4.3.3. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp là gì:
Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp (Mass Air Flow Sensor - MAF) nằm ở giữa bộ lọc và đƣờng ống nạp, có nhiệm vụ xác định tốc độ, khối lƣợng của không khí khi đi vào hệ thống phun nhiên liệu của động cơ đốt trong.
Theo đó, trong động cơ đốt trong, khối lƣợng không khí đạt chuẩn sẽ giúp bộ điều khiển trung tâm (ECU) cân bằng và cung cấp thông tin chính xác đến buồng đốt. Do đó, nếu bộ phận này gặp trục trặc, động cơ sẽ hoạt động không ổn định, công suất giảm và tiêu tốn nhiên liệu hơn bình thƣờng.
68
Cảm biến áp suất khí nạp MAF có nhiệm vụ xác định tốc độ, khối lƣợng của không khí khi đi vào hệ thống phun nhiên liệu của động cơ đốt trong (Nguồn: Sƣu tầm) Thông thƣờng, cảm biến lƣu lƣợng khí nạp đƣợc sử dụng kết hợp với cảm biến oxy nhằm kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ không khí vào động cơ. Ngoài ra, do mật độ không khí phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ nhiệt độ môi trƣờng, độ cao,... nên cảm biến MAF phát huy vai trò hiệu quả trong việc xác định lƣợng khí nạp vào xi lanh. Cảm biến MAF đƣợc lắp đặt giữa bộ lọc và đƣờng ống nạp.
4.4.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến lƣu lƣợng khí nạp:
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến MAF đƣợc đánh giá là khá phức tạp nhằm cung cấp đƣợc những tín hiệu chính xác giúp ECU tính toán lƣợng phun xăng cơ bản và góc đánh lửa sớm, tăng hiệu quả vận hành.
4.4.1. Cấu tạo cảm biến lƣu lƣợng khí nạp:
Cấu tạo cảm biến lƣu lƣợng khí nạp gồm một điện trở, mạch điều khiển và dây nhiệt. Chức năng chính của cảm biến khí nạp là chuyển đổi lƣợng không khí có sẵn trong động cơ thành tín hiệu điện áp, gửi về bộ điều khiển trung tâm (ECU) giúp tính toán khối lƣợng khí chính xác trong ECM (mô-đun điều khiển động cơ). Nhờ đó, động cơ nhận biết đƣợc mức nhiên liệu cần phun, thời gian xi lanh đốt cháy và thời điểm sang số hợp lý nhằm đảm bảo hiệu suất vận hành.
4.4.2. Nguyên lý hoạt động cảm biến lƣu lƣợng khí nạp:
Cảm biến MAF gồm dây dẫn điện nhỏ (dây nhiệt) và thiết bị đo nhiệt độ khí. Khi động cơ ở trạng thái không tải, một lƣợng nhỏ không khí sẽ chạy xung quanh dây nhiệt. Lúc này, động cơ xuất hiện một dòng điện cƣờng độ thấp để giữ nóng dây.
Khi nhấn ga, van tiết lƣu mở tạo điều kiện để không khí đi qua và làm nguội dây dẫn. Lƣợng khí càng lớn thì cƣờng độ dòng điện càng cao, càng tăng hiệu quả giữ nóng cho dây. Lúc này, một con chip điện tử đƣợc lắp bên trong cảm biến MAF sẽ
69
chuyển năng lƣợng điện thành tín hiệu kỹ thuật số và gửi đến hộp điều khiển hệ thống truyền động (PCM). Tại đây, mức nhiên liệu cần nạp sẽ đƣợc tính toán chính xác nhằm đảm bảo tỷ lệ cháy tối ƣu trong buồng đốt.
Ngoài ra, PCM c ng sử dụng các thông tin về lƣu lƣợng gió để xác định thời điểm sang số hợp lý. Nếu cảm biến MAF trục trặc, hộp số sẽ không hoạt động ổn định.
Hình 4.7: Nguyên lý hoạt động khí nạp
Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp gồm một điện trở, mạch điều khiển và dây nhiệt
4.5. Các loại cảm biến lƣu lƣợng khí nạp phổ biến: 4.5.1. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp trên Vane Meter: 4.5.1. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp trên Vane Meter:
Đây là loại cảm biến MAF cho phép tính toán lƣợng không khí đi qua khe hút gió của động cơ. Tín hiệu điện áp gửi về bộ điều khiển trung tâm (ECU) giúp tính toán mức khí đi vào buồng đốt. Tuy nhiên, loại cảm biến này có những nhƣợc điểm nhƣ sau:
Làm giảm luồng không khí, ảnh hƣởng đến công suất động cơ.
70
Thiết kế cồng kềnh nên việc lắp đặt trong khoang động cơ có diện tích hạn chế gặp nhiều khó khăn.
Việc định hƣớng quay của cánh gạt đòi hỏi tính chính xác cao.
4.6. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp dây nhiệt:
Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp dây nhiệt đƣợc sử dụng phổ biến trên các dòng ô tô hiện nay, thực hiện chức năng cung cấp điện áp liên tục cho dây treo trong luồng không khí của động cơ. Khi nhiệt độ của dây dẫn tăng, cƣờng độ dòng điện chạy qua mạch sẽ lập tức biến đổi. Lúc này, nhiệt độ sẽ tăng cho đến khi điện trở quay về trạng thái cân bằng. Sự tăng giảm của cƣờng độ dòng điện tỷ lệ thuận với khối lƣợng khí đi qua dây dẫn. Những tín hiệu điện áp sẽ truyền đến bộ điều khiển trung tâm (ECU) để tính toán mức không khí chính xác đi vào buồng đốt.
So với cảm biến trên Vane Meter, cảm biến khí nạp dây nhiệt có nhiều ƣu điểm vƣợt trội nhƣ sau:
Phản ứng nhanh hơn với những thay đổi trong luồng không khí.
Vị trí và quy trình lắp đặt đơn giản hơn.
Độ bền cao hơn do không có các bộ phận chuyển động.
Tiết kiệm chi phí.
4.6.1.Tuy nhiên, cảm biến lƣu lƣợng khí loại dây nhiệt c ng có những hạn chế nhƣ:
71
Quá trình vận hành cần có dòng chảy tầng đi qua.
Dây bạch kim bên trong cảm biến mỏng nên dễ bị đứt nếu thao tác không cẩn thận.
Hình 4.8: Các chân cảm biến khí nạp.
Cảm biến MAF loại dây nhiệt trên động cơ ô tô
Sau một thời gian sử dụng, cảm biến áp suất khí nạp có thể xảy ra các sự cố hƣ hỏng làm ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất vận hành của ô tô. Những lỗi phổ biến là tình trạng động cơ quay nhƣng không khởi động nhƣ: chết máy, khó tăng tốc, hiệu suất vận hành kém,...
4.7. Dấu hiệu nhận biết cảm biến lƣu lƣợng khí nạp bị lỗi:
Dấu hiệu nhận biết rõ nhất khi cảm biến lƣu lƣợng khí nạp bị lỗi là đèn cảnh báo kiểm tra động cơ Check Engine phát sáng. Ngay khi bộ phận này gặp trục trặc, các cảm biến khác đƣợc gắn xung quanh động cơ sẽ sẽ ngay lập tức phát hiện và gửi cảnh báo tín hiệu về bộ điều khiển trung tâm. Từ đó, thông báo cho ngƣời điều khiển biết thông qua đèn Check Engine. Vì vậy, ngƣời dùng cần thƣờng xuyên chú ý đến tín hiệu trên đồng hồ taplo để sớm phát hiện và xử lý các hƣ hỏng.
72
Hình 4.9: Đồng hồ báo hiệu cảm biến khí nạp.
Đèn Check Engine sáng báo hiệu cảm biến lƣu lƣợng khí nạp lỗi.
Xe khó khởi động và vận hành không ổn định c ng là dấu hiệu cho thấy cảm biến lƣu lƣợng khí nạp bị lỗi. Lúc này, lƣợng không khí cung cấp vào khoang động cơ không ổn định khiến hỗn hợp cháy bên trong xi-lanh lúc thừa lúc thiếu, ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất của động cơ.
Ngoài ra, cảm biến lƣu lƣợng khí nạp bị lỗi còn biểu hiện rõ ràng qua hiện tƣợng tiêu hao nhiên liệu nhiều bất thƣờng và xuất hiện khói đen từ ống xả. Hƣ hỏng của cảm biến sẽ khiến dữ liệu đo bị sai lệch, ECU tính toán không chính xác khiến quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt nhiều hơn bình thƣờng, gây hao xăng. Thêm vào đó, lƣợng xăng thừa không đƣợc đốt cháy hết là lý do ống xả tạo ra khói màu đen.
4.8.Nguyên nhân cảm biến lƣu lƣợng khí nạp bị lỗi:
Hƣ hỏng của cảm biến lƣu lƣợng khí nạp có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau. Trong đó, cảm biến bị bám quá nhiều bụi bẩn hoặc dầu mỡ là nguyên nhân chính khiến ECU phân tích sai các tín hiệu đầu vào. Ngoài ra, bộ phận này bị ảnh hƣởng
73
từ nhiệt độ cao của động cơ thời gian dài mà không đƣợc thay mới c ng dễ dẫn đến tình trạng phân tích sai về lƣu lƣợng khí nạp.
Hình 4.10: Cảm biến khí nạp bị hƣ
Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp bị lỗi có thể do bụi bẩn, dầu mỡ bám vào quá nhiều Bên cạnh đó, bộ lọc không khí không đƣợc bảo dƣỡng, bôi dầu và thay mới định kỳ khiến nhiều tạp chất bẩn xâm nhập sẽ làm ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng khí nạp vào động cơ. Tốt hơn hết, ngƣời sử dụng cần thƣờng xuyên kiểm tra, bảo dƣỡng bộ lọc không khí và đặc biệt là cảm biến MAF tại các gara uy tín để sớm phát hiện các lỗi hƣ hỏng và có cách khắc phục kịp thời.
4.9. Chức năng và nhiệm vụ của cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát:
Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát Engine Coolant Temperature (ECT) sử dụng để đo nhiệt độ nƣớc làm mát của động cơ và gửi tín hiệu về ECU để ECU thực hiện những hiệu chỉnh sau:
74
– Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm: Khi nhiệt độ động cơ thấp ECU sẽ thực hiện hiệu chỉnh tăng góc đánh lửa sớm, và nhiệt độ động cơ cao ECU sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa sớm.
– Hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu: Khi nhiệt độ động cơ thấp ECU sẽ điều
khiển tăng thời gian phun nhiên liệu (tăng độ rộng xung nhấc kim phun) để làm đậm, Khi nhiệt độ động cơ cao ECU sẽ điều khiển giảm thời gian phun nhiên liệu.
– Điều khiển quạt làm mát: Khi nhiệt độ nƣớc làm mát đạt xấp xỉ 80-87 ECU điều khiển quạt làm mát động cơ bắt đầu quay tốc độ thấp (quay chậm), Khi nhiệt độ nƣớc làm mát đạt xấp xỉ 95-98 ECU điều khiển quạt làm mát quay tốc độ cao (quay nhanh).
– Điều khiển tốc độ không tải: Khi mới khởi động động cơ, nhiệt độ động cơ thấp ECU điều khiển van không tải (Hoặc bƣớm ga điện tử) mở rộng ra để chạy ở tốc độ không tải nhanh (tốc độ động cơ đạt xấp xỉ 900-1000V/P) để hâm nóng động cơ giúp giảm ma sát giữa các bộ phận trong động cơ và nhanh chóng đạt đƣợc nhiệt độ vận hành ổn định.
– Điều khiển chuyển số: ECU điều khiển hộp số tự động sử dụng thêm tín hiệu
cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát để điều khiển chuyển số, nếu nhiệt độ nƣớc làm mát còn thấp ECU điều khiển hộp số tự động sẽ không điều khiển chuyển lên số truyền tăng OD.
– Ngoài ra Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát còn sử dụng để báo lên đồng hồ báo nhiệt độ nƣớc làm mát (xe đời c sử dụng cục báo nhiệt độ nƣớc riêng).
– Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát còn đƣợc dùng để điều khiển hệ thống kiểm soát khí xả (EGR), điều khiển trạng thái hệ thống phun nhiên liệu (Open Loop – Close Loop), điều khiển ngắt tín hiệu điều hòa không khí A/C khi nhiệt độ nƣớc làm mát quá cao ….
75
Ở một số xe, ngoài cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát chính gắn trên thân động cơ, còn có 1 cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát gắn ở trên két nƣớc làm mát hoặc đầu ra của van hằng nhiệt, mục đích giám sát sự làm việc của van hằng nhiệt (van hằng nhiệt đƣợc điều khiển điện).
4.10. Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát:
Cấu tạo của cảm biến ECT có dạng trụ rỗng với ren ngoài, bên trong có lắp một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm.( điện trở tăng lên khi nhiệt độ thấp và ngƣợc lại).
Hình 4.11: Cảm biến nƣớc làm mát
4.10.1.Nguyên lí hoạt động của cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát:
Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát nằm trong khoang nƣớc của động cơ, tiếp xúc trực tiếp với nƣớc của động cơ. Vì có hệ số nhiệt điện trở âm nên khi nhiệt độ nƣớc làm mát thấp điện trở cảm biến sẽ cao và ngƣợc lại khi nhiệt độ nƣớc làm mát tăng lên điện trở của cảm biến sẽ giảm xuống. Sự thay đổi điện trở của cảm biến sẽ làm thay đổi điện áp đặt ở chân cảm biến.
76
Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động nƣớc làm mát
Hình 4.12.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động nƣớc làm mát
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 đƣợc chuyển đổi thành một dãy xung vuông và đƣợc 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.
77
– Ở nhiệt độ 30 độ C: Rcb = 2-3 kgΩ
– Ở nhiệt độ 100 độ C: Rcb = 200-300Ω
4.12.Sơ đồ mạch điện của cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát:
Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát thƣờng có 2 dây, Một số xe có bố trí một điện trở nhiệt để báo nhiệt độ nƣớc làm mát lên đồng hồ taplo chung với cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát nên ta thấy có những loại 3 dây hoặc 4 dây.
Hình 4.13: Sơ đồ nƣớc làm mát
4.13.Cảm biến Oxy ( Oxygen sensor ): 4.13.1.Cảm biến oxy là gì:
Cảm biến oxy trên ô tô là một thiết bị điện tử có tác dụng đo nồng độ oxy còn sót lại trong khí thải của ô tô, nhằm giúp động cơ điều chỉnh mức độ phun nhiên liệu phù hợp. Điều này giúp đảm bảo hiệu suất vận hành mà vẫn tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn về khí thải. Hệ thống đèn sẽ bật sáng để cảnh báo trong trƣờng hợp có bộ phận bị trục trặc.
Từng thƣơng hiệu và từng dòng xe ô tô sẽ sử dụng các loại cảm biến khác nhau. Một số loại cảm biến đƣợc sử dụng phổ biến là cảm biến khí nạp, cảm biến oxy, cảm biến trục cam...
78
4.13.2.Cấu tạo cảm biến oxy:
Hiện nay, có 2 loại cảm biến oxy thƣờng gặp là loại nung nóng (heated) và không nung nóng (unheated).
- Cảm biến nung nóng (heated): Loại này đƣợc lắp đặt một điện trở bên trong có công dụng sấy nóng bộ phận cảm biến. Điều này giúp nhanh chóng đƣa thiết bị vào nhiệt độ làm việc, từ 600 - 650 độ F và từ 315 - 343 độ C. Sau đó, điện trở trong phát sinh điện thế lập tức và truyền về ECU.
- Cảm biến không nung nóng (unheated): Loại này đƣợc lắp đặt có không điện trở và phải tự làm nóng tới khi đạt mức nhiệt độ làm việc. Do đó, với các dòng xe sử dụng loại cảm biến này, xe khi mới bắt đầu chạy sẽ phải hoạt động với lƣợng hòa khí nhiên liệu thấp, phải mất một thời gian lâu sau để xe đạt đƣợc lƣợng hòa khí tiêu chuẩn.
Hình 4.14: Cảm biến Oxi
4.14.Cấu tạo cảm biến oxy nung nóng: 4.14.1.Nguyên lý hoạt động:
79
Nguyên lý hoạt động của cảm biến oxy thực hiện theo quy trình nhƣ sau:
- Khí xả từ động cơ sẽ lần lƣợt đi qua đƣờng ống đã lắp đặt cảm biến oxy, tiếp xúc với đầu dò cảm biến. Lúc này, thiết bị phát sinh ra dòng điện thế có tỷ lệ nghịch với lƣợng oxy có trong khí thải và truyền tín hiệu về ECU.
- Khi lƣợng oxy thải ra cao, dòng điện thế sẽ đạt mức 0.1V. Trong khi đó, lƣợng oxy thải ra thấp thì dòng điện sẽ đạt mức 0.9V. Khi có số liệu cụ thể của dòng điện, ECU sẽ tự động điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu hợp lý để lƣợng xăng đạt mức độ lý tƣởng. Từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ.
4.14.2.Cảm biến oxy có tác dụng gì:
Chức năng chính của cảm biến oxy là đo hàm lƣợng oxy thừa ở trong khí thải và sau đó dữ liệu này đƣợc gửi đến ECU (ECU gọi là bộ kiểm soát và điều khiển trung tâm). Hệ thống sẽ đánh giá nồng độ oxy và đƣa ra các điều chỉnh lƣợng nhiên liệu nạp vào động cơ phù hợp với tỷ lệ không khí nạp vào.
Bên cạnh đó, ECU còn hỗ trợ kéo dài thời gian cung cấp nhiên liệu để giảm thiểu nồng độ hóa chất của các khí thải gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣ COx, SOx,...
Trƣờng hợp xe không lắp đặt hệ thống cảm biến oxy hoặc cảm biến bị lỗi sẽ gây ảnh hƣởng trực tiếp tới khả năng vận hành của động cơ. Ví dụ nhƣ khó tăng tốc,