Hiện nay thường sử dụng loại cảm biến nhiệt điện trở, và được lắp ngay trên thân máy chỗ tiếp xúc với dòng nước của hệ thống làm mát chảy qua.
Trên động cơ này có sử dụng 3 cảm biến nhiệt độ nước làm mát: - Cảm biến dùng để báo nhiệt độ trên Taplo.
- Cảm biến dùng để mở mạch rơ le cho quạt làm mát của hệ thống làm mát của động cơ.
- Cảm biến dùng để báo về ECU động cơ. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của cảm biến.
Hình 2.31: Sơ đồ cấu tạo
Hình 2.32: Sơ đồ nối mạch của cảm biến.
Hoạt động: Nhiệt điện trở nằm bên trong cảm biến có tác dụng thay đổi điện áp qua nó khi có sự thay đổi vê nhiệt độ. Khi động cơ lạnh, nhiệt độ của nước làm mát khoảng 200C thì giá trị điện trở bằng với giá trị chuẩn ban đầu của nhà sản xuất.Khi động cơ hoạt động, nhiệt độ của nước làm mát tăng lên, lúc này nhi ệt điện trở sẽ tự động giảm giá trị xuống và điện áp báo về ECU sẽ tăng lên.
Tín hiệu điện áp báo về ECU được quy ước là THW, tùy vào sự thay đổi của giá trị này mà ECU sẽ có những hoạt động điều khiển động cơ khác nhau, đặc biệt là lượng phun nhiên liệu của vòi phun.
Hình 2.33: Vị trí lắp công tắc nhiệt thời gian trên thân động cơ.
Rơle nhiệt thời gian là một loại công tắc nhiệt, sử dụng thanh lưỡng kim giản nở bằng nhiệt để đóng và ngắt tiếp điểm. Do vậy bản thân nó được lắpở nơi có ảnh hưởng của nhiệt độ nhiều nhất (lắp trực tiếp tiếp xúc với ngăn nước làm mát của động cơ) để ghi nhận nhiệt độ đặc trưng của động cơ. Với phương án này, một loại vòi phun khởi động lạnh sẽ được điều khiển bởi rơle nhiệt thời gian. Bằng cách đấu nối tiếp tín hiệu điều khiển vòi phun khởi động lạnh với rơle nhiệt thời gian để khống chế sự đóng mở vòi phun khởi động lạnh tuỳ theo nhiệt độ của động cơ. Khi động cơ khởi động khi máy còn lạnh vòi phun khởi động lạnh sẽ phun thêm một lượng xăng bổ sung vào đường nạp, ngoài lượng xăng do vòi phun chính đã cung cấp. Rơle nhiệt thời gian gồm có các thành phần chính sau:
Hình 2.34: Rơle nhiệt thời gian 1- Đầu nối dây 2- Thân 3- Thanh lưỡng kim 4- Dây đốt tạo nhiệt bằng điên 5- Tiếp điểm
Đây chính là một công tắc nhiệt, sử dụng thanh lưỡng kim giản nở bằng nhiệt để đóng ngắt tiếp điểm. Do vậy bản thân công tắc được lắp ở nơi có ảnh hưởng nhiệt nhiều nhất (lắp trực tiếp tiếp xúc với ngăn nước làm mát của động cơ).
Thông thường mỗi loại công tắc được thiết kế có một giá trị nhiệt độ mở tiếp điểm, nếu nhiệt độ của công tắc nhỏ hơn nhiệt độ mở thì công tắc đóng mạch. Dây đốt tạo nhiệt bằng điện có tác dụng giới hạn khoảng thời gian tiếp điểm đóng để tránh tình trạng xăng thừa khi khởi động.
2.5.1.4. Cảm biến tốc độ động cơ (Ne) và vị trí piston (G).
Cảm biến vị trí piston (TDC sensor hay còn gọi là cảm biến G) báo cho ECU vị trí điểm chết trên của piston.Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun nhiên liệu.
Cảm biến tốc độ động cơ (Engine Speed –Ne) dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xy lanh. Cảm biến này được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệuở chế độ cầm chừng cưỡng bức.
Cấu tạo
Hình 2.35:Sơ đồ nguyên lý của cảm biến vị trí piston và tốc độ động cơ 1. Rotor phát xung G 2. Rotor phát xung Ne2
Hình 2.36: Cảm biến vị trí pitton và cảm biến tốc độ động cơ
Trên động cơ Toyota cảm biến được lắp trên delco để xác định tốc độ động cơ và vị trí trục piston.
Trên hình trình bày cấu tạo của cảm biến vị trí piston và tốc độ động cơ dạng điện từ trên xe Toyota loại nam châm đứng yên. Mỗi cảm biến gồm có một rotor để khép mạch từ và cuộn dây cảmứng mà lõi gắn với một nam châm vĩnh cửu.
Cảm biến xác định tín hiệu tốc độ động cơ gồm một cuộn dây cảm ứng và một roto 24 răng.Cảm biến xác định vị trí piston gồm một rotor 4 răng và một cuộn cảm ứng . Hai rotor này gắn đồng trục với bộ chia điện, bánh răng tín hiệu G nằm trên còn bánh răng tín hiệu Ne nằm dưới.
Hoạt động: Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn dây cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một rotor khép mạch từ có số răng tùy loại động cơ. Khi cựa răng không nằm đối diện với các cực từ, từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn từ trở cao.Khi một cựa răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm khiến từ thông tăng nhanh. Như v ậy, nhờ biến thiên từ thông, trên cuộn dây xuất hiện một sức điện động. Khi cựa răng của rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện ápở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi cựa răng di chuyển ra khỏi cực từ, thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo chiều ngược lại.
Hình 2.37:Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ
2.5.1.5. Cảm biến oxy.
Để nhằm mục đích giúp cho động cơ có lắp bộ TWC đạt được hiệu quả lọc khí tốt nhất, cần phải duy trì tỉ lệ không khí nằm trong khoảng gần với tỉ lệ lý thuyết.
Cảm biến nồng độ Oxy nhận biết tỉ lệ không khí – nhiên liệu đậm hoặc nhạt hơn tỉ lệ lý thuyết.cảm biến nồng độ oxy được đặt trong đường ống xả và bao gồm một phần tử chế tạo bằng ZrO2(dioxit Zirconium – một loại vật liệu gốm). Cả mặt trong và mặt ngoài của vật liệu này được phủ một lớp mỏng Platin.Không khí bên ngoài được dẫn vào bên trong cảm biến còn phần bên ngoài của nó tiếp xúc với khí xả.
Nếu nồng độ Oxy trên bề mặt trong của phần tử ZrO2 chênh lệch lớn sơ với trên bề mặt ngoài tại nhiệt độ cao (4000C), phần tử ZrO2 sẽ sinh ra một điện áp. Khi hỗn hợp nhiên liệu– không khí nhạt, tức là có rất nhiều oxy trong khí xả do vậy có sự chênh lệch nhỏ giữa nồng độ oxyở bên trong và bên ngoài cảm biến. Do đó điện áp do ZrO2 tạo ra là thấp (gần bằng Ov).Ngược lại, nếu hỗn hợp không khí – nhiên liệu đậm, oxy trong khí xả gần như không còn. Điều đó tạo nên sự chênh lệch lớn về nồng độ oxy ở bên trong và bên ngoài cảm biến và điện áp do phân tử ZrO2 tạo ra là lớn.
Lớp Platin phủ lên phần tử gốm có tác dụng là một chất xúc tác làm cho oxy trong khí xả phản ứng và tạo thành CO. Điều đó làm giảm lượng tăng độ nhạy của cảm biến.
Hình 2.38: Sơ đồ cấu tạo cảm biến oxy
2.5.1.6. Cảm biến vị trí bướm ga.
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng gió. Cảm biến này biến đổi góc mở bướm ga thành điện áp, được truyền đến ECU động c ơ như tín hiệu mở bướm ga (VTA). Ngoài ra, một số thiết bị truyền một tín hiệu IDL riêng biệt. Các bộ phận khác xác định nó lúc tại thờ i điểm chạy không tải khi điện áp VTA này ở dưới giá trị chuẩn.
- Vị trí lắp trên động cơ.
Hình 2.39: vị trí lắp trên động cơ.
Cảm biến này gồm có 2 con trượt và một điện trở, và các tiếp điểm cho các tín hiệu IDL và VTA được cung cấp ở các đầu của mỗi ti ếp điểm. Khi tiếp điểm này trượt dọc theo điện trở đồng thời với góc mở b ướm ga, điện áp này được đặt vào cực VTA theo tỷ lệ thuận với góc mở của b ướm ga.
Hình 2.40: Sơ đồ mạch của cảm biến vị trí b ướm ga
Hình 2.41:Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý
Khi bướm ga được đóng lại hoàn toàn, tiếp điểm của tín hiệu IDL đ ược nối với các cực IDL và E2.
2.5.1.7. Van gió phụ.
Van gió phụ được lắp giữa bướm ga và song song với bướm ga, có tác dụng mở hoặc đóng để cấp thêm một phần gió vào động cơ mặc dù vị trí bướm ga không thay đổi.
Hình 2.43: Sơ đồ cấu tạo van gió phụ 1.Cánh van
2. Thanh lưỡng kim
3. Dây đốt sinh nhiệt 4. Giắc nối điện
Hoạt động: Khi động cơ ở vận tốc không tải mà nhiệt độ máy thấp thanh lưỡng kim (2) mở cánh van (1). Lượng gió nạp vào xy lanh qua đường gió chính được giới hạn do vị trí bướm ga mở, đồng thời gió nạp còn đi qua van gió phụ mà lượng gió này vẫn được cảm biến đo gió xác định nên lượng xăng phun vào nhiều hơn, động cơ quay nhanh, dễ duy trì. Khi máy nổ đã nóng, lúc này dòng điện sẽ đốt nóng thanh lưỡng kim (2) làm cho van (1) đóng, đư ờng gió phụ bị ngắt.
Hình 2.44: Sơ đồ mạch của van gió phụ
2.5.1.8. Cảm biến lưu lượng và nhiệt độ khí nạp.
Cảm biến lưu lượng khí có tác dụng cảm nhận lượng khí nạp và gửi tín hiệu đến bộ ECU, nó sẽ quyết định lượng phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Hình 2.45: Vị trí lắp trên động cơ.
Cụm cảm biến này nằm ngay sau bộ lọc khí, trong đó gồm cảm biến đo lưu lượng khí kiểu cánh và cảm biến đo nhiệt độ khí nạp kiểu dây sấy.
Hình 2.46: Sơ đồ tổng quát hệ thống nạp khí
1-Bướm ga. 2 - Bộ cảm biến lưu lượng khí nạp. 3- Tín hiệu của bộ cảm biến nhiệt độ khí nạp. 4- ECU.
5- Tín hiệu của cảm biến lưu lượng khí nạp. 6- Bộ lọc khí nạp. 7- Bộ góp nạp. α- Góc xoay của mâm đo.
Thiết bị đo lưu lượng của các hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ của mô hình thuộc loại lưu lượng kế thể tích. Cảm biến đo gió được sử dụng để nhận biết lưu lượng không khí nạp vào. Nó là một trong những cảm biến quan trọng nhất của hệ thống phun xăng điện tử. Tín hiệu lưu lượng gió được sử dụng để tính toán lượng xăng phun cơ bản của vòi phun chính và góc đánh lửa sớm của Bugi. Hoạt
Hình 2.47: Cảm biến lưu lượng khí nạp
1. Cánh đo 2. Cửa bù trừ 3. Buồng giảm chấn 4. Điện kế kiểu trượt
5. Cảm biến nhiệt độ không khí nạp 6. Mạch không khí tắt 7. Vít điều chỉnh
Lượng gió vào động cơ nhiều hay ít là phụ thuộc vào vị trí mở bướm ga và tốc độ của động cơ. Khi gió nạp đi qua bộ đo gió từ lọc gió nó sẽ mở dần cánh đo chống lại sức căng của lò xo. Khi gió vào cân bằng với lực lò xo thì cánh đo sẽ cân bằng. Cánh đo và áp kế được gắn đồng trục nhằm mục đích để góc mở cánh đo sẽ được chuyển thành tín hiệu điện áp nhờ điện áp kế.
Chuyển động của dòng khí qua lưu lượng kế sẽ tác dụng một lực tỉ lệ với lưu lượng không khí lên cửa đo, làm cửa này quay đi một gócα cho đến khi cân bằng với lực của lò xo xoắn lắp trên trục quay. Kết cấu của thiết bị đo tạo ra một quan hệ dạng logarit giữa góc quay của cửa đo và thể tích không khí, nhằm mục đích đạt được độ nhạy cao ngay cả khi lưu lượng nhỏ. Trong thực tế, do quá trình nạp ở động cơ không liên tục nên tồn tại các sóng áp suất trong đường nạp. Cửa bù trừ có tác dụngổn định vị trí của thiết bị đo, vì các sóng áp suất sẽ tác dụng đồng đều lên cả hai cửa và lực tác dụng sẽ bù trừ lẫn nhau, không làmảnh hưởng đến phép đo.
Thể tích phía sau cửa bù trừ cũng có tác dụng giảm chấn, giữ ổn định vị trí góc α trước các xung động áp suất.
Hình 2.48: Mặt bên phía lắp ráp mạch điện của bộ cảm biến lưu lượng không khí. 1- Bánh răng cuốn lò xo 2- Lò xo hồi vị 3- Khe hướng dẫn 4- Tấm sứ gắn biến trở 5- Cần gạt; 6- Chổi tiếp xúc 7- Đĩa công tắc Hình 2.49: Mặt bên phía nạp không khí của bộ cảm biến lưu lượng không khí. 1- Cửa bù trừ 2-Buồng giảm chấn 3- Mạch không khí tắt 4- Cửa đo ḍng khí nạp 5-Vít chỉnh hỗn hợp không tải
Cánh đo của cảm biến đo lưu lượng không khí.
Lượng khí nạp được hút vào trong xy lanh được xác định bằng độ mở của bướm ga và tốc độ động cơ. Khí nạp hút qua cảm biến lưu lượng gió thắng lực căng của lò xo mở tấm đo. Tấm đo và biến trở có cùng một trục quay nên góc mở của tấm đo được biến chuyển thành điện áp. ECU sẽ nhận tín hiệu điện áp này (Vs) và do đó nhận biết góc mở của tấm đo từ biến trở, cánh đo và đường đặc tính như hình.
Hình 2.50:Cánh đo và đường đặc tính của cảm biến lưu lượng không khí Vít chỉnh hỗn hợp không tải
Vít điều chỉnh hỗn hợp không tải: cảm biến lưu lượng khí nạp có hai mạch gió, mạch gió chính đi qua cánh đo gió và m ạch gió rẽ đi qua vít điều chỉnh. Lượng gió hút vào động cơ quyết định bởi độ mở bướm ga. Nếu lượng gió qua mạch rẽ tăng thì sẽ làm giảm lượng gió qua đường gió chính tức qua cánh đo gió vì thế góc mở bướm ga sẽ nhỏ lại. Ngược lại nếu lượng gió qua mạch rẽ giảm sẽ làm tăng lượng gió qua cánh đo gió, góc m ở cánh đo sẽ lớn lên. Với lượng xăng phun cơ bản phụ thuộc vào góc mở cánh đo, nên tỷ lệ xăng – không khí có thể thay đổi bằng cách chỉnh lượng gió qua mạch rẽ.
Hình 2.51:Cấu tạo vít chỉnh hỗn hợp không tải.
Trên hình là cảm biến lưu lượng không khí có hai đư ờng khí, đường khí chính, khí nạp được hút qua đó và đường khí phụ. Lượng khí đi qua đường khí phụ có thể điều chỉnh bằng vít chỉnh hỗn hợp không tải. Lượng khí hút vào trong đ ộng
cơ được xác định bằng độ mở của bướm ga. Nếu lượng khí đi qua đường khí phụ tăng lên, thì không khí đi qua tấm đo giảm xuống và góc mở của tấm đo sẽ nhỏ hơn. Ngược lại, nếu lượng khí đi qua đường khí phụ giảm xuống, lượng khí đi qua tấm đo sẽ tăng lên và góc mở sẽ lớn hơn. Do lượng phun cơ bản được quyết định qua góc mở của tấm đo gió, nên tỷ lệ không khí - nhiên liệu tại chế độ không tải với vít điều chỉnh hỗn hợp không tải, có thể điều chỉnh được tỷ lệ nồng độ CO trong khí xả. Mặc dù vậy, điều này chỉ có tác dụng tại tốc độ không tải bởi vì nếu tấm đo mở rộng thì lượng khí đi qua đường khí phụ sẽ nhỏ hơn nhiều so với đường khí chính.
Khoang giảm chấn và tấm chống rung
Khoang giảm chấn và tấm chống rung giúp làm việc ổn định chuyển động của tấm đo. Nếu lượng khí nạp chỉ được đo bằng tấm đo, sự thay đổi lượng khí sẽ làm cho tấm đo bị rung động. Nhưng khi tấm chống rung được gắn vào sao cho nó chuyển động cùng với tấm đo, nó sẽ hấp thụ các rung động và làm ổn định chuyển động của tấm đo.
Hình 2.52: Kết cấu và đường đặc tính của khoang giảm chấn và tấm đo.
Để ngăn ngừa dao động người ta thiết kế một cánh giảm chấn liền với cánh đo để tiếp nhận rung động– Dao động do áp lực hút sẽ tác động đồng thời và bằng nhau lên cả hai cánh. Kết quả là momen lực tác dụng lên hai cánh. Mặt khác, cánh giảm chấn ép khí trong buồng giảm chấn có tác dụng như một bộ giảm dao động.