CHƯƠNG 2. KẾT CẤU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN XE CƠ SỞ LEXUS
2.4. Kết cấu các hệ thống điều khiển động cơ
2.4.1 Các cảm biến và tín hiệu đầu vào
2.4.1.1. Cảm biến oxy ( Heated Oxygen Sensor )
Cảm biến oxy được gắn trên đường ống xả, tiếp xúc trực tiếp với khí xả động cơ. Chất xúc tác sẽ phản ứng với oxy có trong khí xả làm điện trở của nó thay đổi. Tín hiệu điện áp đó giúp ECM biết được trong khí xả có dư nhiều hay ít khí oxy. Biết rằng với tỷ lệ không khí/nhiên liệu là 14,7/1 oxy sẽ được đốt hết trong quá trình cháy ở buồng đốt. ECM sử dụng tín hiệu từ cảm biến oxy để điều chỉnh tỉ lệ lệ không khí / nhiên liệu
Hình 2. 17 Cảm biến oxy 2.4.1.2. Cảm biến kích nổ ( Knock Sensor )
Cảm biến kích nổ còn gọi là cảm biến tiếng gõ, được chế tạo bằng vật liệu áp điện. Nó được gắn trên thân xy lanh hoặc nắp máy để cảm nhận sóng kích nổ sinh ra trong động cơ và gởi tín hiệu về ECM. Dựa vào tín hiệu này, ECM làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nố.
Hình 2. 16 Cấu tạo của cảm biến oxy
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh
21
Thành phần áp điện trong cảm biến kích nố được chế tạo bằng tinh thể thạch anh là vật liệu khi bị ép sẽ sinh ra điện áp (piezo element). Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiệu ứng cộng hưởng (f= 7kHz). Như vậy, khi có kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp, có giá trị nhỏ hơn 2,5 F. Nhờ tín hiệu này, ECM nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa sớm cho đến khi không còn kích nổ. ECM sau đó sẽ chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại.
Hình 2. 18 Cấu tạo cảm biến
Hình 2. 19 Mạch điện cảm biến kích nổ
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh
22
2.4.1.3. Cảm biến vị trí trục cam, vị trí trục khuỷu ( Crankshaft Position sensor and Camshaft Position Sensor )
Cảm biến vị trí trục cam: (tốc độ động cơ) một tín hiệu điện AC được tạo ra phù hợp với tốc độ trục cam. Khi trục cam quay nhanh hơn thì tần số AC được tạo ra cũng tăng. Công dụng của cảm biến này là để ECM xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun.
Cảm biến vị trí trục khuỷu: ECM sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ trục khuỷu để nhận biết tốc độ của động cơ, vị trí trục khuỷu và sự bỏ máy của động cơ. Tín hiệu được gọi là tín hiệu NE. Tín hiệu NE kết hợp với tín hiệu G chỉ ra được vị trí của xy lanh ở trong kỳ nén và ECM xác định được thứ tự đánh lửa của động cơ.
Những khoảng hở tuần hoàn trên biểu đồ tín hiệu rô-to là do răng tín hiệu bị khuyết.
Những khoảng hở đó được ECM sử dụng để nhận biết vị trí trục khuỷu. Khi kết hợp với tín hiệu G, ECM có thể xác định được vị trí của xy lanh và thì của nó.
Hình 2. 20 Vị trí đặt cảm biến
Hình 2. 21 Dạng sóng đầu ra của cảm biến
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh
23
2.4.1.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( Coolant Temperature Sensor )
Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ, nó làm bằng vật liệu có hệ số điện trở âm. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp gởi đến ECM.
ECM gởi một điện áp từ bộ ổn áp qua điện trở giới hạn dòng (điện trở này có giá trị không đổi) tới cảm biến rồi về ECM và ra mass. Nối song song với cảm biến là một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số (bộ chuyển đổi A/D). Bộ chuyển đổi A/D sẽ đo điện áp rơi trên cảm biến.
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở của cảm biến cao và điện áp đặt giữa hai đầu của bộ chuyển đổi A/D cao. Tính hiệu điện áp cao được chuyển đổi thành một dãy xung vuông
Hình 2. 22 Cảm biến vị trí trục cam, trục khuỷu
Hình 2. 23 Mạch điện và đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh
24
và được giải mã nhờ bộ vi xử lý sẽ thông báo cho ECM biết động cơ đang lạnh. ECM sẽ tăng lượng xăng phun cải thiện tính năng hoạt động khi động cơ lạnh.
Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm,điện áp đặt giữa hai đầu của bộ chuyển đổi A/D giảm. Tín hiệu điện áp giảm sẽ báo cho ECM biết động cơ đang nóng, ECM sẽ giảm lượng xăng phun.
Hình 2. 24 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 2.4.1.5. Cảm biến vị trí bướm ga ( Throttle Position Sensor )
Cảm biến vị trí bướm ga có chức năng xác định vị trí của bướm ga và gửi thông tin về bộ xử lý trung tâm để giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối ưu theo độ mở bướm ga.
Khi bướm ga mở làm các nam châm quay theo, từ đó các nam châm này thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó, IC Hall nhận biết sự thay đổi từ thông gây ra nhờ sự thay đổi của vị trí các nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ đó các cực VTA1 và VTA2 thay đổi theo mức điện áp này. Tín hiệu được truyền đến ECM động cơ giống tín hiệu mở bướm ga.
Hình 2. 25 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh
25
2.4.1.6. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp
Hình 2. 26 Cấu tạo cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp
Tấm silicon (hay còn gọi là màng ngăn) dày ở hai mép ngoài và mỏng hơn ở giữa. Một mặt của tấm silicon tiếp xúc với buồng chân không, mặt còn lại nối với đường ống nạp. Bằng cách so sánh áp suất trong buồng chân không và áp suất trong đường ống nạp, chip silic sẽ thay đổi điện trở của nó khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi. Sự dao động của tín hiệu điện trở này được chuyển hóa thành một tín hiệu điện áp gửi đến ECM động cơ ở cực PIM.
Áp suất đường ống nạp có liên quan trực tiếp đến tải động cơ. ECM cần biết áp suất của đường ống nạp để tính toán lượng nhiên liệu cần thiết phun vào xy lanh và góc đánh lửa sớm cơ bản
Trong đó:
- Cực VC của ECM cung cấp điện áp 5V cho cảm biến.
- Cực PIM gửi tín hiệu điện áp về ECM.
Hình 2. 27 Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh
26 - Cực E2 của ECM nối mass cho cảm biến.
Tín hiệu điện áp của cảm biến là cao nhất khi áp suất trong đường ống nạp là lớn nhất (công tắc máy ON, động cơ OFF hoặc khi bướm ga được mở rông một cách đột ngột). Tín hiệu điện áp là thấp nhất khi cánh bướm ga đóng hoặc giảm tốc.
2.4.1.7 Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga
Chức năng: Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga được sử dụng để đo độ mở của bàn đạp chân ga khi người lái xe nhấn vào bàn đạp. Lúc này, tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga sẽ được gửi về ECU và ECU sẽ sử dụng các dữ liệu này để điều khiển mô tơ bướm ga mở bướm ga cho động cơ tăng tốc theo độ mở của bàn đạp chân ga và theo chế độ lái hiện thời hợp lý nhất.
Có 2 loại cảm biến vị trí bàn đạp ga và trên dòng xe ford focus được trang bị cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại hall.
Cấu tạo: cảm biến vị trí bàn đạp chân ga bao gồm nam châm, IC hall, bàn đạp ga
Hình 2. 28 Kết cấu cảm biến bàn đạp chân ga
Nguyên lý hoạt động: khi chúng ta đạp lên bàn đạp ga thì bàn đạp sẽ dịch chuyển tạo ra tín hiệu truyền về ECU. Tín hiệu của cảm biến này ở dạng điện áp, và chúng sẽ thay đổi theo độ mở bàn đạp ga. Tùy vào thiết kế của cảm biến bàn đạp ga mà sẽ có 1 hoặc 2 tín hiệu thông tin gửi về ECU, và có thể có hoặc không công tắc báo xe hoạt động ở chế độ không tải. Điện áp chân tín hiệu không tải có đầu ra là 0,5-0,8V và khi đạp ga thì chúng sẽ tăng dần theo thông số tới 4,5V
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh
27
Hình 2. 31 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
2.4.1.8 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Chức năng: cảm biến nhiệt độ nhiên liệu dùng để đo nhiệt độ nhiên liệu trước khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt, từ những tín hiệu mà cảm biến gửi về hộp ECU thì ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu chính xác để tỷ lệ không khí và nhiên liệu phù hợp nhất. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được bố trí trên ống phân phối(ống rail).
Cấu tạo: cảm biến nhiệt độ nhiên liệu có cấu tạo gồm vòng ren để gắn vào thân máy, nhiệt điện trở, vòng ren và giắc cắm gồm 2 chân. 1 chân tín hiệu và 1 chân cấp nguồn 5V.
Hình 2. 29 Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí bàn đạp ga
Hình 2. 30 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh
28
Nguyên lý hoạt động: với chức năng cảm nhận nhiệt độ của nhiên liệu, để từ đó xác định lượng nhiên liệu cần được đưa vào nhằm kiểm soát lượng khí thải và tối ưu khả năng tiết kiệm nhiên liệu. So với nhiên liệu lạnh thì nhiên liệu nóng ít đậm đặc hơn, nên nếu có cùng tốc độ phun thì lượng nhiên liệu nóng/ lạnh được đưa sẽ khác nhau.
Vậy nên, khi cảm biến nhiệt độ nhiên liệu nhận thấy có sự gia tăng của nhiệt độ nhiên liệu, thì cũng có nghĩa là nhiên liệu nóng đã trở nên ít đậm đặc hơn. Nếu như động cơ vẫn tiếp tục nạp nhiên liệu với cùng một tốc độ dòng chảy của nhiên liệu lạnh, thì lượng nhiên liệu đưa vào sẽ không đủ, dẫn tới năng lượng thiếu hụt và nhiệt độ xylanh sẽ tăng cao, khiến lượng khí thải gia tăng.
Các cảm biến thường hoạt động trong một vòng phản hồi kín và do đó điều chỉnh việc phun nhiên liệu dựa trên yêu cầu khí thải. Theo đó, chúng giúp duy trì hỗn hợp nhiên liệu và không khí phù hợp.