Đang tải... (xem toàn văn)
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]
(1)BÀI 5: CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG Mục tiêu bài:
Học xong người học có khả năng:
- Phát biểu nhiệm vụ, cấu tạo nguyên tắc làm việc máy tính cảm biến
- Phát biểu tượng, nguyên nhân hư hỏng, phương pháp kiểm tra bảo dưỡng Môđun điều khiển điện tử cảm biến
- Bảo dưỡng Môđun điều khiển điện tử cảm biến phương pháp tiêu chuẩn kỹ thuật nhà chế tạo quy định
Nội dung bài: Thời gian: 20 h (LT: 2h; TH: 18h) 1 Mạch nguồn
Mạch nguồn mạch điện cung cấp điện cho ECU động Các mạch điện bao gồm khố điện, rơle EFI, v.v
Mạch nguồn xe ô tô sử dụng thực gồm có loại sau
Loại điều khiển khoá điện
Loại điều khiển ECU động 1.1 Loại điều khiển khố điện
Như trình bày hình minh họa này, sơ đồ loại rơle EFI điều khiển trực tiếp từ khố điện Khi bật khố điện ON, dịng điện chạy vào cuộn dây rơle EFI, làm cho tiếp điểm đóng lại Việc cung cấp điện cho cực + B + B1 ECU động
Điện áp ắc quy luôn cung cấp cho cực BATT ECU động để tránh cho mã chẩn đoán liệu khác nhớ khơng bị xóa tắt khố điện OFF
(2)1.2 Loại điều khiển ECU động
Mạch nguồn hình minh họa loại hoạt động rơle EFI điều khiển ECU động
Loại yêu cầu cung cấp điện cho ECU động vài giây sau sau tắt khoá điện OFF Do việc đóng ngắt rơle EFI ECU động điều khiển
Khi bật khóa điện ON, điện áp ắc quy cấp đến cực IGSW ECU động mạch điều khiển rơle EFI ECU động truyền tín hiệu đến cực M-REL ECU động cơ, bật mở rơle EFI Tín hiệu làm cho dịng điện chạy vào cuộn dây, đóng tiếp điểm rơle EFI cấp điện cho cực +B ECU động
Điện áp ắc quy ln ln cung cấp cho cực BATT có lí giống cho loại điều khiển khoá điện
Ngồi số kiểu xe có rơle đặc biệt cho mạch sấy nóng cảm biến tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu, u cầu lượng dịng điện lớn
CHÚ Ý:
Trong kiểu xe mà ECU động điều khiển hệ thống khoá động cơ, rơle EFI điều khiển tín hiệu cơng tắc báo mở khóa
Hình 3.2: Loại ECU điều khiển KIỂM TRA RƠ LE CHÍNH EFI
(3)Kiểm tra điện trở cực 4: Không liên tục Kiểm tra điện trở cực 2: 60 - 90
Bước 2:
Cấp nguồn 12 vôn vào cực Kiểm tra điện trở cực 4: R =
Hình 3.3: Cách kiểm tra relay MẠCH ĐIỆN NGUỒN CUNG CẤP CHO ECU
(4)Hình 3.4: Mạch nguồn ECU
Contact máy ECU Điện áp (V)
+B +B1 BATT
V
Off V V V
On V V V
Cực điện nguồn cung cấp thường xuyên cho ECU để lưu trữ liệu nhớ contact máy vị trí off
Cực E1 ECU nối với thân động
Khi contact máy On, khơng có điện áp cực +B, +B1 ECU Kiểm tra cầu chì EFI (15A), cầu chì IGN (7.5A) rơ le EFI
Kiểu 2:
Khi contact máy vị trí IG, có dịng điện cung cấp cho ECU cực IG SW Mạch điều khiển rơ le cung cấp dòng điện qua cuộn dây rơ le EFI làm tiếp điểm đóng có nguồn cung cấp cho ECU cực +B +B1
Contact máy ECU Điện áp (V)
+B +B1 BATT
V
Off V V V
On V V V
(5)MẠCH ĐIỆN VÔN Mạch điện vôn Vcc:
Cung cấp nguồn cho vi xử lý
Cấp nguồn vôn từ cực Vcc cho cảm biến
Cấp nguồn vôn qua điện rở cho cảm biến
Hình 3.6: Mạch 5V Hãy cung cấp điện nguồn cho ECU
2 Kiểm tra điện áp cực sau
a Vcc f PIM b THW g.VTA c THA
d IGF e IGT Có kết luận gì?
(6)Quan sát sơ đồ cực ECU điền vào bảng sau Kiểu đo gió:
2 Các cực đo gió: a b c Các cực cảm biến nhiệt độ nước: a b
4 Các cực cảm biến nhiệt độ khơng khí: a b 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: 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 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
(7)2 Các cảm biến tín hiệu 2.1 Cảm biến gió nạp
Cơng cụ dùng để đo lượng gió nạp vào động Đây cảm biến quan trọng hệ thống L- Jetronic Tín hiệu lượng gió dùng để tính ta thời gian phun
Bộ đo gió gồm có kiểu sau:
Để xác định lượng khí nạp (lượng gió) vào xylanh L-Jetronic, người ta sử dụng loại cảm biến khác nhau, ta phân làm kiểu: đo lưu lượng với thể tích dịng khí (cánh trượt, Karman …) đo lưu lượng khối lượng dịng khí (dây nhiệt)
2.1.1 Cảm biến đo gió dạng xốy lốc (Karman):
a Nguyên lý làm việc:
Các cảm biến loại dựa tượng vật lý sau:
Khi cho dịng khí qua vật thể cố định khó chảy vịng (thanh tạo xốy - Karman Vortex) phía sau xuất xốy lốc thay đổi tuần hồn gọi xoáy lốc Karman Đối với ống dài vơ tận có đường kính d, quan hệ tần số xốy lốc f vận tốc dịng chảy V xác định số Struhall:
V f.d S
Trong hiệu ứng Karman nêu trên, số Struhall không đổi dải rộng số Reinolds, nên vận tốc dòng chảy hay lưu lượng khí qua tỉ lệ thuận với tần số xốy lốc f xác định V cách đo f
S f.d
V
Lý thuyết xoáy lốc dịng khí ngang qua vật cản đưa Struhall từ năm 1878 Nhưng đến năm 1934, dụng cụ đo dựa lý thuyết chế tạo
Ngày có nhiều sáng chế lĩnh vực ứng dụng để đo lưu lượng khí nạp hệ thống điều khiển phun xăng, khn khổ giáo trình khảo sát hai loại chính: loại Karman quang 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, có ưu điểm nhỏ gọn nhẹ Ngoài ra, cấu trúc đường ống đơn giản giảm trở lực đường ống nạp
b Cấu tạo nguyên lý hoạt động
(8)nạp Khi dịng khí qua, xốy lốc hình thành phía sau tạo xốy cịn gọi dịng xốy Karman
Các dịng xoáy Karman theo rãnh hướng làm rung gương mỏng phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo - transistor Như vậy, tần số đóng mở transistor thay đổi theo lưu lượng khí nạp Tần số f xác định theo công thức sau:
d V S. f
Trong đó:
V: vận tốc dịng khí d: đường kính trụ đứng
S: số Struhall (S = 0,2 cảm biến này)
Căn vào tần số f, ECU xác định thể tích tương ứng khơng khí vào xylanh, từ tính lượng xăng phun cần thiết
Hình 3.16: Bộ đo gió kiểu Karman quang
Khi lượng gió vào ít, gương rung photo - transistor đóng mở tần số f thấp Ngược lại, lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh tần số f cao
Hình 17: Cấu tạo 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 Gương
Photo - transistor LED
Bộ tạo xoáy
Lưu lượng gió trung
bình
(9)Mạch điện
Hình 3.18: Mạch điện đo gió kiểu Karman quang
Hình 3.19: Cấu tạo cảm biến đo gió Karman kiểu siêu âm
Phương pháp đo gió
Khi dịng khí qua cục tạo xốy dạng cột với mặt cắt hình tam giác, tạo dịng xốy ngược chiều nhau: dòng theo chiều kim đồng hồ dòng ngược chiều kim đồng hồ (dịng xốy Karman) Tần số xuất dịng xốy tỉ lệ thuận với lưu lượng khí nạp tức phụ thuộc vào độ mở cánh bướm ga
VC
KS
E2 E1
ECU
Photo - transitor LED
Đến bướm ga Sóng siêu âm
Loa phát
Bộ nhận Dịng xốy
Karman
102
107
Nguồn cung cấp
10
5V
(10)
Hình 3.20: Cách tạo xốy lốc
Khi khơng có dịng khí qua cục tạo xốy khơng thể phát dịng xốy Karman, sóng siêu âm lan từ phận phát sóng (loa) đến nhận sóng (micro) thời gian cố định T dùng làm thời gian chuẩn để so (xem hình 6.16)
Hình 3.21: Bộ phát sóng dạng xung
Sóng siêu âm gặp dịng xốy theo chiều kim đồng hồ qua truyền đến nhận nhanh tức thời gian để sóng siêu âm qua đường kính d ống nạp T1 ngắn thời gian chuẩn T
Hình 3.22: Dịng khí xốy chiều sóng siêu âm
Dịng khí ngược chiều sóng siêu âm Trong trường hợp sóng siêu âm gặp dịng xốy ngược chiều kim đồng hồ, thời gian để nhận sóng nhận tín hiệu từ phát T2 lớn thời gian chuẩn T
Như vậy, khơng khí vào xylanh, dịng xốy thuận nghịch chiều kim đồng hồ liên tục qua phát nhận nên
Loa phát
Bộ nhận
Thời gian chuẩn
T1 T1 T1
T2 T2
Xung hiệu chỉnh T
Loa phát
Bộ nhận
Loa phaùt
(11)thời gian đo thay đổi Cứ lần thời gian sóng truyền thay đổi từ T2 đến T, chuyển đổi phát xung vng
Khi gió vào nhiều, thay đổi thời gian nhiều điều chỉnh phát xung phát xung vuông với tần số lớn Ngược lại, gió vào ít, ECU nhận xung vng có mật độ thưa Như thể tích gió vào đường ống nạp tỉ lệ thuận với tần số phát xung điều chỉnh
Hình 3.23: Xung 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 biến đổi
modulator
Khi có nhiều không khí
đi qua
T
T2 T
Tín hiệu xung biến đổi
Khi có không khí qua
T1
T2
Bộ tạo sóng
Bộ điều chỉnh Bộ phát
sóng
Bộ nhận sóng +12V
+5V
CPU
(12)PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA
Bộ đo gió kiểm tra lượng khơng khí nạp vào động cách dùng dịng xốy Karman để xác định lưu lượng khơng khí nạp Tín hiệu KS tín hiệu số vịng quay động dùng để xác định thời gian phun Trong đo gió cịn bố trí cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp cảm biến áp suất nạp
Hình 3.25: Đo gió karman quang KIỂM TRA BỘ ĐO GIĨ KARMAN
KARMAN QUANG TOYOTA
1 Tháo giắc gim điện đến đo gió Karman Xoay contact máy on
3 Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến đo gió: Vc = vơn Kiểm tra điện áp cực KS: khoảng vôn
(13)Hình 3.26: Sơ đồ mạch điện đo gió karman quang
6 Dùng máy đo xung, kiểm tra tần số xung thổi khơng khí qua đo gió Nếu khơng có xung -> thay đo gió
MITSUBISHI – NISSAN
Các cực đo gió Karman quang:
Cực 1: Nguồn 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 khơng khí nạp THA 7: Nối với ECU
8: Không sử dụng KIỂM TRA
(14)2 Xoay contact máy on
3 Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến đo gió: khoảng 12 vôn Kiểm tra điện áp cực KS: khoảng vôn
5 Kiểm tra liên tục cực E2 với mát
6 Dùng máy đo xung, kiểm tra tần số xung thổi không khí qua đo gió Nếu khơng có xung -> thay đo gió
Hình 3.27: Kiểm tra karman quang KIỂM TRA BỘ ĐO GIÓ BẰNG LED
(15)1 Cực +B đo gió nối với cực (+) ắc quy Cực E2 nối với (-) ắc quy
3 Cực KS nối với dương ắc quy qua led điện trở 1K Thổi khơng khí qua đo gió, kiểm tra chớp tắt liên tục led Dùng thiết bị đo xung kiểm tra tần số xung
KARMAN SIÊU ÂM Các cực đo gió:
Cực 1: Tín hiệu KS đo gió
2: Nguồn 12 vơn cung cấp từ rơ le điều khiển động 3: Nguồn 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 khơng khí nạp THA KIỂM TRA
Hình 3.29: Karman siêu âm Tháo giắc gim điện đến đo gió Karman siêu âm Xoay contact máy on
3 Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến đo gió: khoảng 12 vơn Kiểm tra điện áp cực KS: khoảng vôn
5 Kiểm tra liên tục cực E2 với mát
6 Dùng máy đo xung, kiểm tra tần số xung thổi khơng khí qua đo gió Nếu khơng có xung -> thay đo gió
1
6 5
4
(16)KIỂM TRA BỘ ĐO GIÓ BẰNG LED
1 Cực số (+B) đo gió nối với cực (+) ắc quy Cực số (E2) nối với (-) ắc quy
3 Cực số (KS) nối với dương ắc quy qua led điện trở 1K Thổi khơng khí qua đo gió, kiểm tra chớp tắt liên tục led Dùng thiết bị đo xung kiểm tra tần số xung
Hình 30: Kiểm karman siêu âm
2.1.3 Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt (trong LH - Jetronic)
Nguyên lý đo gió kiểu nhiệt dưạ phụ thuộc lượng nhiệt W từ linh kiện nung nóng điện (phần tử nhiệt) : dây nhiệt, màng nhiệt điện trở nhiệt (thermistor) đặt dịng khí nạp vào khối lượng gió G qua tính theo cơng thức sau: WK.t.Gn
Trong đó:
K: số tỉ lệ
t: chênh lệch nhiệt độ phần tử nhiệt dịng khí
n: hệ số phụ thuộc vào đặc tính trao đổi nhiệt phần tử nhiệt mơi trường
Sơ đồ cảm biến đo gió dây nhiệt loại nhiệt độ khơng đổi trình bày hình
(17)Khi nối ngõ vào khuếch đại thuật toán l (OP AMP) với đường chéo cầu, OP AMP1 giữ cho cầu cân (có nghĩa VA –VB = 0) cách điều khiển transitor T1và T2, làm thay đổi cường độ dòng điện chảy qua cầu
Như vậy, có thay đổi lượng khơng khí qua, giá trị điện trở đo RH thay đổi làm cho cầu cân bằng, OP AMP1 điều chỉnh dòng qua cầu giữ cho giá trị RHkhông đổi cầu cân với vận tốc vào dòng khơng khí Tín hiệu điện mạch đo lấy từ R2có hệ số nhiệt điện trở nhỏ, tỉ lệ thuận với dịng điện qua Tín hiệu sau qua cầu phân gồm R3và R4được đưa đến OP AMP2 giữ chức chuyển phát Điện trở R4dùng để điều chỉnh điện ngõ
Hình 3.31: Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt
Việc xác lập khoảng chênh lệch nhiệt độ t phần tử nhiệt RHvà nhiệt độ dịng khí điều chỉnh RP
Nếu t lớn độ nhạy cảm biến tăng
Hình 3.32: Sự phụ thuộc hiệu điện ngõ vào khối lượng khí nạp mức chênh lệch nhiệt độ khác
R1
R2 RP R3
R4 R5 R6 R7 RK RH RB T2 T1 A2 A1 +U – U + U +
+ Uo
ut +
A B
+
100 200 300 400 G (Kg/h)
1
U (V)
(18)Khi nhiệt độ khơng khí nạp thay đổi dẫn tới thay đổi t Vì vậy, vấn đề cân nhiệt thực RK mắc nhánh khác cầu Wheatstone Thông thường mạch tỉ lệ RH : RK =1:10
Trong trình làm việc, mạch điện tử ln giữ cho chênh lệch nhiệt độ t dây nhiệt dòng khơng khí vào khoảng 1500C (air mass sensor BOSCH)
Để làm điện trở nhiệt (bị dơ bị bám bụi, dầu…), số ECU dùng cho động có phân khối lớn, với số xylanh Z 6 cịn có mạch nung dây nhiệt vịng giây, đưa nhiệt độ từ 1500C lên 10000C sau tắt công tắc máy, trường hợp động chạy 1500 vòng/phút, tốc độ xe 20km/h nhiệt độ nước 1500C (air mass senssor NISSAN) Theo số liệu số hãng, độ ẩm khơng khí gần khơng ảnh hưởng đến độ xác cảm biến
Trên cảm biến hãng HITACHI, cảm biến đo gió loại dây nhiệt thường đặt mạch gió rẽ, song song với đường gió Nhờ mà hoạt động cảm biến phụ thuộc vào rung động dòng khí
Thang đo cảm biến từ 9 360 kg/h sai số 5 7% có độ nhạy cao nhờ số thời gian mạch vào khoảng 20ms
Đối với xe MỸ (GM, FORD…) thay dây nhiệt, người ta sử dụng màng nhiệt Cảm biến đo gió loại màng nhiệt khắc phục nhược điểm chủ yếu loại dây nhiệt độ bền học cảm biến tăng lên
Hình 6.23 trình bày cấu tạo cảm biến đo gió loại màng nhiệt hãng GENERAL MOTORS Màng gồm hai điện trở: điện trở đo RH điện trở bù nhiệt RK phủ đế làm chất dẻo Sự chênh lệch nhiệt độ RH với dịng khơng khí giữ 70oC nhờ mạch tương tự hình 6.21 Thang đo cảm biến khoảng 15470 kg/h
Hình 3.32: Cảm biến đo gió loại màng nhiệt
(19)Khi thiết kế cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt, đặt đường ống nạp động cần lưu ý đặc điểm sau:
1 Cảm biến bị tác động dịng khí đường ống nạp, từ hướng nên tăng độ sai số có xung động dịng khí
2 Trên chế độ chuyển tiếp động cơ, (tăng tốc, giảm tốc…) cảm biến có độ nhạy cao nên xảy trường hợp khơng ăn khớp tín hiệu báo ECU lượng khơng khí thực tế vào buồng đốt Điều xảy khơng tính đến vị trí lắp đặt cảm biến q trình khí động học đường ống nạp, làm trễ dịng khí tăng tốc độ đột ngột Cảm biến đo gió kiểu nhiệt đo trực tiếp khối lượng khơng khí nên ECU khơng cần mạch hiệu chỉnh hịa khí theo áp suất khí trời cho trường hợp xe chạy vùng núi cao
4 Vít chỉnh CO cảm biến khơng nằm đường bypass mà biến trở gắn mạch điện tử
5 Trên số xe, cảm biến đo gió kiểu nhiệt kết hợp với kiểu xốy Karman Khi dịng khơng khí qua vật tạo xốy, xốy lốc khơng khí ảnh hưởng đến nhiệt độ dây nhiệt theo tần số xoáy lốc Tần số tỉ lệ thuận với lượng khơng khí đưa ECU xử lý để tính lượng xăng tương ứng
Cảm biến kiểu nhiệt trước thường gặp động phun xăng có tăng áp (Turbo charger), áp lực lớn đường ống nạp nên sử dụng MAP sensor cảm biến đo gió loại cánh trượt
(20)KIỂM TRA BỘ ĐO GIÓ DÂY NHIỆT PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
Bộ đo gió dây nhiệt có cực
+B: nguồn cung cấp từ rơ le EFI
E2G: mát cảm biến
VG: tín hiệu xác định khối lượng khơng khí nạp
Hình 3.33: Đo gió dây nhiệt ĐIỆN NGUỒN CUNG CẤP CHO BỘ ĐO GIÓ
Xoay contact máy on
Tháo giắc gim điện đến đo gió
Kiểm tra điện áp cực +B : 12 vôn
Xoay contact máy off
Kiểm tra liên tục cực E2G với mát