Để xác định lượng khí nạp (lượng gió) đi vào xylanh trong L-Jetronic, người ta sử dụng các loại cảm biến khác nhau, nhưng ta có thể phân làm 2 kiểu: đo lưu lượng với thể tích dòng kh[r]
Trang 1BÀI 5: CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG
Mục tiêu của bài:
Học xong bài này người học có khả năng:
- Phát biểu được nhiệm vụ, cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy tính và các bộ cảm biến
- Phát biểu được hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng, phương pháp kiểm tra và bảo dưỡng Môđun điều khiển điện tử và các bộ cảm biến
- Bảo dưỡng Môđun điều khiển điện tử và các cảm biến đúng phương pháp và đúng tiêu chuẩn kỹ thuật do nhà chế tạo quy định
Nội dung của bài: Thời gian: 20 h (LT: 2h; TH: 18h)
1 Mạch nguồn
Mạch nguồn là các mạch điện cung cấp điện cho ECU của động cơ Các mạch điện này bao gồm khoá điện, rơle chính EFI, v.v
Mạch nguồn được xe ô tô sử dụng thực sự gồm có 2 loại sau đây
Loại điều khiển bằng khoá điện
Loại điều khiển bằng ECU động cơ
1.1 Loại điều khiển bằng khoá điện
Như trình bày ở hình minh họa này, sơ đồ chỉ ra loại trong đó rơle chính EFI được điều khiển trực tiếp từ khoá điện Khi bật khoá điện ON, dòng điện chạy vào cuộn dây của rơle chính EFI, làm cho tiếp điểm đóng lại Việc này cung cấp điện cho các cực + B và + B1 của ECU động cơ
Điện áp của ắc quy luôn luôn cung cấp cho cực BATT của ECU động cơ để tránh cho các mã chẩn đoán và các dữ liệu khác trong bộ nhớ của nó không bị xóa khi tắt khoá điện OFF
Hình 3.1: Loại khóa điện điều khiển
Trang 21.2 Loại điều khiển bằng ECU động cơ
Mạch nguồn trong hình minh họa là loại trong đó hoạt động của rơle chính EFI được điều khiển bởi ECU động cơ
Loại này yêu cầu cung cấp điện cho ECU động cơ trong vài giây sau sau khi tắt khoá điện OFF Do đó việc đóng hoặc ngắt của rơle chính EFI được ECU động cơ điều khiển
Khi bật khóa điện ON, điện áp của ắc quy được cấp đến cực IGSW của ECU động cơ và mạch điều khiển rơle chính EFI trong ECU động cơ truyền một tín hiệu đến cực M-REL của ECU động cơ, bật mở rơle chính EFI Tín hiệu này làm cho dòng điện chạy vào cuộn dây, đóng tiếp điểm của rơle chính EFI và cấp điện cho cực +B của ECU động cơ
Điện áp của ắc quy luôn luôn cung cấp cho cực BATT có lí do giống như cho loại điều khiển bằng khoá điện
Ngoài ra một số kiểu xe có một rơle đặc biệt cho mạch sấy nóng cảm biến tỷ lệ
không khí - nhiên liệu, yêu cầu một lượng dòng điện lớn
CHÚ Ý:
Trong các kiểu xe mà ECU động cơ điều khiển hệ thống khoá động cơ, rơle chính EFI cũng được điều khiển bởi tín hiệu của công tắc báo mở khóa
Hình 3.2: Loại ECU điều khiển
KIỂM TRA RƠ LE CHÍNH EFI
Rơ le chính EFI dạng rơ le thường mở
Bước1:
Trang 3Kiểm tra điện trở cực 3 và 4: Không liên tục
Kiểm tra điện trở cực 1 và 2: 60 - 90
Bước 2:
Cấp nguồn 12 vôn vào cực 1 và 2
Kiểm tra điện trở cực 3 và 4: R = 0
Hình 3.3: Cách kiểm tra relay chính
MẠCH ĐIỆN NGUỒN CUNG CẤP CHO ECU
Kiểu 1:
Trang 4Hình 3.4: Mạch nguồn ECU
V
Cực điện nguồn cung cấp thường xuyên cho ECU để lưu trữ các dữ liệu trong bộ nhớ ngay cả contact máy ở vị trí off
Cực E1 của ECU được nối với thân động cơ
Khi contact máy On, không có điện áp tại cực +B, +B1 của ECU Kiểm tra cầu chì EFI (15A), cầu chì IGN (7.5A) và rơ le chính EFI
Kiểu 2:
Khi contact máy ở vị trí IG, có dòng điện cung cấp cho ECU ở cực IG SW Mạch điều khiển rơ le chính cung cấp dòng điện qua cuộn dây của rơ le EFI làm tiếp điểm đóng
và có nguồn cung cấp cho ECU ở cực +B và +B1
V
Hình 3.5: Mạch nguồn ECU
Trang 5MẠCH ĐIỆN 5 VÔN
Mạch điện 5 vôn Vcc:
Cung cấp nguồn cho bộ vi xử lý
Cấp nguồn 5 vôn từ cực Vcc cho các cảm biến
Cấp nguồn 5 vôn qua điện rở cho các cảm biến
Hình 3.6: Mạch 5V
1 Hãy cung cấp điện nguồn cho ECU
2 Kiểm tra điện áp tại các cực sau
a Vcc f PIM
b THW g.VTA
c THA
d IGF
e IGT
3 Có kết luận gì?
CÁC CỰC CỦA ECU
Trang 6Quan sát sơ đồ cực của ECU và điền vào bảng sau
1 Kiểu bộ đo gió:
2 Các cực của bộ đo gió: a b c
3 Các cực cảm biến nhiệt độ nước: a b
4 Các cực cảm biến nhiệt độ không khí: a b
5 Các cực cảm biến ôxy: a
6 Các cực cảm biến tốc độ xe a
7 Các cực cảm biến vị trí bướm ga a b c:
8 Van điều khiển tốc độ cầm chừng a b
9 Điện ắc quy a
10 Ly hợp điện từ hệ thống điều hoà a
11 Contact đèn phanh a
12 Rơ le đèn kích thước a
13 Đầu kiểm tra a b c
14 Rơ le chính EFI a b
15 Igniter a b
16 Bộ chia điện a b c
17.Tín hiệu khởi động a
18 Tín hiệu contact tay số a
19 Contact điều khiển nhiên liệu a
20 ECU nối mát a b c
21 Kim phun a b
22 Đèn kiểm tra a
Trang 72 Các cảm biến tín hiệu
2.1 Cảm biến gió nạp
Công cụ dùng để đo lượng gió nạp vào động cơ Đây là một trong những cảm biến quan trọng nhất của hệ thống L- Jetronic Tín hiệu lượng gió được dùng để tính ta thời gian phun cơ bản
Bộ đo gió gồm có các kiểu sau:
Để xác định lượng khí nạp (lượng gió) đi vào xylanh trong L-Jetronic, người ta
sử dụng các loại cảm biến khác nhau, nhưng ta có thể phân làm 2 kiểu: đo lưu lượng với thể tích dòng khí (cánh trượt, Karman …) và đo lưu lượng bằng khối
lượng dòng khí (dây nhiệt)
2.1.1 Cảm biến đo gió dạng xoáy lốc (Karman):
a Nguyên lý làm việc:
Các cảm biến loại này dựa trên hiện tượng vật lý sau:
Khi cho dòng khí đi qua một vật thể cố định khó chảy vòng (thanh tạo xoáy - Karman Vortex) thì phía sau nó sẽ xuất hiện sự xoáy lốc thay đổi tuần hoàn được gọi là sự xoáy lốc Karman Đối với một ống dài vô tận
có đường kính d, quan hệ giữa tần số xoáy lốc f và vận tốc dòng chảy V
được xác định bởi số Struhall:
V
f.d
S
Trong hiệu ứng Karman nêu trên, số Struhall không đổi trong dải rộng của các số Reinolds, nên vận tốc dòng chảy hay lưu lượng khí đi qua tỉ lệ
thuận với tần số xoáy lốc f và có thể xác định V bằng cách đo f
S
f.d
Lý thuyết về sự xoáy lốc khi dòng khí đi ngang qua vật cản đã được đưa
ra bởi Struhall từ năm 1878 Nhưng mãi đến năm 1934, dụng cụ đo đầu tiên dựa trên lý thuyết này mới được chế tạo
Ngày nay có rất nhiều sáng chế trong lĩnh vực này được ứng dụng để đo lưu lượng khí nạp trong hệ thống điều khiển phun xăng, nhưng trong khuôn khổ giáo trình này chỉ khảo sát hai loại chính: loại Karman quang
và loại Karman siêu âm
Karman kiểu quang
Là loại cảm biến đo lưu lượng gió kiểu quang đo trực tiếp thể tích khí nạp So với kiểu trượt, nó có ưu điểm là nhỏ gọn và nhẹ hơn Ngoài ra, cấu trúc đường ống đơn giản sẽ giảm trở lực trên đường ống nạp
b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến Karman quang có cấu tạo như trình bày trên hình sau, bao gồm một trụ đứng đóng vai trò của bộ tạo dòng xoáy, được đặt ở giữa dòng khí
Trang 8nạp Khi dịng khí đi qua, sự xốy lốc sẽ được hình thành phía sau bộ tạo xốy cịn gọi là các dịng xốy Karman
Các dịng xốy Karman đi theo rãnh hướng làm rung một gương mỏng được phủ nhơm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo - transistor Như vậy, tần số đĩng mở của transistor này sẽ thay đổi theo lưu
lượng khí nạp Tần số f được xác định theo cơng thức sau:
d
V S.
Trong đĩ:
V: vận tốc dịng khí d: đường kính trụ đứng S: số Struhall (S = 0,2 đối với cảm biến này)
Căn cứ vào tần số f, ECU sẽ xác định thể tích tương ứng của khơng khí đi
vào các xylanh, từ đĩ tính ra lượng xăng phun cần thiết
Hình 3.16: Bộ đo giĩ kiểu Karman quang Khi lượng giĩ vào ít, tấm gương rung ít và photo - transistor sẽ đĩng mở ở
tần số f thấp Ngược lại, khi lượng giĩ vào nhiều, gương rung nhanh và tần
số f cao
Hình 3 17: Cấu tạo và dạng xung loại Karman
1 Photo - transistor
2 Đn led
3 Gương (được trng nhơm)
4 Mạch đếm dịng xốy
5 Lưới ổn định
6 Vật tạo xốy
7 Cảm bíến p suất khí trời
8 Dịng xốy
Gió vào
ít Gương
Photo - transistor LED
Bộ tạo xoáy
Lưu lượng gió trung bình
Gió vào nhiều
Trang 9Mạch điện
Hình 3.18: Mạch điện đo giĩ kiểu Karman quang
Hình 3.19: Cấu tạo cảm biến đo giĩ Karman kiểu siêu âm
Phương pháp đo giĩ
Khi dịng khí đi qua cục tạo xốy dạng cột với mặt cắt hình tam giác, nĩ
sẽ tạo ra 2 dịng xốy ngược chiều nhau: một dịng theo chiều kim đồng
hồ và dịng kia ngược chiều kim đồng hồ (dịng xốy Karman) Tần số xuất hiện dịng xốy tỉ lệ thuận với lưu lượng khí nạp tức phụ thuộc vào
độ mở của cánh bướm ga
VC
KS
E2 E1
ECU
Photo - transitor LED
Đến bướm ga
Sóng siêu âm
Loa phát
Bộ nhận
Dòng xoáy Karman
102
107
Nguồn cung cấp
10
5V
Bộ điều chỉnh Khuếch đại
Trang 10
Hình 3.20: Cách tạo xốy lốc
Khi khơng cĩ dịng khí đi qua thì cục tạo xốy khơng thể phát ra dịng xốy Karman, vì thế sĩng siêu âm được lan từ bộ phận phát sĩng (loa)
đến bộ nhận sĩng (micro) trong một thời gian cố định T được dùng làm
thời gian chuẩn để so (xem hình 6.16)
Hình 3.21: Bộ phát sĩng và dạng xung
Sĩng siêu âm khi gặp dịng xốy theo chiều kim đồng hồ đi qua sẽ truyền đến bộ nhận nhanh hơn tức thời gian để sĩng siêu âm đi qua đường kính
d của ống nạp T 1 ngắn hơn thời gian chuẩn T
Hình 3.22: Dịng khí xốy cùng chiều
sĩng siêu âm
Dịng khí ngược chiều sĩng siêu âm
Trong trường hợp sĩng siêu âm gặp dịng xốy ngược chiều kim đồng
hồ, thời gian để bộ nhận sĩng nhận được tín hiệu từ bộ phát là T 2 lớn hơn
thời gian chuẩn T
Như vậy, khi khơng khí đi vào xylanh, do các dịng xốy thuận và nghịch chiều kim đồng hồ liên tục đi qua giữa bộ phát và bộ nhận nên
Loa phát
Bộ nhận
Thời gian chuẩn
T1 T1 T1
T2 T2
Xung đã hiệu chỉnh T
Loa phát
Bộ nhận
Loa phát
Bộ nhận
Trang 11thời gian đo được sẽ thay đổi Cứ mỗi lần thời gian sĩng truyền thay đổi
từ T 2 đến T, bộ chuyển đổi sẽ phát ra 1 xung vuơng
Khi giĩ vào nhiều, sự thay đổi về thời gian sẽ nhiều hơn và bộ điều chỉnh phát xung sẽ phát ra xung vuơng với tần số lớn hơn Ngược lại, khi giĩ vào ít, ECU sẽ nhận được các xung vuơng cĩ mật độ thưa hơn Như vậy thể tích giĩ đi vào đường ống nạp tỉ lệ thuận với tần số phát xung của bộ điều chỉnh
Hình 3.23: Xung ra của bộ đo gío Karman siu m thay đổi theo
lưu lượng khí nạp
Mạch điện
Hình 3.24: Mạch điện cảm biến đo giĩ Karman siêu âm
Tín hiệu xung ra ở bộ biến đổi
modulator
Khi có nhiều không khí
đi qua T
1
T2
T
Tín hiệu xung ra ở bộ biến đổi
Khi có ít không khí đi qua
T1
T2
Bộ tạo sĩng
Bộ điều chỉnh
Bộ phát sĩng
Bộ nhận sĩng +12V
+5V
CPU
ECU
Trang 12PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA
Bộ đo gió kiểm tra lượng không khí nạp vào động cơ bằng cách dùng dòng xoáy Karman để xác định lưu lượng không khí nạp Tín hiệu KS và tín hiệu số vòng quay động cơ dùng để xác định thời gian phun cơ bản Trong bộ đo gió còn bố trí cảm biến nhiệt độ không khí nạp và cảm biến áp suất nạp
Hình 3.25: Đo gió karman quang
KIỂM TRA BỘ ĐO GIÓ KARMAN
KARMAN QUANG
TOYOTA
1 Tháo giắc gim điện đến bộ đo gió Karman
2 Xoay contact máy on
3 Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến bộ đo gió: Vc = 5 vôn
4 Kiểm tra điện áp tại cực KS: khoảng 5 vôn
5 Kiểm tra sự liên tục của cực E2 với mát
Trang 13Hình 3.26: Sơ đồ mạch điện đo gió karman quang
6 Dùng máy đo xung, kiểm tra tần số xung khi thổi không khí đi qua bộ đo gió
7 Nếu không có xung -> thay mới bộ đo gió
MITSUBISHI – NISSAN
Các cực của bộ đo gió Karman quang:
Cực 1: Nguồn 5 vôn từ ECU cung cấp cho cảm biến áp suất nạp Vcc
2: Tín hiệu cảm biến áp độ cao HAC 3: Tín hiệu KS
4: Nguồn 12 vôn cấp từ Engine control relay
5: Mát cảm biến E2
6: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí nạp THA 7: Nối với ECU
8: Không sử dụng
KIỂM TRA
1 Tháo giắc gim điện đến bộ đo gió Karman
Trang 142 Xoay contact máy on
3 Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến bộ đo gió: khoảng 12 vôn
4 Kiểm tra điện áp tại cực KS: khoảng 5 vôn
5 Kiểm tra sự liên tục của cực E2 với mát
6 Dùng máy đo xung, kiểm tra tần số xung khi thổi không khí đi qua bộ đo gió
7 Nếu không có xung -> thay mới bộ đo gió
Hình 3.27: Kiểm tra karman quang
KIỂM TRA BỘ ĐO GIÓ BẰNG LED
Hình 3.28: Kiểm tra karman quang bang led
Trang 151 Cực +B của bộ đo gió được nối với cực (+) ắc quy
2 Cực E2 nối với (-) ắc quy
3 Cực KS nối với dương ắc quy qua một led và một điện trở 1K
4 Thổi không khí qua bộ đo gió, kiểm tra sự chớp tắt liên tục của led
5 Dùng thiết bị đo xung kiểm tra tần số xung
KARMAN SIÊU ÂM
Các cực của bộ đo gió:
Cực 1: Tín hiệu KS của bộ đo gió
2: Nguồn 12 vôn cung cấp từ rơ le điều khiển động cơ
3: Nguồn 5 vôn cung cấp cho cảm biến độ cao
4: Mát cảm biến
5: Tín hiệu cảm biến độ cao HAC
6: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí nạp THA
KIỂM TRA
Hình 3.29: Karman siêu âm
1 Tháo giắc gim điện đến bộ đo gió Karman siêu âm
2 Xoay contact máy on
3 Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến bộ đo gió: khoảng 12 vôn
4 Kiểm tra điện áp tại cực KS: khoảng 5 vôn
5 Kiểm tra sự liên tục của cực E2 với mát
6 Dùng máy đo xung, kiểm tra tần số xung khi thổi không khí đi qua bộ đo gió
7 Nếu không có xung -> thay mới bộ đo gió
1
6
5
4
3
2
Trang 16KIỂM TRA BỘ ĐO GIÓ BẰNG LED
1 Cực số 2 (+B) của bộ đo gió được nối với cực (+) ắc quy
2 Cực số 4 (E2) nối với (-) ắc quy
3 Cực số 1 (KS) nối với dương ắc quy qua một led và một điện trở 1K
4 Thổi không khí qua bộ đo gió, kiểm tra sự chớp tắt liên tục của led
5 Dùng thiết bị đo xung kiểm tra tần số xung
Hình 3 30: Kiểm karman siêu âm
2.1.3 Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt (trong LH - Jetronic)
Nguyên lý của bộ đo gió kiểu nhiệt dưạ trên sự phụ thuộc của năng lượng
nhiệt W thoát ra từ một linh kiện được nung nóng bằng điện (phần tử nhiệt)
như : dây nhiệt, màng nhiệt hoặc điện trở nhiệt (thermistor) được đặt trong
dòng khí nạp vào khối lượng gió G đi qua và được tính theo công thức sau:
W K . t . Gn
Trong đó:
K: hằng số tỉ lệ
t: chênh lệch nhiệt độ giữa phần tử nhiệt và dòng khí
n: hệ số phụ thuộc vào đặc tính trao đổi nhiệt giữa phần tử nhiệt và
môi trường
Sơ đồ cảm biến đo gió dây nhiệt loại nhiệt độ không đổi được trình bày trên hình
Điện trở R H (được nung nóng) và điện trở bù nhiệt R K (làm bằng platin) được
mắc vào hai nhánh của cầu Wheatstone Cả hai điện trở này đều được đặt trên
đường ống nạp
Trang 17Khi nối các ngõ vào của khuếch đại thuật toán l (OP AMP) với đường chéo
của cầu, OP AMP1 sẽ giữ cho cầu luôn được cân bằng (có nghĩa là VA –VB = 0) bằng cách điều khiển transitor T 1 và T 2 , làm thay đổi cường độ dòng điện chảy qua cầu
Như vậy, khi có sự thay đổi lượng không khí đi qua, giá trị điện trở đo R H thay đổi làm cho cầu mất cân bằng, OP AMP1 điều chỉnh dòng qua cầu giữ cho giá
trị R H không đổi và cầu sẽ cân bằng với bất cứ vận tốc vào của dòng không
khí Tín hiệu điện thế ra của mạch đo được lấy từ R 2 có hệ số nhiệt điện trở rất nhỏ, do đó tỉ lệ thuận với dòng điện đi qua nó Tín hiệu này sau khi đi qua cầu
phân thế gồm R 3 và R 4 được đưa đến OP AMP2 giữ chức năng chuyển phát
Điện trở R 4 dùng để điều chỉnh điện thế ở ngõ ra
Hình 3.31: Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt Việc xác lập khoảng chênh lệch nhiệt độ t giữa phần tử nhiệt R H và nhiệt độ
dòng khí được điều chỉnh bởi R P Nếu t càng lớn thì độ nhạy của cảm biến càng tăng
Hình 3.32: Sự phụ thuộc của hiệu điện thế ngõ ra vào khối lượng khí nạp ở các
mức chênh lệch nhiệt độ khác nhau
R1
R2
RP R3
R4 R5
R6
R7
RK
RH
RB
T2
T1
A2
A1
+U
– U
+ U
+
ut
+
A
B
+
1
2
3
U (V)
t = 300C
t = 560C
t = 1160C