CÁC CẢM BIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
Cảm biến lượng không khí nạp (bộ đo gió)
Cảm biến lượng không khí nạp được sử dụng trên ô tô để kiểm tra khối lượng không khí nạp thực tế vào động cơ Khi không khí nạp vào đạt 14,7kg thì ECU điều khiển lượng nhiên liệu phun là 1kg (A/F,7/1)
Bộ đo gió có 5 kiểu sau đây:
− Bộ đo gió kiểu dây nhiệt hoặc màng nhiệt.
− Bộ đo gió kiểu cảm biến chân không.
− Bộ đo gió kiểu van trượt.
− Bộ đo gió kiểu Karman.
− Bộ đo gió kiểu màng nhiệt.
2.1.1 Bộ đo gió kiểu dây nhiệt (Mass Air Flow Sensor) (MAF Sensor)
Cảm biến MAF được bố trí giữa lọc gió và thân bướm ga, cảm biến này chuyển lượng không khí nạp thành tín hiệu điện áp để báo về ECU Từ tín hiệu gửi về ECU tính toán tải động cơ, tải động cơ xác định lượng nhiên liệu phun và thời điểm đánh lửa để đốt cháy hòa khí.
Bộ đo gió kiểu dây nhiệt bao gồm một nhiệt điện trở, điện trở thay đổi theo nhiệt độ, một dây nhiệt bằng platin, một mạch điều khiển điện tử và một cảm biến nhiệt độ không khí nạp.
Hình 2.2 Bộ đo gió dây nhiệt
Hình 2.3 Nguyên lý làm việc của bộ đo gió dây nhiệt
Sau khi qua lọc gió, một phần không khí nạp được dẫn đến vùng kiểm tra của dây nhiệt khi không khí đi qua dây nhiệt, làm mát dây nhiệt, điện trở của dây nhiệt giảm xuống Do đó bộ điều khiển điện tự bù nhiệt bằng cách tăng dòng điện qua dây nhiệt. Lượng không khí nạp càng tăng thì dòng điện qua dây nhiệt cũng tăng theo Bộ đo gió dây nhiệt sử dụng nguyên lý thay đổi nhiệt độ trong bộ làm nóng.
Nhiệt độ dây nhiệt được giữ ở giá trị không đổi, có sự quan hệ giữa lượng không khí nạp và cường độ dòng điện qua dây nhiệt để duy trì nhiệt độ.
Dây nhiệt được bố trí trong một mạch cầu Nếu luồng không khí nạp tăng điện trở nhiệt được làm mát và giá trị điện trở R H giảm và được biểu thị bởi phương trình: R K R 4
> R H R 3 nên ta thấy V A ≠ V B Khi mạch điện phát hiện trạng thái này, dòng điện V B nguồn cung cấp sẽ tăng và điện trở R H được nung nóng và R H được điều khiển theo phương trình
Khi động cơ hoạt động, không khí làm mát dây nhiệt làm cho điện trở giảm nên phải tăng điện áp Khi điện áp lớn hơn bộ so sánh hoạt động và điều khiển transistor mở, lúc này dòng điện 12v từ relay chính cung cấp cho dây nhiệt và khi dây nhiệt được nung nóng lên thì điện trở tăng nên điện áp giảm cho tới khi = thì transistor đóng Bộ điều khiển đo điện áp tại điểm B và gửi về ECU Từ đó ECU có thể xác định lượng không khí nạp.
Hình 2.4 Mạch điện điều khiển MAF Sensor Đặc tính của bộ đo gió dây nhiệt là một đường cong Lượng không khí nạp tăng thì tín hiệu lượng không khí nạp gửi về ECU sẽ tăng.
Hình 2.5 Đường đặc tính của bộ đo gió dây nhiệt
Bộ đo gió dây nhiệt có ba cực, vì cảm biến nhiệt độ khí nạp được tích hợp vào bộ đo gió nên nó có 5 cực:
− +B: nguồn 12V từ relay đến cung cấp cho bộ đo gió.
− VG: Tín hiệu bộ đo gió dây nhiệt.
− EVG: Mát bộ đo gió.
− E2: Mát cảm biến nhiệt độ.
− THA: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí nạp.
Cách xác định các chân cảm biến (trên động cơ 1SZ-FE)
− Rút giắc cảm biến, đo điện áp các cực bằng cách: 1 que của đồng hồ VOM cắm vào mass que còn lại cắm vào các chân của bộ đo gió.
• Chân số 4: 5V → Chân cảm biến nhiệt độ không khí nạp THA
− Sau đó dùng đồng hồ VOM và bật thang đo điện trở Chân có điện trở với chân THA là E2 ( = 1,874 Ω) → Chân số 5 là E2.
− Cắm lại giắc ghim, đo điện áp 2 cực còn lại với mát Chân có điện áp bằng 0,736V là chân VG (chân số 3), chân còn lại là EVG (chân số 2).
Hình 2.6 Xác định chân cảm biến trên động cơ 1SZ - FE
Kiểu cảm biến này còn được sử dụng trên các động cơ: 2SZ-FE, 1SZ-FE, 1MZ-FE.
Cách xác định các chân và kiểm tra tín hiệu cảm biến (trên động cơ 2AR-FE).
Cách xác định các chân cảm biến trên động cơ và kiểm tra tín hiệu cảm biến trên động cơ 2AR – FE thực hiện như trên động cơ 1SZ – FE Tuy nhiên, thứ tự các chân cảm biến trên động cơ 2AR – FE có sự thay đổi.
Hình 2.7 Xác định chân cảm biến trên động cơ 2AR -
FE 2.1.2 Bộ đo gió kiểu màng nhiệt
Bộ đo gió kiểu màng nhiệt được chế tạo để kiểm tra khối lượng không khí nạp nhằm kiểm soát tỉ lệ không khí nhiên liệu nạp vào động cơ Nhiệt độ và áp suất không khí thay đổi không làm ảnh hưởng đến phép đo của bộ đo gió kiểu màng nhiệt.
Kích thước đường kính của bộ đo gió màng nhiệt thế hệ thứ 5 phụ thuộc vào lượng không khí nạp và động cơ (370-390kg/h) Ống đo được bố trí sau lọc không khí trong đường ống nạp, và nó được bố trí thêm lưới nhựa kết hợp với lưới thép hoặc lưới thép để chỉnh lưu dòng chảy trong ống, đảm bảo dòng chảy trong ống đồng đều.
Bộ phận quan trọng nhất trong cảm biến này là ô đo trong cửa nạp không khí và mạch điện tử tích hợp ở trong Ô đo sử dụng một màng mỏng chất bán dẫn nhạy cảm để tạo thành màn ngăn được kết hợp với các cảm biến nhiệt độ Mạch điện tử của bộ đo gió thì được lắp trên đế gốm và kết nối với ECM qua các cực.
Hình 2.8 Bộ đo gió kiểu màng nhiệt (HFM 5)
Nguyên lý hoạt động của kiểu HFM5:
Có một điện trở được nung nóng và đặt ở trung tâm ô đo có nhiệm vụ nung nóng màng cảm biến và duy trì nó ở một nhiệt độ nhất định Hai cảm biến nhiệt độ được bố trí đối xứng ở phía trên và dưới bộ xông nóng.
Cảm biến G và cảm biến NE
2.2.1 Cảm biến G và Ne dùng trong hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện
Cảm biến G và Ne được bố trí trong bộ chia điện trong hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện Delco Có 3 kiểu: Cảm biến điện từ, cảm biến Hall, cảm biến quang.
Cảm biến G gửi tín hiệu đến ECU để xác định vị trí của piston số 1 ở ĐCT cuối kỳ nén Tín hiệu này dùng để điều khiển thời điểm nhiên liệu bắt đầu phun vào đường ống nạp hoặc vào xy lanh của động cơ và dùng để xác định thời điểm chuẩn (ĐCT) từ đó ECU căn cứ vào tín hiệu từ các cảm biến để dịch chuyển thời điểm đánh lửa để công suất động cơ đạt tối ưu.
Cảm biến Ne hay cảm biến số vòng quay động cơ Cảm biến này dùng để:
− Điều khiển góc đánh lửa sớm: Khi số vòng quay càng cao để bảo đảm điểm áp suất cực đại tối ưu phải tăng góc đánh lửa sớm.
− Điều khiển lượng nhiên liệu phun: Khi số vòng quay càng nhanh, lượng nhiên liệu phun sẽ giảm để giới hạn số vòng quay của động cơ.
− Điều khiển tốc độ cầm chừng: Kết hợp với cảm biến bướm ga, ECU xác định động cơ hoạt động ở tốc độ cầm chừng Từ đó ECU điều khiển ổn định tốc độ cầm chừng đã được cài đặt trước trong bộ nhớ của ECU.
− Điều khiển rơ le bơm nhiên liệu: ECU nhận tín hiệu Ne để điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ le bơm xăng.
− Cảm biến Ne còn dùng để điều khiển hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR), cắt nhiên liệu khi giảm tốc
Cảm biến điện từ gồm: Một khung từ, một đầu khung từ lắp một nam châm vĩnh cửu, đầu còn lại lắp một cuộn dây Trên trục của delco (Bộ chia điện) lắp một rotor cảm biến, quay cùng với tốc độ của trục delco.
Khi rotor đứng yên từ thông của nam châm vĩnh cửu qua cuộn dây không đổi nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây bằng không.
Khi rotor chuyển động khe hở từ thay đổi, nên từ thông qua cuộn dây cũng thay đổi tạo ra một sức điện động xoay chiều trong cuộn dây Tín hiệu này được chuyển về ECU. Tốc độ quay trục delco càng nhanh, sức điện động sinh ra càng lớn.
Hình 2.23 Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện từ
Vị trí A: Khe hở từ quá lớn, từ thông qua cuộn dây quá yếu nên sức điện động sinh ra bằng không.
Vị trí B: Khi rotor quay, khe hở từ giảm dần nên từ thông qua cuộn dây tăng dần, sức điện động trong cuộn dây tăng theo Tại vị trí B, sự thay đổi từ thông lớn nhất nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây đạt cực đại.
Vị trí C: Khi qua vị trí B, sự thay đổi từ thông yếu dần và lượng từ thông qua cuộn dây tăng dần nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây giảm dần tại vị trí C lượng từ thông qua cuộn dây là lớn nhất nhưng không có sự thay đổi từ thông nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây bằng không.
Vị trí D: Tại điểm D sự thay đổi từ thông lớn nhất nên sức điện động sinh ra đạt lớn nhất (Cực tiểu) Khi rotor tiếp tục quay khe hở từ tăng dần nên từ thông qua cuộn dây giảm dần và sức điện động sinh ra trong cuộn dây yếu dần và bằng không.
Hình 2.24 Biểu đồ động của cảm biến điện từ
Khi tốc độ càng nhanh, từ thông quét qua cuộn dây càng nhanh, biên độ tín hiệu càng lớn và thời gian giữa 2 xung ngắn lại.
Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện: Cảm biến G và Ne thường được bố trí trong bộ chia điện Cảm biến G có số răng ít hơn cảm biến Ne và được bố trí bên trên, còn cảm biến Ne được bố trí bên dưới Cảm biến Ne có hai cực Ne+ và Ne-, tương tự cảm biến G có cực G+ và G-.
Hình dưới là bộ chia điện Delco, bên trên là cảm biến G gồm một nam châm, cuộn dây và một khung từ đặt cạnh rotor cảm biến từ có 4 răng lệch nhau 90° Bên dưới là cảm biến Ne gồm một khung từ, cuộn dây và nam châm đặt cạnh rotor cảm biến có 24 răng lệch nhau một góc 15° Khi trục bộ chia điện xoay 1 vòng, cảm biến G tạo ra 4 xung lệch nhau một góc 180° CA và cảm biến Ne tạo ra 24 xung mỗi xung lệch nhau 30° CA
Hình 2.25 Cấu tạo và đặc tính của cảm biến điện từ a) b)
Hình 2.26 Mạch ECU điều khiển cảm biến G, Ne
Số răng cảm biến G: 1R, 2R,4R… Số răng cảm biến Ne: 4R, 16R, 24R…
Kiểm tra cảm biến G và Ne:
− Kiểm tra khe hở từ: Δ = 0,2 − 0,4mm Nếu không đúng thì điều chỉnh.
− Kiểm tra điện trở cuộn dây cảm biến và so sánh với thông số nhà sản suất.
− Kiểm tra sự kết nối tốt của giắc điện, sự chạm mát, ngắn mạch và đứt mạch của đường dây.
Hiệu ứng Hall được phát minh bởi Tiến Sĩ Edwin Hall vào năm 1879 Ông Hall đã cố gắng xác minh về dòng electron do Kelvin đề xuất trước đó khoảng 30 năm Trong thực nghiệm ông thấy rằng khi từ trường của nam châm vĩnh cửu đặt vuông góc với một mặt hình chữ nhật có vật liệu mỏng bằng vàng và khi cho dòng điện một chiều chạy qua thì có một điện thế xuất hiện ở mặt đối diện Ông thấy rằng điện áp sinh ra tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện qua vật dẫn và từ thông qua nó. Ứng dụng này được phát triển khi có sự ra đời của các chất bán dẫn vào thập niên
1950 Đột phá về cảm biến Hall vào năm 1965 khi nó được tích hợp hoàn toàn trong một con chip silicon và được sản xuất đại trà trên thế giới.
Khi cho dòng điện qua một chất bán dẫn mỏng (Phần tử Hall) và tín hiệu đầu ra đặt vuông góc với phương của cường độ dòng điện (Hình dưới) Khi không có từ trường đi qua phần tử Hall, cường độ dòng điện phân bố đều và không tìm thấy điện áp đầu ra. a) b)
Khi cho từ thông của nam chân vĩnh cửu qua vuông góc với phần tử Hall, dưới tác dụng của lực Lorentz làm cho dòng điện đi qua bị nhiễu loạn và dẫn đến có một sự chênh lệch điện áp ở đầu ra Điện áp này gọi là điện áp Hall nó tỉ lệ thuận với vectơ cường độ I và vectơ từ trường B.
Trong thực tế, phần tử Hall được sử dụng là một Silicon làm việc theo hiệu ứng điện trở áp điện (Điện trở tỉ lệ với độ biến dạng) Một IC Hall sử dụng 2 hoặc 4 phần tửHall Cảm biến Hall là cảm biến từ trường.
Hình 2.28 Mạch khuếch đại cảm biến Hall_1
Nguồn điện cung cấp cho IC Hall qua bộ ổn áp để đảm bảo cường độ dòng điện qua IC Hall không đổi Như vậy điện áp đầu ra chỉ phụ thuộc vào từ trường đi qua nó.
Do điện áp đầu ra rất bé (30 Microvolts cho 1 gauss từ trường), tín hiệu đầu ra được khuếch đại bởi Opamp.
Cảm biến nhiệt độ nước
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được bố trí ở đường nước làm mát Thường được ký hiệu là TW, THW, ECT Sensor (Engine Coolant Temperature), CTS (Coolant Temperature Sensor).
Hình 2.49 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước cũng sử dụng chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm Nhiệt độ nước thay đổi thì điện trở thay đổi, điện áp THW cũng thay đổi theo Và tín hiệu điện áp này được gửi đến ECU để tính toán nhiệt độ nước làm mát động cơ.
Chuẩn làm việc của cảm biến là 80°C Khi nhiệt độ nước dưới 80°C ECU xem động cơ lạnh Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước dùng để:
− Điều khiển thời điểm đóng mở của xú páp.
− Tăng tốc độ cầm chừng khi động cơ lạnh.
− Tăng lượng phun khi động cơ lạnh.
− Tăng góc đánh lửa sớm khi động cơ lạnh.
− Điều khiến quạt làm mát.
− Điều khiển hoạt động của hộp số tự động.
− Điều khiển thời gian đóng mở supap
− Điều khiển hệ thống tuần hoàn khí thải RGR.
− Là thông số cơ bản khi khởi động
Cảm biến nhiệt độ nước THW thường được bố trí ở gần đường nước làm mát để xác định nhiệt độ nước làm mát Từ đó ECU dùng tín hiệu của cảm biến này để xác định nhiệt độ động cơ, điều khiển quạt làm mát…
Cách kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát (trên động cơ 1SZ-FE)
Tháo giắc ghim và dùng đồng hồ VOM bật thang đo điện trở rồi kiểm tra điện trở của cảm biến nhiệt độ nước.
− Nếu cảm biến có điện trở (R = 1,826KΩ) → cảm biến còn tốt.
− Nếu điện trở 2 đầu cảm biến và 0L hoặc lên tới Ω thì điện trở của cuộn dây bị đứt.
Hình 2.50 Kiểm tra nhiệt độ cảm biến nước làm mát
− Đưa đầu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát và một nồi nước.
− Đun nóng nồi dùng nhiệt kế kiểm tra nhiệt độ nước thay đổi.
− Dùng đồng hồ VOM để kiểm tra điện trở xem thử điện trở có thay đổi khi nhiệt độ nước thay đổi hay không.
− Nếu đun nước và kiểm tra thấy điện trở cảm biến không đổi hoặc thay đổi nhưng không theo nhà sản xuất thì cảm biến đã hư. Điện trở của các cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên các động cơ:
Bảng 2.4 Điện trở của các cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên các động cơ Động cơ Điện trở cảm biến (KΩ)
Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga được bố trí ở trên thân bướm ga và được điều khiển bởi trục bướm ga Tín hiệu của cảm biến bướm ga gửi về ECU giúp cho ECU xác định được tải động cơ, và điều khiển được lương nhiên liệu phun, góc đánh lửa sớm, tốc độ cầm chừng…
Cảm biến bướm ga gồm các kiểu:
Nó sử dụng cho động cơ cũ, thông dụng là kiểu hai tiếp điểm 3 cực:
− PSW: Xác định tải lớn.
− IDL: Xác định cầm chừng.
Tiếp điểm E2 bố trí ở giữa Ở tốc độ cầm chừng tiếp điểm E2 nối tiếp điểm IDL, điện áp tại cực IDL = 0, điện áp tại cực PSW = 5 vôn Tín hiệu IDL còn kết hợp với tín hiệu Ne để cắt nhiên liệu khi giảm tốc.
Khi bướm ga mở, trục bướm ga xoay (lớn hơn 8°), tiếp điểm E2 được điều khiển bởi rãnh cam làm cho nó xoay theo, kết quả tiếp điểm E2 tách tiếp điểm IDL, điện áp tại cực IDL và PSW đều là 5 vôn, đây chính là chế độ tải trung bình.
Hình 2.51 Nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm
Khi bướm ga mở lớn, rảnh cam điều khiển tiếp điểm E2 nối tiếp điểm đầy tải PSW điện áp lúc này tại IDL= 5V còn PSW=0V.
2.5.2 Kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL
Hình 2.52 Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm
IDL Kiểu tuyến tính này cảm biến vị trí bướm ga có 4 cực:
− VC = 5V: Nguồn cung cấp từ ECU cho cảm biến.
− VTA: Tín hiệu cảm biến.
− IDL: Xác định cầm chừng.
Nguồn điện từ ECU cung cấp cho cảm biến qua 2 cực: 12V cho cực IDL và cực
VC = 5V Con trượt chuyển động trên điện trở như hình 2 53. Ở vị trí cầm chừng thì con trượt nối cực E2 và IDL với nhau lúc này điện áp cực IDL=0V.
Khi bướm ga mở, con trượt bắt đầu trượt đi trên điện trở Cực E2 tách ra khỏi cực IDL nên điện áp của IDL= 10V, điện áp chân tín hiệu VTA tăng dần và đường đặc tính nó là đường thẳng.
Khi điện áp tại cực IDLV thì ECU nhận tín hiệu điện áp từ chân VTA và xác định vị trí bướm ga.
− Đo 2 chân bất kì và xoay trục cảm biến, dùng động hồ VOM đo điện trở thấy R. điện trở R không đổi ta tìm được chân VC và chân E2 Hai chân còn lại là
− Xoay trục cảm biến và lấy một trong hai chân VC hoặc E2 đo với 1 trong 2 chân còn lại nếu điện trở tăng dần thì ta xác định được chân VC và VTA còn lại là IDL.
Hình 2.53 Nguyên lý cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm
IDL 2.5.3 Kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL
Hình 2.54 Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL
Kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL, ECU xác định vị trí bướm ga qua cực VTA. Ởtốc độ cầm chừng, điện áp cực VTA trong khoảng 0,45V đến 0,65V. Ởkiểu này cảm biến có 3 cực:
− VC=5V: Nguồn cung cấp từ ECU cho cảm biến.
− VTA: Tín hiệu cảm biến.
Nguồn VC = 5V từ ECU cung cấp cho cảm biến Khi bướm ga mở con trượt trượt trên điện trở và gửi tín hiệu vị trí bướm ga về ECU thông qua chân VTA. Ởtốc độ cầm chừng con trượt nằm gần E2 nên điện trở cao nên điện áp thấp xấp xỉ 0,45V đến 0,65V
Khi cánh bướm ga mở rộng con trượt trượt về vị trí gần VC điện trở giảm dần nên điện áp tăng dần Điện áp cao tại VTA khoảng 3,5V đến 4,7V.
Hình 2.55 Nguyên lý của Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm
Xác định các chân và kiểm tra tín hiệu của cảm biến (tra trên động cơ 1G – FE)
Cấp nguồn 12V cho động cơ, contact máy On Dùng đồng hồ VOM, Đo điện áp cả ba chân của cảm biến với mass:
− Đo 1 chân có giá trị 0,53V lúc bình thường, khi xoay bướm ga hết cỡ điện áp tăng lên 3,929V → chân VTA.
− Đo điện áp được giá trị 5,02V → chân VC.
− Chân còn lại đo được 0V → chân E.
Động cơ 1G – FE dùng cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không tiếp điểm IDL (có một chân bất kì đo được giá trị điện áp = 0,53V lúc bình thường). Một số động cơ sử dụng cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không tiếp điểm IDL như: động cơ 1SZ – FE, động cơ 7A – FE.
Hình 2.56 Xác định các chân cảm biến 2.5.4 Kiểu tuyến tính dùng 2 cảm biến
Kiểu hai cảm biến được sử dụng ở hệ thống điều khiển bướm ga thông minh (ETCS-i) Kiểu hai cảm biến làm việc giống kiểu một cảm biến nhưng nó có hai con trượt và hai điện trở bên trong cảm biến.
Kiểu này cảm biến có 4 chân:
− VC=5V: Nguồn cung cấp từ ECU cho hai cảm biến.
− VTA: Tín hiệu cảm biến thứ nhất.
− VTA2: Tín hiệu cảm biến thứ hai.
Tín hiệu điện áp VTA và VTA2 đều gia tăng điện áp đầu ra khi bướm ga mở Điện áp bắt đầu ở đầu ra VTA2 cao hơn và tốc độ thay đổi điện áp khác VTA.
Hình 2.57 Nguyên lý cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính dùng hai cảm biến
ECU sử dụng tín hiệu của hai cảm biến để phát hiện góc mở của bướm ga Hai cảm biến này có đặc tính khác nhau, mục đích để ECU nhận biết sự làm việc bất thường của cảm biến bằng cách so sánh đặc tính của các cảm biến này.
Hình 2.58 Đường đặc tính cảm biến vị trí bướm ga dùng hai cảm biến
Xác định các chân và kiểm tra tín hiệu của cảm biến (trên động cơ 3S-FSE)
− Xoay contact máy On, không rút giắc cảm biến, đo điện áp các chân cảm biến:
• Chân số 2: 0,99V xoay bướm ga hết cỡ điện áp tăng lên 2,706V
• Chân số 3: 2,68V xoay bướm ga hết cỡ điện áp tăng lên 4,88V
− Ta thấy điện áp chân số 2 nhỏ hơn chân số 3 → Chân số 2 là VTA chân số 3 là VTA2
Hình 2.59 Xác định các chân cảm biến vị trí bướm ga dùng hai cảm biến
Tín hiệu đầu ra kiểu phần tử Hall tương tự như kiểu dùng điện trở Kiểu này không xử dụng con trượt để xác định độ mở bướm ga.
Kiểu phần tử Hall có đặc điểm là tuổi thọ và độ tin cậy cao Điện áp đi ra từ IC Hall phụ thuộc và mật độ và chiều từ trường của nó Khi mật độ từ thông đi qua IC càng lớn thì điện áp ra càng cao.
Hình 2.60 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga kiểu Hall
Cảm biến Hall gồm một IC Hall và một nam châm xoay quanh nó Khi bướm ga mở, thông qua trục bướm ga sẽ làm cho các nam châm xoay theo làm cho vị trí của chúng thay đổi và mật độ đi qua từ thông IC Hall cũng làm chúng thay đổi theo Do đó tín hiệu VTA và VTA2 thay đổi theo tín hiệu và gửi về ECU.
Cảm biến bàn đạp ga
Cảm biến bàn đạp ga, motor điều khiển bướm ga và cảm biến vị trí bướm ga là một cụm được gọi là hệ thống điều khiển bướm ga thông minh.
Khi đạp ga, tín hiệu góc mở bàn đạp ga gửi về ECU, ECU điều khiển motor xoay bướm ga một góc tương ứng với tín hiệu bàn đạp ga, tín hiệu từ cảm biến bướm ga xác nhận và chuyển về ECU.
Hình 2.63 Nguyên lý cảm biến bàn đạp ga kiểu tuyến tính
Cảm biến bàn đạp ga kiểu tuyến tính thì thường được bố trí ở trên thân bướm ga hoặc trên bàn đạp ga.
Khác với cảm biến bướm ga, cảm biến bàn đạp ga sử dụng 2 nguồn 5V riêng biệt, nhưng nguyên lý tương tự cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính.
Xác định chân và kiểm tra tín hiệu của cảm biến cảm biến (trên động cơ 1MZ-FE)
− Rút giắc cảm biến, bật thang đo điện trở, đo điện trở các cặp chân với nhau ta chia được 2 nhóm:
• Các chân 1, 2, 4 chung nhóm (nhóm 1)
• Các chân 3, 5, 6 chung nhóm (nhóm 2)
Hình 2.64 Xác định các chân cảm biến
− Đo điện trở các cặp chân nhóm 1 với nhau và đạp bàn đạp:
• Chân 1 với chân 4: điện trở không đổi → Chân 1, 4 là hai chân EP và chân VCP chân số 2 là VPA
• Chân 1 với chân 2: 12 = 0,882 Ω (điện trở thấp)
• Chân 2 với chân 4: 42 = 2,449 Ω (điện trở cao).
→ Ta thấy điện trở 12 < 42 Nên chân số 1 là EP, chân số 2 là VCP
− Làm tương tự với nhóm 2:
• Chân 3 với chân 6: điện trở không đổi → Chân 3, 6 là hai chân EP và chân VCP chân số 5 là VPA
• Chân 3 với chân 5: 35 = 0,407 Ω (điện trở thấp)
• Chân 6 với chân 5: 65 = 2,75 Ω (điện trở cao).
→ Ta thấy điện trở 35 < 65 Nên chân số 3 là EP, chân số 6 là VCP
− Cắm lại giắc, đạp bàn đạp ga và đo điện áp chân số 2 và chân số 5:
• Chân số 2 có điện áp tăng từ 1,2 đến 3,9V
• Chân số 5 có điện áp tăng từ 0,5V đến 3,2V
→ Ta thấy điện áp chân số 2 cao hơn Nên ta được các chân như sau:
• Chân số 1: EP2 • Chân số 3: EP1
• Chân số 2: VPA2 • Chân số 5: VPA
• Chân số 4: VCP2 • Chân số 6: VCP1
Hình 2.65 Xác định các chân cảm biến_2 2.6.2 Cảm biến bàn đạp kiểu phần tử Hall
Nguyên lý dựa và hiệu ứng Hall Trong cảm biến bố trí hai IC Hall cố định, 2 nguồn cung cấp 5V VCPA và VCP2 Khi đạp ga qua trục truyền động làm cho các nam châm quay xung quanh hai IC Hall, từ thông thay đổi, tín hiệu điện áp VPA và VPA2 sẽ thay đổi và tín hiệu này sẽ được gửi về ECU để xác định góc mở bàn đạp ga.
Cảm biến bàn đạp ga có từ hai cảm biến trở lên, các đường đặc tính của chúng cũng khác nhau tùy theo hãng.
Hình 2.66 Cảm biến bàn đap ga kiểu Hall
Cách xác định các chân và kiểm tra tín hiệu của cảm biến (trên động cơ 2SZ-FE)
− Rút giắc cảm biến cố định 1 que đồng hồ VOM và đo điện trở và đạp bàn đạp ga với 5 chân còn lại của cảm biến Ta thấy khi đạp bàn đạp điện trở không đổi → Cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu Hall.
− Cắm 1 que vào mass, que kia đo 6 chân còn lại ta được:
Hình 2.67 Xác định các chân của cảm biến bàn đạp ga kiểu Hall_1
− Ta thấy điện áp chân số 3 lớn hơn chân số 6 (1,63V > 0,85V) → chân số 3 là chân VPA2, chân số 6 là VPA
• Chân 6: → VPA Đo điện áp 2 chân VPA, VPA2 và đạp bàn đạp ga ta thấy điện áp thay đổi:
− VPA: 0,85V → đạp ga hết cỡ thấy điện áp tăng 3,6V
− VPA2: 1,63V → đạp ga hết cỡ thấy điện áp tăng 4,23V
Hình 2.68 Xác định các chân của cảm biến bàn đạp ga kiểu
Cảm biến ôxy bố trí gần ống góp thải, dùng để xác định hàm lượng oxy trong khí thải Cảm biến ôxy giúp cho ECU duy trì tỉ lệ lượng ôxy và lượng nhiên liệu trong buồng đốt cân bằng với nhau để đốt cháy toàn bộ hỗ hợp Tỉ lệ không khí nhiên liệu được so sánh với tỉ lệ không khí nhiên liệu cân bằng (A/F = 14,6-14,7 / 1) thông qua sự phát hiện nồng độ oxy có trong khí thải Từ đó ECU phát hiện tỉ lệ hỗn hợp giàu hay nghèo.
Cấu trúc cảm biến gồm điện cực bằng bạch kim, bên trong là chất điện phân Zirconia (Zirconium dioxit) và bộ xông nóng Cảm biến ôxy có hai loại loại cốc và loại phẳng chúng hơi khác nhau về cấu trúc và và nguyên lý hoạt động nên không thể hoán đổi cho nhau.
Cảm biến oxy tạo ra điện áp cơ bản dựa vào việc so sánh lượng oxy có trong khí thải với lượng oxy trong không khí Khi hàm lượng ôxy có trong khí thải thấp (hỗn hợp giàu) điện áp phát ra và gửi về ECU sẽ lớn và ngược lai Ở điều kiện hoạt động bình thường, chu kỳ điện áp từ khoảng 100mV đến 900mV.
Hình 2.70 Đặc tính cảm biến Oxy
Khi hỗn hợp giàu, lượng ôxy trong buồng đốt hầu như được đốt cháy hết Lúc này tín hiệu điện áp phát ra cao từ 0,6V – 1V Khi hỗn hợp nghèo, sau lượng ôxy sau kỳ nổ còn lại nhiều do đó điện áp phát ra thấp từ 0,4V – 0,1V Ở tỉ số không khí nén cân bằng hóa học (14,7/1) điện áp phát ra của cảm biến được ECU sử dụng là điện áp chuẩn là 0,45V.
Vì phạm vi phát hiện của cảm biến ôxy ở tầm hẹp là rất nhỏ ECU không thể nhận biết hỗn hợp giàu hay nghèo Nên nó liên tục thêm bớt nhiên liệu và tạo ra một chu kỳ giàu rồi nghèo.
Các cảm biến ôxy từ các phương tiện khác nhau không thể hoán đổi cho nhau được. Khi thay thế phải thay thế đúng mã phụ tùng, hình dạng…
Cảm biến ôxy chỉ có thể hoạt động tốt nhất khi đạt nhiệt độ tối thiểu 400° Để đạt được mức nhiệt độ đó nhanh chóng, 1 bộ xông nóng được tích hợp bên trong cảm biến ECU điều khiển dòng điện qua bộ xông làm nóng cảm biến và duy trì nhiệt độ đó.
Hình 2.71 Mạch điều khiển cảm biến ôxy
ECU dựa vào tín hiệu nhiệt độ nước làm mát và và tín hiệu tải động cơ Mạch làm nóng cảm biến ôxy sử dụng khoảng 2 Ampe khi động cơ hoạt động bình thường thì nó sẽ tắt.
Cảm biến oxy thường được bố trí trên đường ống xả của động cơ Tùy theo từng loại mà người ta bố trí một hoặc nhiều cảm biến ôxy Trên động cơ 2SZ-FE, 7A-FE, , 3S-FSE, 1SZ-FE sử dụng một cảm biến oxy Động cơ 1MZ-FE, 1G-FE sử dụng 2 cảm biến ôxy
Xác định các chân và kiểm tra cảm biến oxy (trên động cơ 1SZ-FE)
− Rút giắc cảm biến ta đo điện điện trở các chân của cảm biến Thấy một cặp có điện trở khoảng 15,6Ω thì xác định được chân +B và HT
− Cắm lại giắc và nổ máy Đo điện áp các chân được:
• Chân E1: 0V Kết luận cảm biến hoạt động tốt, hàm lượng ôxy có trong khí thải thấp (hỗn hợp giàu).
Nếu tín hiệu điện áp chân OX phát ra trong khoảng 0,1 đến 0,4V thì kết luận hỗn hợp nghèo có nhiều ôxy sau khi đốt cháy, ngược lại điện áp phát ra trong khoảng 0,6 đến 1,0V thì kết luận lượng ôxy sau khi cháy còn ít hỗn hợp nghèo.
Hình 2.72 Kiểm tra cảm biến Oxy
Cảm biến A/F trông giống cảm biến ôxy và có chung một nhiệm vụ với cảm biến ôxy Nhưng nó lại khác nhau về cấu trúc cũng như nguyên lý hoạt động Thay vì điện áp đầu ra hay đổi, cảm biến A/F thay đổi cường độ dòng điện liên quan đến lượng ôxy trong khí thải ECU sử dụng cường độ dòng điện này để tạo ra tín hiệu điện áp theo hàm lượng ôxy trong khí thải.
Cảm biến A/F
Cảm biến A/F trông giống cảm biến ôxy và có chung một nhiệm vụ với cảm biến ôxy Nhưng nó lại khác nhau về cấu trúc cũng như nguyên lý hoạt động Thay vì điện áp đầu ra hay đổi, cảm biến A/F thay đổi cường độ dòng điện liên quan đến lượng ôxy trong khí thải ECU sử dụng cường độ dòng điện này để tạo ra tín hiệu điện áp theo hàm lượng ôxy trong khí thải.
Cảm biến A/F phát hiện tỉ lệ không khí rộng hơn so với cảm biến oxy Do đó ECU có thể kiểm soát chính xác hơn lượng ngiên liệu phun và giảm lượng khí thải Nhiệt độ cảm biến A/F hoạt động tốt khoảng 450°
Có hai loại cảm biến A/F:
− Cảm biến A/F kiểu cốc: cảm biến được kích hoạt qua việc bổ sung nhiệt gián tiếp thông qua một lớp không khí.
− Cảm biến A/F kiểu phẳng: cảm biến được kích hoạt thông qua việc bổ sung nhiệt trực tiếp và hợp chất Zirconia Nó sử dụng Alumina vượt trội về khả năng dẫn nhiệt và cách nhiệt được tích hợp trong cảm biến Do đó khả năng xông nóng cảm biến đạt hiệu quả tốt hơn.
Hình 2.74 Các thành phần cảm biến A/F
Nguyên lý Ưu điểm của cảm biến A/F là tín hiệu cảm biến rộng, phát hiện nhanh và điều chỉnh chính xác hơn cảm biến ôxy Nên giải quyết tốt hơn về vấn đề ô nhiễm môi trường.
Hệ thống vận hành cảm biến A/F được tạo thành từ một bơm Zirconia O 2 , truyền oxy bằng cách sử dụng một điện áp. Điện áp từ ECU cung cấp tới chất điện phân cố định, chất điện phân được nung nóng (650° ) dòng ion oxy được tạo ra theo các điều kiện sau: nồng độ ôxy trong khí thải tỉ lệ với hỗn hợp nghèo (A/F>15) và nồng độ không khí cháy hỗn hợp không khí với nhiên liệu giàu (A/F
