CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN VÀ ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ I. Tổng quan về cảm biến trên ô tô 1. Định nghĩa về cảm biến Ô tô ngày nay được trang bị một số lượng lớn các cảm biến. Chúng được coi như là một ltập hợp thống nhất của các cảm biến.
Các cảm biến này biến đổi các đại lượng hoá lý thành các đại lƣợng điện cần thiết cho các ECU trên ô tô thực hiện việc điều khiển động cơ, điều khiển hệ thống an toàn, tiện nghi. Cảm biến có nghĩa là thăm dò và chuyển đổi giá trị. Nó chuyển đổi dạng đại lượng hoá lý (đại lượng không điện) gọi là đầu vào cùng với yếu tố gây nhiễu thành đại lượng đầu ra -một đại lượng điện như: điện áp, dòng điện, tần số, xung… Hình 1.1: Chức năng của cảm biến Hình 1.2: Biểu tượng cảm biến Một cảm biến có thể được xác định với các thông số sau: Tín hiệu đầu vào: Đại lƣợng cần đo: Cảm biến cũng có thể có chức năng xử lý tín hiệu hoặc không.1 Ứng dụng của cảm biến trên ô tô Cảm biến và cơ cấu chấp hành hình thành lên giao diện của ô tô với các tính năng phức hợp như lái, phanh, treo, khung vỏ… cũng như chức năng dẫn hướng và định vị. Các tín hiệu phải được xử lý bởi mạch xử lý tín hiệu để đưa về dạng tiêu chuẩn yêu cầu bởi ECU.3: Cảm biến trên ô tô Các mạch xử lý tín hiệu này được chế tạo riêng cho từng cảm biến cụ thể và tương thích với một chiếc ô tô cụ thể.
Bộ xử lý của ô tô sẽ xử lý phức hợp các tín hiệu này với các tín hiệu từ các ECU liên kết và việc điều khiển của người lái. Bộ phận hiển thị thông tin cho người lái các trạng thái hoạt động trong toàn bộ quá trình. Dưới đây là tổng quát hệ thống điện tử trên ô tô hiện tại. Và nó còn tăng thêm nhanh chóng trong các năm tới đây.4: Tổng quát hệ thống điện tử ô tô 1.
Phân loại các cảm biến a , Kiểu chỉ thị/ hành động Các cảm biến trong kiểu này lại có thể phân chia theo hai nhóm: + Nhóm cảm biến có chức năng phát hiện trạng thái đóng/mở. 6 + Nhóm cảm biến về an toàn hay chống trộm + Nhóm cảm biến theo dõi nhiên liệu, độ mòn hay thông tin về người lái/hành khách b , Kiểu tín hiệu liên tục Kiểu này có thể phân chia thành các nhóm sau: + Tín hiệu liên tục, tuyến tính: Nhóm này rất thích hợp cho dải đo rộng. + Tín hiệu liên tục, không tuyến tính: Nhóm này thƣờng sử dụng cho phạm vi đo hẹp (ví dụ tỷ lệ hoà khí, độ võng lò xo…) + Tín hiệu không liên tục, dạng 2 bậc, nhiều bậc: Dùng để theo dõi giá trị giới hạn Hình 1.5: Tín hiệu liên tục c , Kiểu tín hiệu dạng xung + Tín hiệu tương tự: Dòng điện, điện áp, tần số, tỷ lệ thường trực xung + Tín hiệu rời rạc: tín hiệu số (mã nhị phân) + Tín hiệu tương tự: Dòng điện, điện áp, tần số, tỷ lệ thường trực xung + Tín hiệu rời rạc: tín hiệu số (mã nhị phân 1. Các cảm biến trên ô tô 1.
Cảm biến vị trí bướm ga ( Throttle Position Sensor) 7 Hinh 1.6: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga a, Chức năng và nhiệm vụ của cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến vị trí bướm ga được sử dụng để đo độ mở vị trí của cánh bướm ga để báo về hộp ECU. Từ đó, ECU sẽ sử dụng thông tin tín hiệu mà cảm biến vị trí bướm ga gửi về để tính toán mức độ tải của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, cắt nhiên liệu, điều khiển góc đánh lửa sớm, điều chỉnh bù ga cầm chừng và điều khiển chuyển số. Khi đạp gấp ga ở trong chế độ toàn tải, ECM sẽ tự động ngắt A/C, ECU chuyển về chế độ “Open loop” để điều khiển phun nhiên liệu, bỏ qua tín hiệu từ cảm biến ô-xy. b, Nguyên lý làm việc Nguyên lí hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga – Hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga đời thấp loại tiếp điểm: cảm biến có 2 tiếp điểm IDL và PSW, Khi bướm ga ở vị trí không đạp ga, chân IDL được nối với chân E2 báo về hộp ECU, ECU sẽ nhận biết là đang ở chế độ không tải để bù ga và điều khiển lượng phun nhiên liệu ở chế độ không tải, khi ga lớn trên 50% cực PSW sẽ nối với cực E2 và ECU nhận biết được là đang mở ga lớn (chạy ở chế độ toàn tải), ECU sẽ hiệu chỉnh lượng nhiên liệu đậm lên để tăng công suất động cơ.
– Loại tuyến tính + tiếp điểm(còn ít): Bao gồm 4 chân (+, -, signal, IDLE). – Loại tuyến tính (giống 1 biến trở): Cảm biến được cấp nguồn Vc (5V) và mát , cấu tạo gồm 1 mạch trở than và 1 lưỡi quét trên mạch trở than đó, khi trục của cánh bướm xoay (đóng mở bướm ga) thì sẽ làm cho lưỡi quét thay đổi vị trí trên mạch trở than làm thay đổi điện áp đầu ra (chân signal). – Loại hall (đời mới): cb bướm ga có 2 tín hiệu, điện áp của cảm biến cũng thay đổi theo độ mở của bướm ga nhưng dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall (có 2 loại): 8 * Loại thuận: 2 tín hiệu cùng tăng cùng giảm.7: Đồ thị tín hiệu * Loại nghịch: 1 tín hiệu tăng 1 tín hiệu giảm.8: Đồ thị tín hiệu c, Vị trí của cảm biến vị trí bướm ga – Nằm trên cụm bướm ga: Hình 1.9 : Vị trí nắp đặt bướm ga 9 1. Cảm biến bàn đạp ga( Accelerator Pedal Position Sensor) Hình 1.10: Cảm biến bàn đạp ga Cảm biến chân ga là bộ phận giúp đo vị trí và độ mở của chân ga khi người lái đạp chân ga.
Như vậy, cảm biến bàn đạp ga sẽ gửi tín hiệu về ECU để điều khiển mô tơ bướm ga giúp mô tơ tăng tốc theo ý muốn của người điều khiển. Cảm biến chân ga có nhiệm vụ đo vị trí và độ mở của chân ga khi người lái nhấn ga Cảm biến bàn đạp ga thường có hai chiết áp khác nhau để đảm bảo thông tin từ cảm biến vị trí là chính xác. Hai chiết áp sẽ thay đổi điện áp trên các đầu vào cảm biến của mô-đun để điều khiển góc của trục cảm biến vị trí. Vị trí cụm chân ga nằm bên chân phải của người lái, trong trường hợp thông số vị trí chân ga vượt quá giá trị cho phép.
Một số dấu hiệu rõ ràng nhất mà người lái có thể nhận thấy thông qua hoạt động của động cơ đó là: xe không tăng tốc khi nhấn chân ga, động cơ rung lắc bất thường hoặc xe bị thiếu ga, không nhấn chân ga. Khi xuất hiện những dấu hiệu trên có nghĩa là thông số vị trí bàn đạp ga bị sai, người lái nên kiểm tra và sửa chữa cảm biến bàn đạp ga để tránh gây ra những hư hỏng nặng. a, Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến chân ga Cảm biến bàn đạp ga loại tuyến tính Cấu tạo của cảm biến chân ga nhìn chung khá giống với cảm biến chân ga, gồm các bộ phận: thanh trượt, mạch điện trở và lưỡi quét trên mạch điện trở. Tuy nhiên, do yêu cầu về độ tin cậy và bảo mật thông tin, hầu hết các ô tô đều sử dụng 2 tín hiệu cảm biến chân ga để thông báo về ECU.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến chân ga tuyến tính chủ yếu dựa trên nguyên lý chiết áp. Đầu tiên, cảm biến được cung cấp 5V, tín hiệu đến mô-đun điều khiển từ chiết áp 1 10 luôn gấp đôi so với chiết áp 2. Sau đó, trục của bàn đạp ga thay đổi vị trí của nó trên điện trở mạch bằng cách xoay lưỡi quét, thay đổi điện áp đầu ra (chân tín hiệu), và cuối cùng là báo về ECU để tăng độ tin cậy của cảm biến.11: Cảm biến bướm ga loại tuyến tính Cảm biến chân ga loại Hall( loại mới ): Khác với cảm biến chân ga loại tuyến tính, cấu tạo của cảm biến chân ga loại Hall gồm 3 phần chính: điện trở, 2 dây tín hiệu và điện áp của 2 chân tín hiệu. Cảm biến bướm ga loại Hall cũng được cấp nguồn 5V và mát nhưng cảm biến thay đổi theo độ mở cửa bướm ga dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall của 2 tín hiệu thuận ( 2 tín hiệu tăng giảm ) và nghịch ( 1 tín hiệu giảm, 1 phát tín hiệu ).12: Cảm biến chân ga loại Hall 11 1.
Cảm biến mức nhiên liệu Hình 1.14: Cấu tạo bơm xăng Một phần tử lưỡng kim được gắn ở đồng hồ chỉ thị và một biến trở trượt kiểu phao được dùng ở cảm biến mức nhiên liệu. Biến trở trượt kiểu phao bao gồm một phao dịch chuyển lên xuống cùng với mức nhiên liệu. Thân bộ cảm nhận mức nhiên liệu có gắn với điện trở trượt, và đòn phao nối với điện trở này. Khi phao dịch chuyển, vị trí của tiếp điểm trượt trên biến trở thay đổi làm thay đổi điện trở.
Vị trí chuẩn của phao để đo được đặt hoặc là vị trí cao hơn hoặc là vị trí thấp hơn của bình chứa. Do kiểu đặt ở vị trí thấp chính xác hơn khi mức nhiên liệu thấp, nên nó được sử dụng ở những đồng hồ có dãi đo rộng như đồng hồ hiển thị số. Cảm biến nước làm mát a,Chức năng nhiệm vụ của cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) 12 Hình 1.15: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến nhiệt độ nước làm mát là một trong những thành phần không hề thiếu của những động cơ. Engine Coolant Temperature sẽ gửi tín hiệu về ECU ( viết tắt của cụm từ Electronic Control Unit nghĩa là bộ tinh chỉnh và điều khiển điện tử ) trải qua những hiệu chỉnh sau : Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm Khi nhiệt độ động cơ thấp, ECU sẽ thực thi hiệu chỉnh trải qua việc tăng góc đánh lửa sớm.
Lúc này nhiệt độ động cơ cao và bộ điều khiển và tinh chỉnh thực thi tính năng điều khiển và tinh chỉnh giảm góc đánh lửa sớm. Hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu Khi động cơ có nhiệt độ thấp, ECU sẽ thực hiện chức năng điều khiển tăng thời gian phun nhiên liệu, hay còn gọi là tăng độ rộng xung nhấc kim phun để làm đậm. Khi động cơ có nhiệt độ cao, ECU sẽ điều khiển để giảm thời gian phun nhiên liệu, cho dòng máy hoạt động được hiệu quả. Điều khiển quạt làm mát Một trong những tính năng của cảm biến ECT là điều khiển và tinh chỉnh quạt làm mát.