3.3.4.1. Chức năng nhiệm vụ
Trong các loại cảm biến trên ô tô thì cảm biến vị trí trục cam có chức năng xác định vị trí của trục cam và cung cấp thông tin cho bộ xử lý trung tâm để tính toán thời điểm phun nhiên liệu hợp lý nhất.Nếu thiếu đi cảm biến này thì sẽ khó khởi động xe, động cơ chết đột ngột, động cơ bỏ máy hoặc khôđáp ứng tăng tốc, sáng đèn CHECK ENGINE.
Hình 3.9: Cấu tạo cảm biến trục cam 3.3.4.2. Nguyên lý hoạt động
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. 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.
Cảm biến kích nổ 3.3.5. Hình 3.10: Vị trí cảm biến kích nổ trái. Nằm vị trí 10 và 13 Hình 3-1. Vị tí cảm biến kích nổ phải. Nằm vị trí 14 và 15
3.3.5.1. Nhiệm vụ của cảm biến kích nổ
Cảm biến kích nổ có nhiệm vụ thu nhận và truyền tải những rung động mạnh xuất hiện khi động cơ bị nổ rộng vì đánh lửa sớm hay buồng đốt đóng nhiều muội than. Từ đó ECU này sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa chậm hơn theo một góc độ thích hợp để giảm thiểu hiện tượng này.
3.3.5.2. Nguyên lý làm việc
Cảm biến kích nổ thường được chế tạo bằng vật liệu áp điện. Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh, là vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp.
Hình 3.11: Cấu tạo của cảm biến
1: phần giắc cắm;2: phần vỏ;3: màng chắn
Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiệu ứng cộng hưởng (tần số f = 7KHz). Như vậy: khi có kích nổ: tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp.
Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,4V. Nhờ tín hiệu này: ECU động cơ nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ. ECU động cơ có thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại.
Cảm biến lưu lượng khí nạp.
3.3.6.
3.3.6.1. Chức năng nhiệm vụ
Hình 3.13: Cảm biến lưu lượng khí nạp 1:cảm biến nhiệt độ khí nạp; 2:nhiệt điện trở
Cảm biến MAP có chức năng đo khối lượng khí nạp qua cửa hút và truyền tín hiệu về ECU để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun đạt tỉ lệ chuẩn và điều chỉnh góc đánh lửa phù hợp.
Khi cảm biến lưu lượng khí nạp gặp vấn đề động cơ sẽ chạy không êm: không đều hoặc không chạy được: công suất động cơ kém: xe chạy tốn nhiên liệu hơn: chết máy:…
3.3.6.2. Nguyên lý hoạt động:
Hình 3.14: Cảm biến lưu lượng khí nạp và nhiệ độ khí nạp.
Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy 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
Cảm biến nhiệt độ khí nạp
3.3.7.
3.3.7.1. Chức năng
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được dùng để đo nhiệt độ khí nạp vào động cơ và gửi về hộp ECU để ECU thực hiện hiệu chỉnh: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ không khí: Bởi nếu nhiệt độ khí nạp thấp thì thời gian màng lửa cháy lan ra trong buồng đốt sẽ chậm hơn khi nhiệt độ khí nạp cao -Nếu nhiệt độ thấp thì ECU sẽ hiệu chỉnh tăng góc đánh lửa sớm.
Hình 3.15: Cảm biến nhiệt độ khí nạp
1: Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 2: Nhiệt điện trở 3.3.7.2. Nguyên lý làm việc.
Được tích hợp ở cảm biến lưu lượng khí nạp Cảm biến nhiệt độ khí nạp có một nhiệt điện trở được mắc nối tiếp với điện trở được gắn trong ECU động cơ 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 khí nạp thấp: điện trở của nhiệt điện trở lớn tạo nên một tín hiệu điện áp cao trong tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát THA
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
3.3.8.
3.3.8.1. Chức năng nhiệm vụ .
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có nhiệm vụ đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ và truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm để tính toán thời gian phun nhiên liệu: góc đánh lửa sớm: tốc độ chạy không tải: …ở một số dòng xe: tín hiệu này còn được dùng để điều khiển hệ thống kiểm soát khí xả: chạy quạt làm mát động cơ.Nếu thiếu đi cảm biến này: xe sẽ khó khởi động. 3.3.8.2. Nguyên lý làm việc
Hình 3.17: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm. Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại: khi nhiệt độ giảm thì điện trở tăng. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU động cơ trên nền tảng cầu phân áp.
Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) đến cảm biến rồi trở về ECU về mát. Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital converter).
Khi nhiệt độ động cơ thấp: giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn. Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU động cơ biết động cơ đang lạnh. Khi động cơ nóng: giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm: báo cho ECU động cơ biết là động cơ đang nóng.
Cảm biến vị trí bướm ga.
3.3.9.
3.3.9.1. Chức năng nhiệm vụ.
Cảm biến vị trí bướm ga được sử dụng để đo độ mở vị trí của cánh bướm ga để báo về hộp ECU. Từ đó: ECU sẽ sử dụng thông tin tín hiệu mà cảm biến vị trí bướm ga gửi về để tính toán mức độ tải của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu: cắt nhiên liệu: điều khiển góc đánh lửa sớm: điều chỉnh bù ga cầm chừng và điều khiển chuyển số.
3.3.9.2. Nguyên lý hoạt động
Hình 3.18: Cảm biến vị trí bướm ga và sơ đồ mạch điện
Khi bướm ga mở: các nam châm quay cùng một lúc: và các nam châm này thay đổi vi trí của chúng. Vào lúc đó : IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây r bởi sự thay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ các cực VAT1 và VAT2 theo mức thay đổi này và được truyền đến ECU như tín hiệu mở bướm ga.
Cảm biến ô xy
3.3.10.
3.3.10.1. Chức năng
Cảm biến oxy có chức năng đo lượng oxy dư trong khí thải động cơ và truyền tín hiệu về ECU nhằm điều chỉnh tỉ lệ nhiên liệu và không khí cho phù hợp: qua nhận được tín hiệu từ oxy mà được lượng nhiên liều dư mà gửi tín hiệu để ECU điều khiến đánh lửa sớm hơn cho quá trình chay triệt để.
Hình 3.19: Cảm biến ô xy 3.3.10.2. Nguyên lý hoạt động
Khi khí xả động cơ đi qua đường ống có lắp đặt cảm biến oxy: sự tiếp xúc của lượng oxy trong khí thải với đầu dò cảm biến sẽ tạo nên một dòng điện thế tỷ lệ nghịch với lượng oxy còn trong khí thải và truyền về ECU. Thông thường: nếu lượng oxy thải ra từ động cơ cao (thiếu xăng) thì dòng điện thế phát sinh trên sẽ ở mức khoảng 0:1V. Còn ngược lại: nếu lượng oxy thải ra thấp (thừa xăng): dòng diện sinh ra từ cảm biến đạt khoảng 0:9V. Dựa trên dòng điện này: ECU sẽ điều chỉnh lại thời gian cho phép phun nhiên liệu: và thời điểm đánh lửa một cách thích hợp hơn để giúp lượng xăng và oxy trong động cơ đạt tiệm cận mức lý tưởng: nâng cao hiệu suất động cơ
Cảm biến bàn đạp chân ga
3.3.11.
3.3.11.1. Chức năng.
Với động cơ phun dầu điện tử Common Rail thì tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga truyền về ECU và ECU sử dụng nó để điều khiển lượng phun nhiên liệu : thời điểm đánh lửa :để tăng tốc động cơ.
Hình 3.20: Cảm biến bàn đạp chân ga 3.3.11.2. Nguyên lý làm việc.
Khi đạp chân ga 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 thay đổi từ thông gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực VPA và VPA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp chân ga.
Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga: điện áp được cấp đến cực VPA và VPA2 của ECU: thay đổi từ 0-5V tỷ lệ với góc của bàn đạp ga. VPA là tín hiệu chỉ ra góc mở bàn đạp thực tế và dùng để điều khiển động cơ. VPA2 thường được dùng để phát hiện các hư hỏng của cảm biến. ECU kiểm lực bàn đạp ga từ tín hiệu VPA và VPA2 phát ra và điều khiển môtơ bướm ga theo các tín hiệu này.
3.4.Hoạt động điều khiển của ECUvào các thời điểm đánh lửa của xe.
Tín hiệu IGT.
3.4.1.
ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tín hiệu từ các c ảm biến khác nhau và truyền tín hiệu IGT đến IC đánh lửa.Tín hiệu IGT được bật ON ngay trước khi thời điểm đánh lửa được bộ vi xử lý trong ECU động cơ tính toán: và sau đó tắt đi. Khi tín hiệu IGT bị ngắt: các bugi sẽ đánh lửa.
Khi tín hiệu IGT bị ngắt: các bugi sẽ đánh lửa.
Hình 3.21: Góc đánh lửa sớm ban đầu
Tín hiệu IGF.
3.4.2.
IC đánh lửa gửi một tín hiệu IGF đến ECU động cơ bằng cách dùng lực điện động ngược được tạo ra khi dòng sơ cấp đến cuộn đánh lửa bị ngắt hoặc bằng giá trị dòng điện sơ cấp. Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu IGF nó xác định rằng việc đánh lửa đã xảy ra. (Tuy nhiên điều này không có nghĩa là thực sự đã có đánh lửa).Nếu ECU động cơ không nhận được tín hiệu IGF: chức năng chẩn đoán sẽ vận hành và một DTC được lưu trong ECU động cơ và chức năng an toàn sẽ hoạt động và làm ngừng phun nhiên liệu.
Điều khiển đánh lửa khi khởi động
3.4.3.
3.4.3.1. Sự điều khiển của ESA
Khái quát về việc điều khiển thời điểm đánh lửaViệc điều khiển thời điểm đánh lửa gồm có hai việc điều khiển cơ bản.Điều khiển việc đánh lửa lúc khởi động được thực hiện bằng việc tiến hành đánh lửa ở góc trục khuỷu được xác định trước trong các điều kiện làm việc của độngcơ.
Góc trục khuỷu này được gọi là “góc thời điểm đánh lửa ban đầu”. Việc điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động được thực hiện bởi góc thời điểm đánh lửa ban đầu: góc đánh lửa sớm cơ bản: được tính toán theo trọng tải và tốc độ của động cơ: và các hiệu chỉnh khác nhau.
Hình 3.22: Sơ đồ hiệu chỉnh góc đánh lửa
Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được xác định như sau:
Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu NE (điểm B): sau khi nhận tín hiệu G (điểm A): ECU xác định rằng đây là góc thời điểm đánh lửa ban đầu khi trục khuỷu đạt đến 5 ° : 7 °: hoặc 10 ° BTDC (khác nhau giữa các kiểu động cơ).
Hình 3.23: Hiệu chỉnh đánh lửa sớm ban đầu
Điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động.
3.4.3.2. Điều khiển đánh lửa khi khởi động
-Khi khởi động: tốc độ của động cơ thấp và khối lượng không khí nạp chưa ổn định: nên không thể sử dụng tín hiệu VG hoặc PIM làm các tín hiệu điều chỉnh.
-Vì vậy: thời điểm đánh lửa được đặt ở góc thời điểm đánh lửa ban đầu.
-Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được điều chỉnh trong IC dự trữ ở ECU động cơ.
-Ngoài ra: tín hiệu NE được dùng để xác định khi động cơ đang được khởi động: và tốc độ của động cơ là 500 vòng/phút hoặc nhỏ hơn cho biết rằng việc khởi động đang xảy ra.
Hình 3.24: Tín hiệu mạch
3.4.3.3. Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động
-Điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động là việc điều chỉnh được thực hiện trong khi động cơ đang chạy sau khi khởi động.
-Việc điều chỉnh này được thực hiện bằng cách tiến hành các hiệu chỉnh khác nhau đối với góc thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản.
-Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh
-Khi thực hiện việc điều chỉnh đánh lửa sau khởi động: tín hiệu IGT được bộ vi xử lý tính toán và truyền qua IC dự trữ này.
3.4.3.4. Góc đánh lửa sớm cơ bản
Hình 3.25: Xác định góc dánh lửa sớm
-Góc đánh lửa sớm cơ bản được xác định bằng cách dùng tín hiệu NE: tín hiệu VG hoặc tín hiệu PIM. Tín hiệu NE và VG được dùng để xác định góc đánh lửa sớm cơ bản và được lưu giữ trong bộ nhớ của ECU động cơ. 3.4.3.5. Điều khiển khi tín hiệu IDL bật ON
-Khi tín hiệu IDL bật ON: thời điểm đánh lửa là sớm theo tốc độ của động cơ.Trong một số kiểu động cơ góc đánh lửa sớm cơ bản thay đổi khi máy điều hòa không khí bật ON hoặc tắt OFF.Ngoài ra: trong các kiểu này: một số kiểu có góc đánh lửa sớm là 0 trong thời gian máy chạy ở tốc độ không tải chuẩn.
3.4.3.6. Điều khiển khi tín hiệu IDL bị ngắt OFF
Thời điểm đánh lửa được xác định theo tín hiệu NE và VG hoặc tín hiệu PIM dựa vào các dữ liệu được lưu trong ECU động cơ.
Tuỳ theo kiểu động cơ: 2 góc đánh lửa sớm cơ bản được lưu giữ trong ECU động cơ. Các dữ liệu của một trong các góc này được dùng để xác định góc đánh lửa sớm dựa trên chỉ số octan của nhiên liệu: nên có thể chọn các dữ liệu phù hợp với nhiên liệu được người lái sử dụng.
Ngoài ra: một số kiểu xe có khả năng đánh giá chỉ số octan của nhiên liệu: sử dụng tín hiệu KNK để tự động thay đổi các dữ liệu để xác định thời điểm đánh lửa.
Hình 3.26: Bản đồ đánh lửa ESA
Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh
3.4.4.
3.4.4.1. Hiệu chỉnh để hâm nóng
-Góc đánh lửa sớm được sử dụng cho thời điểm đánh lửa khi nhiệt độ nước làm mát thấp nhằm cải thiện khả năng làm việc. Một số kiểu động cơ tiến hành hiệu chỉnh sớm lên tương ứng với khối lượng không khí nạp.