58 - Cảm biến vị trí bàn đạp ga được bố trí ngay trên bàn đạp ga dùng để xác định góc mở của bàn đạp ga sau đó chuyển đổi thành giá trị điện áp gửi về ECU. ECU sử dụng tín hiệu này để điều khiển mơ tơ mở bướm ga theo góc mở bàn đạp ga đồng thời điều khiển lượng phun nhiên liệu để tăng tốc động cơ. Góc mở bướm ga được cảm biến vị trí bướm ga xác định và chuyển tín hiệu về ECU. Sự điều chỉnh này được gọi là hệ thống điều khiển bướm ga thông minh (Electronic Throttle Control System – Intelligent).
- Cấu tạo:
Trên động cơ Toyota Hilux 1GD-FTV sử dụng cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu phần tử Hall. Cấu tạo cảm biến gồm có: IC hall và nam châm.
- Nguyên lý hoạt động
Dựa vào hiệu ứng Hall, trong cảm biến có hai IC Hall cố định. Nguồn điện cấp cho cảm biến là nguồn 5V từ ECU đến hai cặp cực VCP1 – EP1 và VCP2 – EP2. Khi đạp bàn đạp ga, nam châm được gắn trên trục truyền động, trục này chuyển động cùng với bàn đạp ga, qua trục truyền động sẽ làm cho các nam châm quay xung quanh IC Hall, từ trường qua IC Hall thay đổi. Sự thay đổi từ trường tạo ra sự thay đổi điện áp tín hiệu. Trong đó tín hiệu ra VPA1 dùng làm tín hiệu chính để điều khiển động cơ, tín hiệu VPA2 là tín hiệu để ECU kiểm tra phát hiện hư hỏng. Nhờ sự thay đổi điện áp ra của 2 chân tín hiệu từ cảm biến mà ECU biết được chính xác vị trí bàn đạp ga. Tín hiệu điện áp xác định góc mở bàn đạp ga VPA1 và VPA2 được gửi về ECU để ECU điều khiển phun nhiên liệu. Khi góc mở bàn đạp ga càng lớn thì từ thơng qua IC Hall càng tăng, tín hiệu điện áp gửi về ECU tăng tuyến tính so với góc đạp bàn đạp ga.
59
Hình 3.56: Cấu tạo của cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu phần tử Hall
Hình 3.57: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa góc mở bàn đạp ga và giá trị điện áp
- Kiểm tra:
Cấp nguồn dương 5V vào chân VCP1, VCP2. Cấp nguồn âm vào chân EP1, EP2. Tiến hành đo giá trị điện áp tại chân tín hiệu VPA1 với giá trị điện áp từ 0.8 – 3.2V
60 và chân tín hiệu VPA2 với giá trị điện áp từ 1.6 – 4.0V khi góc mở bàn đạp ga tăng dần.
Hình 3.58: Sơ đồ chân cảm biến vị trí bàn đạp ga
3.4.2.5. Cảm biến vị trí bướm ga
- Ngược lại với động cơ xăng, trên một số động cơ Diesel đời cũ khơng có bướm ga, bởi vì động cơ Diesel ln hoạt động trong chế độ thừa khơng khí, có nghĩa là lượng khơng khí ln ln nạp vào tối đa. Như vậy trên động cơ Diesel, tốc độ động cơ khơng phụ thuộc vào lượng gió nạp vào động cơ mà phụ thuộc vào lượng phun nhiên liệu (phun nhiên liệu càng nhiều thì tốc độ càng lớn và ngược lại).
- Ở động cơ kiểu cũ, bướm ga được điều khiển trực tiếp từ bàn đạp ga thông qua dây cáp. Ngày nay, bàn đạp ga trên động cơ Diesel sẽ gửi tín hiệu về ECU và ECU sẽ điều khiển bướm ga, kiểu điều khiển này còn được gọi là hệ thống điều khiển bướm ga thông minh ETCS-i (Electronic Throttle Control System – intelligent).
61
Hình 3.59: Sơ đồ điều khiển của hệ thống ETCS-i
- Chức năng của bướm ga trên động cơ Diesel:
+ Giảm rung động khi tắt máy: Nếu như trên những động cơ Diesel đời cũ khơng có bướm ga, mỗi khi tắt máy cảm thấy động cơ rung lắc rất nhiều thì trên những động cơ Diesel đời mới hơn đã khắc phục được nhược điểm trên. Đây có thể nói là chức năng cải tiến đầu tiên đối với bướm ga Diesel. Khi tắt máy ECM sẽ điều khiển đóng bướm ga khoảng 95 – 97% trong vịng 1.5 giây, khi đó sẽ hạn chế lượng gió vào động cơ, động cơ khơng tiếp tục nạp và nén khí giúp động cơ tắt máy êm hơn.
+ Kiểm sốt khí thải và điều khiển luân hồi khí thải: Điều kiện để cho khí xả có thể quay trở lại đường ống nạp đó là áp suất khí nạp phải nhỏ hơn áp suất khí xả tuy nhiên một số trường hợp áp suất khí xả có thể bằng áp suất khí nạp (ví dụ như khi tốc độ động cơ thấp). Khi đó khí xả khơng thể quay trở lại đường ống nạp. Ở thời điểm này ECU động cơ sẽ điều khiển đóng bớt bướm ga lại từ 5 – 94% để tăng độ chân không sau bướm ga đồng nghĩa với việc giảm áp suất đường ống nạp, khi đó áp suất khí nạp nhỏ hơn áp suất khí xả và khí xả có thể quay trở lại đường ống nạp.
+ Giảm tiếng ồn khi nạp và độ rung khi chạy không tải: Tương tự chức năng chống rung giật khi tắt máy, bình thường bướm ga sẽ mở hồn tồn, khi đó lượng khí nạp ln trong tình trạng q thừa so với u cầu dẫn tới tình trạng động cơ làm việc khơng êm và ồn, đặc biệt khi chạy khơng tải. Vì thế ECU
62 động cơ sẽ điều khiển mơ tơ bướm ga đóng một phần bướm ga trong một thời gian nhất định tùy theo từng chế độ hoạt động của động cơ.
+ Điều khiển nhiệt độ khí xả trên hệ thống: Bộ lọc DPF (Diesel Particulate Filter) thường thấy trên các dịng xe có tiêu chuẩn khí thải EURO 4 trở lên, sau một thời gian hoạt động bộ lọc DPF này sẽ bị nghẹt, khi đó cần tái tạo lại để tiếp tục sử dụng. Việc tái tạo lại có thể thực hiện bằng cách xử lý khí thải khơ hoặc xử lý khí thải bằng dung dịch. Đa số ngày nay việc tái tạo bằng cách xử lý khô được sử dụng khá phổ biến. Đối với việc xử lý khí thải khơ, ECU động cơ sẽ điều khiển đóng một phần bướm ga lại từ 5 – 94% để giảm lượng khí nạp vào. Lượng khí nạp vào ít kết hợp với việc phun nhiên liệu nhiều hơn sẽ làm tỉ lệ nhiên liệu và khơng khí trở nên giàu hơn dẫn tới nhiệt độ khí xả tăng cao hơn để đốt cháy hết muội than trong bầu DPF.
- Cấu tạo:
Hình 3.60: Cấu tạo cụm chi tiết điều khiển bướm ga
- Nguyên lý làm việc:
+ Hành trình bàn đạp ga được xác định nhờ vào cảm biến vị trí bàn đạp ga (cảm biến này có hai tín hiệu điện áp gửi về là VPA1 và VPA2) gửi về ECU động cơ. ECU sẽ điều khiển mơ tơ bố trí ở thân bướm ga, thơng qua bộ bánh răng trung gian để điều khiển bướm ga mở một góc tối ưu nhất so với chế độ hoạt động của động cơ. Độ mở của bướm ga được xác định bằng cảm biến vị trí bướm ga (kiểu phần tử Hall) và tín hiệu góc mở bướm ga được gửi đến ECU động cơ nhằm mục đích xác định tình trạng hoạt động của mơ tơ điều khiển.
63 + Cảm biến vị trí bướm ga kiểu phần tử Hall: Tương tự như cảm biến vị trí trục cam kiểu phần tử Hall, cảm biến có cấu tạo gồm IC Hall và một nam châm. Dựa vào hiệu ứng Hall, nguồn điện cấp cho cảm biến là nguồn 5V từ ECU đến cặp cực VC và E2. Khi ECU điều khiển mô tơ điện quay, thông qua bộ bánh răng trung gian làm mở bướm ga, từ đó sẽ làm cho các nam châm quay xung quanh IC Hall, từ thông qua IC Hall thay đổi. Sự thay đổi từ thơng tạo ra sự thay đổi tín hiệu điện áp. Thơng qua chân VTA thì ECU động cơ sẽ xác định được góc mở của bướm ga. Khi góc mở bướm ga càng lớn thì lượng từ thơng qua IC Hall càng tăng, tín hiệu điện áp gửi về ECU tăng tuyến tính so với góc mở bướm ga.
- Kiểm tra:
Hình 3.61: Sơ đồ chân cụm bướm ga điện tử
Chú thích:
1 – Chân nguồn (-) cấp cho mô tơ điều khiển 2 – Chân nguồn (+) cấp cho mô tơ điều khiển 3 – Chân nguồn (-) cho cảm biến vị trí bướm ga 4 – Chân chưa sử dụng
5 – Chân nguồn 5V cho cảm biến vị trí bướm ga 6 – Chân tín hiệu của cảm biến vị trí bướm ga
64
Hình 3.62: Biểu đồ tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga - Kiểm tra: - Kiểm tra:
Bước 1: Kiểm tra điện áp cấp nguồn của cảm biến.
Dùng đồng hồ VOM, đo điện áp giữa chân VC – E khi khóa điện được bật. Nếu điện áp giữa chân VC – E có giá trị 4,5 – 5,5 V thì cảm biến cịn hoạt động. Bước 2: Tiến hành đo điện áp giữa chân VTA của cảm biến với chân E so với các giá
trị tiêu chuẩn sau:
Bảng 3.4: Giá trị điện áp cảm biến vị trí bướm ga
Trạng thái Giá trị hiển thị
(VTA)
Bướm ga đóng hồn tồn 0.3-0.8 (V)
Bướm ga mở hoàn toàn 2.9-4.9 (V)
3.4.2.6. Cảm biến khối lượng khí nạp
65 Kiểu bộ đo gió này đo khối lượng khơng khí nạp vào động cơ, được đặt sau bộ lọc gió. Có thể là loại dây nhiệt hoặc màng nhiệt, loại đo gió này có các ưu điểm như sau:
+ Phạm vi đo khối lượng khơng khí nạp từ tốc độ cầm chừng đến tốc độ tải lớn rất rộng.
+ Đặc tính hoạt động khơng phụ thuộc vào sự hoạt động ở vùng cao hay vùng thấp. + Trọng lượng bé, kích thước nhỏ gọn.
+ Khơng sử dụng chi tiết cơ khí nên có độ nhạy cao. + Kiểm tra trực tiếp khối lượng khơng khí nạp. + Sức cản dịng khí nhỏ hơn loại cánh trượt. - Cấu tạo:
Gồm một nhiệt điện trở và dây nhiệt bằng platin đặt trên đường di chuyển của khơng khí và mạch điều khiển điện tử. Nhiệt điện trở dùng để kiểm tra nhiệt độ khơng khí nạp vào bộ đo gió. Nhiệt điện trở và mạch điều khiển điện tử này được đặt trong một hộp nhựa.
- Nguyên lý hoạt động:
Hình 3.64: Ngun lý đo khối lượng khí nạp cảm biến MAF
Chú thích:
1 – Dây nhiệt bằng platin 2 – Nhiệt điện trở âm
3 – Khơng khí nạp từ lọc gió 4 – Đường đi tắt
5 – Cảm biến nhiệt độ khí nạp 6 – Đường tới bướm ga
66 Dây nhiệt bằng platin hay cịn được gọi là dây sấy ln ổn định ở 120°C. Khi khơng khí nạp chạy qua dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối khơng khí nạp. Bằng cách điều chỉnh dịng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy khơng đổi, dịng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với khối lượng khơng khí nạp. Sau đó có thể đo khối lượng khơng khí nạp bằng cách đo dịng điện đó, dịng điện này được biến đổi thành một điện áp, sau đó được gửi đến ECU động cơ.
Hình 3.65: Sơ đồ chân cảm biến khối lượng khí nạp MAF
Chú thích:
FG – Tín hiệu xác định khối lượng khơng khí nạp THA – Tín hiệu xác định nhiệt độ khơng khí nạp 5V – Chân nguồn cấp cho cảm biến
E2G – Chân mát cảm biến - Kiểm tra
Tháo cảm biến ra khỏi ống nạp. Nối giắc vào cảm biến và cấp nguồn như bình thường. Dùng đồng hồ VOM đo giá trị điện áp giữa FG và E2G khi thổi khơng khí đi qua cảm biến, khi thổi càng nhiều thì điện áp càng tăng (do khi thổi nhiều, dây nhiệt bị giảm nhiệt độ xuống dưới 120°C khi đó ECU điều khiển cấp dịng điện vào để dây nhiệt quay lại mức nhiệt độ ban đầu) thì kết luận cảm biến hoạt động tốt.
Tháo giắc cảm biến dùng đồng hồ VOM đo điện trở giữa THA và E2G để kiểm tra cảm biến nhiệt độ khơng khí, so sánh với giá trị tiêu chuẩn:
67 Bảng 3.5: Giá trị điện trở cảm biến nhiệt độ khí nạp
Nhiệt độ khí nạp °C Giá trị điện trở kΩ -20 16.2 0 5.9 20 2.5 40 1.1 60 0.6 80 0.3 100 0.1
3.4.2.7. Cảm biến áp suất trên đường ống nạp
Hình 3.66: Cảm biến áp suất đường ống nạp
Đây là loại cảm biến xác định áp suất khơng khí nạp bằng cách kiểm tra áp suất trên đường ống nạp sau turbo tăng áp. Cảm biến được bố trí bên ngồi động cơ, cấu trúc gọn nhẹ khơng làm cản trở dịng khí nạp như các loại cảm biến khác. Cảm biến áp suất đường ống nạp được nối với đường ống nạp qua một ống mềm dẫn khơng khí, để xác định áp suất đường ống nạp.
68 - Cấu tạo:
Hình 3.67: Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp MAP
- Nguyên lý hoạt động:
Một chíp silic gắn liền với buồng chân khơng được duy trì độ chân khơng nhất định, tất cả được đặt trong bộ cảm biến. Một phía của chíp tiếp xúc với đường ống nạp, phía kia tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không (giá trị không đổi).
Nguyên lý đo của cảm biến dựa vào mối quan hệ giữa áp suất trong đường ống nạp và lưu lượng khơng khí nạp. Khi lượng khơng khí nạp giảm thì áp suất khí nạp giảm và ngược lại khi lưu lượng khí nạp tăng thì áp suất trong đường ống nạp tăng. Áp suất đường ống nạp thay đổi làm hình dạng của chíp silic thay đổi và làm cho giá trị điện trở thay đổi theo. Khi chiều cao của chíp silic càng cao thì giá trị điện áp ở chân tín hiệu càng lớn và ngược lại.
69
Hình 3.69: Sơ đồ chân cảm biến áp suất đường ống nạp MAP
- Kiểm tra:
Bảng 3.6: Giá trị điện áp cảm áp suất đường ống nạp
Cực đo Điều kiện Giá trị điện áp
VC –E2 Bật công tắc 4.5V – 5.5V
PIM – E2 P = 100mmHg 1.3V – 1.9V
P = 610mmHg 2.4V – 3.1V
P = 1700mmHg 3.7V – 4.3V
3.4.2.8. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau Turbo
Hình 3.70: Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau Turbo
- Vị trí:
Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau turbo được đặt trước bướm ga Diesel.
- 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.
70 + Hiệu chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ khơng khí: Bởi ở nhiệt độ khơng khí thấp mật độ khơng khí sẽ đặc hơn và ở nhiệt độ cao mật độ khơng khí sẽ lỗng hơn (ít oxi hơn).
+ Nếu nhiệt độ thấp thì ECU sẽ hiệu chỉnh tăng thời gian phun nhiên liệu. Nếu nhiệt độ cao thì ECU sẽ hiệu chỉnh giảm thời gian phun nhiên liệu.
+ Ngồi ra cảm biến nhiệt độ khí nạp sau turbo cịn có nhiệm vụ kiểm tra hiệu quả của két làm mát turbo.
- Cấu tạo:
Là một nhiệt điện trở có trị số điện trở âm. Khi nhiệt độ khí nạp tăng thì điện trở giảm và ngược lại khi nhiệt độ khí nạp giảm thì điện trở tăng.
Hình 3.71: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp
- Nguyên lý hoạt động:
Khi nhiệt độ khơng khí nạp cao thì điện trở sẽ giảm, điện áp gửi về ECU cũng giảm, ngược lại khi nhiệt độ khơng khí nạp thấp thì điện trở sẽ tăng, điện áp gửi đến ECU cũng tăng theo. ECU dựa vào tín hiệu điện áp từ cảm biến gửi về từ đó có thể xác định hiệu chỉnh thời gian, lượng phun nhiên liệu vào động cơ.
71
3.4.2.9. Cảm biến A/F
Hình 3.72: Cảm biến A/F trên Toyota Hilux - Chức năng: - Chức năng:
Cảm biến A/F được đặt phía sau bầu lọc khí thải dùng để đo mức độ giàu nghèo của khí thải sau đó gửi tín hiệu đến ECU, ECU sẽ tính tốn chính xác được lượng nhiên liệu cung cấp cho kim phun bù nhiên liệu giúp cho bầu lọc DPF không bị quá nhiệt trong quá trình tái sinh bầu lọc đồng thời cảm biến A/F cũng có nhiệm vụ giám sát tình trạng hoạt động của kim phun bù nhiên liệu.
- Cấu tạo:
Hình 3.73: Cấu tạo cảm biến A/F
Cấu tạo cảm biến A/F tương tự như cảm biến oxy bao gồm các thành phần sau: