Giáo trình Hệ thống điện điện tử trên ô tô: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tải

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Hệ thống điện điện tử trên ô tô: Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ; Hệ thống điều khiển làm mát động cơ; Hệ thống thông tin trên ô tô; Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu; Các hệ thống phụ.

CHO ĐỘNG CƠ ÔTÔ BÀI 8: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẤU TRÚC HỆ THỐNG, CÁC LOẠI CẢM BIẾN VÀ TÍN HIỆU ĐIỀU

KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ

MỤC TIÊU: Sau khi nghiên cứu Bài học này, học viên sẽ có khả năng:

✓ Trình bày được tổng quan về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ

✓ Trình bày được cấu tạo các loại cảm biến dùng trên ô tô

✓ Trình bày được nguyên lý làm việc của từng loại cảm biến dùng trên ô tô

✓ Phân tích được cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ

✓ So sánh được sự giống và khác nhau giữa các loại cảm biến

8.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động

cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp) Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun

liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của

hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng

thế hệ sau như KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic…

Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic – với cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu

Hình 8.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ

được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp)

Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A – ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của xe Nissan Sunny

Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – electronic spark advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – direct ignition system) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới

cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao

về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt

Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời Đó là động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection) Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi

8.2 PHÂN LOẠI VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ

8.2.1 Phân loại

Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:

❖ Loại CIS (Continuous Injection System)

Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:

- Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn

bằng cơ khí

- Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy

- Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực

phun bằng điện tử

- Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện

tử

Các hệ thống vừa nêu sử dụng trên các xe châu Âu model trước 1987 Do chúng

đã lỗi thời nên quyển sách này sẽ không đề cập đến

❖ Loại AFC (air flow controlled fuel injection)

Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện

có thể chia làm 2 loại chính:

- D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor)

- L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió

loại cánh trượt Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm…

Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 2 loại:

❖ Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm

Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), ci (central injection), Mono – Jetronic Đây là loại phun trung tâm Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp

❖ Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm

Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm) Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun

ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection) Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI - electronic fuel injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa (ESA - electronic spark advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên (TCCS - Toyota Computer Control System), Nissan gọi tên là (ECCS - Electronic Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động

Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (digital)

8.2.2 Ưu điểm của hệ thống phun xăng

- Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh

- Có thể đạt được tỉ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động

cơ

- Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga

- Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc

- Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao

- Do kim phun được bố trí gần supape hút nên dòng khí nạp trên ống góp hút

có khối lượng thấp (chưa trộn với nhiên liệu) sẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy, nhiên liệu sẽ không còn thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí

sẽ được trộn tốt hơn

8.3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ

8.3.1 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng

Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) với chủ yếu là các cảm biến; hộp ECU (electronic control unit) là bộ não của hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng…

Hình 8.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ

Điều khiển cầm chừng

INPUT (SENSORS) OUTPUT (ACTUATORS)

Hình 8.3 Sơ đờ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng

8.3.2 Khái quát về hệ thống điều khiển động cơ

8.3.2.1 Điều khiển động cơ xăng bằng máy tính

Động cơ xăng sinh cơng qua chu trình giãn nở của hỗn hợp xăng và khơng khí

Ba yếu tố chủ yếu của động cơ xăng để sinh cơng như sau:

1 Hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu tốt

2 Nén tốt

3 Đánh lửa tốt

Để đạt được 3 yếu tố này trong cùng một lúc, điều quan trọng là sự điều khiển chính xác để tạo được hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu và thời điểm đánh lửa

Hình 8.4 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hoạt động của động cơ xăng

Trước năm 1981, chỉ cĩ hệ thống điều khiển động cơ hiện cịn tờn tại là EFI (Phun nhiên liệu bằng điện tử), sử dụng máy tính để điều khiển lượng phun nhiên liệu Ngồi EFI này, bây giờ cĩ các hệ thống được điều khiển bằng máy tính, bao gờm ESA

Điều khiển hỗn hợp cầm chừng Điều khiển tốc độ cầm chừng

Hệ thống

cấp khí Cảm biến lưu lượng gió Cảm biến bướm ga ĐỘNG CƠ

ECU

Các cảm

Hệ thống cấp nhiên liệu

(Đánh lửa sớm bằng điện tử), ISC (Điều khiển tốc độ chạy không tải), các hệ thống

chẩn đoán, v.v

8.3.2.2 Quy trình điều khiển bằng máy tính

Để máy tính làm việc được thích hợp, cần có một hệ thống toàn diện bao gồm các thiết bị đầu vào và đầu ra

Trên một ô tô, các cảm biến như cảm biến nhiệt độ nước hoặc cảm biến lưu lượng khí nạp tương ứng với thiết bị đầu vào Và các bộ chấp hành như các vòi phun hoặc các IC đánh lửa tương ứng với thiết bị đầu ra ở xe Toyota, máy tính điều khiển

hệ thống được gọi là ECU (Bộ điều khiển bằng điện tử) Máy tính điều khiển động cơ được gọi là ECU động cơ (hoặc ECM*: Môđun điều khiển động cơ)

Các cảm biến, các bộ chấp hành và ECU động cơ gắn liền với các dây dẫn điện Chỉ sau khi ECU động cơ xử lý các tín hiệu vào từ các cảm biến và truyền các tín hiệu điều khiển đến các bộ chấp hành mới có thể điều khiển được toàn bộ hệ thống như là một hệ thống điều khiển bằng máy tính

ECM là thuật ngữ của SAE (Hội các kỹ sư ô tô)

Hình 8.5 Quy trình điều khiển bằng máy tính

8.3.2.3 Khái quát về hệ thống EFI (Phun nhiên liệu điện tử)

Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện các tình trạng hoạt động của động cơ và xe ô tô Theo các tín hiệu từ các cảm biến này, ECU tính toán

nhiên liệu thích hợp Trong thời gian xe chạy bình thường, ECU động cơ xác định khối lượng phun nhiên liệu để đạt được tỷ lệ không khí - nhiên liệu theo lý thuyết, nhằm đảm bảo công suất, mức tiêu thụ nhiên liệu và mức khí xả thích hợp trong cùng một lúc ở các thời điểm khác, như trong thời gian hâm nóng, tăng tốc, giảm tốc hoặc các điều kiện làm việc với tải trọng cao, ECU động cơ phát hiện các điều kiện đó bằng các cảm biến khác nhau và sau đó hiệu chỉnh khối lượng phun nhiên liệu nhằm đảm bảo một hỗn hợp không khí - nhiên liệu thích hợp nhất ở mọi thời điểm

Hình 8.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phun nhiên liệu 8.3.2.4 Khái quát về hệ thống ESA (Đánh lửa sớm bằng điện tử)

Hệ thống ESA phát hiện các điều kiện của động cơ căn cứ vào các tín hiệu do các cảm biến khác nhau cung cấp, và điều khiển các bugi đánh lửa ở thời điểm thích hợp Căn cứ vào tốc độ động cơ và tải trọng của động cơ, ESA điều khiển chính xác thời điểm đánh lửa để động cơ có thể tăng công suất, làm sạch các khí xả, và ngăn chặn kích nổ một cách có hiệu quả

Hình 8.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến góc đánh lửa 8.3.2.5 Khái quát về hệ thống ISC (điều khiển tốc độ không tải)

Hệ thống ISC điều khiển tốc độ không tải sao cho nó luôn luôn thích hợp ở các điều kiện thay đổi (hâm nóng, phụ tải điện, v.v )

Để giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu và tiếng ồn, một động cơ phải hoạt động ở tốc độ càng thấp càng tốt trong khi vẫn duy trì một chế độ chạy không tải ổn định Hơn nữa, tốc độ chạy không tải phải tăng lên để đảm bảo việc hâm nóng và khả năng làm việc thích hợp khi động cơ lạnh hoặc đang sử dụng máy điều hòa không khí

Hình 8.8 Biểu đồ điều khiển chế độ chạy không tải 8.3.2.6 Khái quát về hệ thống chẩn đoán

ECU động cơ có một hệ thống chẩn đoán

nhau Nếu nó phát hiện một sự cố với một tín hiệu vào, ECU sẽ ghi sự cố đó dưới dạng của những DTC (Mã chẩn đoán hư hỏng) và làm sáng MIL (Đèn báo hư hỏng) Nếu cần ECU có thể truyền tín hiệu của các DTC này bằng cách nhấp nháy đèn MIL hoặc hiển thị các DTC hoặc các dữ liệu khác trên màn hình của máy chẩn đoán cầm tay Các chức năng chẩn đoán phát ra các DTC và các dữ liệu về một sự cố trên một máy chẩn đoán có dạng tiên tiến và hoàn chỉnh cao của hệ thống điện tử Vì hệ thống chẩn đoán phải tuân theo các quy định của mỗi nước Các nội dung của nó sẽ thay đổi một chút ở nơi đến

Hình 8.9 Chức năng chuần đoán động cơ 8.3.3 Kiến thức cơ bản

8.3.3.1 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:

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

Hình 8.10 Sơ đồ mạch điều khiển bằng khóa điện

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

❖ 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

Hình 8.11 Sơ đồ mạch điều khiển bằng ECU 8.3.3.2 Mạch nối mát:

ECU động cơ có 3 mạch nối mát cơ bản sau đây:

(1) Nối mát để điều khiển ECU động

cơ (E1)

Cực E1 này là cực tiếp mát của ECU động cơ và thường được nối với buồng nạp khí của động cơ

(2) Nối mát cho cảm biến (E2, E21)

Các cực E2 và E21 là các cực tiếp mát của cảm biến, và chúng được nối với cực E1 trong ECU động cơ

Chúng tránh cho các cảm biến không

bị phát hiện các trị số điện áp lỗi bằng cách duy trì điện thế tiếp mát của cảm biến và điện thế tiếp mát của ECU động

cơ ở cùng một mức

(3) Nối mát để điều khiển bộ chấp hành (E01, E02)

Hình 8.12 Sơ đồ mạch nối mass

Các cực E01 và E02 là các cực tiếp mát cho bộ chấp hành, như cho các bộ chấp hành, van ISC và bộ sấy cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu Cũng giống như cực E1, E01 và E02 được nối gần buồng nạp khí của động cơ

8.3.3.3 Điện áp cực của cảm biến

Các cảm biến này biến đổi các thông tin khác nhau thành những thay đổi điện áp

mà ECU động cơ có thể phát hiện

Có nhiều loại tín hiệu cảm biến, nhưng có 5 loại phương pháp chính để biến đổi thông tin thành điện áp Hiểu đặc tính của các loại này để có thể xác định trong khi đo điện áp ở cực có chính xác hay không

❖ Dùng điện áp VC (VTA, PIM)

Một điện áp không đổi 5V (Điện áp VC) để điều khiển bộ vi xử lý ở bên trong ECU động cơ bằng điện áp của ắc quy Điện áp không đổi này, được cung cấp như nguồn điện cho cảm biến, là điện áp cực VC

Trong loại cảm biến này, một điện áp (5V) được đặt giữa các cực VC và E2 từ mạch điện áp không đổi trong ECU động cơ như trình bày trong hình minh họa Sau

đó cảm biến này thay góc mở bướm ga hoặc áp suất đường ống nạp đã được phát hiện bằng điện áp thay đổi giữa 0 và 5V để truyền tín hiệu đi

Hình 8.13 Sơ đồ mạch dùng điện áp VC

❖ Dùng một nhiệt điện trở (THW, THA)

được sử dụng trong các thiết bị như cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí nạp, để phát hiện các thay đổi của nhiệt độ

Như trình bày trong hình minh họa, điện áp được cấp vào nhiệt điện trở của cảm biến từ mạch điện áp không đổi (5V) trong ECU động cơ qua điện trở R Các đặc tính của nhiệt điện trở này được ECU động cơ sử dụng để phát hiện nhiệt độ bằng sự thay đổi điện áp tại điểm A trong hình minh họa

Khi nhiệt điện trở hoặc mạch của dây dẫn này bị hở, điện áp tại điểm A sẽ là 5V,

và khi có ngắn mạch từ điểm A đến cảm biến này, điện áp sẽ là 0V Vì vậy, ECU động

cơ sẽ phát hiện một sự cố bằng chức năng chẩn đoán

Hình 8.14 Sơ đồ mạch dùng nhiệt điện trở

❖ Dùng điện áp Bật/Tắt

+ Các thiết bị dùng công tắc (IDL, NSW) Khi điện áp bật ON và tắt OFF, làm cho cảm biến này phát hiện được tình trạng Bật/Tắt của công tắc Một điện áp 5V được ECU động cơ cấp vào công tắc này Điện áp ở cực ECU động cơ là 5V khi công tắc này Tắt OFF, và 0V khi công tắc này Bật ON ECU động cơ dùng sự thay đổi điện

áp này để phát hiện tình trạng của cảm biến

+ Các thiết bị dùng tranzito (IGF, SPD) Đây là một thiết bị dùng chuyển mạch của tranzito thay cho công tắc Như với thiết bị trên đây, việc Bật ON và Tắt OFF điện

áp được dùng để phát hiện điều kiện làm việc của cảm biến Đối với các thiết bị sử dụng công tắc, một điện áp 5V được đặt vào cảm biến từ ECU động cơ, và ECU động

cơ sử dụng sự thay đổi điện áp đầu cực khi tranzito bật ON hoặc ngắt OFF để phát hiện tình trạng của cảm biến này

Ngoài ra một số thiết bị sử dụng điện áp 12V của ắc quy

Hình 8.15 Sơ đồ mạch dùng điện áp bật/tắt

❖ Sử dụng nguồn điện khác từ ECU động cơ (STA, STP)

ECU động cơ xác định xem một thiết

bị khác đang hoạt động hay không bằng cách phát hiện điện áp được đặt vào khi một thiết bị điện khác đang hoạt động Hình minh họa thể hiện một mạch điện của đèn phanh, và khi công tắc bật ON, điện áp 12V của ắc quy được đặt vào cực ECU động cơ, và khi công tắc này bị ngắt OFF, điện áp sẽ là 0V

❖ Sử dụng điện áp do cảm biến tạo ra (G, NE, OX, KNK)

Hình 8.17 Sơ đồ mạch dùng điện áp do cảm biến tạo ra

Hình 8.16 Sơ đồ mạch dùng

nguồn điện khác từ ECU

biến này ECU động cơ sẽ xác định điều kiện hoạt động bằng điện áp và tần số của dòng điện sinh ra này

8.4 CÁC LOẠI CẢM BIẾN VÀ CÁC TÍN HIỆU

8.4.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến lưu lượng khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nó được sử dụng trong EFI kiểu L để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp Tín hiệu của khối lượng hoặc thể tích của không khí nạp được dùng để tính thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản Cảm biến lưu lượng khí nạp chủ yếu được chia thành 2 loại, các cảm biến để phát hiện khối lượng không khí nạp, và cảm biến đo thể tích không khí nạp, cảm biến đo khối lượng và cảm biến đo lưu lượng không khí nạp có các loại như sau:

8.4.1.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh trượt

Hình 8.18 Cấu tạo cảm biến kiểu cánh trượt

Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh gồm có nhiều bộ phận như thể hiện ở hình minh họa Khi không khí đi qua cảm biến lưu lượng khí nạp này từ bộ lọc khí, nó đẩy tấm đo mở ra cho đến khi lực tác động vào tấm đo cân bằng với lò xo phản hồi Chiết

áp, được nối đồng trục với tấm đo này, sẽ biến đổi thể tích không khí nạp thành một tín hiệu điện áp (tín hiệu VS) được truyền đến ECU động cơ

+ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Lượng gió vào động cơ nhiều hay ít tùy thuộc vào vị trí cánh bướm ga và tốc độ động cơ Khi gió nạp đi qua bộ đo gió từ lọc gió nó sẽ mở dần cánh đo Khi lực tác động lên cánh đo cân bằng với lực lò xo thì cánh đo sẽ đứng yên Cánh đo và điện áp

kế được thiết kế đồng trục nhằm mục đích chuyển góc mở cánh đo gió thành tín hiệu điện áp nhờ điện áp kế

+ Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng (vít chỉnh CO)

Bộ đo gió có hai mạch gió: mạch gió chính đi qua cánh đo gió và mạch gió rẽ đi qua vít chỉnh CO Lượng gió qua mạch rẽ tăng sẽ làm giảm lượng gió qua cánh đo gió, vì thế, góc mở của cánh đo gió sẽ nhỏ lại và ngược lại

Vì lượng xăng phun cơ bản phụ thuộc vào góc mở cánh đo gió, nên tỉ lệ xăng gió

có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh lượng gió qua mạch rẽ Nhờ chỉnh tỉ lệ hỗn hợp ở mức cầm chừng thông qua vít CO nên thành phần % CO trong khí thải sẽ được điều chỉnh Tuy nhiên, điều này chỉ thực hiện được ở tốc độ cầm chừng vì khi cánh đo gió

đã mở lớn, lượng gió qua mạch rẽ ảnh hưởng rất ít đến lượng gió qua mạch chính

lò xo

Hình 8.20 Sơ đồ vít điều chỉnh CO

+ Buồng giảm chấn và cánh giảm chấn

Buồng giảm chấn và cánh giảm chấn có công dụng ổn định chuyển động của cánh đo gió Do áp lực gió thay đổi, cánh đo gió sẽ bị rung, gây ảnh hưởng đến độ chính xác Để ngăn ngừa dao động cánh đo gió, người ta thiết kế một cánh giảm chấn liền với cánh đo để dập tắt độ rung

Hình 8.21 Cấu tạo buồng giảm chấn và cánh giảm chấn

+ Công tắc bơm nhiên liệu (chỉ có trên xe Toyota)

Công tắc bơm nhiên liệu được bố trí chung với điện áp kế Khi động cơ chạy, gió được hút vào nâng cánh đo gió lên làm công tắc đóng Khi động cơ ngừng, do không

cĩ lực giĩ tác động lên cánh đo làm cánh đo quay về vị trí ban đầu khiến cơng tắc hở khiến bơm xăng khơng hoạt động dù cơng tắc máy đang ở vị trí ON Các loại xe khác khơng mắc cơng tắc điều khiển bơm trên bộ đo giĩ kiểu trượt

Hình 8.22 Cơng tắc bơm nhiên liệu

+ Mạch điện

Cĩ hai loại cảm biến đo giĩ cánh trượt chỉ khác nhau về bản chất mạch điện

Loại 1: Điện áp VS tăng khi lượng khí nạp tăng chủ yếu dùng cho L-Jetronic

đời cũ Loại này được cung cấp điện áp accu 12V tại đầu VB VC cĩ điện áp khơng đổi nhưng nhỏ hơn Điện áp ở đầu VS tăng theo gĩc mở của cánh đo giĩ

Hình 8.23 Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện tăng áp

ECU so sánh điện áp accu (VB) với độ chênh điện áp giữa VC và VS để xác định lượng giĩ nạp theo cơng thức:

S C

E B V V

V V G

Nếu cực VC bị đoản mạch, lúc đĩ G tăng, ECU sẽ điều khiển lượng nhiên liệu phun cực đại, bất chấp sự thay đổi ở tín hiệu VS Điều này cĩ nghĩa là: khi động cơ ở cầm chừng, nhiên liệu được phun quá nhiều và động cơ sẽ bị ngộp xăng dẫn tới ngưng hoạt động

Nếu cực VS bị đoản mạch, VC sẽ luơn ở mức cực đại làm cho G giảm, lúc này ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu giảm đi mặc dù cĩ sự thay đổi ở tín hiệu VS

Loại 2: Điện áp VS giảm khi lượng khí nạp tăng Loại này ECU sẽ cung cấp

điện áp 5V đến cực VC Điện áp ra VS thay đổi và giảm theo gĩc mở của cánh đo

Hình 8.24 Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện tăng giảm

8.4.1.2 Kiểu dịng xốy Karman quang học

❖ Nguyên lý làm việc:

Các cảm biến loại này dựa trên hiện tượng vật lý sau:

Khi cho dịng khí đi qua một vật thể cố định khĩ chảy vịng (thanh tạo xốy - Karman Vortex) thì phía sau nĩ sẽ xuất hiện sự xốy lốc thay đổi tuần hồn được gọi

là sự xốy lốc Karman Đối với một ống dài vơ tận cĩ đường kính d, quan hệ giữa tần

số xốy lốc f và vận tốc dịng chảy V được xác định bởi số Struhall:

VS E2

VC E2

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

+ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 8.25 Cấu tạo cảm biến Karman quang

Cảm biến Karman quang có cấu tạo như trình bày trên hình, bao gồm một trụ đứng đóng vai trò của bộ tạo dòng xoáy, được đặt ở giữa dòng khí nạp Khi dòng khí

đi qua, sự xoáy lốc sẽ được hình thành phía sau bộ tạo xoáy còn gọi là các dòng xoáy Karman

Các dòng xoáy Karman đi theo rãnh hướng làm rung một gương mỏng được phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo - transistor Như vậy, tần

số đóng mở của transistor này sẽ thay đổi theo lưu lượng khí nạp Tần số f được xác định theo công thức sau:

V S.

f =

Trong đó:

V: vận tốc dòng khí d: đường kính trụ đứng S: số Struhall (S = 0,2 đối với cảm biến này) [

Hình 8.26 Sơ đồ hoạt động của cảm biến karman quang + Mạch điện

Hình 8.27 Sơ đồ mạch điện của cảm biến karman quang

Căn cứ vào tần số f, ECU sẽ xác định thể tích tương ứng của không khí đi vào các xylanh, từ đó tính ra lượng xăng phun cần thiết

Khi lượng gió vào ít, tấm gương rung ít và photo - transistor sẽ đóng mở ở tần số

f thấp Ngược lại, khi lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh và tần số f cao

8.4.1.3 Kiểu dây sấy

❖ Cấu tạo

Gió vào

ít Gương

Photo - transistor LED

Bộ tạo xoáy

Lưu lượng gió trung bình

Gió vào nhiều

VC

KS

E2 E1

ECU

Photo - transitor LED

Như trình bày ở hình minh họa, cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng rất đơn giản

Cảm biến lưu lượng khí nạp gọn và nhẹ như được thể hiện trong hình minh họa ở bên trái là loại cắm phích được đặt vào đường không khí, và làm cho phần không khí nạp chạy qua khu vực phát hiện

Hình 8.28 Cấu tạo cảm biến kiểu dây sấy

Như trình bày trong hình minh họa, một dây nóng và nhiệt điện trở, được sử dụng như một cảm biến, được lắp vào khu vực phát hiện Bằng cách trực tiếp đo khối lượng không khí nạp, độ chính xác phát hiện được tăng lên và hầu như không có sức cản của không khí nạp Ngoài ra, vì không có các cơ cấu đặc biệt, dụng cụ này có độ bền tuyệt hảo

Cảm biến lưu lượng khí nạp được thể hiện trong hình minh hoạ cũng có một cảm biến nhiệt độ không khí nạp gắn vào

❖ Hoạt động và chức năng

Như thể hiện trong hình minh họa, dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho nó

quanh dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó

sẽ tỷ lệ thuận với khối không khí nạp Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó

Trong trường hợp của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy, dòng điện này được biến đổi thành một điện áp, sau đó được truyền đến ECU động cơ từ cực VG

❖ Mạch điện bên trong

Trong cảm biến lưu lượng khí nạp thực tế, như trình bày ở hình minh họa, một dây sấy được ghép vào mạch cầu

Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau ([Ra+R3]*R1=Rh*R2)

Khi dây sấy này (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộ khuyếch đại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy (Rh)) Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy (Rh) lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn) Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm bíên lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B

Hình 8.29 Sơ mạch bên trong của cảm biến kiểu dây sấy

8.4.2 Cảm biến áp suất đường ống nạp (Cảm biến chân không)

Cảm biến áp suất đường ống nạp được dùng cho hệ thống EFI kiểu D để cảm nhận áp suất đường ống nạp Đây là một trong những cảm biến quan trọng nhất trong EFI kiểu D

❖ Cấu tạo

Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đổi điện trở Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ (hay gọi là màng ngăn) dày hơn ở hai mép ngoài (khoảng 0,25 mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025 mm) Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp Hai mặt của tấm silicon

Hình 8.30 Cấu tạo cảm biến đo áp suất đường ống nạp

❖ + Nguyên lý hoạt động:

Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi Các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone

Hình 8.31 Sơ đồ mạch điện cảm biến đo áp suất đường ống nạp

Khi màng ngăn không bị biến dạng (tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn), tất cả bốn điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện áp giữa 2 đầu cầu Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở áp điện cũng bị thay đổi và làm mất cân bằng cầu Wheastone Kết quả là giữa 2 đầu cầu sẽ có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để điều khiển mở transistor ở ngõ ra của cảm biến có cực C treo Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU

8.4.3 Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng gió Cảm biến này biến đổi góc

mở bướm ga thành điện áp, được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga (VTA)

Ngoài ra, một số thiết bị truyền một tín hiệu IDL riêng biệt Các bộ phận khác xác định nó lúc tại thời điểm chạy không tải khi điện áp VTA này ở dưới giá trị chuẩn Hiện nay, có 2 loại, loại tuyến tính và loại có phần tử Hall được sử dụng Ngoài

ra, đầu ra 2 hệ thống được sử dụng để tăng độ tin cậy

Hình 8.32 Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính 8.4.3.1 Loại tuyến tính

❖ Cấu tạo:

Loại này có cấu tạo gồm hai con trượt, ở đầu mỗi con trượt được thiết kế có các tiếp điểm cho tín hiệu cầm chừng và tín hiệu góc mở cánh bướm ga, có cấu tạo như hình

Hình 8.33 Sơ đồ mạch cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính

❖ Nguyên lý hoạt động:

Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC Khi cánh bướm ga mở,

góc mở cánh bướm ga Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng nối cực IDL với cực E2 Trên đa số các xe, trừ Toyota, cảm biến bướm ga loại biến trở chỉ

có 3 dây VC, VTA và E2 mà không có dây IDL

8.4.3.2 Loại phần tử Hall

❖ Cấu tạo

Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng Các nam châm được lắp ở trên trục bướm ga và quay cùng với bướm ga

Hình 8.34 Cấu tao cảm biến vị trí bướm ga kiểu hall

❖ Nguyên lý hoạt động:

Hình 8.34 Sơ đồ mạch cảm biến vị trí bướm ga kiểu hall

Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc, và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ các cực VTA1

và VTA2 theo mức thay đổi này Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga

Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga, mà còn sử dụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tạo đơn giản, vì thế nó không dễ bị hỏng Ngoài ra, để duy trì độ tin cậy của cảm biến này, nó phát ra các tín hiệu từ hai hệ thống có các tính chất khác nhau

❖ Hiệu ứng Hall

Hiệu ứng Hall làm độ chênh điện thế tại vị trí xảy ra dòng điện vuông góc với từ trường, khi một từ trường được đặt vuông góc với dòng điện chạy trong một dây dẫn Ngoài ra, điện áp được tạo

ra bởi độ chênh điện thế này thay đổi theo tỷ lệ với mật độ từ thông đặt vào

Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall dùng nguyên lý này để biến đổi sự thay đổi vị trí bướm ga (mở) nhằm thay đổi mật độ của từ thông để đo chính xác sự thay đ ổi của vị trí bướm ga

8.4.4 Cảm biến vị trí bàn đạp ga

Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ

Ngoài ra, để đảm bảo độ tin cậy, cảm biến này truyền các tín hiệu từ hai hệ thống

có các đặc điểm đầu ra khác nhau Có hai loại cảm biến vị trí bàn đạp ga, loại tuyến tính và loại phần tử Hall

8.4.4.1 Loại tuyến tính

Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm

ga loại tuyền tính Trong các tín hiệu từ hai hệ thống này, một là tín hiệu VPA truyền điện áp theo đường thẳng trong toàn bộ phạm vi bàn đạp ga Tín hiệu khác là tín hiệu VPA2, truyền điện áp bù từ tín hiệu VPA

Hình 8.35 Sơ đồ mạch thí

nghiệm hiệu ứng hall

Hình 8.36 Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại tuyến tính 8.4.4.2 Loại phần tử Hall

Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm

ga loại phần tử Hall

Để đảm bảo độ tin cậy cao hơn, phải cung cấp một mạch điện độc lập cho từng

hệ thống một

Hình 8.37 Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại hall

Hình 8.38 Sơ đồ mạch cảm biến vị trí bàn đạp ga loại tuyến tính

8.4.5 Các bộ tạo tín hiệu G và NE

Tín hiệu G và NE được tạo ra bởi cuộn nhận tính hiệu, bao gồm một cảm biến vị trí trục cam hoặc cảm biến vị trí trục khuỷu, và đĩa tín hiệu hoặc rôto tín hiệu Thông tin từ hai tín hiệu này được kết hợp bởi ECU động cơ để phát hiện đầy đủ góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ

Hai tín hiệu này không chỉ rất quan trọng đối với các hệ thống EFI mà còn quan trọng đối với cả hệ thống ESA

Hình 6.39 Các bộ tạo tính hiệu G và NE

❖ Loại đặt trong bộ chia điện

Như thể hiện ở hình minh họa, loại này có một rôto tín hiệu và cuộn nhận tín hiệu

Số răng của rôto và số cuộn nhận tín hiệu khác nhau tuỳ theo kiểu động cơ ECU được cung cấp các thông tin dùng làm tiêu chuẩn đó là, thông tin về góc quay của trục khuỷu là tín hiệu G, và thông tin về tốc độ động cơ là tín hiệu NE

Hình 8.40 Cấu tạo các bộ tạo tính hiệu G và NE

+ Cảm biến vị trí trục cam (bộ tạo tín hiệu G)

a) Cấu tạo:

Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng

Số răng là 1, 3 hoặc một số khác tuỳ theo kiểu động cơ (Trong hình vẽ có 3 răng)

b) Nguyên lý hoạt động:

Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G Tín hiệu G này được chuyển đi như

một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu

NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định TDC (điểm chết trên) kỳ nén của mỗi

xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa

Hình 8.41 Sơ đồ mạch điện bộ cảm biến vị trí cam

+ Cảm biến vị trí của trục khuỷu (bộ tạo tín hiệu NE)

a) Cấu tạo:

Một bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi của rôto tín hiệu NE và một khu vực có 2 răng khuyết Khu vực có 2 răng khuyết này có thể được sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu

b) Nguyên lý hoạt động:

Đối với tín hiệu G, tín hiệu NE được tạo ra bởi khe không khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu và các răng trên chu vi của rôto tín hiệu NE được lắp trên trục khuỷu Hình minh họa trình bày một bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi của rôto tín hiệu

NE và một khu vực có 2 răng khuyết Khu vực có 2 răng khuyết này có thể được sử

của chu kỳ nén hoặc TDC của kỳ xả ECU động cơ kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G

để xác định đầy đủ và chính xác góc của trục khuỷu

Ngoài loại này, một số bộ phát tín hiệu có 12, 24 hoặc một răng khác, nhưng độ chính xác của việc phát hiện góc của trục khuỷu sẽ thay đổi theo số răng Ví dụ, Loại

có 12 răng có độ chính xác về phát hiện góc của trục khuỷu là 300 CA

Hình 8.42 Sơ đồ mạch điện bộ cảm biến vị trí trục khuỷu 6.3.6 Cảm biến nhiệt độ nước / Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí nạp đã được gắn các nhiệt điện trở bên trong, mà nhiệt độ càng thấp, trị số điện trở càng lớn, ngược lại, nhiệt độ càng cao, trị số điện càng thấp Và sự thay đổi về giá trị điện trở của nhiệt điện trở này được

sử dụng để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ của nước làm mát và không khí nạp Như được thể hiện trong hình minh họa, điện trở được gắn trong ECU động cơ và nhiệt điện trở trong cảm biến này được mắc nối tiếp trong mạch điện sao cho điện áp

của tín hiệu được phát hiện bởi ECU động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này Khi nhiệt độ của nước làm mát hoặc khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở sẽ lớn, tạo nên một điện áp cao trong các tín hiệu THV và THA

Hình 8.43 Cảm biến nhiệt độ nước / Cảm biến nhiệt độ khí nạp

+ Cảm biến nhiệt độ nước

Cảm biến nhiệt độ nước đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ Khi nhiệt độ của nước làm mát động cơ thấp, phải tăng tốc độ chạy không tải, tăng thời gian phun, góc đánh lửa sớm, v.v nhằm cải thiện khả năng làm việc và để hâm nóng Vì vậy, cảm biến nhiệt độ nước không thể thiếu được đối với hệ thống điều khiển động cơ

6.3.7 Cảm biến oxy (Cảm biến O2)

Đối với chức năng làm sạch khí xả tối đa của động cơ có TWC (bộ trung hoà khí

xả 3 thành phần) phải duy trì tỷ lệ không khí-nhiên liệu trong một giới hạn hẹp xoay

trong khí xả là giàu hơn hoặc nghèo hơn tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết Cảm biến này chủ yếu được lắp trong đường ống xả, nhưng vị trí lắp và số lượng khác nhau tuỳ theo kiểu động cơ

a) Cấu tạo:

Cảm biến oxy có một phần tử làm bằng ziconi ôxit (ZrO2), đây là một loại gốm Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platin mỏng Không khí chung quanh được dẫn vào bên trong của cảm biến này, và phía ngoài của cảm biến lộ ra phía khí thải

Hình 8.44 Cấu tạo cảm biến oxy

b) Nguyên lý hoạt động:

Ở nhiệt độ cao (4000 C hay cao hơn), phần tử zirconi tạo ra một điện áp như là do

sự chênh lệch lớn giữa các nồng độ của ôxy ở phía trong và phía ngoài của phần tử zirconi này

Ngoài ra, platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữa oxy và cácbon monoxit (CO) trong khí xả Vì vậy, điều này sẽ làm giảm lượng oxy và tăng tính nhạy cảm của cảm biến Khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nghèo, phải có oxy trong khí xả sao cho chỉ có một chênh lệch nhỏ về nồng độ của oxy giữa bên trong

và bên ngoài của nguyên tố zirconi Do đó, phần tử zirconi sẽ chỉ tạo ra một điện áp thấp (gần 0V) Ngược lại, khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu giàu, hầu như không có oxy trong khí xả Vì vậy, có sự khác biệt lớn về nồng độ oxy giữa bên trong và bên

ngoài của cảm biến này để phần từ zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn (xấp xỉ 1 V) Căn cứ vào tín hiệu OX do cảm biến này truyền đến, ECU động cơ sẽ tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu để duy trì tỷ lệ không khí - nhiên liệu trung bình ở tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết Một số cảm biến oxy zirconi có các bộ sấy để sấy nóng phần từ zirconi Bộ sấy này cũng được ECU động cơ điều khiển Khi lượng không khí nạp thấp (nói khác đi, khi nhiệt độ khí xả thấp), dòng điện được truyền đến

bộ sấy để làm nóng cảm biến này

Hình 8.45 Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy 8.4.8 Cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu (A/F)

Giống như cảm biến oxy, cảm biến tỷ lệ không khí – nhiên liệu phát hiện nồng

độ oxy trong khí xả Các cảm biến oxy thông thường phải làm sao cho điện áp đầu ra

có xu hướng thay đổi mạnh tại giới hạn của tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết Khi

so sánh, cảm biến tỷ lệ không khí - nhiên liệu đặt một điện áp không thay đổi để nhận được một điện áp gần như tỷ lệ thuận với nồng độ của oxy Điều này làm tăng độ chính xác của việc phát hiện tỷ lệ không khí-nhiên liệu

Hình minh họa trình bày một cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu được hiển thị trong máy chẩn đoán cầm tay Một mạch duy trì điện áp không đổi ở các cực AF+ và AF- của ECU động cơ gắn trong đó Vì vậy, vôn kế không thể phát hiện tình trạng đầu

ra của cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu

Hình 8.46 Sơ đồ mạch điện cảm biến tỉ lệ không khí – nhiên liệu

Hãy sử dụng máy chẩn đoán này Các đặc điểm đầu ra của cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu làm nó có thể hiệu chỉnh ngay khi có sự thay đổi về tỷ lệ không khí-nhiên liệu, làm cho việc hiệu chỉnh tín hiệu phản hồi tỷ lệ không khí-nhiên liệu nhanh hơn và chính xác hơn

Giống như cảm biến oxy, cảm biến tỷ lệ không khí – nhiên liệu cũng có một bộ sấy để duy trì hiệu suất phát hiện khi nhiệt độ khí xả thấp Tuy nhiên bộ sấy của cảm biến tỷ lệ không khí - nhiên liệu cần nhiều điện hơn các bộ sấy trong các cảm biến oxy

8.4.9 Cảm biến tốc độ xe

Cảm biến tốc độ của xe phát hiện tốc độ thực của xe đang chạy

Cảm biến này truyền tín hiệu SPD và ECU động cơ sử dụng tín hiệu này chủ yếu

để điều khiển hệ thống ISC và tỷ lệ không khí - nhiên liệu trong lúc tăng tốc hoặc giảm tốc cũng như các sử dụng khác

Các loại MRE (Phần tử điện trở từ) là loại cảm biến tốc độ chính được sử dụng, nhưng hiện nay nhiều kiểu xe sử dụng tín hiệu SPD từ ECU ABS

+ Loại MRE

a) Cấu tạo

Hình 8.47 Cảm biến tốc độ xe loại MRE

Cảm biến này được lắp trong hộp số, hoặc hộp số phụ, và được dẫn động bằng bánh răng chủ động của trục thứ cấp

Như được thể hiện trong hình minh họa, cảm biến này được gắn vào và gồm có một HIC (Mạch tích hợp lai) có một MRE và các vòng từ tính

b) Hoạt động