nhúng đầu cảm biến vào nước và theo dõi nhiệt độ bằng nhiệt kế Giá trị điện trở sẽ được ghi nhận và so sánh với thông số do nhà sản xuất cung cấp.

Hình 2 6: Kiểm tra cảm biến ECT bằng đồng hồ VOM

Dưới đây là bảng thông số cảm biến ECT của một số hãng xe:

Nhiệt độ (℃) Điện trở (Ω) Điện áp (V)

Bảng 2 1: Thông số cảm biến ECT của hãng Ford

Bảng 2 2: Thông số cảm biến ECT của hãng Nissan

Bảng 2 3 Thông số cảm biến ECT của hãng Mercedes

Bảng 2 4 Thông số cảm biến ECT của hãng Honda

2.1.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT)

Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) có cấu tạo tương tự như cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ, với thành phần chính là chất bán dẫn có tính chất nhiệt điện trở âm.

Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) thường được lắp đặt trên bầu lọc gió hoặc trong ống nạp, và có thể được tích hợp trực tiếp vào bộ đo gió, đặc biệt là ở các bộ đo gió kiểu dây nhiệt.

Hình 2 8: Cảm biến IAT đặt trên đường nạp

Cảm biến nhiệt độ khí nạp đo nhiệt độ của dòng khí vào động cơ và truyền tín hiệu đến ECU, giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm.

 Khi nhiệt độ thấp, ECU sẽ điều khiển tăng thời gian phun đồng thời tăng góc đánh lửa sớm

 Khi nhiệt độ cao, ECU sẽ điều khiển giảm thời gian phun đồng thời giảm góc đánh lửa sớm

Ngoài ra cảm biến IAT được ECU sử dụng làm cảm biến nhiệt độ dự phòng trong trường hợp cảm biến ECT không hoạt động

Hình 2 9: Mạch cảm biến IAT

Cảm biến nhiệt độ không khí nạp hoạt động tương tự như cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ, nhận nguồn điện 5V qua một điện trở Khi điện trở của cảm biến thay đổi, điện áp từ cực THA cũng thay đổi theo Bộ vi xử lý tiếp nhận tín hiệu từ THA, chuyển đổi thành xung vuông và gửi về ECU.

2.1.2.3 Kiểm tra cảm biến IAT

Sử dụng đồng hồ VOM để kết nối với chân cảm biến IAT, sau đó dùng máy sấy để thổi qua đầu cảm biến và quan sát giá trị điện trở hiển thị trên đồng hồ.

 Nếu giá trị trên đồng hồ không có sự thay đổi thì có thể cảm biến đã bị hư hỏng

Nếu giá trị trên đồng hồ đo thay đổi, điều này cho thấy cảm biến đang hoạt động Hãy so sánh giá trị này với thông số của nhà sản xuất để đánh giá tình trạng hoạt động của cảm biến.

Dưới đây là bảng tham khảo về sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của cảm biến IAT:

Bảng 2 5 Giá trị điện trở và điện áp của cảm biến IAT ứng với từng mức nhiệt độ

2.1.3 Cảm biến nhiệt độ khí thải (EGTS)

Cảm biến nhiệt độ khí thải (Exhaust Gas Temperature Sensor – EGTS) cũng có thành phần chính là chất bán dẫn làm nhiệt điện trở cho cảm biến

Hình 2 10: Cảm biến nhiệt độ khí thải EGTS

Cảm biến vị trí góc mở

2.2.1 Cảm biến vị trí bướm ga (TPS)

 Ví trí lắp đặt: TPS (Throttle Position Sensor) được gắn trên thân bướm ga và được điều khiển bởi trục của bướm ga

Hình 2 20: TPS điển hình được gắn trên thân bướm ga

TPS chuyển đổi góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp (góc mở càng lớn tín hiệu điện áp càng tăng)

Tín hiệu điện áp này được cung cấp cho ECU để điều chỉnh phun nhiên liệu, góc đánh lửa và tốc độ cầm chừng

• Điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu theo tải của động cơ:

 Ở tốc độ cầm chừng hỗn hợp nhiên liệu cần đậm hơn, khi tải lớn phải làm giàu hỗn hợp để công suất động cơ phát ra tối đa (λ

= 0,85 – 0,95) và khi động cơ hoạt động ở mức trung bình phải điều chỉnh sao cho động cơ chạy tiết kiệm nhất (λ = 1)

Khi giảm tốc, ECU sẽ sử dụng cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí bướm ga (IDL) để cắt nhiên liệu, nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường Tốc độ cắt nhiên liệu phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát; khi nhiệt độ động cơ thấp, tốc độ cắt nhiên liệu sẽ cao hơn.

Khi tăng tốc đột ngột từ vị trí cầm chừng, ECU sẽ điều chỉnh tăng lượng nhiên liệu cung cấp để làm giàu hỗn hợp, giúp động cơ tăng tốc nhanh chóng và hiệu quả hơn.

Sự điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu và thời điểm đánh lửa được xác định một phần bởi các cảm biến như cảm biến áp suất đường nạp, cảm biến tốc độ động cơ (RPM), cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến oxy.

Một số cảm biến vị trí bướm ga có thể điều chỉnh được và phải được thiết lập theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất

2.2.1.1 Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính

Cảm biến bướm ga kiểu tuyến tính có 2 loại gồm loại tuyến tính có tiếp điểm IDL và loại tuyến tính không có tiếp điểm IDL

 Kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL

Cảm biến xác định vị trí góc mở của bướm ga liên tục theo quy luật một đường thẳng, giúp nhận biết chính xác hơn góc mở của bướm ga Cảm biến này bao gồm một biến trở, với nguồn điện từ ECU cung cấp vào hai đầu của điện trở Con trượt di chuyển trên điện trở theo góc mở của cánh bướm ga, và tín hiệu điện áp VTA từ TPS gửi về ECU để xác định độ mở của bướm ga.

Hình 2 21: Cảm biến bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL

 Nguồn điện từ ECU cấp cho cảm biến qua 2 cực:

 5V từ cực VC của ECU đến cực VC của cảm biến

 5V hoặc 12V qua một điện trở từ cực IDL của ECU đến cực IDL của cảm biến

Khi bướm ga đóng hoàn toàn, điện áp tại cực IDL sẽ giảm xuống 0V do con trượt tín hiệu IDL nối với cực E2 Trên các xe TOYOTA, tín hiệu IDL thường có giá trị dao động từ 0,7V đến 0,9V.

Khi bướm ga mở, ECU sử dụng tín hiệu VTA để xác định vị trí mở của bướm ga Khi góc mở bướm ga tăng, điện trở ở cầu trên giảm, dẫn đến độ sụt áp giảm và điện áp ở cầu này tăng lên Điều này thể hiện rõ qua đường đặc tính, cho thấy rằng khi góc mở bướm ga lớn hơn, điện áp VTA cũng tăng theo.

Hình 2 22: TPS trên hệ thống ETCS-I

 Kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL

Hình 2 23: Cấu tạo cảm biến bướm ga không có tiếp điểm IDL

 Ở kiểu này cực IDL được bỏ đi, ECU xác định các chế độ tải qua cực VTA

 Ở chế độ cầm chừng ECU lấy giá trị VTA thấp nhất làm tín hiệu IDL

 ECU sử dụng tín hiệu đầu vào để xác định độ mở bướm ga và tốc độ thay đổi góc mở bướm ga

Điện áp của cảm biến TP khi không tải thường chiếm khoảng 10% điện áp tối đa khi bướm ga mở hoàn toàn, nhưng có thể dao động từ 0,3V đến 1,2V tùy thuộc vào từng hãng và dòng xe.

Hình 2 24: Sơ đồ mạch cảm biến bướm ga không có tiếp điểm

Dưới đây là bảng thông số về sự thay đổi điện áp theo góc mở bướm ga của

Góc mở bướm ga (độ) Điện áp (V)

Bảng 2 7: Điện áp của TPS ứng với góc mở bướm ga [3]

2.2.1.2 Cảm biến vị trí bướm ga kiểu phần tử Hall

Hiện nay trên các dòng xe đời mới thường sử dụng cảm biến vị trí bướm ga kiểu Hall

Hình 2 25: Cảm biến vị trí bướm ga kiểu Hall

Trục bướm ga được trang bị hai nam châm, trong khi nắp cảm biến sử dụng hai IC Hall Khi ở chế độ cầm chừng, khoảng cách giữa nam châm và IC Hall là lớn nhất Khi bướm ga mở ra, nam châm di chuyển gần hơn tới IC Hall, làm cho từ trường tác động mạnh mẽ hơn.

IC Hall càng lớn làm điện áp sinh ra càng lớn Vì vậy, khi tăng ga thì tín hiệu điện áp tăng theo

Hình 2 26: Sơ đồ mạch của cảm biến bướm ga loại phần tử Hall

Tại mọi vị trí góc mở bướm ga, hai tín hiệu VTA1 và VTA2 cần cách nhau một giá trị điện áp chuẩn được lập trình cho ECU Điều này cho phép ECU so sánh và phát hiện lỗi từ tín hiệu đầu ra của hai tín hiệu này.

Cảm biến TPS không có tiếp điểm bền hơn so với loại có tiếp điểm, do không có ma sát giữa con trượt và dải điện trở.

Quy trình kiểm tra TPS bằng đồng hồ vạn năng:

BƯỚC 1: Kết nối dây đồng hồ màu đỏ với dây tín hiệu VTA và dây đồng hồ màu đen với chân E2 của cảm biến TPS

Hình 2 27: Đo cảm biến TPS

BƯỚC 2: Bật khóa điện ở vị trí ON (không nổ máy), nhấn bàn đạp ga từ từ đến hết chân ga

Theo dõi giá trị điện áp trên đồng hồ từ 0V đến 5V Nếu giá trị này vượt quá giới hạn cho phép của nhà sản xuất, điều đó cho thấy TPS đang gặp lỗi.

Hình 2 28: Đo cảm biến TPS trên đồng hồ 2.2.2 Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APPS):

Hiện nay, các dòng xe đời mới sử dụng bướm ga điện tử được trang bị cảm biến vị trí bàn đạp ga (Accelerator Pedal Position Sensor - APPS), thay thế cho hệ thống dây cáp kéo bướm ga kiểu cổ điển.

Hình 2 29: Cảm biến vị trí bàn đạp ga – APPS

 Vị trí lắp đặt: APPS được đặt tại cụm chân ga của tài xế

APPS là thiết bị dùng để đo độ mở của bàn đạp ga khi tài xế tác động Tín hiệu từ APPS sẽ được gửi đến ECU, cho phép ECU điều khiển mô tơ mở bướm ga tương ứng với độ mở của bàn đạp ga.

 Với động cơ phun dầu điện tử Common Rail thì tín hiệu từ APPS truyền về ECU và ECU sử dụng nó để điều khiển lượng phun nhiên liệu

Hộp số tự động trên xe sử dụng tín hiệu từ cảm biến vị trí bàn đạp ga để điều chỉnh thời điểm chuyển số Khi tài xế đạp ga đột ngột, ECU hộp số sẽ tự động chuyển về số thấp, giúp xe tăng tốc hiệu quả hơn.

Hầu hết các dòng xe ô tô hiện nay sử dụng hai tín hiệu vị trí góc mở bàn đạp ga để truyền thông tin đến ECU nhằm đảm bảo an toàn và độ tin cậy Đặc biệt, trên hệ thống APPS, có hai chân nguồn riêng biệt là VCPA và VCP2, khác với cảm biến TPS chỉ sử dụng một nguồn VC.

2.2.2.1 Cảm biến APPS kiểu tuyến tính

Cảm biến lưu lượng khí nạp – Air flow sensor

Hình 2.37: Cảm biến lưu lượng khí nạp

 Vị trí lắp đặt: Cảm biến lưu lượng khí nạp được đặt trên đường ống nạp, sau lọc gió và trước bướm ga

Hình 2.38: Sơ đồ vị trí cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến lưu lượng khí nạp chuyển đổi lượng không khí vào động cơ thành tín hiệu điện áp, giúp ECU xác định khối lượng không khí cần thiết Việc này cho phép ECU tính toán chính xác để điều chỉnh tải động cơ hiệu quả.

36 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM xác lượng phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa đốt cháy hỗn hợp A/F và thời điểm phun nhiên liệu

2.3.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt MAF

Hầu hết các xe đời mới đều sử dụng loại cảm biến MAF này để đo lượng không khí đi vào động cơ

Hình 2.39: Cảm biến lưu lượng khí nạp MAF 2.3.1.1 Cấu tạo:

Các thành phần chính của cảm biến MAF (Mass Air Flow Sensor) gồm:

 Mạch điều khiển điện tử

 Cảm biến nhiệt độ không khí (IAT) tích hợp

Hình 2.40: Cấu tạo cảm biến MAF 2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.41: Mạch cầu điện trở của cảm biến MAF

Khi tốc độ không khí qua cảm biến tăng, nhiệt độ trên dây Platinum giảm Để duy trì nhiệt độ ổn định, mạch điều khiển sẽ tăng cường dòng điện đi qua dây.

Trong mạch cầu điện trở này, điện áp tại hai điểm A và B bằng nhau khi [Ra+R3]*R1 = Rh*R2, khi đó transistor không dẫn điện

Khi gió đi qua cảm biến, điện trở Rh tăng lên do dây nhiệt Platinum bị nguội, dẫn đến điện áp tại điểm B giảm xuống Sự thay đổi này tạo ra chênh lệch điện áp giữa hai điểm A và B Tín hiệu này sau đó được bộ khuyếch đại xử lý để điều khiển transistor, cho phép dòng điện đi qua.

Khi dòng điện tại đây tăng lên nhờ vào Rh, dòng điện tiếp tục đi qua B và chuyển đổi thành điện áp gửi về chân VG Do đó, khi lưu lượng gió vào tăng, điện áp VG cũng tăng theo Để đảm bảo rằng kết quả đo của cảm biến MAF không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của dòng khí nạp, người ta sử dụng một nhiệt điện trở Ra có đặc tính tương tự Rh và bố trí cạnh bên Rh Khi cùng một lượng gió nhưng nhiệt độ giảm, cả Ra và Rh đều tăng, dẫn đến điện áp tại A và B được cân bằng theo một giá trị mới, đảm bảo rằng lượng gió vào không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không khí.

Khi cảm biến MAF gặp sự cố, ECU sẽ dựa vào tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga (TPS) và tín hiệu tốc độ động cơ (RPM) để điều chỉnh quá trình phun xăng và đánh lửa cho động cơ.

2.3.1.3 Chẩn đoán và kiểm tra cảm biến MAF

 Chẩn đoán với phần mềm Techstream

Để đảm bảo kết quả kiểm tra chính xác nhất, dây nhiệt Platinum của cảm biến MAF cần được làm sạch trước khi thực hiện Hãy tham khảo tài liệu kỹ thuật của từng dòng xe để nắm rõ thông số chuẩn do nhà sản xuất cung cấp.

Hình 2.42: Kiểm tra cảm biến MAF bằng phần mềm Techstream

 Kiểm tra bằng đồng hồ VOM:

Kiểm tra nguồn +B cho cảm biến MAF bằng cách sử dụng đồng hồ VOM để đo điện áp giữa chân VG và E2G Mở khóa điện mà không cần khởi động động cơ và ghi nhận giá trị điện áp trên đồng hồ Nếu điện áp khoảng 1V và khác với giá trị chuẩn, tiến hành kiểm tra mạch cảm biến; nếu giá trị trên đồng hồ khớp với điện áp chuẩn, tiếp tục theo dõi.

- Khởi động và làm nóng động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc bình thường

- Cho động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng

- Đọc giá trị điện áp của cảm biến MAF (1.6 – 2.3V)

Nếu điện áp hiển thị khác với điện áp chuẩn thì chuyển sang bước kiểm tra mạch cảm biến

Kiểm tra thông mạch cảm biến MAF: Tháo giắc của cảm biến MAF và giắc của ECM Dùng đồng hồ đo thông mạch giữa chân:

- +B với dây dương sau Relay chính: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây dương

- Mass bộ đo gió với chân mass cảm biến lưu lượng khí nạp của ECU: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây mass

- Chân VG với chân tín hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp của ECU: R ~ 0: tốt;

Sửa chữa hoặc thay thế các dây dẫn nếu kết quả kiểm tra là không tốt

Cảm biến MAF có thể được kiểm tra bằng cách cấp điện cho cảm biến, sau đó kết nối vôn kế từ chân VG và thổi gió qua cảm biến để thực hiện kiểm tra.

Hình 2.43: Kiểm tra cảm biến MAF bằng đồng hồ VOM

Các hư hỏng thường gặp của cảm biến MAF:

- Rất dễ bị đứt dây nhiệt Platinum vì nó rất mỏng

- Các chân giắc kết nối thường bị bẩn dẫn đến tiếp xúc kém

Các triệu chứng hư hỏng của cảm biến MAF:

- Khó khởi động động cơ, quá trình đốt cháy nhiên liệu không sạch

Động cơ hoạt động không ổn định có thể biểu hiện qua tốc độ không tải cao, thấp hoặc không đồng đều, đồng thời gặp phải tình trạng rung giật khi ở chế độ cầm chừng và không duy trì được tốc độ này một cách ổn định.

- Công suất động cơ giảm

- Đèn Check Engine báo sáng

41 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến MAF:

- Đáp ứng nhanh hơn với những thay đổi về tốc độ dòng khí nạp

- Độ bền cao vì không có chi tiết chuyển động

- Chi phí thay thế, sửa chữa thấp

- Kích thước nhỏ hơn so với các loại cảm biến lưu lượng khí nạp khác

- Dầu và bụi bẩn bám vào dây nhiệt, do đó làm giảm độ chính xác của cảm biến

- Dây nhiệt Platinum mỏng có thể bị hỏng nếu không được xử lý đúng cách

1 Nêu cấu tạo và chức năng của cảm biến MAF?

2 Cảm biến MAF hoạt động như thế nào?

3 Trình bày cách kiểm tra cảm biến MAF bằng đồng hồ VOM?

4 Nêu các ưu, nhược điểm của cảm biến MAF?

Cảm biến áp suất (Pressure Sensor)

Cảm biến áp suất đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường áp suất đường khí nạp, áp suất khí quyển và áp suất hơi trong thùng nhiên liệu Mặc dù vị trí và mức áp suất có sự khác biệt, nhưng nguyên lý hoạt động của chúng vẫn tương tự nhau.

Hình 2.44: Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất hoạt động dựa trên tín hiệu điện áp, được xác định từ độ uốn cong của chip silicon Độ uốn cong này tỷ lệ thuận với áp suất tác động lên chip, cho phép đo lường chính xác áp suất.

Hình 2.45: Sự thay đổi áp suất tác động lên chip silicon 2.4.1 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP)

Vị trí lắp đặt: Cảm biến áp suất đường ống nạp Manifold Absolute Pressure –

MAP được đặt sau cánh bướm ga của hệ thống nạp

Cảm biến MAP bao gồm một chip silicon được lắp đặt trong buồng chân không, trong đó mạch trên của chip tiếp xúc với buồng chân không, còn mạch dưới được kết nối với đường ống nạp để tiếp xúc với dòng khí nạp.

Hình 2.47: Cấu tạo cảm biến MAP

Cảm biến MAF chuyển đổi áp suất khí nạp thành tín hiệu điện áp, giúp ECU tính toán lưu lượng khí nạp theo thể tích Từ đó, ECU điều khiển phun nhiên liệu và đánh lửa một cách phù hợp.

Khi áp suất thay đổi, màng silicon sẽ bị biến dạng, dẫn đến sự thay đổi giá trị điện trở của các biến trở được ghép trên màng silicon đó.

Chip silicon có khả năng thay đổi độ cong theo áp suất tác động lên bề mặt, dẫn đến sự thay đổi điện trở và tín hiệu điện áp Cảm biến MAP đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu điện áp này về ECU thông qua chân PIM.

Hình 2.48: Mạch cầu của cảm biến MAP

ECU cung cấp nguồn điện 5V qua chân VC và mass của cảm biến nối với chân E2 Tín hiệu điện áp tại chân PIM là 5V khi dây PIM bị ngắt kết nối Trong chế độ cầm chừng, áp suất trong đường ống nạp thấp nhất, dẫn đến điện áp đầu ra tại chân PIM cũng thấp nhất do transistor dẫn lớn nhất Khi áp suất tác động lên cảm biến MAP tăng, tín hiệu điện áp sẽ tăng theo Nói cách khác, khi tăng ga, tín hiệu điện áp cũng tăng.

Hình 2.49: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi điện áp theo áp suất của cảm biến

Tín hiệu điện áp đầu ra của cảm biến MAP lớn nhất khi áp suất đường ống nạp có giá trị lớn nhất (khi bướm ga mở hoàn toàn)

Tín hiệu điện áp cảm biến MAP nhỏ nhất khi áp suất đường ống nạp có giá trị nhỏ nhất (ở chế độ cầm chừng)

2.4.2 Cảm biến áp suất khí quyển

Cảm biến áp suất khí quyển (Barometric Pressure Sensor) được sử dụng để đo lường sự thay đổi của áp suất không khí theo thời tiết và độ cao Khi độ cao tăng, không khí trở nên loãng hơn, dẫn đến áp suất giảm Bên cạnh đó, các yếu tố thời tiết cũng ảnh hưởng đến áp suất không khí Cảm biến này hoạt động tương tự như cảm biến MAP, nhưng chuyên dụng để đo áp suất khí quyển.

Hình 2.50: Cảm biến áp suất khí quyển 2.4.3 Cảm biến áp suất Turbine tăng áp

Cảm biến áp suất Turbine tăng áp (Turbocharging Pressure Sensor) đo áp suất tại cổ góp hút, tương tự như cảm biến MAP Tuy nhiên, khi áp suất tăng do turbine tăng áp, tín hiệu điện áp sẽ cao hơn so với động cơ hút khí tự nhiên.

Hình 2.51: Đường đặc tính của cảm biến áp suất Turbine tăng áp 2.4.4 Câu hỏi ôn tập

1 Trình bày cấu tạo và chức năng của cảm biến áp suất khí nạp – MAP?

2 Cảm biến áp suất khí nạp – MAP hoạt động như thế nào?

Cảm biến tốc độ/ vị trí (Speed/ Position Sensors)

Cảm biến vị trí và tốc độ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin cho ECU về vị trí và tốc độ của các bộ phận, cũng như sự thay đổi tốc độ của chúng Các loại cảm biến này bao gồm cảm biến vị trí trục cam (cảm biến G), cảm biến vị trí trục khuỷu (cảm biến NE) và cảm biến tốc độ xe, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong hệ thống điều khiển.

Hình 2.52: Một số cảm biến tốc độ/ vị trí 2.5.1 Kiểu điện từ (Inductive sensor)

- Cuộn dây quấn quanh lõi thép

- Nam châm vĩnh cữu định hướng cho đường sức từ đi qua cuộn dây

Hình 2.53: Cảm biến kiểu điện từ

Khi rotor quay làm cho các đường sức từ đi qua cuộn dây thay đổi và sinh ra dòng điện cho cảm biến gửi về ECU

Khi rotor quay càng nhanh thì từ thông thay đổi càng lớn, dòng điện sinh ra càng lớn và tần số càng cao

Mỗi răng trên rotor tạo ra một xung, và ECU sẽ xác định tốc độ cần đo dựa trên số xung điện áp thu được Số xung điện áp sinh ra trong một giây được gọi là tần số tín hiệu.

Khoảng cách giữa rotor và cuộn cảm ứng điện từ ảnh hưởng lớn đến độ mạnh của tín hiệu; khi chúng xa nhau, tín hiệu sẽ yếu hơn Cảm biến này sản sinh ra điện áp xoay chiều (AC) mà không cần nguồn điện bên ngoài Nó được thiết kế với hai dây dẫn để truyền tải điện áp AC đến ECU, với dây được xoắn và bọc bảo vệ để ngăn chặn nhiễu điện gây ảnh hưởng đến tín hiệu.

2.5.2 Kiểu phần tử từ trở (MRE – Magnetic Resistance Element):

- Bộ so sánh tín hiệu

Hình 2.54: Cảm biến kiểu MRE

Cảm biến này cần nguồn điện để hoạt động, với phần tử từ trở điều chỉnh điện trở theo sự biến đổi của cường độ từ trường Mạch chuyển đổi sẽ biến tín hiệu sóng điện áp AC thành tín hiệu số.

Hình 2.55: Mạch cảm biến kiểu MRE và tín hiệu đầu ra

Khi rotor quay, sự thay đổi từ trường do mỗi răng khía gây ra ảnh hưởng đến từ trở của MRE Sự thay đổi điện trở này làm biến đổi điện áp cung cấp cho MRE, tạo ra tín hiệu sóng Mạch bên trong sẽ chuyển đổi tín hiệu sóng này thành tín hiệu điện áp kỹ thuật số và gửi về ECU qua chân tín hiệu VV1+.

Hình 2.56: Tín hiệu được chuyển từ dạng sóng sang dạng xung vuông

2.5.3 So sánh hai loại cảm biến vị trí/ tốc độ (Pick-up Coil và MRE)

Cảm biến MRE hoạt động bằng nguồn điện từ ECM, cho phép tạo ra tín hiệu chính xác ngay cả ở tốc độ quay rất thấp Bên trong cảm biến, mạch chuyển đổi tín hiệu sóng thành tín hiệu số đã được tích hợp.

Cảm biến cuộn dây cảm ứng điện từ hoạt động dựa vào tốc độ quay của thành phần đo để tạo ra cường độ tín hiệu, tuy nhiên, tín hiệu có thể yếu hoặc không tồn tại ở tốc độ quay thấp Do đó, ECM cần tích hợp mạch chuyển đổi tín hiệu sóng thành tín hiệu số để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Cảm biến loại cuộn dây cảm ứng điện từ có hai dây tín hiệu đi về ECM, còn cảm biến loại MRE có ba dây

Hình 2.57: Tín hiệu đầu ra của cảm biến kiểu MRE và kiểu điện từ 2.5.4 Kiểu quang

Cảm biến quang bao gồm một đĩa kim loại mỏng gắn với trục rotor, cùng với một bộ cảm biến được bố trí trong delco Hệ thống quang học của cảm biến này có hai đèn LED nằm ở phía trên đĩa và hai đi-ốt quang ở phía dưới, tương ứng với các rãnh trong và ngoài của đĩa.

Hình 2 58 Cảm biến kiểu quang a: Đĩa cảm biến và 2 xung đơn G và Ne b: Đĩa cảm biến và xung kép NE và TDC

Khi có nguồn điện, các đèn LED sẽ phát sáng Khi đĩa quay, các rãnh trên đĩa sẽ chắn hoặc cho phép ánh sáng đi qua, chiếu tới các đi-ốt.

Khi đi-ốt quang nhận ánh sáng, nó cho phép dòng điện từ nguồn 5V chảy ngược qua đi-ốt đến bộ khuếch đại OpAmp, từ đó OpAmp sẽ cung cấp điện áp 5V cho ECU.

Khi đĩa chắn ánh sáng, đi-ốt không nhận được ánh sáng từ led nên nó ngưng dẫn, do vậy điện áp cung cấp về ECU từ OpAmp là 0V

Tín hiệu gửi về ECU từ cảm biến có dạng xung vuông

Trong một chu kỳ hoạt động của động cơ, nếu đĩa cảm biến có 360 rãnh cho tín hiệu Ne và 6 rãnh cho tín hiệu G, sẽ có 360 xung vuông gửi về ECU cho tín hiệu Ne và 6 xung cho tín hiệu G.

Cảm biến kiểu Hall có cấu tạo đơn giản gồm một số thành phần chính sau: rotor, nam châm và IC Hall

Hình 2 59 Cấu tạo cảm biến kiểu Hall 2.5.5.1 Nguyên lý hoạt động:

Khi IC Hall nhận nguồn điện và có từ thông đi qua, nó sẽ tạo ra tín hiệu điện áp gửi đến bộ khuếch đại OpAmp, từ đó cho ra tín hiệu điện áp cao Ngược lại, khi không có từ thông, tín hiệu điện áp từ OpAmp sẽ là 0V Tín hiệu điện áp từ IC Hall gửi về ECU sẽ có dạng xung vuông, với tần số xung phụ thuộc vào số răng cảm biến hoặc số rãnh trên đĩa quay của bộ chia điện.

2.5.6 Ứng dụng cho cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí van biến thiên

Bằng tín hiệu từ cảm biến trục cam, ECU xác định chính xác thời điểm xy-lanh số một ở thì nén Thông tin này được ECU sử dụng để điều chỉnh thời điểm phun nhiên liệu, đánh lửa và hệ thống thay đổi van biến thiên.

Cảm biến vị trí nằm gần trục cam của động cơ chữ V, với mỗi trục cam được trang bị một cảm biến riêng Trong các hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện, cảm biến này được gọi là cảm biến G và được đặt trong bộ chia điện.

Tín hiệu điện áp xoay chiều (AC) tỷ lệ thuận với tốc độ trục cam, nghĩa là khi trục cam quay nhanh hơn, tần số tín hiệu cũng tăng cao Trên ECU, cảm biến được ký hiệu bằng chữ G, có thể là G22 hoặc các ký hiệu khác Một số hệ thống sử dụng cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí van biến thiên để điều chỉnh góc phân phối khí.

Hình 2.60: Cảm biến vị trí trục cam (cảm biến G)

 Cảm biến vị trí trục cam VVT (Variable Valve Timing) kiểu MRE:

Cảm biến Oxy và A/F (Oxygen and A/F Sensor)

 Vị trí và chức năng của cảm biến oxy:

ECU sử dụng cảm biến O2 (cảm biến A/F) để duy trì tỉ lệ A/F (Không khí/Nhiên liệu) lý tưởng, đảm bảo hiệu quả tối ưu trong quá trình đốt cháy Tỉ lệ lý tưởng là khi toàn bộ O2 và nhiên liệu trong buồng đốt được cân bằng và đốt cháy hoàn toàn Dựa vào tín hiệu từ cảm biến O2, ECU điều chỉnh để duy trì tỉ lệ 14.7:1, tương ứng với 14.7 phần không khí cho 1 phần nhiên liệu, nhằm đạt hiệu suất đốt cháy tối ưu nhất.

Cảm biến O2 (A/F) đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tỉ lệ A/F chính xác, tối ưu hóa hiệu suất của bộ chuyển đổi xúc tác Những cảm biến này cho phép ECM điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt và theo dõi hiệu suất hoạt động của bộ chuyển đổi xúc tác.

Có nhiều loại cảm biến O2 khác nhau, nhưng có hai loại phổ biến là:

 Cảm biến O2 phạm vi nhỏ, là loại cũ nhất, còn gọi là cảm biến O2.

 Cảm biến O2 phạm vi lớn, là loại mới nhất, còn gọi là cảm biến tỉ lệ A/F

Một loại cảm biến được sử dụng hạn chế từ những năm 90, là cảm biến O2

Titania Các loại cảm biến được sử dụng tùy vào loại động cơ và năm sản xuất

Hình 2.65: Vị trí đặt cảm biến oxy trên động cơ chữ V

Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM yêu cầu xe trang bị OBD II phải có hai cảm biến oxy, bao gồm một cảm biến nằm trước và một cảm biến nằm sau bộ chuyển đổi xúc tác.

Cảm biến O2 (A/F) trước bộ chuyển đổi xúc tác được ECU sử dụng để điều chỉnh tỉ lệ A/F, được gọi là cảm biến 1 trong OBD II Đối với động cơ chữ V, cảm biến 1 dãy 1 (B1 S1) và cảm biến 1 dãy 2 (B2 S1) sẽ được phân biệt rõ ràng.

Cảm biến O2 sau bộ chuyển đổi xúc tác, được gọi là cảm biến 2, là thiết bị quan trọng mà ECU sử dụng để kiểm tra hiệu quả hoạt động của bộ chuyển đổi xúc tác Đối với xe có hai bộ chuyển đổi xúc tác, cảm biến 2 sẽ được phân chia thành cảm biến 2 dãy 1 (B1 S2) và cảm biến 2 dãy 2 (B2 S2).

Cảm biến O2 được cấu tạo từ hợp chất xúc tác Zirconia (Zirconium Dioxide), điện cực Platinum và bộ phận sưởi Thiết bị này tạo ra tín hiệu điện áp bằng cách so sánh lượng O2 trong khí thải với O2 trong khí quyển Hợp chất xúc tác Zirconia có một mặt tiếp xúc với khí thải và mặt còn lại tiếp xúc với bầu khí quyển, với mỗi bên được gắn một điện cực Platinum.

Hình 2.66: Cấu tạo cmả biến oxy đời đầu

Các điện cực platinum phát ra tín hiệu điện áp, nhưng sự ăn mòn hoặc bám bẩn trên điện cực này hoặc các phần tử zirconia có thể dẫn đến việc giảm tín hiệu điện áp.

Hình 2.67 : Cấu tạo cảm biến oxy loại siêu ổn định

Cảm biến O2 siêu ổn định được trang bị chất xúc tác phủ lên bề mặt phần tử, giúp chuyển đổi một phần nhỏ lượng H2.

Hydrogen có mặt trong khí thải, giúp cảm biến phát hiện lượng O2 với độ chính xác cao hơn Để nâng cao độ chính xác, đầu ra của cảm biến O2 siêu ổn định được đo bằng trở kháng Mạch phát hiện trở kháng được tích hợp trong ECU, trong đó trở kháng là điện trở hiệu quả trong mạch điện xoay chiều Lưu ý rằng trở kháng của mạch cảm biến này không thể đo được bằng đồng hồ VOM.

Cảm biến O2 hoạt động bằng cách tạo ra tín hiệu điện áp dựa trên sự so sánh giữa nồng độ O2 trong khí thải và khí quyển Khi nồng độ O2 trong khí thải cao, tín hiệu điện áp sẽ thấp, ngược lại, khi nồng độ O2 trong khí thải thấp, tín hiệu điện áp sẽ cao Sự chênh lệch lớn giữa nồng độ O2 trong khí thải và khí quyển dẫn đến tín hiệu điện áp cao hơn Trong điều kiện hoạt động bình thường, tín hiệu điện áp dao động từ 0.1V đến 0.9V.

Hình 2.68 : Trạng thái hoạt động của cảm biến oxy

ECU sử dụng hàm lượng O2 để xác định tỷ lệ A/F, từ đó điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu cho phù hợp Một hỗn hợp giàu sẽ tiêu thụ hầu như toàn bộ lượng nhiên liệu.

Tín hiệu điện áp của cảm biến O2 dao động từ 0.6 đến 1.0V khi hỗn hợp khí là nghèo, trong khi đó, hỗn hợp giàu chỉ tạo ra tín hiệu thấp hơn, khoảng 0.1 đến 0.4V Ở tỉ lệ A/F lý tưởng 14.7:1, tín hiệu điện áp của cảm biến O2 đạt khoảng 0.45V.

Hình 2.69: Tín hiệu điện áp cảm biến O2

Những biến đổi nhỏ trong tỉ lệ A/F có thể làm thay đổi đáng kể tín hiệu điện áp của cảm biến O2, loại cảm biến này thường được gọi là cảm biến phạm vi nhỏ Do không thể xác định chính xác mức độ thay đổi của tỉ lệ hỗn hợp A/F, ECU sẽ liên tục điều chỉnh lượng nhiên liệu, dẫn đến chu kỳ giàu hoặc nghèo.

Hình 2.70: Phạm vi tín hiệu điện áp của cảm biến Oxy

Cảm biến O2 hoạt động như một công tắc, điều chỉnh tỉ lệ A/F khi vượt qua mức lý tưởng 14.7:1 bằng cách mở hoặc đóng mạch ECM sử dụng tín hiệu này để điều chỉnh thời lượng phun nhiên liệu Để đảm bảo nhận tín hiệu chính xác, cảm biến O2 cần đạt nhiệt độ tối thiểu 400 o C Để nhanh chóng làm nóng cảm biến ở chế độ cầm chừng, nó được trang bị bộ phận sưởi tích hợp, do ECU điều khiển.

Khi nhiệt độ thấp, cảm biến O2 hoạt động như một điện trở cho đến khi đạt được mức nhiệt độ lý tưởng Sau khi đạt nhiệt độ hoạt động, cảm biến O2 chuyển đổi và hoạt động như một nguồn điện.

2.6.2.1 Cấu tạo và chức năng:

Cảm biến tỉ lệ A/F (Air/ Fuel – Không khí/ Nhiên liệu) tương tự như cảm biến

Cảm biến kích nổ

Khi hiện tượng kích nổ xảy ra trong động cơ xăng, áp suất trong xylanh tăng nhanh đột ngột gần điểm chết trên, dẫn đến sự gia tăng áp suất mạnh mẽ lên các chi tiết của động cơ.

67 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM tiết gây ra va đập, làm các chi tiết rung động mạnh, công suất và hiệu suất động cơ giảm

Cảm biến kích nổ được lắp đặt gần buồng đốt của động cơ, với số lượng phụ thuộc vào số xy lanh và cách bố trí của chúng Đối với động cơ có 4 xy lanh trở xuống, chỉ cần 1 cảm biến kích nổ, trong khi động cơ từ 6 xy lanh trở lên sẽ cần 2 cảm biến để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Có 2 loại cảm biến kích nổ: loại cộng hưởng và loại phẳng

Hình 2.77: Cảm biến kích nổ 2.7.1 Cảm biến kích nổ loại cộng hưởng

- Cảm biến kích nổ loại này được làm bằng phần tử áp điện

- Phát hiện động cơ có kích nổ và gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh góc đánh lửa

Khi hiện tượng kích nổ xảy ra, động cơ sẽ trải qua rung động mạnh và phát ra tiếng gõ, dẫn đến biến dạng của phần tử áp điện và rung tấm màng, từ đó tạo ra điện áp Tín hiệu này được gửi về ECU để điều chỉnh góc đánh lửa cho đến khi hiện tượng kích nổ không còn xảy ra.

Khi tiếng gõ càng lớn thì điện áp ở cảm biến sinh ra càng cao Điện áp lớn nhất khi động cơ kích nổ có tần số cao nhất

2.7.2 Cảm biến kích nổ loại phẳng

Cảm biến này được thiết kế với 1 tinh thể thạch anh và 1 phần tử áp điện

Hình 2.78: Cấu tạo cảm biến kích nổ loại phẳng

Phát hiện động cơ có kích nổ và gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh góc đánh lửa

Khi hiện tượng kích nổ xảy ra, tinh thể thạch anh chịu áp lực lớn và phát sinh điện áp, tín hiệu này được truyền đến ECU ECU nhận diện hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa Khi động cơ không còn kích nổ, ECU sẽ tăng góc đánh lửa trở lại.

Hình 2.80: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ 2.7.3 Kiểm tra, chẩn đoán cảm biến kích nổ

Chẩn đoán cảm biến kích nổ thường yêu cầu ngắt kết nối cảm biến và sử dụng dây nối tắt để tráo đổi vị trí cảm biến trên ECU Khi dây nối tắt được kết nối, ECU nhận diện cảm biến ở dãy 1 như cảm biến ở dãy 2.

Tiếp theo, hãy xóa DTC và kiểm tra hoạt động của động cơ Lưu lại dữ liệu DTC để phân tích Nếu DTC hiển thị cảm biến kích nổ ở dãy 1 và sau đó chuyển sang dãy 2, có khả năng cảm biến này đã bị hư hỏng Ngược lại, nếu DTC không thay đổi, thì sự cố có thể nằm ở dây dẫn hoặc ECU.

Cảm biến kích nổ có giá trị điện trở cụ thể có thể được kiểm tra bằng đồng hồ VOM Để biết thông số kỹ thuật của cảm biến kích nổ, bạn nên tham khảo hướng dẫn sửa chữa.

Hình 2.81: Tín hiệu điện áp cảm biến kích nổ 2.7.4 Câu hỏi ôn tập

1 Nêu cấu tạo và chức năng của cảm biến kích nổ loại cộng hưởng?

2 Cảm biến kích nổ loại phẳng hoạt động như thến nào?

3 Trình bày cách kiểm tra cảm biến kích nổ?

HỆ THỐNG NẠP

HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

Tiêu đề	Chuyên Đề Hệ Thống Điện Điều Khiển Động Cơ Xăng
Tác giả	Vũ Đức Thắng, Võ Anh Phi
Người hướng dẫn	ThS. Huỳnh Quốc Việt
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	182
Dung lượng	11,27 MB