Với sự ra đời của nhiều côngnghệ động cơ tiên tiến, có rất nhiều tính năng vượt trội được giới thiệu, trong đó hệ thống cảm biến nhiệt độ không khí nạp IAT chiếm vị trí đặc biệt.. - Cảm
TỔNG QUAN CÁC LOẠI CẢM BIỂN TRÊN Ô TÔ
Các loại cảm biến trên ô tô
Hình 1.1 Vị trí cảm biến trên ô tô
- Cảm biến vị trí – Position sensors (khoảng cách – distance / góc độ – angle): Được sử dụng để ghi lại vị trí của:
Bàn đạp ga hoặc bàn đạp phanh.
Khoảng cách và góc phun trong bơm cao áp (diesel)
Cảm biến siêu âm và radar trên ô tô giúp xác định khoảng cách từ các chướng ngại vật đến phương tiện, đồng thời hỗ trợ phát tín hiệu cho người lái Những cảm biến này thuộc loại cảm biến vị trí, cung cấp thông tin quan trọng để nâng cao an toàn khi lái xe.
- Cảm biến tốc độ & vận tốc (Speed & velocity sensors):
4 Được sử dụng để xác định:
Cảm biến lệch hướng (yaw rate sensor) là thiết bị quan trọng giúp phát hiện chuyển động quay của xe theo trục dọc, cung cấp thông tin cần thiết cho hệ thống cân bằng điện tử ESP.
- Cảm biến gia tốc (Acceleration sensors):
Cảm biến gia tốc đo lường khả năng tăng tốc của xe, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống an toàn thụ động như túi khí, dây đai an toàn và thanh cuộn Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong các hệ thống ổn định lái xe như ABS và ESP, cũng như trong việc điều khiển khung gầm.
- Cảm biến áp suất (Pressure sensors): Được sử dụng để xác định giá trị:
Áp suất hút / nạp liệu.
Áp suất nhiên liệu, Áp suất phanh.
Áp suất bình chứa dầu ( ở hệ thống ABS & trợ lực lái)
Áp suất môi chất làm lạnh (hệ thống điều hòa không khí – A/C System).
Sự thay đổi áp suất trong hộp số tự động.
- Cảm biến nhiệt độ (Temperature sensors): Được sử dụng để xác định nhiệt độ của các bộ phận:
Nhiệt độ bên trong & bên ngoài cabin.
Nhiệt độ giàn lạnh (A/C system).
Nhiệt độ nước làm mát.
Nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ.
Nhiệt độ khí trong lốp.
- Cảm biến lực & mô-men (Force & torque sensor): Được sử dụng để xác định:
Lực phanh & mô-men đánh lái
Trọng lượng của người ngồi trên xe (ARS system).
- Cảm biến lưu lượng (Flow – meters): Được sử dụng để nắm bắt yêu cầu nhiên liệu & lượng không khí được hút vào bởi động cơ.
- Cảm biến khí thải (Gas sensors):
Cảm biến khí (gas sensors) có khả năng ghi nhận các thành phần trong khí thải, như cảm biến oxy và cảm biến NOx, cũng như phát hiện hàm lượng chất độc hại có trong khí nạp hoặc nhiên liệu.
Hình 1.2 Các cảm biến trên ô tô
Một vài cảm biến dùng để cung cấp tín hiệu điều khiến động cơ
Cảm biến xung – trục khuỷu (Pulse sensor – crankshaft):
Bộ phận điều khiển có nhiệm vụ theo dõi tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu, từ đó sử dụng các giá trị này để tính toán xung phun và xung đánh lửa.
Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft position sensor):
Cảm biến vị trí trục cam được lắp đặt trên nắp máy và có chức năng quét một bánh răng vòng trên trục cam Thiết bị này giúp xác định điểm chết trên của máy số 1 hoặc các máy khác, đồng thời xác định vị trí của trục cam để đảm bảo thời điểm đánh lửa chính xác cho động cơ xăng và thời điểm phun nhiên liệu chính xác cho động cơ phun dầu điện tử Common rail.
Hình 1.4 Cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến lưu lượng khí nạp được lắp đặt giữa vỏ bộ lọc khí và ống nạp, có nhiệm vụ đo khối lượng không khí mà động cơ hút vào Thiết bị này cung cấp thông tin cần thiết để tính toán lượng nhiên liệu cần cung cấp cho động cơ, đảm bảo tỷ lệ không khí/nhiên liệu (A/F) luôn phù hợp.
Hình 1.5 Cấu tạo cảm biến khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp / Nhiệt độ bên ngoài / bên trong cabin:
Cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ đo lường nhiệt độ không khí xung quanh, cung cấp dữ liệu quan trọng để điều khiển các hệ thống như điều hòa không khí hoặc điều chỉnh hệ thống phun Vị trí lắp đặt của cảm biến được xác định dựa trên khu vực cần đo nhiệt độ không khí.
Hình 1.6 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được lắp đặt bằng cách gắn vít vào hệ thống làm mát, với đầu đo nhô vào chất làm mát để ghi nhận nhiệt độ của nó.
Bộ điều khiển sử dụng giá trị này để điều chỉnh lượng nhiên liệu được bơm vào động cơ.
Hình 1.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến vị trí bướm ga (Thortte position sensor):
Cảm biến bướm ga được gắn vào trục bướm ga để theo dõi góc mở của nó Dựa trên các giá trị thu được, thiết bị điện tử của động cơ sẽ tính toán lượng nhiên liệu cần phun, căn cứ vào nhiều yếu tố khác nhau.
Hình 1.7 Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến kích nổ (Knock sensor):
Kích nổ là hiện tượng cháy không kiểm soát trong động cơ xăng, xảy ra khi hỗn hợp hòa khí cháy trước thời điểm bugi đánh lửa, thường do nhiệt độ cao gây ra.
& áp suất cuối kì nén quá cao).
Kích nổ có thể tạo ra tiếng gõ liên tục, gây hại cho động cơ, vì vậy cần kiểm tra và điều chỉnh thường xuyên Bộ điều khiển động cơ sẽ đánh giá tín hiệu điện áp từ cảm biến kích nổ và điều chỉnh điểm đánh lửa dưới giới hạn gõ để bảo vệ động cơ.
Knock Sensor được giám sát bởi bộ điều khiển.
Hình 1.8 Cảm biến kích nổ
Cảm biến áp suất đường ống nạp (Intake pipe pressure sensor):
Có nhiệm vụ đo độ chân không của bướm ga và chuyển giá trị này đến bộ phận điều khiển động cơ dưới dạng tín hiệu điện.
– Điều này được kết hợp với giá trị của cảm biến nhiệt độ không khí để có thể tính được khối lượng không khí được hút vào.
Hình 1.9 Cảm biến áp suất đường ống nạp
Cảm biến oxy (oxy sensor):
Cảm biến oxy đo lường hàm lượng oxy còn lại trong khí thải để đảm bảo hỗn hợp đốt luôn ở mức tối ưu Thiết bị này sử dụng các nguyên tố hóa học như titan dioxide và zirconium dioxide, khi hàm lượng oxy thay đổi sẽ tạo ra sự lệch điện áp Tín hiệu này sau đó được ECU tiếp nhận và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu cho phù hợp.
Các cảm biến thuộc hệ thống điều khiển phương tiện
1 Tốc độ bánh xe (Wheel speed sensor):
Tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các hệ thống an toàn như ABS và ASR, cũng như hỗ trợ hệ thống GPS tính toán khoảng cách di chuyển Khi cảm biến này bị hỏng, nó có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của các hệ thống an toàn, gây ra nguy hiểm cho người sử dụng.
Hình 1.11 Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ đầu vào và đầu ra của hộp số tự động (AT) ghi nhận tốc độ hoạt động, giúp bộ phận điều khiển nhận tín hiệu tốc độ để tính toán và điều chỉnh áp suất dầu cho các solenoid trong quá trình sang số, từ đó quyết định tỷ số truyền động phù hợp.
Hình 1.12 Cảm biến tốc độ vào ra ở hộp số
Cảm biến khoảng cách được sử dụng để ghi nhận tốc độ lái xe, thường được gắn trên hộp số hoặc cầu Thông tin mà cảm biến thu thập là cần thiết cho đồng hồ tốc độ, hệ thống kiểm soát hành trình và kiểm soát sự truyền động.
Hình 1.13 Cảm biến khoảng cách
4 Mức dầu bôi trơn / mức nước làm mát (Engine oil level / coolant level):
Để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành và nâng cao sự thoải mái, việc theo dõi mức dầu động cơ, chất làm mát và nước rửa kính là rất quan trọng Các cảm biến mức độ sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển động cơ, từ đó kích hoạt đèn báo khi cần thiết.
Hình 1.14 Cảm biến mức nước làm nước
5 Mài mòn má phanh (Brake lining wear):
Brake Lining Wear được lắp đặt trên lớp má phanh và có mức độ mòn tương đương Khi độ mòn đạt đến ngưỡng nhất định, đèn báo sẽ sáng lên để thông báo cho người điều khiển phương tiện.
Hình 1.15 Cảm biến báo hiệu mòn của má phanh
6 Các cảm biến an toàn:
Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chức năng của các hệ thống an toàn chủ động và thụ động Nhờ vào sự phát triển vượt bậc của các cảm biến mới, khả năng của các hệ thống hỗ trợ lái xe và an toàn đã tăng đáng kể trong những năm gần đây Điều này góp phần quan trọng vào việc cải thiện độ an toàn trên đường cho người lái.
Hình 1.16 Các hiển thị của cảm biến an toàn
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP (IAT/THA)
Vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp
Hình 2.1 Vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp
Một số hình dáng và vị trí của cảm biến IAT
Hình 2.2 Hình sáng và vị trí cảm biến
IATrời IAT gắn chung MAF
Chức năng của cảm biến nhiệt độ khí nạp IAT
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được dùng để đo nhiệt độ khí nạp vào động cơ và gửi về hộp ECU để ECU thực hiện hiệu chỉnh:
Việc điều chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ không khí là rất quan trọng, vì ở nhiệt độ thấp, mật độ không khí dày đặc hơn, trong khi ở nhiệt độ cao, mật độ không khí sẽ giảm, dẫn đến lượng ô xy trong không khí cũng giảm.
Nếu nhiệt độ thấp thì ECU sẽ hiệu chỉnh tăng thời gian phun nhiên liệu.
Nếu nhiệt độ cao thì ECU sẽ hiệu chỉnh giảm thời gian phun nhiên liệu.
Điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ không khí là quan trọng, vì khi nhiệt độ khí nạp thấp, thời gian màng lửa cháy lan ra trong buồng đốt sẽ chậm hơn so với khi nhiệt độ khí nạp cao.
Nếu nhiệt độ thấp thì ECU sẽ hiệu chỉnh tăng góc đánh lửa sớm.
Nếu nhiệt độ cao thì ECU sẽ hiệu chỉnh giảm góc đánh lửa sớm.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt đông của cảm biến IAT
Cảm biến nhiệt độ khí nạp IAT (Intake Air Temperature Sensor) là một thành phần thiết yếu trong hệ thống điều khiển động cơ đốt trong, có chức năng đo nhiệt độ không khí vào động cơ Thông tin này được gửi đến ECU, giúp điều chỉnh lượng nhiên liệu phun nhằm duy trì tỷ lệ hoà khí tối ưu.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp IAT bao gồm các thành phần chính sau:
Ống dẫn khí nạp: Ống dẫn khí nạp được nối với đường ống nạp của động cơ.
Cảm biến nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ là một điện trở biến trở Điện trở của cảm biến sẽ thay đổi theo nhiệt độ của không khí.
Mạch điện tử: Mạch điện tử sẽ chuyển đổi tín hiệu điện từ cảm biến nhiệt độ thành tín hiệu điện áp
Hình 2.4 Cấu tạo cảm biến
2.4.2 Nguyên lí hoạt động của cảm biến nhiệt độ khí nạp
Khi không khí di chuyển qua ống dẫn khí nạp, nó sẽ làm mát cảm biến nhiệt độ Sự thay đổi nhiệt độ của không khí sẽ ảnh hưởng đến điện trở của cảm biến Mạch điện tử sau đó sẽ chuyển đổi tín hiệu điện từ cảm biến thành tín hiệu điện áp.
ECU nhận tín hiệu điện áp từ cảm biến để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ Khi nhiệt độ không khí tăng, điện trở của cảm biến giảm, dẫn đến ECU phun thêm nhiên liệu nhằm đảm bảo tỷ lệ hòa khí tối ưu.
Hình 2.5 Quy hình làm việc của cảm biến
Sơ hồ mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp IAT
Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện IAT
2.5.1 Sơ lược về mạch điện IAT
1 Cảm biến IAT (IAT Sensor): Là một cảm biến nhiệt độ dạng nhiệt điện trở
(thermistor) Điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ của không khí.
Khi nhiệt độ không khí tăng, điện trở giảm.
Khi nhiệt độ không khí giảm, điện trở tăng.
2 Nguồn điện áp 5V: ECM (Electronic Control Module - Bộ điều khiển điện tử) cung cấp một điện áp tham chiếu 5V đến cảm biến thông qua chân THA.
3 Mạch nối đất: Cảm biến nối đất qua chân E2 để hoàn thành mạch.
4 Tín hiệu nhiệt độ (Voltage Signal):
Điện trở của cảm biến sẽ điều chỉnh điện áp tín hiệu đưa về ECM (qua THA).
ECM đọc điện áp tín hiệu này và suy ra nhiệt độ khí nạp.
Khi không khí lạnh (nhiệt độ thấp), điện trở của cảm biến cao, điện áp tín hiệu cao.
Khi không khí nóng (nhiệt độ cao), điện trở của cảm biến thấp, điện áp tín hiệu thấp.
2.5.2 Quá trình hoạt động a) Nguồn điện áp cung cấp từ ECM:
ECM cung cấp điện áp tham chiếu ổn định (5V) thông qua một điện trở bên trong mạch.
Điện áp này đi qua nhiệt điện trở trong cảm biến IAT trước khi quay về ECM. b) Thay đổi điện trở theo nhiệt độ khí nạp:
Khi nhiệt độ khí nạp thấp, tức là không khí lạnh, điện trở của cảm biến sẽ tăng cao Điều này dẫn đến việc dòng điện chạy qua mạch giảm, khiến điện áp tín hiệu trả về cho ECM tăng lên.
Khi nhiệt độ khí nạp cao, tức là không khí nóng, điện trở của cảm biến sẽ giảm, dẫn đến dòng điện chạy qua mạch tăng lên Điều này gây ra điện áp tín hiệu trả về ECM thấp hơn.
Điện áp tín hiệu mà ECM nhận được thay đổi liên tục theo nhiệt độ của khí nạp.
ECM so sánh điện áp này với các giá trị đã được lập trình sẵn để suy ra nhiệt độ khí nạp. d) Điều chỉnh hiệu suất động cơ:
Nhiệt độ không khí lạnh, đặc biệt khi điện áp cao, dẫn đến không khí dày đặc hơn và chứa nhiều oxy hơn Để duy trì tỷ lệ hòa khí tối ưu, ECM sẽ tăng lượng nhiên liệu phun.
Nhiệt độ không khí nóng (điện áp thấp): o Không khí nóng loãng hơn, chứa ít oxy hơn. o ECM sẽ giảm lượng nhiên liệu phun.
2.5.3 Ứng dụng và lợi ích của cảm biến IAT
Giúp ECM tối ưu hóa tỷ lệ nhiên liệu và không khí để tăng hiệu suất động cơ.
Đảm bảo động cơ hoạt động ổn định trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
Giảm tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải.
Khi xe khởi động vào buổi sáng trong không khí lạnh, cảm biến IAT gửi tín hiệu điện áp cao, khiến ECM tăng lượng nhiên liệu phun để hỗ trợ động cơ dễ khởi động hơn.
Khi xe chạy lâu, nhiệt độ khí nạp tăng, tín hiệu điện áp giảm, ECM giảm nhiên liệu phun để tránh động cơ bị dư thừa nhiên liệu.
Dấu hiệu lỗi cảm biến nhiệt độ khí nạp trên ô tô
Hình 2.7 Vị trí cảm biến
Khi cảm biến nhiệt độ khí nạp ô tô gặp sự cố, tín hiệu không chính xác sẽ được truyền đến ECU, dẫn đến việc điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu không đúng Hậu quả là hỗn hợp khí có thể trở nên quá giàu hoặc quá nghèo, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất động cơ Bên cạnh đó, sự cố này cũng có thể tác động đến hoạt động của van tuần hoàn khí thải EGR, gây ra các vấn đề về khí thải và hiệu quả vận hành của xe.
Khi xảy ra sự cố này, xe sẽ có các dấu hiệu như:
Rung, giật hoặc không thể tăng tốc nhanh
Đèn check Engine sẽ tự động bật sáng mà không có ý định của người lái xe.
