Cảm biến oxy

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

36

Hình 3.13 Cảm biến oxy

Cảm biến oxy được dùng để xác định thành phần hòa khí tức thời của động cơ đang hoạt động. Nó phát ra một tín hiệu điện thế gửi về ECU để điều chỉnh tỉ lệ hòa khí thích hợp trong một điều kiện làm việc nhất định.Khi tiếp xúc của khí thải và đầu dò của cảm biến sẽ khiến cảm biến phát sinh một dòng điện có điện thế tỉ lệ nghịch với hàm lượng oxy của khí thải để truyền đến ECU. Nếu hàm lượng oxy cao hay hòa khí ‘nghèo xăng’ điện thế do cảm biến phát sinh sẽ ở vào khoảng 0.1 volts. Nếu hàm lượng oxy thấp hay hòa khí ‘giàu xăng’ điện thế do cảm biến phát sinh vào khoảng 0.9 volts (hình 3.14). Dựa trên điện thế này ECU sẽ điều chỉnh thời gian mở của các kim phun nhiên liệu một cách thích hợp để hỗn hợp khí nạp có được một tỷ lệ không khí / xăng gần với tỷ lệ lý tưởng (14.7: 1). Khí thải của một hỗn hợp dư xăng hoặc thiếu xăng ngoài việc gây ô nhiễm còn làm giảm hiệu suất của động cơ và dẫn đến những hư hỏng nghiêm trọng hơn

Phương pháp kiểm tra.

Phần lớn các hư hỏng liên quan đến cảm biến ôxy không thể kiểm tra bằng mắt. Do đó, các kỹ thuật viên phải dùng công cụ máy chẩn đoán kết nối với bộ điều khiển động cơ ECU để đọc dữ liệu của cảm biến ô-xy. Nếu phát hiện các bất thường từ những tín hiệu gửi về thì điều đó có nghĩa là cảm biến đang hoạt động sai chức năng. Vì thế, trong trường hợp này, cần phải thay thế cảm biến ô-xy để đảm bảo động cơ hoạt động bình thường. Còn nếu cảm

37

biến oxy bị bẩn thì các kỹ thuật viên sẽ tiến hành vệ sinh bằng các dung dịch vệ sinh chuyên dụng, sau đó lắp lại.

Hình 3.14 Đầu ra cảm biến oxy zirconia

Nhiều xe bây giờ có một cảm biến oxy trước và sau bộ xúc tác. So sánh đầu ra của hai cảm biến này cho biết tình trạng hoạt động và điều kiện của chất xúc tác (hình 3.15).

38 3.3.8 Cảm biến áp suất

Cấu tạo

Cấu tạo của một cảm biến áp suất gồm hai phần: phần biến dạng là phần trực tiếp nhận tác động của áp suất (hình 3.16) và phần bộ phận chuyển đổi là biến đổi các tác động của phần biến dạng thành tín hiệu điện. (hình 3.17)

Hình 3.16 Phần biến dạng của cảm biến áp suất.

39 Nguyên lý hoạt động.

Theo như hình trên, giả sử khi áp suất dương (+) đưa vào thì lớp màng sẽ căng lên từ trái sang phải, còn khi đưa vào áp suất âm (-) thì lớp màng sẽ căng ngược lại. Chính nhờ sự thay đổi này, tín hiệu sẽ được xử lý và đưa ra tín hiệu để biết áp suất là bao nhiêu.Lớp màng của cảm biến sẽ chứa các cảm biến rất nhỏ để phát hiện được sự thay đổi. Khi có một lực tác động vào thì lớp màng sẽ bị thay đổi theo chiều tương ứng với chiều của lực tác động. Sau đó, các cảm biến sẽ so sánh sự thay đổi đó với lúc ban đầu để biết được nó đã biến dạng bao nhiêu %. Từ đó, sẽ xuất ra tín hiệu ngõ ra tương ứng.

Phương pháp kiểm tra.

Các tín hiệu áp suất hệ thống thông thường có thể được kiểm tra bằng oscilloscope (hệ thống này hoạt động ở áp suất rất cao). Tín hiệu PWM phải ở cùng biên độ nhưng tỷ lệ bật / tắt có thể khác nhau (Hình 3.18).

40

Hình 3.18 Tín hiệu áp suất nhiên liệu, màu xanh là từ đầu ra cảm biến loại tín hiệu tương tự một dấu vết màu đỏ là từ đầu ra cảm biến loại tín hiệu kỹ thuật số (PWM)

3.3.9 Cảm biến quang học

Cấu tạo và nguyên lý hoạt đông.

Một cảm biến quang học thường được sử dụng cho vị trí quay. Bộ cảm biến và mạch quay xoay quang học thể hiện trong Hình 3.19 bao gồm một phototransistor như một máy dò ( thu nguồn sáng ) và một nguồn ánh sáng phát ra ánh sáng (LED). Nếu ánh sáng được tập trung vào một chùm rất hẹp thì đầu ra của mạch hiển thị sẽ là một làn sóng vuông với tần số tỉ lệ thuận với tốc độ.

41 3.4 CƠ CẤU CHẤP HÀNH.

Dưới đây là bảng nêu ra các công cụ, phương pháp kiểm tra các thiết bị, cơ cấu chấp hành. Bảng 3.3 Các phương pháp chẩn đoán thiết bị, cơ cấu chấp hành.

Cơ cấu chấp hành Công cụ Phương pháp Kết quả

Solenoid

Kim phun nhiên liệu Các van thủy lực

VOM (ôm kế)

Tháo rời và đo điện trở.

Tra theo dữ liệu của nhà sản xuất.

Mô tơ

Cần gạt nước. Điều chỉnh đèn. Nâng hạ kính. Cơ cấu điều chỉnh gương chiếu hậu

VOM (ôm kế) VOM ( vôn kế) Cấp nguồn

Mô tơ có thểchạy từ nguồn điện sau khi chúng bị ngắt kết nối khỏi mạch. Nếu cần thiết bạn có thể đo ngay trên mạch

Có thể chạy phù hợp với các chế độ làm việc khác nhau. Từ điện áp thấp tới cao.

Motor bước Van bybass Điều kiển bộ chế hòa khí VOM (ôm kế)

Kiểm tra điện trở sau khi tháo rời cơ cấu.

Giá trị các cuộn dây phải giống nhau. Thông thường giá trị cuộn dây nằm trong khoản 10- 20 ôm

Van EGR VOM

(ôm kế) Và cấp nguồn

Kiểm tra cuộn dây để tiếp tục; nếu OK, kích hoạt thiết bị và lưu ý hoạt động của nó

Đóng mở van liên tục

3.4.1 Motor

Motor điện nam châm vĩnh cửu được sử dụng trong nhiều ứng dụng và rất linh hoạt. Đầu ra của một motorlà dòng điện xoay chiều. Trong hầu hết các ứng dụng trên xe, đầu ra của motor phải được giảm xuống, điều này là để giảm tốc độ và tăng momen. Motor nam châm vĩnh cửu hiện nay được sử dụng phổ biến thay cho loại motor cũ hơn sử dụng cuộn dây.

42

Khuyết điểm của motor loại này là không có phản hồi trực tiếp về vị trí. Đối vời nhiều hệ thống đây không phải là yêu cầu bắt buộc. Tuy nhiên, trong những trường hợp như điều chỉnh chỗ ngồi cần nhớvị trí, một cảm biến loại biến trở được dùng cung cấp để phản hồi. Trong hình 3.20 là ba loại motor điển hình. Hai động cơ bên phải được sử dụng để nâng cửa sổ. Một số sử dụng bộ cảm biến Hall.

Hình 3.20 Motor cửa sổ và gạt nước

3.4.2 Motor bước

motor bước đang ngày càng trở nên phổ biến và được sử dụng nhiều trên các thiết bị bộ truyền động trong xe cơ giới do nó cho phép điều khiển bởi các hệ thống điện tử. Motor bước có ba nhóm chính như sau, các nguyên tắc cơ bản được thể hiện trong hình 3.21.

 Motor biến trở từ

 Motor nam châm vĩnh cửu (PM)

43

Hình 3.21 Nguyên lý động cơ bước

Các loại motor bước điều có cùng nguyên lý hoạt động. Thiết kế cơ bản cho động cơ bước nam châm vĩnh cửu bao gồm hai bộ điều khiển kép. Rôto thường được làm bằng bari-ferrite dưới dạng một nam châm. Khi cuộn dây được kích hoạt theo một chiều, thì đầu kia, động cơ sẽ quay theo các bước 90 °. Nửa bước ( góc 450 ) có thể đạt được bằng cách bật hai cuộn dây. Điều này sẽ làm rotor thẳng hàng với hai cực stator và thực hiện một nửa bước 45 °. Hướng luân chuyển được xác định theo thứ tự trong đó các cuộn dây được bật hoặc tắt hoặc đảo ngược. Những ưu điểm chính của động cơ bước là phản hồi về vị trí không bắt buộc. Điều này là do động cơ có thể được lập một điểm khởi đầu đã biết và sau đó một số bước được tính toán sẽ di chuyển động cơ đến bất kỳ vị trí thích hợp nào.

motor bước, khi được sử dụng để kiểm soát tốc độ cầm chừng (di chuyển theo các bước được biết đến) (Hình 3.22)

44

Hình 3.22 Motor bước và bộ phận chiết áp trên thân ga

Motor bước được sử dụng để kiểm soát tốc độ cầm chừng khi ISCV không được sử dụng. Các bước có thể có bốn hoặc năm kết nối với ECU. Điều này cho phép bộ điều khiển điều khiển motor ở nhiều nấc. Các thiết bị này cũng có thể được sử dụng để kiểm soát vị trí của nắp điều khiển, Ví dụ như là một phần của hệ thống sưởi ấm và thông gió (Hình 3.23).

45

Các đường dẫn nối mass riêng có thể được kiểm tra bằng oscilloscope. Các dạng sóng thường giống nhau trên mỗi đường dẫn. Các biến thể cho ví dụ được hiển thị ở đây có thể được nhìn thấy giữa các hệ thống khác nhau (Hình 3.24).

Hình 3.24 Một loại tín hiệu motor bước khác loại trên

3.4.3 Soilenoid

Khi cuộn dây được kích hoạt, phần ứng được thu hút do từ tính và nén lò xo. Trong trường hợp của kim phun nhiên liệu, chuyển động được giới hạn khoảng 0,1mm. Khoảng thời gian mở là rất nhỏ; trong điều kiện hoạt động khác nhau khoản thời gian mở có thể khắc nhau và dao động từ 1,5 đến 10ms. Thời gian cần một đầu phun để mở và đóng cũng rất quan trọng cho việc đo đạc nhiên liệu chính xác. Một số hệ thống sử dụng điện trở trong vòi phun nhiên liệu. Điều này cho phép sử dụng cuộn dây hoạt động và điện trở thấp hơn, do đó đẩy nhanh thời gian phản ứng.

Ví dụ: Phun đơn điểm

Phun một điểm đôi khi còn được gọi là phun trên đường ống nạp (Hình 3.25). Một kim phun duy nhất được sử dụng (trên động cơ lớn hơn có thể sử dụng hai vòi phun) trong bộ chế hòa khí. Dạng sóng kết quả từ hệ thống phun đơn điểm cho thấy một kim phun ban đầu thời gian theo sau là điện áp xung của kim phun trong phần còn lại của quá trình phun

46

Hình 3.25 Dạng sóng điện áp đầu ra của kim phun đơn điểm

3.4.4 Van điều khiển tốc độ không tải

Thiết bị này có chứa một cuộn dây, lỗi nam châm điện và lò xo. Khi được kích hoạt cổng mở ra, khi không được kích hoạt nó đóng lại (Hình 3.26).

Hình 3.26 Van điều khiển tốc độ không tải

ISCV điện từ sẽ có hai kết nối điện, thường là một nguồn cung cấp điện áp ở điện áp ắc qui và một là nối mass.

Tốc độ mà thiết bị được bật được xác định bởi ECU để duy trì tốc độ tiên quyết theo chương trình được lập trình sẵn. Van sẽ tạo thành một đường vòng không khí xung quanh bướm ga ( không thông với bướm ga ). Nếu động cơ có một van bybass và một ISCV, nó có thể yêu

47

cầu một chương trình cụ thể để cân bằng hai đường dẫn không khí. Vị trí của van có xu hướng chiếm vị trí trung bình được xác định bởi tín hiệu cung cấp. Dẫn đến phía cung sẽ tạo ra một đường thẳng ở điện áp hệ thống (Hình 3.27).

Hình 3.27 Tín hiệu được sinh ra bởi van điều khiển tốc độ không tải

3.5 MỘT SỐ DẠNG SÓNG TRONG ĐỘNG CƠ 3.5.1 Cuộn dây sơ cấp 3.5.1 Cuộn dây sơ cấp

Dạng sóng đánh lửa sơ cấp là phép đo điện áp ở cực âm của cuộn đánh lửa.dây âm của cuộn dây có thể sinh ra điện áp trên 350V. Có nhiều loại cuộn dây đánh lửa khác nhau nhưng các phần cơ bản và nguyên tắc là như nhau (Hình 3.28).

48

Dạng sóng hiển thị là đường điện áp nằm ngang ở trung tâm màng hình của oscilloscope có điện áp không đổi khoảng 30-40V, sau đó giảm mạnh (Hình 3.29). Chiều dài của đường hiển thị điện áp ngang là thời gian đốt, trong trường hợp này khoảng 1ms. Giai đoạn dao động cuộn dây nên hiển thị tối thiểu là 3 đến 4 đỉnh (cả trên và dưới). Sự mất mát các điện áp đỉnh dao động sẽ chỉ ra vấn đề cuộn dây.

Hình 3.29 Tín hiệu điện áp và điện thiết của cuộn dây sơ cấp

Không có dòng điện trong mạch chính của cuộn dây cho đến khi hoạt động. Khi hoạt động cuộn dây được nối đất và điện áp giảm xuống không. Thời gian ngậm được kiểm soát bởi bộ khuếch đại chống cháy hoặc ECU và chiều dài thời gian ngậm được xác định là thời gian cần thiết để cường độ dòng điện lên khoảng 6A. Khi đạt đượcdòng điện định mức bộ khuếch đại ngừng gia tăng dòng chính và nó được duy trì cho đến khi cuộn dây đucợ ngắt mass. Đây là khoảnh thời gian chính xác của qua trình đánh lửa.

Điện áp vượt quá 300V trong trường hợp này được gọi là điện áp cảm ứng. Điện áp cảm ứng được tạo ra bởi tính tự cảm từ.

Tại điểm đánh lửa, cực âm của cuộn dây được ngắt kết nối và từ thông bị ngắt đột ngột. Điều này tạo ra điện áp khoảng 150 đến 350V. Điện áp cao (HT) cuộn dây sẽ tỷ lệ với điện áp cảm ứng này. Chiều cao của điện áp gây ra đôi khi được gọi là điện cực đỉnh chính.

49

Từ dạng sóng dạng mẫu hiện tại, mạch hạn chế có thể được nhìn thấy trong quá trình hoạt động. dòng điện được cung cấp tại thời điểm ngậm bắt đầu và tăng lên cho đến khi đạt được giá trị yêu cầu (thường là 6-8A). Tại thời điểm này, dòng điện được duy trì cho đến khi nó được giải phóng tại điểm bắt lửa.

Góc ngậm sẽ mở rộng khi số vòng quay động cơ được tăng lên để duy trì một thời gian bão hòa của cuộn dây. Điều này tạo ra thuật ngữ 'năng lượng liên tục'. Thời gian bão hòa của cuộn dây có thể được đo và sẽ không đổi bất kể tốc độ động cơ.

3.5.2 Cuộn dây thứ cấp

Đo dạng sóng đánh lửa ở cuộn dây thứ cấp là một phép đo điện áp đầu ra từ cuộn dây đánh lửa. Một số cuộn dây có thể sản xuất trên 50000V. Các loại cuộn dây đánh lửa khác nhau tạo ra điện áp khác nhau nhưng các phần cơ bảnvà các nguyên tắc là như nhau (Hình 2.30).

Hình 3.30 Bugi (Nguồn: Bosch)

Hình ảnh của sóng đánh lửa thứ cấp được nêu trong ví dụ là từ một động cơ được gắn với bộ đánh lửa điện tử. Trong trường hợp này, dạng sóng được lấy từ cuộn dây dẫn chính). Phương pháp liên kết thích hợp có nghĩa là các sóng điện áp tương tự có thể được nhìn thấy cho các loại hệ thống đánh lửa khác (Hình 3.33).

50

Hình 3.31 Tín hiệu đánh lửa trên cuộn thứ cấp

Dạng sóng cuộn dây thứ cấp cho thấy khoảng thời gian điện áp cao đang đi qua điện cực bugi. Thời gian này được gọi là 'thời gian đốt' hoặc 'thời gian bốc cháy'. Trong dạng sóng được hiển thị, có thể thấy đường điện áp ngang nằm ở trung tâm của dao động có điện thế khá ổn định khoảng 4 hoặc 5kV, sau đó giảm mạnh vào chu kỳ dao động.

Điện áp đốt lửa là điện áp cần thiết để thu hẹp khoảng cách tại điện cực của bugi, thường được gọi là điện áp bugi. Trong ví dụ điện áp bugi vào khoảng 45kV.

Khi điện áp bugi được ghi vào hệ thống đánh lửa không bộ chia điện (DIS) hoặc cuộn dây cho mỗi hệ thống đánh lửa riêng lẻ từng xilanh, điện áp nhìn thấy trên dạng sóng nên nằm ở vị trí thẳng đứng. Nếu điện áp bị đảo ngược, nó có thể do phân cực sai.

3.5.3 Bugi xông

Bugi xông diesel là một bộ phận làm nóng. Khi đo dòng điện của nó sẽ chỉ ra hoạt động chính xác bởi vì khi nhiệt độ tăng lên trong buồng đốt sẽ làm tăng điện trở do đó sinh ra điện áp rơi sâu đỉnh cực đại. (Hình 3.32).

51

Hình 3.32 Dòng điện trên bugi xông

3.5.4 Dạng sóng của máy phát điện

Kiểm tra điện áp gợn được sản xuất bởi một máy phát điện (Hình 3.33) là một cách rất tốt để đánh giá tình trạng của nó.

Hình 3.33 Máy phát điện (Nguồn: Bosch Media)

Dạng sóng trong ví dụ minh họa có đầu ra đã được chỉnh lưu từ máy phát điện (Hình 3.34). Đầu ra được hiển thị chính xác và không có lỗi trong các cuộn dây bộ chỉnh lưu.

Dòng điện ba pha từ máy phát điện đã được chỉnh lưu từ AC đến và dạng sóng cho thấy rằng