- Cấu tạo:
Cảm biến vị trí trục cam được đặt phía đầu trục cam trên nắp động cơ dùng để nhận biết vị trí xi lanh số 1 và thời điểm cuối nén đầu nổ. Cảm biến bao gồm 2 IC Hall cố định và một nam châm được đặt gần đĩa tạo xung, đĩa tạo xung có 5 răng (5 xung trên 2 vòng quay trục khuỷu) và được lắp ở phía đầu trục cam.
- Nguyên lý hoạt động:
Tương tự như cảm biến vị trí trục khuỷu, khi các răng trên bộ tạo xung đi qua cảm biến, từ trường giảm đột ngột từ đó tạo ra một xung vng. Vì vậy, khi bộ tạo xung quay, mỗi chu kỳ cảm biến sẽ quét được 5 xung ứng với 5 răng trên bộ tạo xung.
Hình 3.50: Sơ đồ chân cảm biến vị trí trục cam kiểu phần tử Hall
- Kiểm tra cảm biến:
+ Kiểm tra đường dây điện từ cảm biến đến ECU động cơ.
+ Đo khoảng cách khe hở từ cảm biến đến các răng của bánh răng tạo xung. + Khi chìa khóa ở vị trí ON, sử dụng đồng hồ VOM đo điện áp chân VCG và G-
để đảm bảo có nguồn 5V cấp cho cảm biến.
+ Dùng dụng cụ đo xung để quan sát tín hiệu dưới dạng xung, so sánh và kiểm tra xung theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
55
3.4.2.3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 3.51: Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được đặt trên đỉnh két nước hoặc đường nước trên nắp máy, có nhiệm vụ đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ và truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm để tính tốn thời điểm phun, lượng phun, điều khiển tốc độ cầm chừng theo nhiệt độ nước làm mát…ở một số dịng xe, tín hiệu này cịn được dùng để điều khiển chuyển số trên hộp số tự động, điều khiển quạt làm mát động cơ, điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí…
56 - Cấu tạo:
Cảm biến có cấu tạo từ một chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm. Nhiệt độ làm việc chuẩn của động cơ là 85°C. Khi nhiệt độ nước làm mát dưới 85°C, ECU sẽ điều khiển tăng tốc độ cầm chừng, tăng lượng nhiên liệu phun và tăng góc phun dầu sớm. - Nguyên lý hoạt động:
Nhiệt điện trở trong cảm biến kết hợp với điện trở bên trong ECU của mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát tạo thành một cầu phân áp. Khi ECU cấp điện áp 5V đến cảm biến, tùy theo nhiệt độ nước làm mát mà giá trị điện trở sẽ thay đổi. Bộ vi xử lý nhận giá trị điện áp tại cực THW để xác định nhiệt độ làm việc của động cơ tại thời điểm. Nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở của cảm biến giảm, tín hiệu điện áp đầu ra giảm theo.
Khi mạch điện của cảm biến nhiệt độ có dấu hiệu bất thường, ECU sẽ sử dụng giá trị cố định là 85°C để tiếp tục điều khiển động cơ và đèn kiểm tra động cơ sẽ phát sáng.
Hình 3.53: Đường đặc tính giữa giá trị điện trở và nhiệt độ
57 - Kiểm tra:
Sử dụng đồng hồ VOM đo giá trị điện trở của hai chân cảm biến (THW-E2) giá trị điện trở phải nằm trong giá trị cho phép của nhà sản xuất.
Bảng 3.3: Giá trị điện trở của cảm biến nước làm mát Nhiệt độ nước làm mát Nhiệt độ nước làm mát °C Giá trị điện trở kΩ - 20 15.04 - 10 9.16 0 5.74 10 3.70 20 2.45 30 1.66 40 1.15 50 0.81 60 0.58 70 0.43 80 0.32 90 0.24 100 0.18 110 0.14 120 0.11
3.4.2.4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga
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 không 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 dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không 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