Nhiệm Vụ, Cấu Tạo, Nguyên Lý Làm Việc Của Các Bộ Cảm Biến

1.2 Cấu tạo

Hình dạng bên ngoài của bộ điều khiển trung tâm (ECU), là một hộp kim loại có khả năng tản nhiệt tốt, vật liệu thường dùng là hợp kim nhôm. Tùi từng loại xe mà ECU được đặt ở các vị trí khác nhau. Các linh kiện điện tử của ECU được bố trí trên một mạch in. Nhờ ứng dụng công nghệ cao nện kích thước của ECU được thu nhỏ tối đa. Với ECU thế hệ cũ do chức năng còn hạn chế và các đầu ra cón ít nên phía trong tại vị trí các chân ra còn có ghi tên từng chân một trên mạch in. Hiện nay các chân này không còn được gi tên nữa mà thay vào đó là mỗi ECU hay ECM đều có sơ đồ tên chân giắc trong cẩm nang hưỡng dẫn sửa chữa.

Bên ngoài của ECU có chế tạo các chân giắc cho phép ECU liên hệ với các thiết bị của hệ thống, các giắc náy không thể cắm lẫn cho nhau được. Ngoài ra bên ngoài cón có để can có ghi các thông tin sử dụng của ECU và căn cứ vào đây người ta có thể biết ECU này được sử dụng cho động cơ nào.

Ngày nay với các ECU và ECM có sử dụng mã khóa Immobilizer thì khi thay mới bộ điều khiển trung tâm đòi hỏi kỹ thuật viên phải sử dụng thiết bị chẩn đoàn chuyên dùng để đồng bộ hóa các thông tin trên xe khi đó động cơ mới có thể khởi động và nổ được.

Hình 6.1. Cấu tạo bên trong của bộ điều khiển trung tâm.

1.3 Nguyên lý làm việc

Nhờ vào sự thay đổi tín hiệu từ các cảm biến trên các cơ cấu chấp hành, ECU sẽ xác định thời điểm để hiệu chỉnh các chế độ và chức năng một cách hợp lý.

Hình 6.2. Hệ thống phun xăng điện tử.

Ví dụ: trên hệ thống ECU của động cơ, nhờ vào cảm biến tốc độ và vị trí của piston giúp ECU xác định được thời điểm đánh lửa và thời điểm phun xăng tối ưu. Những cảm biến như vị trí bướm ga dùng để xác định lưu lượng không khí nạp, nhằm tính toán lượng phun nhiên liệu thích hợp cho từng chế độ tải.

Với các dữ liệu tốc độ động cơ, tải hay nhiệt độ động cơ… ECU sẽ xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm chính xác nhất theo từng chế độ. Ngày nay hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với phun xăng đã thay thế hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường.

Hiện nay, tiêu chuẩn mới cho khí thải là EURO 5 – EURO 6, để hạn chế gây hại ô nhiễm môi trường. Vì vậy mà vai trò của ECU động cơ hiện nay là cực kỳ quan trọng. Trên các dòng xe ô tô đời mới hiện nay được trang bị thêm bộ hoá khử TWC – Three way catalyst. Thông qua cảm biến Oxy để xác định phần hoà khí tức thời của khí nạp nhằm điều chỉnh tỷ lệ hoà khí thích hợp ở từng điều kiện nhất định.

Các hệ thống ECU trên ô tô can thiệp sâu vào các hệ thống an toàn trên ô tô như: hệ thống cân bằng ESP, hỗ trợ phanh khẩn cấp BA, hệ thống phân bổ lực phanh EBD… và rất nhiều hệ thống điều khiển thông minh khác.

Việc cảm biến nhận nhiệm vụ liên tục ghi lại và truyền tín hiệu để gửi về ECU, thì nhiệm vụ của ECU là so sánh dữ liệu mới với những chương trình đã tính toán trước. Người lái có khuynh hướng phản xạ đột ngột như đánh lái gấp, lực phanh tăng nhanh, hiện tượng trượt bánh khi phanh…Khi gặp phải sự cố nguy hiểm. Lúc này, ngay lập tức ECU sẽ nhận tín hiệu và đưa ra hiệu chỉnh buộc xe phải hoạt động theo chương trình đã được lập trình sẵn như: Điều chỉnh góc xoay, kiểm soát tốc độ từng bánh xe, lực phanh mỗi bánh …

2. Nhiệm vụ, cấu tạo, nguyên lý làm việc của các bộ cảm biến

2.1 Bộ cảm biến lượng ôxy trong khí thải

Cảm biến ôxy 1 (cảm biến sơ cấp) được dùng điều chỉnh tỉ lệ hoà trộn không khí và xăng nhằm giảm thiểu ô nhiễm của khí xả và tăng tính kinh tế nhiên liệu.

Cảm biến ôxy II (cảm biến thứ cấp) được dùng để kiểm tra sự hoạt động của bình lọc khí xả và cũng được dùng để điều chỉnh tỷ lệ hoà trộn hỗn hợp cháy. Nếu có sự rò rỉ trong hệ thống xả trước cảm biến thì sẽ làm sai chế độ hoạt động của động cơ và ảnh hưởng đến chất lượng khí xả.

Vị trí lắp

Cảm biến ôxy thường được lắp ngay sau cửa xả của động cơ tùy vào từng động cơ mà vị trí lắp có khác nhau.

Hình 6.3. Vị trí lắp cảm biến ôxy 1 (cảm biến sơ cấp).

Cấu tạo và hoạt động của cảm biến

Hình 6.4 Cấu tạo cảm biến ôxy

Cảm biến này chủ yếu được lắp trong đường ống xả, nhưng vị trí lắp và số lượng khác nhau tuỳ theo kiểu động cơ. Cảm biến ôxy có một phần tử làm bằng ziconi ôxit (ZrO2), đây là một loại gốm. Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platin mỏng. Không khí chung quanh được dẫn vào bên trong của cảm biến này, và phía ngoài của cảm biến lộ ra phía khí thải. ở nhiệt độ cao (400°C hay cao hơn), phần tử zirconi tạo ra một điện áp như là do sự chênh lệch lớn giữa các nồng độ của ôxy ở phía trong và phía ngoài của phần tử zirconi này. Ngoài ra, platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữa ôxy và các bon monoxit (CO) trong khí xả. Vì vậy, điều này sẽ làm giảm lượng ôxy và tăng tính nhạy cảm của cảm biến. Khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nghèo phải có ôxy trong khí xả sao cho chỉ có một chênh lệch nhỏ về nồng độ của ôxy giữa bên trong và bên ngoài của nguyên tố zirconi.

Do đó, phần tử zirconi sẽ chỉ tạo ra một điện áp thấp (gần 0V). Ngược lại, khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu giàu, hầu như không có ôxy trong khí xả. Vì vậy, có sự khác biệt lớn về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài của cảm biến này để phần từ zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn (xấp xỉ 1 V). Căn cứ vào tín hiệu OX do cảm biến này truyền đến, ECU động cơ sẽ tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu để duy trì tỷ lệ không khí - nhiên liệu trung bình ở tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết. Một số cảm biến ôxy zirconi có các bộ sấy để sấy nóng phần từ zirconi. Bộ sấy này cũng được ECU động cơ điều khiển. Khi lượng không khí nạp thấp (nói khác đi, khi nhiệt độ khí xả thấp), dòng điện được truyền đến bộ sấy để làm nóng cảm biến này.

2.2 Bộ cảm biến nhiệt độ động cơ

Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt (thermistor) hay là một diode.

+ Nguyên lý

Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC –negative temperature co- efficient). Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gởi đến ECU

trên nền tảng cầu phân áp. B+

Cảm biến nhiệt độ nước

Bộ chuyển đổi A/D

Bộ ổn áp

Điện trở chuẩn

Hình 6.5: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Trên sơ đồ hình 6.5 ta có: Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass. Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC – analog to digital converter).

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 biết động cơ đang lạnh. Khi động cơ nóng, giá trị điệp trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng.

Cấu tạo

Thường là trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm.

3 2 1

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 56 trang tài liệu này.

Hình 6.6: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

1. Đầu ghim; 2. Vỏ; 3. Điện trở (NTC)

Ở động cơ làm mát bằng nước, cảm biến được gắn ở thân máy, gần bọng nước làm mát. Trong một số trường hợp, cảm biến được lắp trên nắp máy.

Mạch điện

Đến relay

+B1

E C U

5V Vcc

ADC CPU

THW E2 E1

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 6.7 Mạch điện cảm biến nước làm mát

Đường đặc tuyến

R (k)

0.5

0.3

0.2

0.1

- 20 0

-4 12

20 40

68 104

140

176

100 oC

212 oF

Hình 6.8: Đường đặc tuyến của cảm biến nước làm mát

2.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp

Là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nó được sử dụng trong EFI kiểu L với nhiệm vụ để phát hiện khối l- ượng hoặc thể tích không khí nạp.

Tín hiệu của khối lượng hoặc thể tích của không khí nạp gửi về ECU được dùng để tính toán thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản. Cảm biến lưu lượng khí nạp chủ yếu được chia thành 2 loại, các cảm biến để phát hiện khối lượng không khí nạp, và cảm biến đo thể tích không khí nạp, cảm biến đo khối lượng và cảm biến đo lưu lượng không khí nạp có các loại như sau:

Cảm biến đo khối lượng khí nạp: Kiểu dây sấy.

Cảm biến đo lưu lượng khí nạp: Kiểu cánh và kiểu gió xoáy quang học Karman, cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp.

Hiện nay hầu hết các xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu dây nhiệt. dây nóng vì nó đo chính xác hơn, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn

Hình 6.9 Các loại cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến lưu lượng gió kiểu dây sấy

Cấu tạo

Như trình bày ở hình minh họa, cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng rất đơn giản. Cảm biến lưu lượng khí nạp gọn và nhẹ như được thể hiện trong hình minh họa ở bên trái là loại cắm phích được đặt vào đường không khí, và làm cho phần không khí nạp chạy qua khu vực phát hiện. Như trình bày trong hình minh họa, một dây nóng và nhiệt điện trở, được sử dụng như một cảm biến, được lắp vào khu vực phát hiện.

Bằng cách trực tiếp đo

khối lượng không khí nạp, độ chính xác phát hiện được tăng lên và hầu như không có sức cản của không khí nạp. Ngoài ra, vì không có các cơ cấu đặc biệt, dụng cụ này có độ bền tuyệt hảo. Cảm biến lưu lượng khí nạp được thể hiện trong hình minh hoạ cũng có một cảm biến nhiệt độ không khí nạp gắn vào.

Hoạt động và chức năng

Như thể hiện trong hình minh họa, dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy quanh dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối không khí nạp. Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỷ lệ thuận với khối không khí nạp. Sau