944 chng31 wjddt 20130111020701

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

CHƯƠNG 3
CẢM BIẾN DÙNG TRÊN
HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
3.1. Các vấn đề chung
Cảm biến và cơ cấu chấp hành đảm bảo việc giao tiếp giữa ECU (có
vai trị là bộ phận xử lý thông tin) với phương tiện và các hệ thống phức tạp
của nó như: hệ thống lái, hệ thống phanh, khung gầm, các chức năng thân
xe (chương trình ổn định điện tử, điều hồ khơng khí, quản lý động cơ …).
Các mạch thích hợp trong cảm biến sẽ chuyển đổi các loại tín hiệu ra của
cảm biến để chúng có thể được xử lý bởi ECU.
Kỹ thuật cơ-điện tử (trong đó các bộ phận cơ khí, điện tử và xử lý dữ
liệu được liên kết và phối hợp rất chặt chẽ với nhau) ngày càng có vai trị
quan trọng hơn trong kỹ thuật cảm biến. Các bộ phận này thường được tích
hợp theo module (ví dụ như module trục khuỷu CSWS có tích hợp cảm
biến số vịng quay).
Do tín hiệu ra của cảm biến khơng chỉ có tác động trực tiếp đến các
đặc tính vận hành của động cơ (cơng suất, mơ men, mức độ ơ nhiễm…) mà
cịn tác động đến tính năng an tồn và điều khiển phương tiện, nên các cảm
biến (mặc dù đang trở lên nhỏ gọn hơn) phải đáp ứng các yêu cầu là có dải
đo rộng hơn và độ chính xác cao hơn.
Tùy thuộc vào mức độ tích hợp, tất các chức năng như: làm phù hợp
dạng tín hiệu đầu ra, chuyển đổi A/D, tự căn chỉnh đều được kết hợp trong
cảm biến. Trong tương lai, một bộ vi xử lý nhỏ (dùng để xử lý tín hiệu cảm
biến) có thể sẽ được bổ sung vào module cảm biến. Với giải pháp này có
những ưu điểm sau:
+ Giảm cơng suất tính tốn cần thiết trong khối ECU

55

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

+ Có thể sử dụng một giao diện chung, thống nhất và linh động cho
tất cả các cảm biến.
+ Có thể sử dụng cùng một cảm biến cho nhiều mục đích khác nhau
thơng qua kênh dữ liệu
+ Có thể đo được những biến động nhỏ hơn của đại lượng cần đo
+ Việc căn chỉnh cảm biến sẽ dễ dàng hơn
Trong nội dung Chương 3 sẽ trình bày về cấu tạo và nguyên lý làm
việc của các loại cảm biến dùng trên HTPX điện tử của Hãng Bosch, gồm:
cảm biến nhiệt độ; cảm biến mức nhiên liệu, cảm biến lưu lượng khí nạp,
cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí bàn đạp chân ga, cảm biến xác
định pha, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến kích nổ, cảm biến áp suất và
cảm biến lambda.
3.2. Cảm biến nhiệt độ
* Phạm vi sử dụng:Cảm biến nhiệt độ dùng trên động cơ bao gồm:
+ Cảm biến nhiệt độ động cơ: Cảm biến này được lắp ở khoang nước
làm mát (ở khu vực phía trên của thân máy) của động cơ. Tín hiệu của nó
được hệ thống điều khiển dùng để tính tốn nhiệt độ động cơ. Khoảng đo
của cảm biến này từ - 40 đến + 1300C.
+ Cảm biến nhiệt độ khí nạp: Cảm biến này được lắp trên đường nạp.
Tín hiệu của nó cùng với tín hiệu từ cảm biến áp suất khí tăng áp sẽ được
dùng để tính khối lượng khí nạp. Ngồi ra, các giá trị yêu cầu dùng cho
việc điều khiển các vịng lặp khác nhau (tuần hồn khí thải, kiểm sốt áp
suất khí tăng áp) có thể được điều chỉnh theo nhiệt độ khí nạp. Khoảng đo
của cảm biến này từ - 40 đến + 1200C.
+ Cảm biến nhiệt độ dầu bơi trơn động cơ: Tín hiệu của cảm biến
này được dùng để tính tốn khoảng thời gian giữa 2 lần bảo dưỡng. Khoảng
đo của cảm biến này từ -400 đến +170 0C.

56


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

+ Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu: Cảm biến này được tích hợp trong
mạch áp suất thấp của hệ thống phun nhiên liệu diesel. Nhiệt độ nhiên liệu
được dùng để tính tốn chính xác lượng nhiên liệu phun. Khoảng đo của
cảm biến này từ -400 đến +120 0C.
+ Cảm biến nhiệt độ khí xả: Cảm biến này được lắp trên đường thải,
tại điểm có trường nhiệt độ tới hạn. Tín hiêu của cảm biến này đuợc dùng
cho hệ thống điều khiển vòng lặp ngược của hệ thống xử lý khí thải.
Thường sử dụng cảm biến điện trở bạch kim. Khoảng đo của cảm biến này
từ -400 đến +1000 0C.
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

1. Đầu nối
3. Đệm làm kín
5. Điện trở đo

2.Thân cảm biến
4. Mối ghép ren
6. Nước làm mát

Hình 3.1.Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát[7].
Phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, có thể sử dụng rất nhiều dạng cảm
biến nhiệt độ. Một điện trở đo bằng bán dẫn (điện trở phụ thuộc nhiệt độ)
được lắp trong thân cảm biến. Các điện trở được sử dụng có thể có Hệ số
nhiệt độ âm – NTC (Negative Temperature Coeficient) hoặc hệ số nhiệt độ

dương -PTC (Positive Temperature Coeficient). Với điện trở kiểu NTC
(thường được sử dụng hơn) thì điện trở sẽ giảm khi tăng nhiệt độ, và ngược
lại với điện trở kiểu PTC.

57


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Điện trở đo (là một phần của mạch chia điện áp) sẽ được đặt một
điện áp 5V. Do vậy, điện áp đo được qua điện trở đo sẽ phụ thuộc vào nhiệt
độ. Điện áp đo được này sẽ tỷ lệ với nhiệt độ đo được tại vị trí của cảm
biến và nó sẽ là tín hiệu đầu vào của bộ chuyển đổi A/D. Một đặc tính
(được lưu trữ trong ECU của hệ thống điều khiển động cơ) sẽ cung cấp giá
trị nhiệt độ cụ thể ứng với mọi giá trị điện áp ra đo được.
3.3. Cảm biến mức nhiên liệu
* Phạm vi sử dụng: Cảm biến mức nhiên liệu (Fuel-level sensor)
được đặt trong thùng xăng để cảm nhận mức nhiên liệu trong thùng và sẽ
gửi tín hiệu tương ứng về ECU hoặc tới panel điều khiển của xe. Bơm cung
cấp (điện) và bầu lọc có nhiệm vụ cung cấp đủ nhiên liệu sạch cho động cơ
(Hinh 3.2).

1.Thùng nhiên liệu

2.Bơm nhiên liệu (điện)

3.Cảm biến mức nhiên liệu

4. Phao nổi

Hình 3.2. Cảm biến nhiên liệu trong thùng chứa, [7].
Cảm biến mức nhiên liệu bao gồm bộ đo điện thế, lò xo gạt, thanh dẫn
(dạng mạch in 2 tiếp điểm) và các đầu nối. Cảm biến hoàn thiện được bọc
trong một vỏ kín, cách ly với nhiên liệu. Phao xăng được gắn vào đầu cuối

58


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

của cần mức nhiên liệu, đầu còn lại của cần được nối với trục quay của bộ
đo điện thế. Tùy theo hệ thống cụ thể, phao xăng có thể gắn cố định vào
cần đo mức hoặc có thể quay tự do. Hình dạng của cần mức và phao tùy
thuộc vào HTPX cụ thể.

1. Đầu nối

2.Lò xo gạt

3. Điểm tiếp xúc

4. Bảng điện trở

5.Ổ đỡ chốt quay

6. Thanh dẫn (2 tiếp điểm)

7. Cần mức

8. Phao nhiên liệu

9. Đáy thùng nhiên liệu

Hình 3.3. Cấu tạo cảm biến mức nhiên liệu,[7] .
Lò xo gạt của bộ đo điện thế được cố định với cần mức thông qua
một chốt. Đầu tiếp điểm của lò xo gạt sẽ tạo tiếp xúc giữa lò xo này và rãnh
điện trở. Khi mức nhiên liệu thay đổi, lò xo sẽ di chuyển dọc theo rãnh này
và tạo ra tỷ số điện áp tỷ lệ với góc xoay của cần mức (phụ thuộc vào vị trí
của phao nhiên liệu). Góc quay giới hạn của cần mức (ứng với mức nhiên

59


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

liệu thấp nhất và cao nhất) là 1000. Điện áp vận hành của của cảm biến từ 5
đến 13 V.
3.4. Cảm biến đo điện thế dạng đĩa
* Phạm vi sử dụng: Cảm biến đo điện thế dạng đĩa (Sensor-plate
Potentiometer) được sử dụng trong cảm biến đo lưu luọng khí nạp của
HTPX kiểu KE-jetronic, có nhiệm vụ ghi lại vị trí (góc xoay) cánh van của
cảm biến lưu lượng. Tốc độ nhấn bàn đạp chân ga của người lái sẽ thu
được từ di chuyển của phần tử cảm biến (với độ trễ nhỏ, khi có xét đến dịch
chuyển của bướm ga). Tín hiệu này sẽ tương ứng với sự thay đổi về lượng
khí nạp theo thời gian (nói cách khác, nó tỷ lệ với cơng suất ra của động
cơ). Cảm biến điện thế dạng đĩa sẽ gửi tín hiệu này tới ECU để điều khiển
bộ định lượng nhiên liệu kiểu điện-thủy lực (HTPX kiểu KE-Jetronic). Phụ
thuộc vào trạng thái vận hành của động cơ và tín hiệu điều khiển từ ECU,
cơ cấu chấp hành sẽ thay đổi áp suất trong khoang chân không của van
chênh lệch áp suât (trong bộ phân phối nhiên liệu), và do đó sẽ thay đổi

lượng nhiên liệu được đưa tới vịi phun.

.
Hình 3.4. Cảm biến điện thế dạng đĩa,[7].
* Cấu tạo và nguyên lý vận hành: Cấu tạo của cảm biến điện thế
dạng đĩa được trình bày trên Hình 3.4. Cảm biến điện thế được chế tạo trên

60


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

chất nền gốm, sử dụng kỹ thuật màng. Nguyên lý đo dựa theo sự thay đổi
về điện trở (của điện trở dạng màng) khi thay đổi chiều dài làm việc của nó.
Độ rộng của điện trở dạng màng được thiết kế thay đổi nhằm tạo ra đặc tính
điện thế khơng tuyến tính. Do đó, tín hiệu gia tốc cao nhất sẽ được tạo ra
khi phần tử cảm biến bắt đầu di chuyển từ vị trí khơng tải. Tín hiệu này sẽ
giảm khi cơng suất ra của động cơ tăng lên.
3.5. Cảm biến vị trí bướm ga
* Phạm vi sử dụng: Cảm biến vị trí bướm ga (Throtle-Vavle sensor)
dùng để ghi lại vị trí (góc quay) của bướm ga động cơ xăng. Trên HTPX
kiểu M-Motronic, nó đựợc dùng để tạo ra tín hiệu tải thứ cấp. Ngồi ra, nó
cịn được dùng làm thơng tin phụ trợ cho các chức năng động lực học; nhận
biết chế độ vận hành của đông cơ (không tải, tải cục bộ, tồn tải); tín hiệu
khẩn cấp khi cảm biến tải chính (cảm biến đo khối lượng khí nạp) bị hỏng.
Nếu cảm biến vị trí bướm ga được sử dụng là cảm biến tải chính thì có thể
đạt u cầu về độ chính xác bằng cách sử dụng 2 bộ đo điện thế cho 2
khoảng góc quay.
Hệ thống ME-Motronic điều chỉnh mơ men xoắn yêu cầu thông qua
bướm ga. Để kiểm tra việc bướm ga đến di chuyển đến vị trí yêu cầu, cảm

biến vị trí bướm ga cũng được sử dụng để xác đinh vị trí của van (trong
mạch điều khiển vị trí kiểu vịng lặp kín). Để đảm bảo an toàn, cảm biến
này được lắp 2 bộ đo điện áp làm việc song song (với các tín hiệu điện áp
tham chiếu riêng biệt).
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga
được trình bày trên Hình 3.5.
Cảm biến độ mở bướm ga là cảm biến góc quay kiểu điện thế với một
(hoặc hai) đường đặc tính tuyến tính (Hình 3.5). Cánh quay của cảm biến
được nối cơ khí với trục cảm biến, các tiếp điểm (dạng thanh) gắn trên cánh
sẽ trượt từ bên này sang bên kia của rãnh trượt. Trong quá trình di chuyển

61


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

này, cảm biến sẽ chuyển góc quay của trục cảm biến thành tỷ số điện áp
UA/UV (tỷ lệ với góc quay của bướm ga). Điện áp vận hành của cảm

biến là 5 V.

1.Trục quay của cảm biến

2.Rãnh điện trở 1

3. Rãnh điện trở 2

4. Con quay và tiếp điểm

5. Đầu nối điện (4 dây)

Hình 3.5. Cảm biến vị trí bướm ga, [1].

A- điểm dừng bên trong
1. Đặc tính có độ phân giải cao, trong dải góc quay từ 0 đến 230
2. Đặc tính với góc quay từ 15 đến 880
U0- Điện áp cung cấp
UA. Điện áp đo
UV-Điện áp vận hành
αw-Góc đo hiệu dụng

62


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Hình 3.6. Cảm biến vị trí bướm ga có hai đường đặc tính điện áp, [7].
3.6. Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga
* Phạm vi sử dụng: Trong hệ thống điều khiển động cơ truyền
thống, yêu cầu của người vận hành (tăng tốc, giảm tốc, giữ nguyên tốc độ)
sẽ tác động đến động cơ thông qua bàn đạp chân ga để can thiệp cơ khí vào
bướm ga (động cơ xăng) hoặc vào bơm cao áp (động cơ diesel).
Trong hệ thống điều khiển động cơ bằng điện tử, không cần sử dụng
cáp hoặc thanh dẫn cơ khí để nối bàn đạp chân ga với bướm ga hoặc thanh
răng bơm cao áp. Khi đó, tác động của người lái lên bàn đạp chân ga sẽ
được cảm biến vị trí bàn đạp ga (có nhiệm vụ ghi lại dịch chuyển của bàn
đạp chân ga) chuyển tới ECU dưới dạng một tín hiệu điện. Hệ thống này
cịn được gọi là “Lái bằng điện” (Drive-by-wire). Các dạng bàn đạp chân
ga đã tích hợp sẵn cảm biến (thành một modul rất thuận tiện cho việc lắp
đặt) được trình bày trên Hình 3.7.

Hình 3.7. Các dạng bàn đạp chân ga đã tích hợp cảm biến, [7].
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
+ Cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu điện thế: Thành phần chính của
cảm biến này là bộ đo điện thế, có điện áp phát triển theo vị trí thiết lập của
bàn đạp chân ga. Trong ECU, một đặc tính được sử dụng để tính tốn hành
trình dịch chuyển của bàn đạp ga (hoặc góc quay của nó) từ giá trị điện áp
này. Một cảm biến thứ 2 (cảm biến dư) được tích hợp trong khối để phục
vụ mục đích chẩn đốn và cung cấp tín hiệu thay thế (khi cảm biến thứ nhất

63


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

bị trục trặc). Nó là một bộ phận của hệ thống giám sát động cơ. Có loại cảm
biến bàn đạp chân ga hoạt động với bộ đo điện thế thứ 2 (điện áp qua bộ đo
này thường bằng 1/2 giá trị điện áp qua bộ đo thứ nhất). Với phương án
này, sẽ thu được 2 tín hiệu điện áp độc lập phục vụ cho việc chẩn đốn.
Thay vì việc sử dụng bộ đo điện thế thứ 2, một số cảm biến vị trí chân ga
sử dụng công tắc không tải thấp (low-idle switch) để cung cấp tín hiệu tới
ECU khi bàn đạp chân ga ở vị trí khơng tải thấp. Trên các phương tiện
dùng hệ thống truyền lực tự động, cảm biến vị trí chân ga có thể được tích
hợp thêm nhiều cơng tắc khác,
+ Cảm biến góc quay dùng hiệu ứng Hall: Cảm biến góc quay dùng
hiệu ứng Hall kiểu ARS1 (Angle of Rotation Sensor) dựa trên nguyên lý
nam châm di động. Nó có khả năng đo được góc xấp xỉ 90 0 (Hình 3.8 và
39).

1.Nắp cảm biến

2. Rô to (nam châm vĩnh cửu)

3.Bộ xác định vị trí (điện tử)

4. Thân cảm biến

5. Lị xo hồi vị

6.Khớp nối

Hình 3.8.Cảm biến góc quay (ARS1) dùng hiệu ứng Hall, [7].

64


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Rơ to (nam châm vĩnh cửu) dạng đĩa hình bán nguyệt (chi tiết 1, Hình
3.8) tạo ra một từ trường, dòng từ này sẽ quay trở lại rô to qua đầu cực (2),
phần tử dẫn có từ tính nhẹ (3) và trục (6). Trong q trình làm việc, lượng
từ quay trở lại thơng qua phần tử dẫn từ (3) là hàm của góc quay rơ to φ.
Một cảm biến Hall (5) được đặt trong đường từ của mỗi phần tử dẫn, do
vậy có thể tạo ra được đặc tính tuyến tính trong khoảng đo.

1. Rơ to (nam châm vĩnh cửu)

2.Đầu cực

3. Phần tử dẫn

4.Khe hở khơng khí

5.Cảm biến Hall

6.Trục (có từ tính nhẹ)

φ-Góc quay rơ to (trục)

Hình 3.9.Ngun lý cảm biến góc quay dùng hiệu ứng Hall, [7].
Cảm biến góc quay dùng hiệu ứng Hall kiểu ARS2 (Hình 3.10) có
thiết kế đơn giản hơn, khơng có phần tử dẫn từ.

65


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

a. Khi lắp với bàn đạp chân ga

b. Các bộ phận của cảm biến

1.Cảm biến hiệu ứng Hall

2.Trục bàn đạp chân ga

3.Nam châm

Hình 3.10. Cảm biến góc quay dùng hiệu ứng Hall ARS2, [7].
Cảm biến ARS2 gồm một nam châm quay quanh một cảm biến hiệu

ứng Hall. Quỹ đạo chuyển động của nó có dạng một cung trịn. Do chỉ có
một phần nhỏ của đặc tính dạng hình sin là có độ tuyến tính tốt, nên cảm
biến Hall được bố trí ra xa tâm cung trịn một khoảng nhỏ. Bằng cách này,
phần tuyến tính của đường đặc tính có thể được tăng lên đến hơn 180 0. Về
mặt cơ khí, cảm biến kiểu ARS2 có mức độ phù hợp cao hơn với bàn đạp
chân ga.
3.7. Cảm biến pha dùng hiệu ứng hall
* Phạm vi sử dụng: Trong 1 chu trình cơng tác của động cơ 4 kỳ, pit
tông 2 lần lên đến ĐCT. Nhiệm vụ của cảm biến pha là xác định xem pít
tơng đang ở trong kỳ nén (sẽ liên quan đến nhiều công việc khác như phun
nhiên liệu, đánh lửa…) hay kỳ thải và gửi tín hiệu tương ứng về ECU.
+B

I
UH

Iv

UR

UN

66


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Hình 3.11. Phần tử Hall,[7].
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Cảm biến hiệu ứng Hall dạng
gậy (Hall-effect rod sensor): Cảm biến pha sử dụng hiệu ứng Hall (Hình

3.12). Một bánh quay nhiễm từ (chi tiết 7, Hình 312) tạo tín hiệu (xung)
quay cùng với trục cam. Một mạch tổ hợp (IC) theo hiệu ứng Hall được bố
trí giữa bánh tạo tín hiệu và một nam châm vĩnh cửu (chi tiết 5), phát ra
trường điện từ có cường độ mạnh vng góc với phần tử Hall. Khi một
răng (Z) của bánh tạo tín hiệu chuyển động qua phần tử cảm biến nó sẽ làm
thay đổi cường độ của trường điện từ. Đây là nguyên nhân khiến các điện
tử (bị cuốn đi bởi một điện áp theo chiều dọc của cảm biến) sẽ bị lệch đi
một góc  (Hình 3.11). Điều này tạo ra một tín hiệu điện áp (điện áp Hall),
có độ lớn khoảng mili vôn, không phụ thuộc vào tốc độ tương đối giữa cảm
biến và bánh tạo tín hiệu. Một mạch điện tử được tích hợp trong IC của
cảm biến Hall sẽ chuẩn hóa (tín hiệu điện áp Hall) và xuất tín hiệu ra dạng
xung hình chữ nhật kiểu “cao”/”thấp” như trên Hình 3.12.

1
2

3
4
S
N

5
6

UA

Z
7



S

Cao
Thấp

L
Góc quay 

67


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

1- Đầu nối

2- Thân cảm biến

3- Thân/nắp máy

4- Đệm làm kín

5- Nam châm vĩnh cửu

6- IC

7- Bánh quay tạo tín hiệu (xung)

Hình 3.12. Cảm biến pha sử dụng hiệu ứng Hall, [7].
3.8. Cảm biến tốc độ động cơ

*Phạm vi sử dụng: Cảm biến tốc độ động cơ dùng để xác định số
vòng quay động cơ và vị trí của trục khuỷu (nhằm xác định vị trí của pít
tơng). Số vịng quay đựơc tính tốn từ tần số tín hiệu của cảm biến. Tín
hiệu ra từ cảm biến số vịng quay là một trong các tín hiệu điều khiển quan
trọng nhất của hệ thống điều khiển động cơ.

1

2

3

S
N
4
5
6

1.Nam châm vĩnh cửu

2- Hộp đấu dây

3- Vỏ bánh đà động cơ

4-Lõi sắt non

5- Cuộn dây

6- Bánh tạo tín hiệu (xung)

Hình 3.13. Cảm biến tốc độ quay, [7].

68


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Cảm biến được lắp đối diện trực
tiếp với một bánh quay kích từ (chi tiết 7, Hình 3.13), 2 chi tiết này cách
nhau một khe hở không khí hẹp. Một lõi sắt non (4) được bao kín bởi một
cuộn dây điện từ (5). Lõi sắt non này cũng được liên kết tới nam châm vĩnh
cửu (1), và một từ trường phát triển qua lõi sắt tới bánh kích hoạt. Mức của
từ trường qua cuộn dây phụ thuộc vào vị trí cảm biến (đang đối diện với
răng của bánh kích hoạt hay khe hở). Khi răng của bánh quay đối diện với
cảm biến sẽ làm tăng từ trường hoạt động qua cuộn dây, và ngược lại sẽ
làm giảm từ trường khi cảm biến đối diện với khe hở. Vì thế, khi bánh kích
từ quay, nó gây ra sự dao động của từ trường và tạo ra một điện áp hình sin
trong cuộn dây. Tín hiệu từ cảm biến số vòng quay kiểu cảm ứng tỷ lệ với
tốc độ thay đổi từ trường (Hình 3…). Biên độ của điện áp xoay chiều tăng
mạnh cùng với sự tăng tốc độ quay của bánh kích từ (từ vài mV cho đến
trên 100 V). Bánh kích từ cần quay với tốc độ nhỏ nhất khoảng 30 vg/ph để
có thể tạo ra ra một tín hiệu đủ mạnh.

Hình 3.14. Tín hiệu từ cảm biến tốc độ kiểu cảm ứng,[7].
Số răng của bánh kích từ phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể. Trên hệ
thống nhiên liệu điều khiển điện tử dùng van điện từ, thường sử dụng bánh
có 60 răng. Tuy nhiên, do 2 răng bị bỏ đi, vì thế bánh kích hoạt chỉ có 60-

69

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

2= 58 răng. Răng có khe hở rất lớn này được dùng để xác định vị trí trục
khuỷu và là tín hiệu đồng bộ của ECU.
Trên thực tế, có loại bánh kích hoạt khác mà chỉ có 1 răng/xy lanh.
Trường hợp động cơ 4 xy lanh, bánh kích hoạt có 4 răng và 4 xung sẽ được
sinh ra sau mỗi vịng quay. Hình dạng răng của bánh kích hoạt và lõi sắt
phải rất phù hợp với nhau. Một mạch điện tử được tích hợp trong ECU sẽ
biến đổi điện áp hình sin (có đặc tính là biên độ thay đổi rất lớn) thành một
điện áp dạng sóng vng có biên độ khơng đổi để sử dụng cho việc tính
tốn của ECU.
3.9. Cảm biến kích nổ kiểu điện áp
* Phạm vi sử dụng: Theo nguyên lý hoạt động, cảm biến kích nổ
kiểu áp điện là một dạng cảm biến dao động và nó có khả năng nhận diện
dao động cấu trúc của động cơ. Điều này xuất hiện khi xảy ra hiện tượng
kích nổ (knock) trong động cơ và được cảm biến chuyển thành tín hiệu điện
gửi đến ECU. Các động cơ 4 xi lanh bố trí 1 hàng thường sử dụng 1 cảm
biến kích nổ; động cơ 5 và 6 xi lanh dùng 2 cảm biến kích nổ; động cơ 8 và
12 xi lanh dùng 2 cảm biến kích nổ hoặc nhiều hơn.

70


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

1. Phần tử gốm áp điện

2. Khối tạo dao động (với lực nén F)

3. Vỏ cảm biến

4.Vít định vị

5. Bề mặt tiếp xúc

6. Đầu nối

7. Khối thân xy lanh

V- dao động

Hình 3.15. Cấu tạo và lắp đặt cảm biến kích nổ, [7].
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Khi một phần tử gồm áp điện
được kích thích bởi một dao động nhất định, sẽ tạo ra một lực nén tác dụng
lên nó với cùng tần số của dao động kích thích. Trong phần tử gốm áp điện,
lực nén gây ra sự chuyển dịch điện tích, do vậy làm xuất hiện điện áp giữa
hai bề mặt ngồi của phần tử gốm. Các điện tích này sẽ được đĩa tiếp xúc
gom lại và được gửi đến ECU để xử lý. Độ nhạy của cảm biến được xác
định bằng tỷ số điện áp ra trên một đơn vị gia tốc (tính theo mV/g). Điện áp
ra của cảm biến sẽ được xử lý bởi bộ khuếch đại AC trong ECU của hệ
thống đánh lửa hoặc hệ thống điều khiển động cơ kiểu Motronic (Hình
3.16).

Kh«ng
kÝch nỉ

a
b
c

a
b
KÝch nỉ

c

a. Áp suất trong xy lanh
b.Tín hiệu áp suất đã được lọc
c.Tín hiệu kích nổ

71


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Hình 3.16. Tín hiệu từ cảm biến kích nổ,[7].
Tuỳ thuộc vào từng loại động cơ cụ thể, điểm lắp đặt cảm biến kích
nổ được lựa chọn sao cho hiện tượng kích nổ của mỗi xy lanh được xác
định một cách chắc chắn. Cảm biến kích nổ thường được bắt bằng vít vào
bên cạnh khối thân máy. Để tín hiệu ra của cảm biến có thể truyền trực tiếp
(từ điểm đo trên khối thân xi lanh) đến cảm biến không bị ảnh hưởng bởi
hiện tượng cộng hưởng, cũng như đảm bảo sự phù hợp với đường đặc tính
đã quy định của cảm biến, cần chú ý những vấn đề sau:
+ Bu lông định vị cảm biến phải được xiết với một mô men xác định.
+ Bề mặt tiếp xúc của cảm biến và lỗ trên khối thân máy phải đảm
bảo yêu cầu về chất lượng.
+ Không sử dụng bất cứ loại vòng đệm nào khi lắp cảm biến với khối
thân xi lanh
3.10.Cảm biến áp suất

* Phạm vi sử dung:
+ Cảm biến áp suất khí tăng áp/áp suất khí nạp: cảm biến này đo áp
suất tuyệt đối trong đường nạp (ở vị trí giữa máy nén và động cơ, có giá trị
nằm trong khoảng 250 kPa đến 2,5 bar) và so sánh áp suất này với một áp
suất chân không tham chiếu (chứ không phải với áp suất mơi trường).Điều
này nhằm đảm bảo việc xác định chính xác khối lượng khí nạp và kiểm
sốt chính xác áp suất khí tăng áp theo yêu cầu của động cơ.
+ Cảm biến áp suất môi trường:cảm biến này thường được tích hợp
trong khối ECU hoặc được lắp trong khoang động cơ. Tín hiệu của nó được
sử dụng để hiệu chuẩn các giá trị cài đặt (dùng cho việc điều khiển vịng
lặp, ví dụ như việc tuần hồn khí thải hoặc kiểm soát áp suất tăng áp) theo
độ cao vận hành. Điều này nhằm đảm bảo q trình tính tốn của ECU có
xét đến sự sai khác về tỷ trọng của khơng khí xung quanh. Cảm biến áp

72


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

suất mơi trường đo áp suất tuyệt đối, trong khoảng từ 60 đến 115 kPa (từ
0,6 đến 1,15 bar).
+ Cảm biến áp suất nhiên liệu và dầu bôi trơn: cảm biến áp suất dầu
bôi trơn được lắp trong bầu lọc dầu và có nhiệm vụ đo áp suất tuyệt đối của
dầu bôi trơn. Thông tin từ cảm biến này được sử dụng cho việc kiểm
tra/bảo dưỡng động cơ. Khoảng đo của cảm biến này từ 50 đến 1000 kPa
(từ 0,5 đến 10 bar). Dạng cảm biến này cũng có thể sử dụng để đo áp suất
nhiên liệu trong mạch thấp áp (lắp trong bầu lọc nhiên liệu). Khi đó, tín
hiệu của cảm biến được dùng để giám sát mức độ bẩn/tắc của bầu lọc nhiên
liệu, với khoảng đo từ 20 đến 400 kPa (0,2 đến 4 bar).
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Phần tử đo là bộ phận chính của cảm biến áp suất. Nó bao gồm một
micro chíp (chi tiết 2, Hình 3.17) trong đó một màng mỏng. Bốn điện trở
biến dạng được bố trí trong lớp màng. Điện trở của chúng sẽ thay đổi khi
có lực cơ khí tác dụng. Phần tử đo được bao quanh bởi một nắp che, trong
khoang nắp che chịu tác động của áp suất chân không tham chiếu (Hình
3.17 và 3.18). Cảm biến áp suất này cũng có thể được tích hợp thêm cảm
biến nhiệt độ.
3

1
2

4

5
1-Phần tử màng (gắn điện trở)

2-Micro chip

3-áp suất chân không tham chiếu

4- môi trường đo

5- Cầu điện trở (Wheatstone)

p- áp suất môi trường đo

Hình 3.17. Phần tử đo của cảm biến áp suất thấp

73

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

với độ chân khơng tham chiếu ở phía cảm biến, [7 ].

1

4

2

5
6

7

3

1-Dây dẫn

2- Áp suất chân khơng tham chiếu

3-Gioăng làm kín và đầu nối

4- Màng đo

5- giá đỡ màng cảm biến

6- Vỏ/nắp cảm biến

Hình 3.18 Phần tử đo của cảm biến áp suất thấp
có nắp và độ chân khơng tham chiếu ở phía cảm biến, [7].
Màng của cảm biến áp suất bị biến dạng nhiều hoặc ít (trong khoảng
từ 10 đến 1000 m) tùy thuộc vào áp suất được đo. Bốn điện trở biến dạng
trong màng sẽ thay đổi điện trở của nó theo ứng suất cơ khí tác động lên
màng. Bốn điện trở được bố trí trong một micro chíp làm bằng silic, sao
cho khi màng bị tác động thì điện trở của 2 trong số chúng tăng và số còn
lại sẽ giảm. Những điện trở này sẽ tạo thành một cầu Wheatstone (chi tiết
5, Hình 3.17), và một sự thay đổi điện trở của chúng sẽ dẫn đến sự thay đổi
tỷ số điện áp đi qua chúng. Điều này dẫn đến sự thay đổi về điện áp đo U M
(điện áp chưa khuyếch đại này sẽ tỷ lệ với áp suất tác động lên màng).
Một bên của màng đo (phía cảm biến) chịu tác động của áp suất chân
khơng tham chiếu (vị trí 2 trên Hình 3.18), do vậy cảm biến sẽ đo áp suất
tuyệt đối của môi trường cần đo.Mạch điện tử để chuẩn hóa tín hiệu được
tích hợp ngay trong micro chíp. Nó có nhiệm vụ khuếch đại điện áp của cầu

74