Không ngừng nổ lực cải tiến và phát triển các trang thiết bị công nghệ hiện đại như là các cảm biến mới trên xe ô tô, đặc biệt ở phần động cơ nhằm mục đích đặt được hiệu suất động cơ cao
TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN OXY( OXYGEN SENSOR)
Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống
Vào những năm 1970, Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) đã ban hành các quy định nghiêm ngặt về khí thải, yêu cầu động cơ phải trang bị bộ chuyển đổi xúc tác và cảm biến oxy để đo lượng oxy trong hệ thống xả Cảm biến oxy, được phát triển bởi Công ty Robert Bosch, lần đầu tiên được sử dụng trên các ứng dụng của Volvo vào cuối những năm 1970 Những cảm biến này ban đầu chỉ có một hoặc hai dây, được làm từ zirconia và cần thời gian để đạt nhiệt độ hoạt động cần thiết, dẫn đến việc ECU phải ở chế độ vòng hở trong hơn một phút Một số nhà sản xuất ô tô đã điều chỉnh thời điểm đánh lửa để làm nóng khí thải, giúp cảm biến oxy và chất xúc tác nóng lên nhanh hơn, nhưng việc đặt cảm biến gần động cơ gây khó khăn trong việc theo dõi khí thải từ cả hai dãy động cơ.
- một nhược điểm khác của các thiết kế cảm biến ban đầu.
Hình 1.1 Người sáng lập tập đoàn Bosch- Robert Bosch
Cảm biến oxy là thiết bị nhỏ gọn, có kích thước tương đương với ngón tay trẻ em, được chế tạo từ gốm zirconia và có đế kim loại gắn vào hệ thống xả Tuy nhiên, quy trình sản xuất cảm biến oxy yêu cầu một môi trường phòng sạch vượt trội hơn nhiều so với phòng phẫu thuật trong bệnh viện Để đảm bảo chất lượng, các hệ thống thị giác công nghệ cao kết nối với máy tính được sử dụng để theo dõi từng bước trong quá trình chế tạo.
Hình 1.3 Mặt cắt ngang cảm biến oxy
Ngày nay, xe hơi hiện đại được trang bị tới tám cảm biến, trong khi những chiếc xe đầu tiên chỉ có một cảm biến duy nhất Các loại cảm biến này bao gồm cảm biến thimble, cảm biến sưởi ấm, cảm biến phẳng, titania, FLO (tắt đèn nhanh), UFLO (tắt đèn cực nhanh), băng thông rộng và tỷ lệ A/F, cho phép cải thiện hiệu suất và an toàn của xe.
Tay áo bảo vệ nhiệt đọ cao Đai ốc lục giác Khiên
Máy sưởi trong Thành phần Gốm Oxit Zirconian
Khái niệm và công dụng của cảm biến oxy
Khái niệm: Cảm biến oxy là một thiết bị điện tử có tác dụng đo nồng độ oxy còn sót lại trong khí thải của ô tô.
Cảm biến oxy có chức năng đo hàm lượng oxy thừa trong khí thải, sau đó truyền dữ liệu này đến ECU Hệ thống sẽ đánh giá nồng độ oxy và điều chỉnh lượng nhiên liệu nạp vào động cơ sao cho phù hợp với tỷ lệ không khí nạp vào.
Các đặc trung cơ bản của cảm biến oxy
Trong xu hướng ngày càng phát triển của nghành công nghiệp ô tô 4.0 trên thế giới nói riêng và Việt Nam nói chung, các hãng xe nổi tiếng như : BMW ,
Các hãng xe như HONDA, TOYOTA và FORD, từ thế kỷ XIX, đã không ngừng cải tiến công nghệ, đặc biệt là trong việc phát triển các cảm biến mới cho động cơ Một trong những công nghệ quan trọng nhất là cảm biến oxy, giúp giám sát nồng độ oxy trong khí thải Việc này không chỉ nâng cao hiệu suất và tốc độ của động cơ mà còn đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải môi trường Do đó, cảm biến oxy đã trở thành một bộ phận thiết yếu và không thể thiếu trong các ô tô hiện đại.
Nhóm em nhận thấy cảm biến oxy đóng vai trò quan trọng trong hệ thống động cơ, vì vậy chúng em quyết định khai thác đề tài này để giải thích công dụng, nguyên lý hoạt động và cấu tạo của cảm biến oxy Qua bài tiểu luận, chúng em mong muốn cung cấp cho thầy và các bạn cái nhìn sâu hơn về cách thức hoạt động của cảm biến oxy và sự ảnh hưởng của nó đến hiệu suất của động cơ.
Trong giáo trình gồm có : 5 CHƯƠNG
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN OXY( OXYGEN SENSOR)
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN
Nguyên lý làm việc của cảm biến oxy (oxygen sensor
Trong xu hướng ngày càng phát triển của nghành công nghiệp ô tô 4.0 trên thế giới nói riêng và Việt Nam nói chung, các hãng xe nổi tiếng như : BMW ,
HONDA, TOYOTA, FORD và nhiều hãng xe khác từ thế kỷ XIX đã không ngừng nỗ lực cải tiến công nghệ, đặc biệt là trong việc phát triển các cảm biến mới cho động cơ Một trong những cải tiến quan trọng là cảm biến oxy, giúp giám sát nồng độ oxy trong khí thải, từ đó nâng cao hiệu suất và tốc độ động cơ Nhờ vào những nghiên cứu này, cảm biến oxy đã trở thành thiết bị thiết yếu và không thể thiếu cho ô tô hiện đại, đồng thời góp phần quản lý tiêu chuẩn khí thải ra môi trường.
Nhóm chúng tôi nhận thấy tầm quan trọng của cảm biến oxy trong hệ thống động cơ, vì vậy đã chọn đề tài này để khai thác tối đa công dụng, nguyên lý hoạt động và cấu tạo của nó Bài tiểu luận này nhằm giúp thầy và các bạn hiểu sâu hơn về vai trò của cảm biến oxy trong việc điều chỉnh hoạt động của động cơ.
Trong giáo trình gồm có : 5 CHƯƠNG
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN OXY( OXYGEN SENSOR)
CHƯƠNG 2 : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN OXY TRÊN Ô TÔ
HỆ THỐNG CẢM BIẾN OXY TRÊN Ô TÔ
Thông số kỹ thuật của cảm biến oxy
Cảm biến oxy có 2 phần:
– Phần điện trở nung nóng: 6-13 Ω (Loại A/F sensor : 2-4 Ω) – Phần tín hiệu:
* Loại thường: ở dạng tín hiệu điện áp thay đổi –
Hình 3.5 Xung điện của cảm biến
Hình 3.6 Xung diện của cảm biến Titania
2.2V -4.2VNgược với cảm biến Oxy loại thông thường, Điện áp cảm biến A/F càng lớn thể hiện là càng nghèo, điện áp càng nhỏ là càng đậm nhiên liệu
- Xanh nước biển (blue): (+) bộ sấy.
- Trắng (white): (+) dòng điện phần tử bơm (pumping element)
- Xám (gray): (+) điện áp tín hiệu cảm biến.
- Đen (black): (-) chung cho Ip (+) và Vs (+)
Ứng dụng củ cảm biến trên ô tô
Trong xu hướng ngày càng phát triển của nghành công nghiệp ô tô 4.0 trên thế giới nói riêng và Việt Nam nói chung, các hãng xe nổi tiếng như : BMW ,
Honda, Toyota, Ford và nhiều hãng xe khác đã không ngừng nỗ lực cải tiến công nghệ động cơ từ thế kỷ XIX Họ phát triển các thiết bị hiện đại, đặc biệt là cảm biến oxy, nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ và kiểm soát khí thải ra môi trường Cảm biến oxy giúp giám sát nồng độ oxy trong khí thải, từ đó cải thiện hiệu suất và tốc độ của động cơ Điều này khiến cảm biến oxy trở thành một phần thiết yếu không thể thiếu trong các mẫu ô tô hiện đại ngày nay.
Chúng tôi nhận thấy tầm quan trọng của cảm biến oxy, vì vậy nhóm đã quyết định khai thác đề tài này để làm rõ công dụng, nguyên lý hoạt động và cấu tạo của cảm biến oxy Bài tiểu luận này nhằm giúp thầy và các bạn hiểu sâu hơn về vai trò của cảm biến oxy trong hệ thống hoạt động của động cơ.
Trong giáo trình gồm có : 5 CHƯƠNG
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN OXY( OXYGEN SENSOR)
CHƯƠNG 2 : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN OXY TRÊN Ô TÔ
CHƯƠNG 3 : HỆ THỐNG CẢM BIẾN OXY TRÊN Ô TÔ
CHƯƠNG 4 : HỆ THỐNG CẢM BIẾN OXY CỦA HÃNG TOYOTA
CHƯƠNG 5 : CÁC LỖI THƯỜNG GẶP , KIỂM TRA HỎNG HÓC , PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA , PHƯƠNG PHÁP BẢO TRÌ KIỂM TRA
Chúng em hy vọng bài tiểu luận này sẽ cung cấp cho thầy và các bạn những kiến thức chuyên môn cao và thông tin mới nhất về cảm biến oxy Nhóm em sẽ nỗ lực hết mình để hoàn thành tốt bài tiểu luận, mặc dù không thể tránh khỏi một số thiếu sót Rất mong thầy và các bạn theo dõi và góp ý để nhóm em có thể cải thiện trong những bài tiểu luận sau Xin chân thành cảm ơn.
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN OXY( OXYGEN SENSOR) 5
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống 5
1.2 Khái niệm và công dụng của cảm biến oxy 7
1.3 Phân loại Cảm biến oxy 7
1.3.1 Các loại cảm biến oxy 7
1.3.5 Loại mặt phẳng băng rộng 8
1.4 Các đặc trung cơ bản của cảm biến oxy 8
CHƯƠNG 2 : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN
2.1 Cấu tạo các bộ phận chính của cảm biến 9
2.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến oxy (oxygen sensor 9
CHƯƠNG 3 : HỆ THỐNG CẢM BIẾN OXY TRÊN Ô TÔ 13
3.1 Sơ đồ hệ thống cảm biến oxy trên xe ô tô 13
3.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến oxy 14
3.3 Vị trí của cảm biến oxy trên ô tô 16
3.4 Ứng dụng củ cảm biến trên ô tô 17
3.5 Quản lý tiêu chuẩn khí thải trên ô tô 18
3.6 So sánh với cảm biến A/F 21
3.6.1 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động trên cảm biến A/F 21
3.6.2 Sự khác nhau của cảm biến A/F với cảm biến oxy truyền thống 22
CHƯƠNG 4 : HỆ THỐNG CẢM BIẾN OXY CỦA HÃNG TOYOTA 24
4.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống 24
4.1.1 Sơ đồ cảm biến oxygen sensor TOYOTA 24
4.1.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến oxy 24
4.2 Kết cấu của các bộ phận chính 25
4.3 So Sánh với cảm biến A/F 26
4.3.1 Ưu điểm của cảm biến oxy Denso 28
4.3.2 Nhược điểm của cảm biến oxy Denso 28
4.4 Xu hướng phát triển của cảm biến oxy Denso 29
CHƯƠNG 5 : CÁC LỖI THƯỜNG GẶP , KIỂM TRA HỎNG HÓC , PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA , PHƯƠNG PHÁP BẢO TRÌ KIỂM TRA 31
5.1 Dấu hiệu nhận biết cảm biến oxy lỗi , hỏng 31
5.2 Nguyên nhân của các lỗi cảm biến oxy 32
5.3 Các kiểm tra hư hỏng cảm biến 33
5.4 Phương pháp sữa chửa thay thế cảm biến oxy 37
5.5 Kiểm tra bảo dưỡng định kì 39
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN OXY( OXYGEN
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống
Vào những năm 1970, Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) đã ban hành quy định nghiêm ngặt về khí thải, yêu cầu động cơ phải có bộ chuyển đổi xúc tác và cảm biến oxy để đo lượng oxy trong hệ thống xả Cảm biến oxy, được phát triển bởi Công ty Robert Bosch, lần đầu tiên được sử dụng trên xe Volvo vào cuối những năm 1970 Ban đầu, chúng chỉ có một hoặc hai dây và được làm từ zirconia, hoạt động dựa vào nhiệt trong hệ thống xả để đạt nhiệt độ cần thiết Tuy nhiên, thời gian chuyển đổi từ trạng thái không hoạt động sang hoạt động của cảm biến thường kéo dài hơn một phút, dẫn đến việc ECU phải ở chế độ vòng hở Một số nhà sản xuất ô tô đã điều chỉnh thời điểm đánh lửa để làm nóng khí thải, giúp cảm biến oxy và chất xúc tác nóng lên nhanh hơn, nhưng việc đặt cảm biến gần động cơ khiến khó khăn trong việc theo dõi khí thải từ cả hai dãy động cơ.
- một nhược điểm khác của các thiết kế cảm biến ban đầu.
Hình 1.1 Người sáng lập tập đoàn Bosch- Robert Bosch
Cảm biến oxy, có kích thước nhỏ như ngón tay trẻ em, được làm từ gốm zirconia và có đế kim loại gắn vào hệ thống xả Tuy nhiên, công nghệ chế tạo cảm biến này yêu cầu một môi trường phòng sạch vượt trội hơn nhiều so với phòng phẫu thuật trong bệnh viện Để theo dõi quy trình sản xuất, các hệ thống thị giác công nghệ cao kết nối với máy tính được sử dụng để giám sát từng bước.
Hình 1.3 Mặt cắt ngang cảm biến oxy
Ngày nay, các xe ô tô được trang bị từ một đến tám cảm biến, cho phép nâng cao khả năng hoạt động và an toàn Các loại cảm biến hiện đại bao gồm cảm biến thimble, cảm biến sưởi ấm, cảm biến phẳng, titania, FLO (tắt đèn nhanh), UFLO (tắt đèn cực nhanh), băng thông rộng và tỷ lệ A/F, mang lại nhiều tính năng ưu việt cho người sử dụng.
Tay áo bảo vệ nhiệt đọ cao Đai ốc lục giác Khiên
Máy sưởi trong Thành phần Gốm Oxit Zirconian
1.2 Khái niệm và công dụng của cảm biến oxy
Khái niệm: Cảm biến oxy là một thiết bị điện tử có tác dụng đo nồng độ oxy còn sót lại trong khí thải của ô tô.
Cảm biến oxy đo nồng độ oxy thừa trong khí thải và gửi dữ liệu này đến ECU Hệ thống sẽ đánh giá nồng độ oxy và điều chỉnh lượng nhiên liệu nạp vào động cơ để phù hợp với tỷ lệ không khí.
1.3 Phân loại cảm biến oxy
Hiện nay, có 2 loại cảm biến oxy thường gặp là loại nung nóng (heated) và không nung nóng (unheated).
Cảm biến nung nóng là loại cảm biến được trang bị một điện trở bên trong, có chức năng sấy nóng bộ phận cảm biến, giúp thiết bị nhanh chóng đạt nhiệt độ làm việc từ 600 - 650 độ F (315 - 343 độ C) Khi đạt được nhiệt độ này, điện trở sẽ phát sinh điện thế ngay lập tức và truyền về ECU.
Cảm biến không nung nóng (unheated) là loại cảm biến không có điện trở và cần thời gian để tự làm nóng đến nhiệt độ làm việc Khi xe mới khởi động, cảm biến này khiến lượng hòa khí nhiên liệu thấp, dẫn đến việc xe phải mất thời gian dài mới đạt được lượng hòa khí tiêu chuẩn.
1.3.1 Các loaị cảm biến oxy.
Cảm biến oxy không sưởi đang dẫn đầu trong việc kiểm soát khí thải trong tương lai Với yêu cầu nhiệt độ làm việc tối thiểu là 350 độ C, cảm biến này cần được lắp đặt gần động cơ để hoạt động hiệu quả.
Hình 3.1 Các loại cảm biến
Thời gian thay thế từ 50,000 đến 80,000 km (tối đa).
Để thuận tiện cho việc lắp đặt cảm biến oxy xa động cơ, một bộ phận sưởi đã được tích hợp trong giai đoạn phát triển tiếp theo, đảm bảo nhiệt độ hoạt động của cảm biến luôn vượt quá 350 độ C.
Thời gian thay thế: từ 100,000 đến 160,000 km (tối đa).
Cảm biến oxy 4 dây truyền tín hiệu qua một dây riêng biệt, không qua lớp vỏ bên ngoài Việc này giúp nhận diện dây dẫn bị đứt, từ đó ảnh hưởng đến việc báo tín hiệu về hộp.
Thời gian thay thế: mỗi 160,000 km (tối đa).
Cảm biến oxy mặt phẳng được thiết kế với nhiều tấm gốm và bộ phận sưởi tích hợp, cho phép đạt nhiệt độ hoạt động nhanh gấp đôi so với các thế hệ trước Nhờ vào tính năng này, chúng giúp giảm một nửa lượng khí thải trong giai đoạn khởi động lạnh.
Thời gian thay thế: mỗi 160,000 km (tối đa).
1.3.6 Loại mặt phẳng băng rộng:
Cảm biến oxy mặt phẳng băng rộng, với thiết kế 2 phần đo và 5 dây, mang lại độ chính xác cao trong việc đo lường hỗn hợp nhiên liệu giàu và nghèo Thiết bị này không chỉ thích hợp cho động cơ xăng mà còn có thể sử dụng hiệu quả trong động cơ khí gas và dầu diesel.
Thời gian thay thế: mỗi 160,000 km (tối đa).
Cảm biến oxy dùng chung đang trở thành giải pháp tối ưu cho nhiều loại xe trên thị trường hiện nay Một số mã loại cảm biến này có khả năng thay thế một lượng lớn cảm biến oxy hiện có Việc lắp đặt rất đơn giản, chỉ cần cắt dây ở vị trí chính xác và kết nối với dây zin trên xe.
Thời gian thay thế: mỗi 160,000 km (tối đa)
1.4 Đặc trưng của cảm biến oxy
- Nhỏ gọn gắn được 2 vị trí , 2 chức năng trong 1 thiết bị, nhiều loại cho người tiêu dùng, ít hư hỏng.
Hình 2.1 Hình ảnh cảm biến oxy thực tế 2.1.1 Cấu tạo phần trên
Trên thân vỏ có những lỗ nhỏ cho không khí bên ngoài tràn vào
Điện cực rắn (ZnO2 ) phần tử zinconia
Hình 2.2 cấu tạo phần dưới cảm biến oxy
2.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến oxy
Quản lý tiêu chuẩn khí thải trên ô tô
Cảm biến oxy giúp quản lý những tiêu chuẩn khí thải
Cảm biến oxy đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu, giúp giảm thiểu các loại khí thải độc hại.
Carbon monoxide (CO) là một khí độc, không màu và không mùi Khi hỗn hợp nhiên liệu chứa quá nhiều nhiên liệu so với lượng không khí cần thiết, nồng độ CO sẽ gia tăng đáng kể.
Hydrocarbon (HC) là các hợp chất hữu cơ chưa được đốt cháy hoàn toàn, thường xuất hiện trong khí thải khi tỷ lệ không khí trong hỗn hợp nhiên liệu vượt quá lượng nhiên liệu cần thiết.
Nitrogen oxides (NOx) là các hợp chất được tạo ra từ sự kết hợp của nitơ và oxy, thường hình thành ở nhiệt độ cao trong quá trình đốt cháy Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc gây ra mưa axit và hiện tượng smog, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người.
Các hạt mịn: Là những hạt vật chất rất nhỏ, có thể xâm nhập sâu vào đường hô hấp, gây ra nhiều bệnh về đường hô hấp.
3.5.1 Tiêu chuẩn khí thải Euro 5
Là tiêu chuẩn về khí thải trên các mẫu xe ô tô áp dụng từ 1/1/2022
Euro 5 quy định rất khắt khe và cụ thể về giới hạn số lượng - trọng lượng của các hạt thải ra bên ngoài Bao gồm khí carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxides (NOx), hạt bụi và các chất độc hại khác.
Các yêu cầu cụ thể của tiêu chuẩn này bao gồm:
Giới hạn chất lượng NOx là 0,18 gram/km, giảm 28% so với giới hạn của tiêu chuẩn Euro 4.
Giới hạn chất lượng hạt bụi là 0,005 gram/km, giảm 80% so với giới hạn của tiêu
Để đáp ứng tiêu chuẩn khí thải, các nhà sản xuất đã phát triển nhiều công nghệ mới như lọc khí thải bằng hạt lọc đặc biệt (DPF) và tái sử dụng khí thải (EGR), cùng với nhiều biện pháp khác nhằm giảm thiểu khí thải từ động cơ Diesel.
Việc áp dụng tiêu chuẩn khí thải Euro 5 không chỉ cải thiện chất lượng không khí mà còn giảm tác động đến sức khoẻ con người.
Hình 3.12 So sánh tiêu chuẩn khí thải với các loại nhiên liệu
Khí thải từ động cơ được xử lý hiệu quả bằng dung dịch xúc tác ure (AddBlue), được phun vào buồng xúc tác nhằm loại bỏ các chất độc hại như NOx và NO2, góp phần bảo vệ môi trường.
CO Chế độ đốt muội của hệ thống này có tác dụng:
- Giúp hệ thống xả khí thải thông thoáng
- Động cơ hoạt động ổn định
- Tăng công suất động cơ và kéo dài tuổi thọ của máy móc
- Hạn chế những chiếc xe tạo ra nhiều ô nhiễm (do hỏng, cũ)
- Tạo động lực và áp lực cho nhà sản xuất tạo ra những chiếc xe thân thiện với môi trường hơn
- Bảo vệ môi trường và sức khỏe của người sử dụng
Mặc dù nhiên liệu Diesel có chỉ số chất lượng cao, nhưng nếu hệ thống kim phun cơ hoặc kim phun điện bị bẩn, xe sẽ dễ gặp hỏng hóc Do đó, bảo dưỡng định kỳ và sử dụng đúng kỹ thuật là rất quan trọng để đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả và bền lâu.
HỆ THỐNG CẢM BIẾN OXY CỦA HÃNG TOYOTA
Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống
4.1.1 Sơ đồ của hệ thống cảm biến oxygen sensor.
Hiện nay, loại cảm biến oxy thường dùng trên xe ô tô là loại ZIRCONA và được chia thành 2 kiểu là: nung nóng và không nung nóng.
Cảm biến loại nung nóng (Heated Oxygen Sensor) sử dụng điện trở để làm nóng bộ phận cảm biến, giúp đạt nhiệt độ làm việc nhanh chóng Nhiệt độ hoạt động của cảm biến dao động trong khoảng 600 - 650 độ F (315 - 343 độ C).
Cảm biến loại không nung nóng (Unheated Oxygen Sensor) không có cơ chế hỗ trợ nung nóng, do đó cần thời gian tự làm nóng đến nhiệt độ làm việc phù hợp Điều này dẫn đến việc xe cần nhiều thời gian hơn để đạt được tỉ lệ hòa khí lý tưởng, đặc biệt khi tỉ lệ hòa khí nhiên liệu ban đầu thấp Vì vậy, việc sử dụng cảm biến này yêu cầu một khoảng thời gian nhất định để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của xe.
Hì nh 4.1 sơ đồ thực tế cảm biến oxy 4.1.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến oxy
Cảm biến oxy ô tô được lắp đặt tại ống xả để đo hàm lượng oxy trong khí thải động cơ Lượng oxy này được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp (V) và gửi liên tục đến hộp điều khiển ECU Cảm biến tiếp xúc trực tiếp với khí xả, trong khi lõi cảm biến có đường dẫn không khí từ bên ngoài vào Sự chênh lệch nồng độ oxy giữa hai bề mặt của cảm biến tạo ra điện áp từ 0,1 đến 0,9 V.
Tín hiệu điện áp gần 0V là hỗn hợp nhiên liệu đang nghèo.
Tín hiệu điện áp gần 0.9V là hỗn hợp nhiên liệu đang giàu.
Kết cấu của các bộ phận chính
Cấu tạo của cảm biến oxy:
Cảm biến oxy được trang bị bóng đèn gốm zirconium ở đầu, với mặt trong và ngoài được phủ một lớp bạch kim xốp, hoạt động như các điện cực.
Bóng đèn được thiết kế với hệ thống thông hơi, cho phép không khí bên ngoài lưu thông qua thân cảm biến Khi bóng đèn tiếp xúc với khí nóng từ khí thải, sự chênh lệch nồng độ oxy giữa bên trong bóng đèn và không khí bên ngoài sẽ kích hoạt cảm biến, tạo ra điện áp chảy qua bóng đèn.
Hình 4.3 Cấu tạo bên trong cảm biến oxy
Phân loại cảm biến oxy
Hiện nay, thường có 2 loại là loại nung nóng và không nung nóng và loại cảm biến được nhiều người dùng nhất có tên là cảm biến oxy Winner
Cảm biến nung nóng là loại cảm biến được trang bị một điện trở bên trong, giúp sấy nóng và nhanh chóng đạt nhiệt độ làm việc từ 600 đến 650 độ F (315 đến 343 độ C) Nhờ vào thiết kế này, cảm biến có khả năng ngay lập tức sản sinh điện thế và truyền tín hiệu về ECU.
Cảm biến không nung nóng (unheated) là loại cảm biến không sử dụng điện trở, mà chỉ chờ thiết bị tự nóng lên đến nhiệt độ làm việc Tuy nhiên, khuyết điểm lớn của loại cảm biến này là thời gian chờ đợi khá lâu, dẫn đến việc khi bắt đầu di chuyển, xe sẽ phải hoạt động với tỷ lệ hòa khí - nhiên liệu không đạt chuẩn.
Xu hướng phát triển của cảm biến oxy Denso
Trong xu hướng ngày càng phát triển của nghành công nghiệp ô tô 4.0 trên thế giới nói riêng và Việt Nam nói chung, các hãng xe nổi tiếng như : BMW ,
Các hãng xe như HONDA, TOYOTA và FORD từ thế kỷ XIX đã không ngừng cải tiến công nghệ, đặc biệt là trong việc phát triển các cảm biến mới cho động cơ Một trong những phát minh quan trọng là cảm biến oxy, giúp giám sát nồng độ oxy trong khí thải, từ đó nâng cao hiệu suất và tốc độ của động cơ Nhờ vào sự phát triển này, cảm biến oxy đã trở thành một thành phần thiết yếu không thể thiếu trong ô tô hiện đại, đồng thời góp phần quản lý tiêu chuẩn khí thải ra môi trường.
Nhóm em đã nhận thức được tầm quan trọng của cảm biến oxy, vì vậy chúng em quyết định chọn đề tài này để khai thác tối đa công dụng, nguyên lý hoạt động và cấu tạo của cảm biến oxy Qua bài tiểu luận này, chúng em mong muốn giúp thầy và các bạn hiểu rõ hơn về vai trò của cảm biến oxy trong hệ thống hoạt động của động cơ.
Trong giáo trình gồm có : 5 CHƯƠNG
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN OXY( OXYGEN SENSOR)
CHƯƠNG 2 : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN OXY TRÊN Ô TÔ
CHƯƠNG 3 : HỆ THỐNG CẢM BIẾN OXY TRÊN Ô TÔ
CHƯƠNG 4 : HỆ THỐNG CẢM BIẾN OXY CỦA HÃNG TOYOTA
CÁC LỖI THƯỜNG GẶP , KIỂM TRA HỎNG HÓC , PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA , PHƯƠNG PHÁP BẢO TRÌ KIỂM TRA
Dấu hiệu nhận biết cảm biến oxy lỗi , hỏng
Khi cảm biến oxy trên xe ô tô gặp sự cố, nó có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng Dưới đây là những dấu hiệu cho thấy cảm biến oxy đang bị lỗi.
Xe hao xăng trông thấy
Khi cảm biến oxy gặp sự cố, tín hiệu truyền về không chính xác, khiến hệ thống ECU không thể phân tích đúng lượng nhiên liệu nạp vào Điều này dẫn đến việc bơm nhiên liệu quá mức, gây ra tình trạng "thừa xăng".
Nếu không sớm khắc phục thì tình trạng hao xăng sẽ ngày càng tăng. Động cơ hoạt động không ổn định
Cảm biến oxy hỏng có thể làm cho động cơ hoạt động không ổn định, dẫn đến hiệu suất giảm, gây rung lắc, khó khởi động và làm giảm tốc độ xe.
Mùi xăng sống khó chịu
Mùi xăng sống rõ rệt là dấu hiệu cho thấy cảm biến oxy của ô tô có thể đang gặp vấn đề, do nhiên liệu được bơm vào buồng đốt quá nhiều trong khi lượng oxy lại ít, dẫn đến xăng bị thừa Lượng xăng dư thừa này sẽ được thải ra ngoài qua ống xả, gây ra mùi khó chịu Ngoài ra, khi đèn Check Engine sáng, điều này cũng cho thấy có lỗi xảy ra ở động cơ hoặc các bộ phận liên quan, và có khả năng cảm biến oxy bị lỗi.
Nguyên nhân của các lỗi cảm biến oxy
Sử dụng nhiên liệu kém chất lượng hoặc không tương thích có thể làm hỏng cảm biến oxy, dẫn đến khí thải độc hại và giảm tuổi thọ động cơ Điều này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất và công suất của xe mà còn làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu Ngoài ra, đứt dây điện hoặc biến dạng cảm biến cũng là nguyên nhân gây lỗi cho cảm biến oxy.
Khi xe báo lỗi, người dùng cần nhanh chóng đến các cơ sở bảo dưỡng uy tín để kiểm tra và sửa chữa Việc vệ sinh cảm biến oxy kịp thời là rất quan trọng, vì nếu để lâu có thể ảnh hưởng đến hoạt động của xe và dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng khác, làm tăng chi phí sửa chữa và thay thế.
Các kiểm tra hư hỏng cảm biến
Cảm biến oxy đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện nồng độ oxy trong khí thải, chuyển đổi thông tin này thành tín hiệu điện áp để gửi về ECU, giúp điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và không khí Khi tín hiệu của cảm biến oxy thay đổi và vượt quá giá trị tiêu chuẩn, hệ thống máy tính sẽ ghi lại lỗi vào bộ nhớ và kích hoạt đèn cảnh báo.
Khi đèn "check engine" sáng, bạn cần kiểm tra các thông số kỹ thuật của cảm biến oxy để quyết định xem có cần thay thế hay không Vấn đề có thể không chỉ nằm ở cảm biến, mà còn có thể do các chi tiết khác như đường ống chân không bị lỏng hoặc rách, hoặc giắc cắm trên cảm biến bị lỏng, ảnh hưởng đến khả năng truyền tải tín hiệu.
5.3.1 Phương pháp kiểm tra Để tự kiểm tra cảm biến oxy đơn giản tại nhà, bạn có thể sử dụng Volt kế Cách dùng như sau:
Để kiểm tra cảm biến oxy, trước tiên hãy kết nối đầu âm (-) của dây đo với sườn xe hoặc thân máy, và đầu dương (+) với đầu ra của cảm biến Khi động cơ đang nóng, mở khóa nhưng không khởi động máy Nếu điện thế từ cảm biến oxy nằm trong khoảng 0.4 – 0.45 V, thì cảm biến hoạt động bình thường.
Để kiểm tra cảm biến oxy, hãy tháo rời đầu nối của nó và kết nối với Volt kế Sau đó, nổ máy xe và tăng giảm ga Nếu điện thế dao động trong khoảng 0.5 V, cảm biến oxy vẫn hoạt động bình thường; nếu vượt quá mức này, có thể có vấn đề với cảm biến.
Kiểm tra tín hiệu ra của cảm biến khi hỗn hợp nghèo
Ngắt đường ống thông gió hộp trục khuỷu bằng van PCV trên cổ góp hút giúp tăng cường lượng không khí vào động cơ.
Kiểm tra tín hiệu ra của cảm biến là rất quan trọng; khi hỗn hợp nghèo, cảm biến sẽ hiển thị lượng oxy tăng và điện áp ra là 0.2V Nếu không nhận được tín hiệu này, có khả năng cảm biến đã bị hư hỏng.
Kết nối lại đường ống thông gió với van PCV.
Kiểm tra tín hiệu ra của cảm biến khi hỗn hợp giàu
Tháo ống hút nối với bộ lọc không khí.
Bịt đường ống này bằng một miếng vải để làm giảm lượng không khí đi vào động cơ.
Kiểm tra tín hiệu đầu ra của cảm biến là rất quan trọng; nếu hỗn hợp khí giàu, cảm biến sẽ cho thấy mức oxy giảm với điện áp ra là 0.8V Nếu không nhận được tín hiệu như vậy, có khả năng cảm biến đã bị hư hỏng.
Nối lại ống hút với bộ lọc không khí.
Để kiểm tra và sửa chữa cảm biến oxy trên ô tô một cách hiệu quả và an toàn, việc sử dụng các dụng cụ chuyên dụng là rất quan trọng Dưới đây là một số dụng cụ thường được sử dụng trong quá trình này.
Bộ dụng cụ tuýp tháo cảm biến oxy 7 chi tiết
Bộ dụng cụ này được thiết kế với các tuýp miệng chẻ đặc biệt, giúp luồn dây điện mà không làm đứt dây cảm biến Điều này mang lại sự thuận tiện trong việc tháo lắp cảm biến oxy, đặc biệt là ở những vị trí hẹp.
Cờ lê tháo cảm biến oxy có đầu lục giác 7/8" (22mm) được thiết kế đặc biệt để tháo lắp cảm biến oxy và công tắc áp suất chân không trên bộ điều khiển động cơ Thiết kế này giúp thao tác dễ dàng và đảm bảo không gây hư hại cho cảm biến.
Bộ khẩu tháo lắp cảm biến oxy 7 chi tiết
Bộ dụng cụ tháo lắp cảm biến oxy bao gồm các đầu khẩu đa dạng về kích thước và thiết kế, mang đến sự thuận tiện khi sử dụng trên đường ống Sản phẩm này tương thích với nhiều loại xe và cảm biến khác nhau, giúp người dùng dễ dàng thực hiện công việc sửa chữa.
Hình 5.6 Bộ khẩu tháo lắp cảm biến
Bộ khẩu tháo cảm biến oxy 10 chiếc
Bộ tuýp 10 đầu khẩu với kích cỡ 22mm, 27mm, 28mm, và 29mm là giải pháp hoàn hảo cho việc tháo lắp cảm biến oxy trên nhiều loại xe khác nhau Thiết kế đa dạng của bộ sản phẩm này đáp ứng nhu cầu sửa chữa chuyên nghiệp, mang lại hiệu quả cao trong công việc.
Cảo tháo cảm biến oxy Yato YT-1754
Dụng cụ Yato giúp tháo lắp cảm biến Lambda (oxy) dễ dàng, đặc biệt ở những vị trí khó tiếp cận, với thiết kế chuyên dụng đảm bảo thao tác nhanh chóng và an toàn.
Hình 5.7 Cảo tháo cảm biến.
5.4 Phương pháp sữa chửa, vệ sinh , thay thế cảm biến oxy.
5.4.1 Phương pháp vệ sinh cảm biến oxy.
Tuổi thọ cảm biến oxy phụ thuộc vào chất lượng nhiên liệu, cùng với việc vệ sinh, bảo dưỡng định kỳ của chủ xe.
Việc kiểm tra và thay thế cảm biến oxy trên ô tô là cần thiết, nên được thực hiện định kỳ từ 1 đến 2 lần mỗi năm Theo các chuyên gia, cảm biến oxy trên xe ô tô tại Việt Nam có tuổi thọ trung bình khoảng 100.000 km.
Dưới đây là các bước vệ sinh cảm biến oxy chuẩn kỹ thuật:
Bước 1 Chuẩn bị dụng cụ: Kính, găng tay, cờ lê, kích nâng ô tô, thủng chứa, xăng, bàn chải mềm…
Bước 2 Xác định vị trí cảm biến oxy: Thợ sẽ kích nâng xe và xác định vị trí cảm biến oxy.
Bước 3 Tháo cảm biến oxy: Thợ sẽ dùng WD-40 phun lên cảm ứng để bôi trơn, sau khoảng 10 phút thì tháo cảm biến oxy ra ngoài.
Bước 4 Ngâm cảm biến oxy: Cho cảm biến oxy vào thùng chứa, đổ xăng từ từ vào thùng vừa đủ che các cảm biến và ngâm qua đêm.
Bước 5 Khuấy đều: Sau khi ngâm qua đêm, tiếp tục khuấy đều hỗn hợp trong thùng 1 lần nữa.
Bước 6 Vệ sinh cảm biến: Khi bụi bẩn không biến mất, thợ sẽ dùng bàn chải mềm chải nhẹ lên cảm biến Lưu ý không chà xát quá mạnh.
5.4.2 Cách sửa lỗi cảm biến oxy
Nguyên nhân gây ra mã lỗi P0134
Cảm biến oxy đo lường lượng oxy và nhiên liệu trong ống xả, gửi thông tin về PCM để điều chỉnh chính xác mức oxy Khi PCM phát hiện cảm biến oxy hoạt động không bình thường hoặc ngừng hoạt động, mã lỗi P0134 sẽ được thông báo, với các nguyên nhân có thể bao gồm nhiều yếu tố khác nhau.
Bị lỗi mạch cảm biến.
Dây đã bị đứt hoặc không kết nối với cảm biến oxy.
Kiểm tra bảo dưỡng định kì
dài tuổi thọ, việc kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ là cần thiết Dưới đây là các bước cơ bản để thực hiện:
1 Kiểm tra cảm biến oxy:
Kết nối máy quét OBD-II với cổng chẩn đoán trên xe để đọc mã lỗi, từ đó xác định tình trạng của cảm biến oxy và phát hiện các vấn đề liên quan.
Để kiểm tra điện áp của cảm biến oxy, bạn cần sử dụng đồng hồ đo điện áp Kết nối đầu âm (-) của đồng hồ với sườn xe hoặc thân máy, và đầu dương (+) với đầu ra của cảm biến Khi động cơ nóng và khóa bật nhưng không nổ máy, nếu điện áp đo được nằm trong khoảng 0,4 – 0,45 V, điều này cho thấy cảm biến hoạt động bình thường.
2 Bảo dưỡng cảm biến oxy:
Để vệ sinh cảm biến oxy, hãy tháo cảm biến ra khỏi ống xả và kiểm tra sự hiện diện của bụi bẩn, cặn carbon hoặc rỉ sét Sử dụng dung dịch vệ sinh chuyên dụng cùng với bàn chải mềm để làm sạch nhẹ nhàng, sau đó lau khô trước khi lắp lại.
Kiểm tra dây điện và kết nối của cảm biến là rất quan trọng để đảm bảo tín hiệu truyền dẫn chính xác Cần xác định xem các dây dẫn và đầu nối có bị hỏng, đứt hoặc oxy hóa hay không Nếu phát hiện bất kỳ vấn đề nào, hãy tiến hành thay thế hoặc sửa chữa kịp thời.
3 Thay thế cảm biến oxy:
Nếu cảm biến oxy không hoạt động đúng cách hoặc bị hỏng, việc thay thế là cần thiết Hãy sử dụng cảm biến chất lượng cao và phù hợp với xe của bạn để đảm bảo hiệu suất tối ưu Việc thay thế nên được thực hiện bởi kỹ thuật viên có kinh nghiệm để đảm bảo quy trình và an toàn.
Việc kiểm tra và bảo dưỡng cảm biến oxy là rất quan trọng và nên được thực hiện định kỳ, thường trong khoảng từ 30.000 đến 50.000 km Tần suất này có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện vận hành và các khuyến cáo từ nhà sản xuất.
Sử dụng nhiên liệu chất lượng cao và bảo dưỡng hệ thống xả định kỳ để giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc cảm biến oxy.
Việc duy trì cảm biến oxy trong tình trạng tốt sẽ giúp động cơ hoạt động hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải ô nhiễm.
