Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp gồm một điện trở, mạch điều khiển và dây nhiệt. Chức năng chính của cảm biến khí nạp là chuyển đổi lượng không khí có sẵn trong động cơ thành tín hiệu điện áp, gửi về bộ điều khiển trung tâm (ECU) giúp tính toán khối lượng khí chính xác trong ECM (mô-đun điều khiển động cơ). Nhờ đó, động cơ nhận biết được 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 lưu lượng 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 lượng nhỏ không khí sẽ chạy xung quanh dây nhiệt. Lúc này, động cơ xuất hiện một dòng điện cường độ thấp để giữ nóng dây.
Khi nhấn ga, van tiết lưu mở tạo điều kiện để không khí đi qua và làm nguội dây dẫn. Lượng khí càng lớn thì cường độ dòng điện càng cao, càng tăng hiệu quả giữ nóng cho dây. Lúc này, một con chip điện tử được lắp bên trong cảm biến MAF sẽ chuyển năng lượng 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 được tính toán chính xác nhằm đảm bảo tỷ lệ cháy tối ưu trong buồng đốt.
Ngoài ra, PCM cũng sử dụng các thông tin về lưu lượng 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 lưu lượng khí nạp gồm một điện trở, mạch điều khiển và dây nhiệt
4.5. Các loại cảm biến lưu lượng khí nạp phổ biến: 4.5.1. Cảm biến lưu lượng khí nạp trên Vane Meter:
Đây là loại cảm biến MAF cho phép tính toán lượng 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 nhược điểm như sau:
Làm giảm luồng không khí, ảnh hưởng đến công suất động cơ.
Các tiếp điểm điện và mối nối cơ học dễ bị mài mòn theo thời gian.
Thiết kế cồng kềnh nên việc lắp đặt trong khoang động cơ có diện tích hạn chế gặp nhiều khó khăn.
Việc định hướng quay của cánh gạt đòi hỏi tính chính xác cao.
4.6. Cảm biến lưu lượng khí nạp dây nhiệt:
Cảm biến lưu lượng khí nạp dây nhiệt được 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, cường 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 cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với khối lượng 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 ưu điểm vượt trội như 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 lưu lượng khí loại dây nhiệt cũng có những hạn chế như:
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 hư hỏng làm ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất vận hành của ô tô. Những lỗi phổ biến là tình trạng động cơ quay nhưng không khởi động như: chết máy, khó tăng tốc, hiệu suất vận hành kém,...
4.7. Dấu hiệu nhận biết cảm biến lưu lượng khí nạp bị lỗi:
Dấu hiệu nhận biết rõ nhất khi cảm biến lưu lượng 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 được 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 người điều khiển biết thông qua đèn Check Engine. Vì vậy, người dùng cần thường xuyên chú ý đến tín hiệu trên đồng hồ taplo để sớm phát hiện và xử lý các hư hỏng.
Hình 4.9: Đồng hồ báo hiệu cảm biến khí nạp.
Đèn Check Engine sáng báo hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp lỗi. Xe khó khởi động và vận hành không ổn định cũng là dấu hiệu cho thấy cảm biến lưu lượng khí nạp bị lỗi. Lúc này, lượng không khí cung cấp vào khoang động cơ không ổn định khiến hỗn hợp cháy bên trong xi-lanh lúc thừa lúc thiếu, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của động cơ.
Ngoài ra, cảm biến lưu lượng khí nạp bị lỗi còn biểu hiện rõ ràng qua hiện tượng tiêu hao nhiên liệu nhiều bất thường và xuất hiện khói đen từ ống xả. Hư 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 thường, gây hao xăng. Thêm vào đó, lượng xăng thừa không được đốt cháy hết là lý do ống xả tạo ra khói màu đen.
4.8.Nguyên nhân cảm biến lưu lượng khí nạp bị lỗi:
Hư hỏng của cảm biến lưu lượng 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 hưởng từ nhiệt độ cao của động cơ thời gian dài mà không được thay mới cũng dễ dẫn đến tình trạng phân tích sai về lưu lượng khí nạp.
Hình 4.10: Cảm biến khí nạp bị hư
Cảm biến lưu lượng khí nạp bị lỗi có thể do bụi bẩn, dầu mỡ bám vào quá nhiều
Bên cạnh đó, bộ lọc không khí không được bảo dưỡng, bôi dầu và thay mới định kỳ khiến nhiều tạp chất bẩn xâm nhập sẽ làm ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng khí nạp vào động cơ. Tốt hơn hết, người sử dụng cần thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng bộ lọc không
khí và đặc biệt là cảm biến MAF tại các gara uy tín để sớm phát hiện các lỗi hư hỏng và có cách khắc phục kịp thời.
4.9. Chức năng và nhiệm vụ của cảm biến nhiệt độ nước làm mát: mát:
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Engine Coolant Temperature (ECT) sử dụng để đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ và gửi tín hiệu về ECU để ECU thực hiện những hiệu chỉnh sau:
– 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 nước 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 nước 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 bướm 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 được 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 nước làm mát để điều khiển chuyển số, nếu nhiệt độ nước 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 nước làm mát còn sử dụng để báo lên đồng hồ báo nhiệt độ nước làm mát (xe đời cũ sử dụng cục báo nhiệt độ nước riêng).
– Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát còn được 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 nước làm mát quá cao ….
Ở một số xe, ngoài cảm biến nhiệt độ nước làm mát chính gắn trên thân động cơ, còn có 1 cảm biến nhiệt độ nước làm mát gắn ở trên két nước làm mát hoặc đầu ra của van hằng nhiệt, mục đích giám sát sự làm việc của van hằng nhiệt (van hằng nhiệt được điều khiển điện).
4.10. Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước 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 ngược lại).
Hình 4.11: Cảm biến nước làm mát
4.10.1.Nguyên lí hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước làm mát:
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát nằm trong khoang nước của động cơ, tiếp xúc trực tiếp với nước của động cơ. Vì có hệ số nhiệt điện trở âm nên khi nhiệt độ nước làm mát thấp điện trở cảm biến sẽ cao và ngược lại khi nhiệt độ nước 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.
Hình 4.12.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động nước 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 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.
4.11.Thông số kĩ thuật của cảm biến nhiệt độ nước làm mát:
– 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 nước làm mát:
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường có 2 dây, Một số xe có bố trí một điện trở nhiệt để báo nhiệt độ nước làm mát lên đồng hồ
taplo chung với cảm biến nhiệt độ nước làm mát nên ta thấy có những loại 3 dây hoặc 4 dây.
Hình 4.13: Sơ đồ nước 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 trường hợp có bộ phận bị trục trặc.
Từng thương hiệu và từng dòng xe ô tô sẽ sử dụng các loại cảm biến khác nhau. Một số loại cảm biến được sử dụng phổ biến là cảm biến khí nạp, cảm biến oxy, cảm biến trục cam...
4.13.2.Cấu tạo cảm biến oxy:
Hiện nay, có 2 loại cảm biến oxy thường gặp là loại nung nóng (heated) và không nung nóng (unheated).
- Cảm biến nung nóng (heated): Loại này được lắp đặt một điện trở bên trong có công dụng sấy nóng bộ phận cảm biến. Điều này giúp nhanh chóng đưa 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 được 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 lượng hòa khí nhiên liệu thấp, phải mất một thời gian lâu sau để xe đạt được lượng 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:
- Khí xả từ động cơ sẽ lần lượt đi qua đường 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 lượng oxy có trong khí thải và truyền tín hiệu về ECU.
- Khi lượng oxy thải ra cao, dòng điện thế sẽ đạt mức 0.1V. Trong khi đó, lượng 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 lượng xăng đạt mức độ lý tưởng. 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 lượng oxy thừa ở trong khí thải và sau đó dữ liệu này được gửi đến ECU (ECU gọi là bộ kiểm soát và điều khiển trung tâm). Hệ thống sẽ đánh giá nồng độ oxy và đưa ra các điều chỉnh lượng 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 trường như COx, SOx,...
Trường hợp xe không lắp đặt hệ thống cảm biến oxy hoặc cảm biến bị lỗi sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng vận hành của động cơ. Ví dụ như khó tăng tốc, xăng bị tiêu hao nhiều hoặc nguồn khí thải vượt ngoài ngưỡng tiêu chuẩn của động cơ.
4.15. Nguyên nhân và dấu hiệu nhận biết cảm biến oxy bị lỗi:
4.15.1.Nguyên nhân cảm biến oxy bị lỗi:
Cảm biến oxy bị lỗi phụ thuộc phần lớn vào chất lượng nguồn nhiên liệu đầu vào. Nếu khách hàng sử dụng nguồn nhiên liệu kém chất lượng sẽ tạo ra các nguồn khí thải độc hại phá hủy các bộ phận xảy ra phản ứng hóa học với oxy. Kết quả là cảm biến oxy bị lỗi, hư hỏng.
Ngoài ra, một số nguyên nhân khác làm hỏng cảm biến như đứt dây điện, cảm biến bị gãy hoặc cong vẹo,…
4.15.2.Dấu hiệu nhận biết lỗi cảm biến oxy:
Các dấu hiệu nhận biết khi cảm biến oxy bị lỗi: - Xe bị hao xăng.
Khi cảm biến oxy bị lỗi thì dữ liệu truyền tới PCM sẽ bị giảm độ chính xác, thậm chí không có nguồn dữ liệu gửi về. Lúc này ECU chỉ tính toán ước lượng nguồn nhiên liệu theo cảm biến lưu lượng khí nạp, khó có thể nghiên cứu và phân tích chính xác. Điều này dẫn đến tình trạng dù ít oxy trong nguồn khí thải nhưng lượng nhiên liệu được bơm vào vẫn rất lớn và gây ra tình trạng thừa nhiên liệu. Dần dần mức hao xăng sẽ tăng lên nếu không khắc phục sớm.
- Khói xe chứa mùi xăng sống.
Nếu người điều khiển phương tiện nhận thấy khói xe có mùi xăng sống thì có thể là cảm biến oxy đang gặp vấn đề. Vì lượng xăng chảy vào buồng đốt nhiều, xăng không đốt cháy toàn bộ ảnh hưởng trực tiếp tới đường ống xả thải ra bên ngoài.