Trên xe ô tô hiện đại ngày nay hầu hết các hệ thống điều sử dụng điện và khi các chi tiết trong hệ thống này gặp sự cố thì cần phải có kiến thức chi tiết đó và cả kiến thức về cách kiểm tra chẩn đoán liên quan đến phần điện mới có thể sử lý sự cố, vì vậy một người kỹ thật viên giỏi muốn hoàn thành tốt công việc cả mình họ cần trang bị thêm cho mình kiến thức về điện và các cách kiểm tra chẩn đoán điện. Dưới đây là một số phương pháp, cách thức kiểm tra cũng như quy trình kiểm tra điện trên xe ô tô.
3.2.1 Đèn thử và đồng hồ đo dạng analog.
Bóng đèn thử nghiệm là dụng cụ để dò lỗi trong mạch điện chiếu sáng bởi vì nó dẫn điện nên có thể kiểm tra điện trở trên các giắc cắm. Tuy nhiên, những đặc tính của nó sẽ làm hỏng các mạch điện tử tinh vi. Do đó, không sử dụng nó cho bất kỳ mạch có chứa bộ điều kiển điền tử (ECU).
Ngay cả đồng hồ vôn kế dạng analog có thể gây ra dòng điện đủ lớn khiến đọc sai giá trị và gây hư hại cho ECU - vì vậy đừng sử dụng nó.
21
Sử dụng đồng hồ đo đa năng dạng số là tốt nhất, các đồng hồ này hầu hết điều có điện trở nội bộ cao hơn 10 MΩ. Điều này có nghĩa là dòng điện sinh ra là không đáng kể.
3.2.2 Quy trình kiểm tra điện.
Quy trình sau đây rất chung chung nhưng nó có ít và có thể được áp dụng cho bất kỳ hệ thống điện nào. Quá trình kiểm tra bất kỳ mạch hệ thống nào được biểu diễn bằng hình 3.2.
22
23 3.2.3 Kiểm tra sụt áp
Sụt áp là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả sự khác biệt giữa hai điểm trong một mạch. Bằng cách này, có thể nói về sự giảm điện áp giữa ắc quy (bình thường khoảng 12.6V) hoặc điện áp thả qua công tắc đóng (lý tưởng là 0V nhưng có thể là 0.1 hoặc 0.2V).
Để kiểm tra sụt áp cần phải nhớ một quy tắc cơ bản về một mạch điện:
Tổng điện áp một mạch luôn luôn bằng nguồn cung cấp.
Đảm bảo mạch điện hoạt động - hoặc ít nhất các mạch nên có điện áp rơi.
Nếu mạch hoạt động đúng, V1+V2+V3=Vs. Khi thử nghiệm trước đó, và nếu điện áp ắc quy được xác định là 12V. Nếu giá trị điện áp đo trên V2 thấp hơn 12v thì sẽ có điện áp rơi trên V1 và ( hoặc) V3.
3.2.4 Kiểm tra ngắn mạch
Lỗi này thường là ngắt cầu chì khi nhiệt độ quá cao – cầu chì bị cháy hoàn toàn. Dấu hiệu của ngắn mạch là rất khác nhau chẳng hạn như hở mạch hoặc điện trở cao. Các thử nghiệm sụt áp trên đã chỉ ra mạch hở hay là điện trở cao.
Phương pháp để dò tìm một đoạn mạch bị ngắn, sau khi tìm kiếm các dấu hiệu rõ ràng của ngắn mạch, là nối một bóng đèn hoặc đèn thử qua cầu chì hỏng và bật mạch lên. Bóng đèn sẽ sáng vì ở một bên nó được nối với nguồn cung cấp cho cầu chì và ở phía bên kia nó được nối với đất qua lỗi mạch ngắn. Bây giờ ngắt kết nối từng phần nhỏ của mạch điện cho đến khi đèn thử tắt. Điều này sẽ chỉ ra rằng đoạn mạch điện cụ thể đã bị ngắn.
24 3.2.5 Kiểm tra có tải và không tải
Có tải có nghĩa là một mạch đang có một dòng điện, không tải có nghĩa là nó không có điện. Một ví dụ đơn giản: là khi thử nghiệm một mạch khởi động. Điện thế ắc quycó thể là 12V (hoặc 12.6V) không tải, nhưng có thể thấp tới 9V có tải.
3.2.6 Kỹ thuật hộp đen
Trên ô tô chẩn đoán ECU được coi là phần khó nhất, để thuận tiện cho việc chẩn đoán người ta nghĩ ra “ kỹ thuật hộp đen”. Kỹ thật này coi ECU là một phần không biết. Chẩn đoán bằng cách khi tất cả các tín hiệu đầu vào là ổn định nhưng tín hiệu đầu ra không ổn định thì nguyên nhân là “hộp đen”.
Hình 3.3 Sơ đồ khối “hộp đen”
Sự gia tăng liên tục trong việc sử dụng điện tửtrong xe đại diện cho một thách thức lớn cho dịch vụ khách hàng và các hoạt động sửa chữa. Hệ thống chẩn đoán và thông tin hiện đại phải đối mặt với thách thức này và các nhà sản xuất thiết bị kiểm tra phải cung cấp các dụng cụ linh hoạt và dễ sử dụng. Chẩn đoán lỗi nhanh và đáng tin cậy trong các phương tiện hiện đại đòi hỏi phải có kiến thức kỹ thuật mở rộng, thông tin chi tiết về xe, hệ thống kiểm tra được cập nhật và kỹ năng để có thể áp dụng tất cả.
Dưới đây, giới thiệu về các cảm biến cơ bản, về cách kiểm tra và nguyên lý hoạt đông. Cũng như là các thiết bị chấp hành như motor, solenoid,…để tiện cho việc chẩn đoán và sửa chữa.
25
3.3 CHẨN ĐOÁN CẢM BIẾN.
Một cảm biến là một thiết bị đo khối lượng vật lý và chuyển nó thành tín hiệu có thể được đọc bởi một bộ điều khiển điện tử ECU. Để có độ chính xác, hầu hết các cảm biến được hiệu chỉnh theo các tiêu chuẩn đã biết. Các cảm biến xe sản xuất một tín hiệu điện, do đó ta thường dùng oscilloscope để kiểm tra đầu ra của nó. Tuy nhiên, nhiều người cũng có thể kiểm tra sử dụng đồng hồ đo vạn năng.
3.3.1 Cảm biến điện từ Cấu tạo.
Cảm biến điện từ được sử dụng chủ yếu để đo tốc độ và vị trí của một bộ phận quay. Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn dây cảm ứng và một nam châm vĩnh cửu và một rotor dùng để kép mạch từ có số răng tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng (hình 3.4).
Hình 3.4 Cấu tạo cảm biến điện từ.
Nguyên lý hoạt động
Khi cựa răng của rotor không nằm đối diện cực từ thì từ thông qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp nhất vì khe hở không khí lớn. Khi cựa răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm nên từ thông tăng nhanh. Như vậy nhờ vào sự biến thiên từ thông , trên cuộn dây sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng. Khi cựa răng rotor đối diện với cực từ của cuộn dây từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện áp giữa hai đầu cuộn dây bằng không. Khi cựa răng rotor di chuyển ra khỏi cực từ thì khe hở không khí tăng dần từ thông giảm nên sinh ra một suất điện động theo chiều ngược lại. Điện áp ra của cảm biếncảm ứng gần giống với một làn sóng sin. Biên độ của tín hiệu này phụ thuộc vào tốc độ thay đổi. Điều này được xác định chủ yếu bởi thiết kế ban đầu như trong số lượt quay, lực nam châm và khoảng cách giữa cảm biến và thành phần quay.
26 Phương pháp kiểm tra.
1. Kiểm tra khe hở không khí
Dùng thước lá, đo khe hở giữa rô to tín hiệu và vấu lồi trên cuộn dây nhận tín hiệu. 2. Kiểm tra điện trở tạo bộ tín hiệu. ( cuộn dây nhận tín hiệu)
Chúng ta kiểm tra cảm biến cảm ứng bằng đồng hồ VOM. Đo điện trở đối với cảm biến tháo rời hoặc đo điện áp đầu ra. Giá trị điện trở tùy thuộc từng từng loại cảm ứng, từng loại xe. Chúng ta tham khảo giá trị nay trên tài liệu của xe.
Ví dụ: Cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam
Bộ cảm biến trục khuỷu và cảm biến trục cam hoạt động theo cùng một cách. Một răng đơn, hoặc bánh răng, tạo ra một điện áp vào một cuộn dây trong cảm biến. Cảm biến vị trí trục cam cung cấp thông tin vị trí động cơ cũng như vị trí xylanh đang trong kỳ làm việc. Cảm biến trục khuỷu cung cấp tốc độ động cơ. Nó cũng cung cấp vị trí động cơ trong nhiều trường hợp bằng cách sử dụng răng bị đặc biệt .
Trong dạng sóng điện áp đặc biệt này, chúng ta có thể đo điện áp ra từ trục khuỷu cảm biến. Điện áp sẽ khác nhau giữa các nhà sản xuất, và nó cũng phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Dạng sóng sẽ là một tín hiệu điện áp xen kẽ.
Nếu có khoảng trống sóng điện áp đó là do răng trên bánh được dùng làm tài liệu tham khảo cho ECU để xác định vị trí của động cơ. Một số hệ thống sử dụng hai tính hiệu tham khảo cho một vòng quay (Hình 3.7). Cảm biến trục cam đôi khi được gọi là cảm biến xác định vị trí xylanh và được sử dụng như một tham chiếu đến việc phun nhiên liệu liên tục theo thời gian.
27
Hình 3.5 Tín hiệu đầu ra cảm biến trục khuỷu
Điện áp tạo ra bởi cảm biến trục cam sẽ được xác định bởi một số yếu tố, đó là tốc độ của động cơ, khoảng cách khe hở cảm biến tới vấu và lực từ trường được cung cấp bởi cảm biến. ECU cần xem tín hiệu khi động cơ được khởi động để tham khảo; nếu vắng mặt, có thể làm thay đổi thời điểm phun nhiên liệu. Người lái xe có thể sẽ để ý rằng chiếc xe đang gặp sự cố nếu cảm biến trục cam bị lỗi, vì khả năng lái xe có thể không bị ảnh hưởng.
Các đặc tính của một cảm biến cảm biến trục cam tốt là một sóng sin tăng khi tốc độ động cơ tăng lên và thường cung cấp một tín hiệu cho mỗi vòng quay của trục khuỷu 720 ° (360 ° của trục xoay trục cam).
Điện áp sẽ khoảng 0.5V đến 2.5V.
3.3.2 Cảm biến loại biến trở. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Cảm biến là một điện trở cố định, trên đó có một điểm tiếp xúc điện có thể di chuyển gọi là con trượt. Khi con trượt chạy làm thay đổi điện trở nên làm thay đổi điện áp đưa về ECU.
28 Phương pháp kiểm tra.
Kiểm tra bằng đồng hồ VOM, có thể kiểm tra điện áp thay đổi khi con trượt thay đổi, có thể kiểm tra điện trở nếu tháo rời cảm biến. Điện áp thay đổi trong khoản 0v-5v, điện trở thay đổi đều và liên tục.
Dưới đây là ví dụ về một cảm biến sử dụng loại cảm biến trên. Ví dụ: cảm biến vị trí bớm ga.
Phần lớn các hệ thống quản lý hiện đại đều sử dụng loại cảm biến này. Nó nằm trên trục bướm ga. Bướm ga là một thiết bị ba dây có nguồn cung cấp 5V (thông thường), một kết nối đất và một đầu từ ECU. Vì đầu ra rất quan trọng đối với hiệu suất của chiếc xe, bất kỳ 'điểm mù' nào trong phạm vi khu vực quét của cảm biến bên trong, sẽ gây ra mất tính hiệu.
Một cảm biến vị trí bướm ga tốt sẽ hiển thị một điện áp nhỏ tại vị trí đóng cửa ga, dần dần tăng điện áp khi ga được mở ra và quay trở lại với điện áp ban đầu của nó như là ga đã đóng. Các nhà sản xuất thì có thể có mức điện áp riêng, nhiều loại không
điều chỉnh được và điện áp sẽ ở trong khoảng 0.5-1.0V ở không tải, tăng lên 4.0V (hoặc nhiều hơn) với van ga mở hoàn toàn.
29 3.3.3 Cảm biến loại dây nóng
Cấu tạo và nguyên lý hoạt đông.
Nguyên tắc cơ bản là khi không khí đi qua một dây nóng, nó sẽ làm lạnh dây. Nếu một mạch được tạo ra để tăng dòng điện thông qua các dây nóng, dòng điện này tỷ lệ thuận với lưu lượng không khí. Đầu ra của mạch liên quan đến cảm biến dây nóng là điện áp trên điện trở chính xác. Điện trở của dây nóng và điện trở chính xác nhờ vậy mà dòng điện để làm nóng dây dao động từ 0.5 đến 1.2A với các tốc độ dòng không khí khác nhau. Điện trở suất cao được sử dụng ở đầu kia của cầu phân áp và dòng điện đi qua rất nhỏ. Điện trở bù nhiệt có điện trở khoảng 500Ω không đổi.
Đầu ra của thiết bị này có thể thay đổi nếu dây nóng trở nên bẩn. Làm nóng dây dẫn ở nhiệt độ rất cao trong một giây mỗi lần động cơ tắt máy, có thể đốt cháy bất kỳ sự nhiễm bẩn nào từ các chất bụi bẩn.
Phương pháp kiểm tra.
Dùng đồng hồ VOM đo điện áp đầu ra thay đổi trong các chế độ của xe có giống với tiêu chuẩn hay không?
Ví dụ: Cảm biến đo lưu lượng không khí - loại dây nóng
Khi không khí tràn qua dây nóng, nó làm giảm nhiệt độ xuống, và tạo ra tín hiệu đầu ra. Điện áp đầu ra phải tuyến tính để luồng không khí.
Hình 3.6 thể hiện dạng sóng của cảm biến đo lưu lượng không khí loại dây nhiệt. Dạng sóng sẽ hiển thị khoảng 1.0V khi
động cơ ở trạng cầm chừng. Điện áp này sẽ tăng khi động cơ tăng tốc và khối lượng không khí tăng. Đỉnh cao này là do sự phát triển ban đầu của không khí và giảm xuống trong giây
30
lát trước khi điện áp được nhìn thấy tăng trở lại với một đỉnh khác khoảng 4.0-4.5V. Tuy nhiên, điện áp này phụ thuộc vào tốc độ động cơ, điện áp sẽ giảm mạnh khi bướm ga đóng, giảm luồng không khí.
Hình 3.6 Tín hiệu dạng sóng của cảm biến khối lượng không khí loại dây nóng
3.3.4 Điện trở nhiệt
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được làm từ vật liệu bán dẫn. Khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý, tuy nhiên mức độ hoạt động và mức thay đổi điện trở theo nhiệt độ có sự khác nhau. Sự thay đổi giá trị điên trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp gửi đến ECU.
Phương pháp kiểm tra.
Dùng đồng hồ VOM để đo điện trở. Điện trở sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Tùy thuộc vào loại điện trở mà điện trở tăng khi nhiệt độ tăng hoặc điện trở tăng khi nhiệt độ giảm.
31
Ví dụ: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hầu hết các cảm biến nhiệt độ làm mát là NTC thermistors; điện trở của chúng giảm khi
nhiệt độ tăng lên. Điều này có thể được đo trên hầu hết các hệ thống như là một tín hiệu điện áp giảm. CTS thường là một thiết bị hai dây với nguồn điện áp khoảng 5V (Hình 3.7).
Hình 3.7 Cảm biến nhiệt độ
Sự thay đổi điện trở do đó sẽ làm thay đổi điện áp tại bộ cảm biến và có thể được giám sát cho bất kỳ sự sai lệch nào trong phạm vi hoạt động của nó. Bằng cách chọn một khoảng thời gian là 500 giây và kết nối oscilloscope với cảm biến, điện áp đầu ra có thể được theo dõi. Khởi động động cơ và phần lớn các trường hợp điện áp sẽ bắt đầu trong vùng 3-4V và giảm dần. Điện áp sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ của động cơ (Hình 3.8).Tốc độ thay đổi điện áp thường là tuyến tính mà không có thay đổi đột ngột.
32
Hình 3.8 Sự giảm điện áp từ cảm biến nhiệt độ
3.3.5 Cảm biến Hall
Cảm biến hall hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall
Hiệu ứng hall: một tấm bán dẫn loại N đặt trong từ trường điều B sao cho vector cường độ từ trường vuông góc với tấm bán dẫn . khi dòng điện Iv đi qua tấm bán dẫn chiều từ trái sang phải, các hạt điện tử đang vận chuyển với vận tốc v ( dưới dạng vector) trong tấm bán dẫn sẽ chịu tác dụng bởi lực lawrence là tích có hướng của vectow B và vector V. có chiều từ dưới lên trên: nếu vector b vuông góc với vector v ta cũng có thể viết: FL=q.B.V. Như vậy, dưới tác dụng của lực lawrence, các hạt điện tử sẽ bị dồn lên phía trên của tấm bán dẫn kiến giữa hai mặt A1, A2 xuất hiện hai lớp điện tích trái dấu. Sự xuất hiện hai điện tích trái dấu này tạo ra điện trường E giữa hai bề mặt A1 và A2, ngăn quá trình dịch chuyển của các hạt điện tử doc húng bị tác dụng bởi lực comlomb Fc: Fc=q.E. khi đạt trạng thái cân bằng giứa hai bề mặt A1 và A2 của tấm bán dẫn sẽ xuất hiện một hiệu điện thế ổn định. Do