Bài giảng các hệ thống cơ điện tử trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ-BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ

BÀI GIẢNG
CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

PGS.TS. Đào Mạnh Hùng
Ths. Đỗ Khắc Sơn

HÀ NỘI 2012


CHƯƠNG1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ
11. KHÁI NIỆM
Hệ thống cơ điện tử là thiết bị công nghệ cơ khí điều khiển tự động bởi thiết
bị điện tử => Thiết bị công nghệ cơ khí + bộ điều khiển tự động bằng điện tử.

Thiết bị công nghệ cơ khí + bộ điều khiển tự động.

Các thành phần của hệ thống cơ điện tử

1. Thiết bị công nghệ cơ khí:
Đây chính là cơ cấu máy công tác, thực hiện các thao tác của quá trình công
nghệ.
2. Cảm biến (sensor)
Là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ dạng này qua dạng khác, được dùng để
xác định giá trị các đại lượng vật lý. Ví dụ cảm biến vận tốc, cảm biến gia
tốc, cảm biến ứng suất, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng…
3. Cơ cấu chấp hành (actuator)
Đây là thiết bị nhận nguồn năng lượng từ bên ngoài và tác động vào thiết bị
công nghệ trên cơ sở tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển. Trong các hệ

thống cơ điện tử thường gặp ba loại cơ cấu chấp hành là công tắc, động cơ


(điện) tịnh tiến và động cơ (điện)quay.
4. Bộ vi xử lý (microprocessor)
Dùng làm lõi của bộ điều khiển. Cấu trúc của nó gồm 4 thành phần chính:
bộ tính toán số học và lô gíc, bộ điều khiển, các thanh ghi và các bus truyền
thông.
5. Phần mềm điều khiển
Phần mềm điều khiển thể hiện thuật toán điều khiển, có tác dụng chỉ ra cách
thức hệ thống hoạt động.
1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

-Vào đầu những năm 1960, thiết bị điện tử trên ô tô chỉ là thiết bị
radio. Các thiết bị chức năng khác thuần túy là cơ khí hoặc điện từ. Đai an
toàn lúc bấy giờ thuần túy cơ khí. Hệ thống cung cấp điện thuần túy là hệ
thống điện từ. Hệ thống đánh lửa thường dùng tiếp điểm cơ khí…
- Hệ thống cơ điện tử đầu tiên ứng dụng trên ô tô là hệ thống đánh lửa
điện tử vào cuối những năm 1970. Hệ thống này gồm các cảm biến vị trí
trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí bớm ga, cảm biến tốc
độ mở bướm ga… và bộ vi xử lý để xác định thời điểm đánh lửa.
- Cũng vào những năm cuối 1970, hệ thống chống bó cứng bánh xe
khi phanh ABS được ứngg dụngg trên ô tô. Hệ thốngg nàyy dùng các cảm
biến tốc độ tại các bánh xe để cảm nhận sự bó cứng bánh xe và bộ vi xử lý
phát ra tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện điều chỉnh áp suất
dầu trong hệ thống phanh để các bánh xe không bị hãm cứng và trượt lết.
- Hệ thống điều khiển chống trượt quay TCS (traction control system)
được phát triển trên ô tô vào giữa những năm 1990. Các cảm biến xác định
sự trượt quay của các bánh xe trong quá trình tăng tốc và bộ điều khiển (vi
xử lý) điều khiển giảm công suất của động cơ truyền đến bánh xe và phanh

bánh xe bị trượt quay.
Trên những đường trơn trượt, tải động cơ ảnh hưởng lớn đến sự quay
thân xe khi tăng tốc. Khi bánh xe đã bị trượt dọc, khả năng bám ngang giảm
đi rất nhiều, tức là mất khả năng điều khiển hướng.
TCS giúp ô tô có duy trì khả năng điều khiển hướng của ô tô khi tăng
tốc và giúp tăng khả năng động lực học vì duy trì được độ trượt trong phạm
vi tốt nhất (đặc biết là với những loại xe có tính năng động lực học cao như
xe đua) và có tác dụng như bộ vi sai hạn chế trượt.
Hệ thống điều khiển quá trình động lực học ô tô VDC (Vehicle
Dynamics Control) được giới thiệu trên ô tô vào cuối những năm 1990. Lúc
bấy giờ, hệ thống này làm việc tương tự như TCS nhưng có thêm cảm biến
quay thân xe và cảm biến gia tốc ngang. Hệ thống thực hiện điều chỉnh lực
kéo tại các bánh xe và tốc độ ô tô để tối thiểu hóa sự sai lệch hướng chuyển
động của ô tô và hướng của các bánh xe dẫn hướng.


- Hiện nay trên ô tô sử dụng hệ thống điều khiển ổn định của ôtô ESC
(electronic stability control). Nó thực hiện điều chỉnh lựckéo và lực phanh
tại các bánh xe để tránh các hiện tượng quay vòng thừa và quay vòng thiếu.
Trên ô tô hiện nay, các bộ vi xử lý 8, 16 và 32 bít được sử dụng để
hực hiện các chức năng điều khiển khác nhau. Các bộ vi điều khiển với các
bộ nhớ EEPROM/EPROM và nhiều thiết bị chức năng khác như ADC,
PWM, Timer,… được tích hợp trong chip dần được ứng dụng trên ô tô.
Các bộ vi điều khiển loại 32 bit dùng cho điều khiển động cơ, hệ
thống truyền lực, túi khí; loại 16 bit dùng cho ABS, TCS, VDC, hệ thống
điều hòa không khí… và loại 8 bit hiện chỉ dùng để điều khiển ghế, cửa,
gương… Trên mỗi ô tô hiện nay có khoảng 40 đến 70 bộ vi điều khiển.
1.3. HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ
Hệ thống cơ điện tử là hệ thống thực hiện việc điều khiển toàn bộ động cơ,
hệ thống truyền lực, hệ thống phanh và các hệ thống khác với độ chính xác cao

bằng ECU (bộ vi xử lí). Đây là một hệ thống điều khiển tổng hợp các hệ thống
điều khiển bởi các ECU khác nhau đảm bảo tính năng cơ bản của ôtô.
HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ
ECU Động cơ

Hình 1.1 Hệ thống cơ điện tử trên ô tô
Trong đó:
EFI: Hệ thống phun xăng điện tử.
ESA: Hệ thống đánh lửa sớm điện tử.
ISC: Hệ thống điều khiển tốc độ không tải.
ECT: Hộp số tự động điều khiển điện tử.
ABS: Hệ thống phanh chống bó cứng.
TEMS: Hệ thống treo điều khiển điện tử
TRC: Hệ thống chống trượt bánh xe.


A/C: Hệ thống điều hoà không khí.
1.3.1. CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ bao gồm EFI, ESA, ISC.
Chúng điều khiển các tính năng cơ bản của động cơ, chức năng chẩn đoán, và
chức năng dự phòng và an toàn. Chức năng dự phòng, an toàn chỉ hoạt động khi
có sự cố trong hệ thống điều khiển. Ngoài ra, còn có các thiết bị điều khiển phụ
trên động cơ như hệ thống điều khiển cắt số truyền tăng, hệ thống điều khiển khí
nạp… được điều khiển bằng ECU động cơ.

Hình 1.2 Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ
(Động cơ 4A-FE, xe Corolla Châu Âu)
a. EFI: (Hệ thống phun xăng điện tử)
Một bơm nhiên liệu điện cung cấp đủ nhiên liệu dưới áp suất không đổi đến
các vòi phun. Các vòi phun sẽ phun 1 lượng nhiên liệu định trước vào đường ống

nạp theo các tín hiệu từ ECU động cơ. ECU nhận các tín hiệu từ nhiều cảm biến
thông báo về sự thay đổi các chế độ hoạt động của động cơ như:
Áp suất đường ống nạp (PIM)
hay lượng khí nạp (VS, KS và VG).

Nhi ên l i ệu

Góc quay trục khuỷu (G)

ECU ĐC

Tốc độ động cơ (NE)
Tăng tốc/ Giảm tốc (VTA)
Nhiệt độ nước làm mát (THW)
Nhiệt độ khí nạp (THA)

V òi phun

Các
cảm
bi ến


ECU sử dụng các tín hiệu này để xác định khoảng thời gian phun cần thiết
nhằm đạt được hoà khí với tỉ lệ tối ưu phù hợp từng điều kiện hoạt động của động
cơ .
b. ESA: (đánh lửa sớm điện tử)
ECU được lập trình với số liệu đảm bảo thời điểm đánh lửa tối ưu ở mọi
chế độ hoạt động của động cơ. Dựa vào các số liệu do các cảm biến theo dõi hoạt
động của động cơ gửi về , ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển IGT (thời điểm đánh

lửa) đến IC đánh lửa để đánh lửa tại thời điểm chính xác.
Cuộn đánh lửa và IC đánh lửa

Các tín hiệu như:

Bugi

Tốc độ động cơ (NE)
Góc quay trục khuỷu (G)
Áp suất đường ống nạp (PIM)
lượng khí nạp (VS, KS và VG).
Nhiệt độ nước làm
(THW)

mát

Bộ chia điện

ECU
động cơ

ha y

Các cảm
biến

c. ISC (điều khiển tốc độ không tải)
ECU động cơ được lập trình với các giá trị tốc độ động cơ tiêu chuẩn tương
ứng với các điều kiện sau:
Van ISC

Nhiệt độ nước làm
(THW)

mát

Điều hoà không bật hay tắt
(A/C)
Các cảm bíên truyền tín hiệu
đến ECU, nó sẽ điều khiển dòng khí
bằng van ISC, qua đường khí phụ
điều chỉnh tốc đọ không tải đén giá
tiêu chuẩn.
d. Các chức năng

ECU
Động cơ

Các
Cảm biến

và
t rị


Chức năng chẩn đoán: ECU theo dõi các tín hiệu gửi đến từ các cảm biến,
nếu có bất kỳ sự cố nào trong tín hiệu đầu vào, ECU động cơ lưu và báo bằng
đèn “CHECK ENGINE” hay phát ra tín hiệu điện áp.
Chức năng an toàn : Nếu các tín hiệu vào không bình thường, ECU động
cơ chuyển sang dùng các giá trị tiêu chuẩn để điều khiển.
Chức năng dự phòng: Nếu một phần ECU không hoạt động, chức năng này

vẫn tiếp tục điều khiển việc phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa.
1.3.2 MẠCH CẤP NGUỒN
Mạch này cấp nguồn điện cho ECU động cơ, bao gồm : khoá điện và Rơle
EFI chính.
Phân loại mạch cấp nguồn:
Dòng điện chạy trực tiếp từ khoá điện đến cuộn dây của Rơle EFI chính để
kích hoạt Rơle (không sử dụng môtơ bước trong van điều khiển ISC).
ECU động cơ trực tiếp kích hoạt Rowle EFI chính ( sử dụng mô tơ bước
trong van điều khiển ISC)
a. Động cơ không có van ISC loại môtơ bước

Hình : Mạch điện động cơ không có van ISC loại môtơ bước
Khi khoá điện bật ON, dòng điện đến cuộn dây Rơle EFI chính làm tiếp
điểm đóng, cấp nguồn điện đến cực +B và +B1 của ECU động cơ. Điện áp ắc quy
luôn cấp cho cực BATT của ECU động cơ để tránh xoá các mã chẩn đoán và các
dữ liệu khác trong bộ nhớ của ECU.
b. Động cơ có van ISC loại môtơ bước
Khi khoá điện bật ON, điện áp ắc quy được cấp đến cực IGSW của ECU
động cơ, mạch điều khiển Rơle EFI chính gửi một tín hiệu đến cực M-REL của
ECU động cơ, bật Rơle EFI chính. Tín hiệu này làm dòng điện chạy trong cuộn


dây đóng tiếp điểm của Rơle EFI chính và cấp nguồn cho cực +B và +B1 của
ECU động cơ.
Điện áp ắc quy luôn được cấp cho cực BATT nhằm tránh xoá các mã chẩn
đoán và dữ liệu trong bộ nhớ trong ECU động cơ.
ECU ®éng c¬

R¬L e
EFI

K ho¸ ®i Ön
¾c quy

Hình : Mạch điện động cơ van ISC loại môtơ bước (chỉ một số kiểu xe)
c. Mạch VC
Từ điện áp ắc quy cấp cho
cực +B, +B1, ECU động cơ trích
một điện áp không đổi 5V để cấp
cho bộ vi xử lí theo mạch sau:
Hình: Mạch VC (chỉ 1 số
kiểu xe)

Mạch điện áp
không đổi 5V

Bộ vi xử lí

1.4.XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Các hệ thống cơ điện tử trên ô tô hiện đang được phát triển theo
hướng hoàn toàn tự động nhằm nâng cao tính năng an toàn, tính thân thiện
với môi trường, tính tiện nghi.
Các hệ thống điều khiển bằng điện và các hệ thống mạng không dây
để truyền thông giữa ô tô với các trung tâm điều độ giao thông và với các ô
tô khác đang được nghiên cứu ứngdụng.
Các hệ thống vi cơ điện MEMS (Micro ElectroMechanical System),
rada sóng ngắn đang được nghiên cứu ứng dụng trên các ô tô và các hệ
thống cơ điện tử trên ô tô ngày càng tinh tế với nhiều chức năng ưu việt.
Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu GPS đang được nghiên cứu
trên ô tô và ô tô được dự đoán sẽ hoàn toàn tự động trong vòng vài thập kỷ

tới.


CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CẢM BIẾN
2.1.Cảm biến áp suất đường ống nạp (cảm biến chân không)
Đây là loại cảm biến quan trộng sử dụng trong loai D-EFI
Cảm biến nhận áp suất đường ống nạp bằng IC lắp trong cảm biến và phát
ra tín hiệu PIM. ECU quyết định thời gian phun và góc đánh lửa sớm dựa vào tín
hiệu này.

Chip Silic

Buồng
chân không
Buồng chân không

Lọc
áp suất đường ống nạp

áp suất đường ống nạp

Hoạt động:
Một chip Silicon gắn liền với buồng chân không được duy trì độ chân không
chuẩn, tất cả được đặt trong bộ cảm biến. Một phía của chíp tiếp xúc với áp suất
đường ống nạp, phía kia tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không.
Áp suất đường ống nạp thay đổi làm hình dạng của chíp silicon thay đổi, và
giá trị điện trở cũng dao động theo mức độ biến dạng. Sự dao động của giá trị
điện trở này được chuyển hoá thành tín hiệu điện áp nhờ IC lắp bên trong cảm
biến và sau đó được gửi đến ECU động cơ ở cực PIM dùng làm tín hiệu áp suất
đường ống nạp. Cực VC của ECU động cơ cấp nguồn không đổi 5V đến IC.

Cảm biến áp suất
đường ống nạp

Đến đường ống nạp

Mạch điện

Điện áp ra (PI M )

Đặc tính của áp suất đường ống nạp và điện áp ra:

Áp suất đường ống nạp

Đường đặc tính

kPa (tuyệt đối)
mmHg-inHg
(chân không)


2.2. CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÔNG KHÍ
Được dùng trong động cơ L-EFI để nhận biết lượng khí nạp.
Tín hiệu lượng khí nạp được dùng để tính toán thời gian phun cơ bản và
góc đánh lửa sớm.
Phân loại: - Cảm biến lưu lượng khí nạp: loại cánh, loại xoáy quang học
Karman.
- Cảm biến khối lượng khí nạp (loại dây sấy).
2.2.1. Loại cánh
Cấu tạo và hoạt động:
Bi ến trở

Ti êp điểm
trượt

L ò xo hồi

Cánh gi ảm rung

Đến khoang
nạp khí

Cảm bi ến nhi ệt
độ khí nạp

V í t chỉnh
không tải

Từ lọc gi ó

Tấm đo

Đường khí
tắt

Cấu tạo bao gồm các chi tiết như hình minh hoạ.
Hoạt động : Khi không khí đi từ lọc gió qua cảm biến lưu lượng khí nạp, nó
sẽ đẩy mở tấm đo cho đến khi lực tác dụng cân bằng với lò xo.
Một biến trở được lắp đồng trục với tấm đo, sẽ chuyển hoá lượng khí nạp
thành tín hiệu điện áp (VS) đưa đến ECU. Buồng giảm chấn và tấm giảm chấn có
tác dụng ngăn không cho tấm đo rung động khi lượng khí nạp thay đổi đột ngột.
Trên đường khí tắt có vít chỉnh không tải.

Cảm biến lưu lượng loại cánh có hai kiểu tín hiệu điện áp: loại VS giảm khi
lượng khí nạp lớn, loại VS tăng khi lượng khí nạp tăng.
Loại 1: ECU động cơ cấp điện áp không đổi 5V đến cực VC của cảm biến
lưu lượng khí nạp. Điện áp ra tại cực VS sẽ báo chính xác góc mở của tấm đo và
báo chính xác lượng khí nạp.


Công tắc bơm nhiên liệu

Biến trở

Điện áp

Góc mở tấm đo
(lượng khí nạp)

Loại 2: loại này cực VB được cấp điện bởi ăc quy.
Do không được cấp điện áp không đổi 5V từ ECU nên lượng khí nạp được
xác định :
Lượng khí nạp =

Công tắc bơm nhiên liệu

VB  E 2
(VC  E 2)  (VS  E 2)

Biến trở

VB  E 2
VC  VS

Điện áp ắc quy

Điện áp

Góc mở tấm đo
(lượng khí nạp)

2.2.2. Loại xoáy quang học Karman
Cảm nhận trực tiếp lượng khí nạp bằng quang học, có kích thước nhỏ gọn,
kết cấu đơn giản.


Một thanh (bộ tạo xoáy) đặt giữa dòng chảy của không khí sinh ra một
xoáy không khí gọi là “xoáy Karman” dọc theo thanh tạo xoáy. Xoáy được cảm
nhận bằng cách cho bề mặt của một lá kim loại mỏng (gọi là tấm phản chiếu) tiếp
xúc với áp suất của xoáy và rung động của tấm này được nhận biết bằng một cặp
transistor quang học.
Ta có:
f

k.

V
d

Với:

f: tần số xoáy Karman.
V: tốc độ dòng không khí.

d : đường kính của thanh tạo xoáy.

Bằng cách đo được tần số của xoáy, có thể xác định được lượng khí nạp.
Tín hiệu lượng khí nạp (KS) là một tín hiệu xung như hình. Khi lượng khí
nạp thấp, tín hiệu này có tần số thấp, khi
lượng khí nạp nhiều, tín hiệu có tần số cao.

2.2.3. Loại dây sấy
Cảm biến khí nạp loại dây sấy đo trực tiếp khối lượng không khí. Loại này
có kết cấu gọn nhẹ, độ bền cao, sức cản không khí do cảm biến tạo ra thấp.
Dòng điện chạy qua dây sấy làm cho
nó nóng lên. Khi không khí chạy qua dây
sấy , dây sẽ được làm mát phụ thuộc vào
khối lượng không khí nạp vào. Bằng cách
điều khiển dòng điện chạy qua dây sấy để
giữ cho nhiệt độ của dây không đổi có thể
đo được lượng khí nạp bằng cách đo dòng
điện.


Trong cảm biến lượng khí nạp thực tế, dây sấy được mắc trong mạch cầu.
Mạch cầu này có điện thế tại điểm A, B bằng nhau khi tích điện trở tính theo
đường chéo là bằng nhau (Ra + R3).R1 = Rh.R2. Khi dây sấy Rh bị làm lạnh bởi
không khí, điện trở giảm kết quả là tạo ra chênh lệch điện thế giữa hai điểm A, B.
Một bộ khuếch đại nhận biết sự chêch lệch này làm cho điện áp cấp đến mạch
tăng (tăng iRh) làm cho nhiệt độ dây sấy lại tăng, kết quả điện trở tăng cho đến khi
điện thế tại A bằng điện thế tại B. Với tính năng này của mạch cầu, cảm biến có
thể đo được khối lượng khí nạp nhờ nhận biết điện áp tại điểm B. Trong hệ thống
này, nhiệt độ của dây sấy được thường xuyên duy trì không đổi cao hơn nhiệt độ
của khí nạp bằng cách dùng một nhiệt trở Ra.

Như vậy, khối lượng khí nạp có thể đo được một cách chính xác.
- Khi nhiệt độ khí nạp thay đổi, ECU động cơ không cần hiệu chỉnh khoảng
thời gian phun theo sự thay đổi của nhiệt độ.
- Khi mật độ không khí giảm xuống, khả năng làm mát dây sấy giảm, khi đó
khối lượng khí nạp nhận biết cũng giảm nên không cần hiệu chỉnh phun.

Khí nạp

Là m
mát

Dây sấy
(Bộ sưởi)

Điện áp ra (VG)

(V )

Dòng điện

Lượng khí nạp

(giây)

2.3. CẢM BIẾN VỊ TRÍ BƯỚM GA
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng gió, nó chuyển góc mở
bướm ga thành một điện áp gửi về ECU. Tín hiệu IDL được sử dụng chủ yếu để
điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc và hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa, còn tín
hiệu VTA và PSW dùng để tăng lượng phun nhiên liệu để tăng công suất ra.
Có 2 loại:

- Loại tiếp điểm (bật, tắt).
- Loại tuyến tính.

2.3.1. Loại tiếp điểm
Cảm biến nhận biết động cơ đang ở chế độ không tải hay tải nặng bằng các
tiếp điểm không tải IDL hay trợ tải PSW.


Loại 2 tiếp điểm

Loại 3 tiếp điểm

Loại có cực ACC1, ACC2

Loại có cực L1, L2, L3

Các tiếp điểm hay các cực khác có thể
cũng được sử dụng để thực hiện các chức
năng khác tuỳ theo kiểu của động cơ. Chúng
bao gồm:

CB vị trí bướm ga

- Công tắc cháy sạch LSW để hiệu
chỉnh cháy sạch.
- Cực L1, L2, L3 điều khiển ECT;
ACC1, ACC2 để nhận biết sự giảm tốc.
2.3.2. Loại tuyến tính
Bao gồm hai tiếp điểm trượt, tại mỗi đầu của nó có lắp các tiếp điểm để tạo

tín hiệu IDL và VTA.
Con trượt (tiếp điểm cho tín hiệu IDL)
Đó n g

Mở
Điện trở

Con trượt (tiếp điểm cho tín hiệu VTA)


Một điện áp không đổi 5V được cấp cho cực VC từ ECU động cơ, khi tiếp
điểm trượt dọc theo điện trở tương ứng với góc mở của bướm ga, một điện áp
được cấp đến cực VTA tỉ lệ với góc mở này. Khi bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp
điểm cho tín hiệu IDL, nối cực IDL và E2.

I DL phát ra

CB vị trí bướm ga

Đến các ECU khác

Không tải
Đóng

V TA phát ra

Mở hoàn toàn
Bướm ga
Mở

2.4. BỘ TẠO TÍN HIỆU G VÀ NE
Tín hiệu G và NE được tạo ra bằng rôto hay các đĩa tạo tín hiệu. ECU động
cơ sử dụng các tín hiệu này nhận biết góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ, các
tín hiệu rất quan trọng cho EFI và cả ESA.
Phân loại theo vị trí lắp đặt: (có 3 loại)
Loại đặt bên trong bộ chia điện.
Loại cảm biến vị trí cam.
Loại tách rời.
Kết cấu cơ bản và hoạt động của chúng là như nhau.
2.4.1. Loại đặt bên trong bộ chia điện
Bộ chia điện trong hệ thống điều
khiển động cơ bao gồm rôto và các cuộn
nhận tín hiệu G và NE.

Rôto tín hiệu G

Số lượng răng cuộn Rôto nhận tín
hiệu khác nhau tuỳ theo loại động cơ.

Rôto tín hiệu NE

Cuộn nhận
tín hiệu NE
Cuộn nhận
tín hiệu G

Nguyên lí hoạt động của bộ tạo tín
hiệu G và NE sử dụng một cuộn nhận tín
hiệu và rôto 4 răng cho tín hiệu G, và
một cuộn nhận tín hiệu và rôto 24 răng cho tín hiệu NE.

a. Tín hiệu G:


Tín hiệu G báo cho ECU biết góc trục khuỷu tiêu chuẩn, được sử dụng để xác
định thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu so với điểm chết trên của mỗi xylanh.
Các bộ phận của bộ chia điện sử dụng để tạo tín hiệu này bao gồm:
- Rôto cuả tín hiệu G, được bắt vào trục bộ chia điện và quay 1 vòng trong 2
vòng quay của trục khuỷu.
- Cuộn nhận tín hiệu G được lắp bên trong vỏ bộ chia điện.
Rôto của tín hiệu G có 4 răng và kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 4 lần trong
mỗi vòng quay trục bộ chia điện, tạo ra tín hiệu dạng sóng như hình vẽ. Từ tín
hiệu này ECU động cơ nhận biết pittông nào ở gần điểm chết trên (ĐCT)
Rôto tín hiệu G

1 vòng quay Rôto
(góc trục khuỷu)

Cuộn nhận
tín hiệu G

Tín hiệu G

b.Tín hiệu NE:
Tín hiệu NE đến ECU động cơ cho biết tốc độ động cơ. Tín hiệu NE được
sinh ra trong cuộn dây nhận tín hiệu nhờ rôto giống như khi tạo ra tín hiệu G,
khác biệt duy nhất là rôto tín hiệu NE có 24 răng. Nó kích hoạt cuộn nhận tín hiệu
NE 24 lần trong 1 vòng quay của bộ chia điện. Từ các tín hiệu này, ECU động cơ
nhận biết tốc độ động cơ cũng như từng thay đổi 30o một của góc quay trục
khuỷu.
1/2 vòng quay của Rôto

Cuộn nhận
tín hiệu NE
Tín hiệu NE

Rôto tín hiệu NE


MẠCH ĐIỆN, DẠNG SÓNG TÍN HIỆU NE VÀ G

Tín hiệu G

ECU động cơ

Tín hiệu G

Tín hiệu NE

Tín hiệu NE

Tín hiệu G (1 cuộn nhận tín hiệu, 4 răng)
Tín hiệu NE (1 cuộn nhận tín hiệu, 24 răng)

Tín hiệu G (1 cuộn nhận tín hiệu, 2 răng)
Tín hiệu NE (1 cuộn nhận tín hiệu, 24 răng)

Tín hiệu
G1
Tín hiệu
G2

Tín hiệu
G

Tín hiệu
NE

Tín hiệu
NE

Tín hiệu G (2 cuộn nhận tín hiệu, 1
r ăng)
Tín hiệu NE (1 cuộn nhận tín hiệu, 24
r ăng)

Tín hiệu G (1 cuộn nhận tín hiệu, 1
răng)
Tín hiệu NE (1 cuộn nhận tín hiệu, 4
răng)

Tín hiệu
G
Tín hiệu
NE

Tín hiệu NE
(1 cuộn nhận tín

Tín hiệu
NE

Tín hiệu NE
(2 cuộn nhận tín

Tín hiệu G
(1 cuộn nhận tín hiệu, 1
răng)


2.4.2. Loại cảm biến vị trí cam
Kết cấu và hoạt động của cảm biến vỉ trí cam giống như loại đặt trong bộ
chia điện, ngoại trừ nó loại bỏ hệ thống phân phối điện áp khỏi bộ chia điện.

Mạch điện, dạng sóng của tín hiệu G và NE (như hình):
Tín hiệu G1, G2 (2 cuộn nhận tín hiệu, 1 răng)
Tín hiệu NE (1 cuộn nhận tín hiệu, 24 răng)
2.4.3. Loại tách rời
Về chức năng cơ bản là
giống loại đặt bên trong bộ chia
điện và loại cảm biến vị trí cam,
loại này khác về vị trí lắp đặt
cảm biến.

Cuộn nhận
tín hiệu G
(G1)

Cuộn nhận
tín hiệu G
(G2)

Cuộn nhận
tín hiệu NE

Chuyển động quay của đĩa tạo ra tín hiệu G trên trục cam và đĩa tạo tín hiệu
NE trên trục khuỷu làm thay đổi khe hở không khí giữa các vấu lồi của đĩa và
cuộn nhận tín hiệu G và NE. Sự thay đổi khe hở không khí tạo ra lực điện từ trong
cuộn dây nhận tín hiệu tạo ra tín hiệu G và NE.

Cuộn nhận tín hiệu G
Cuộn nhận tín hiệu NE


Tín hiệu G:
- Tín hiệu G1 cho biết góc trục khuỷu tiêu chuẩn để xác định thời điểm
phun và thời điểm đánh lửa tương ứng với ĐCT kỳ nén của xylanh 6.
- Tín hiệu G2 thực hiện chức năng tương tự cho xy lanh số 1.
Các cảm biến tạo ra tín hiệu này bao gồm: một đĩa tạo tín hiệu được gắn
chặt trên puli trục cam và quay 1 vòng trong 2 vòng quay trục khuỷu; một cuôn
nhận tín hiệu G trên vỏ bộ chia điện.
Puly trục cam
Vỏ
chia
điện

Đa i c a m

Đĩa tín
hiệu G

Trục cam
Tín hiệu G1

Tín hiệu G2
Gần
ĐC T k ỳ
nén
xylanh 6

Cuộn nhận tín hiệu G

Gần
ĐC T k ỳ
nén
xylanh 1

Gần
ĐC T k ỳ
nén
xylanh 6

Tín hiệu NE:
Nhờ tín hiệu này ECU động cơ biết tốc độ động cơ để xác định khoảng thời
gian phun và góc đánh lửa sớm .
Tín hiệu NE tạo ra trong cuộn dây nhận tín hiệu bởi đĩa tạo tín hiệu giống
như tín hiệu G nhưng đĩa tạo tín hiệu NE có 12 răng (đĩa tạo tín hiệu G có 1 răng)
và như vậy 12 tín hiệu NE tạo ra trong mỗi vòng quay.
Dây đai cam
1 vòng quay đĩa tín hiệu NE

Đĩa tín hiệu NE
Trục
khuỷu

Cuộn nhận tín hiệu NE

Tí n hi ệu NE
Puly trục
khuỷu


MẠCH ĐIỆN, DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU G, NE

Tín hiệu G1
Tín hiệu G2

Tín hiệu NE

Tín hiệu G1 (1 cuộn nhận tín hiệu, 1 răng)
Tín hiệu G2 (1 cuộn nhận tín hiệu, 1 răng)
Tín hiệu NE (1 cuộn nhận tín hiệu, 12 răng)

Tín hiệu G (1 cuộn nhận tín hiệu, 1 răng)
Tín hiệu NE (1 cuộn nhận tín hiệu, 36 răng)


2.5. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT
Nhiệt độ của nước làm mát được nhận biết bằng một nhiệt điện trở bên

Nhiệt điện trở

Cảm biến nhiệt
độ nước

Điện trở (k:)

trong.

Cấu tạo

Nhiệt độ oC (oF)

Mạch điện

Đường đặc tính

2.6. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP
Nhiệt độ khí nạp được nhận biết bằng một nhiệt điện trở bên trong.
Cảm biến
nhiệt độ khí
nạp

Nhiệt điện trở

Cảm biến
Vỏ lọc gió

Cảm biến cho loại D-EFI
Cảm biến lưu
lượng khí

Cảm biến nhiệt
độ khí nạp

Cảm biến lưu
lượng khí

Cảm biến cho loại L-EFI

Cảm biến nhiệt
độ khí nạp

Loại xoáy quang học Karman


2.7. CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ ÔXY
Dùng cho động cơ có lắp TWC (Bộ lọc khí xả ba thành phần)
Cảm biến nhận biết tỷ lệ không khí – nhiên liệu là đậm hay nhạt so với tỷ lệ
lý thuyết. Cảm biến được lắp trong ống xả.
Có 2 loại : Loại Zirconia, loại Titan.
2.7.1. Loại Zirconia
Loại này có một phần tử được chế tạo bằng ZrO2 (Điôxit Zirconia- một loại
gốm). Phần tử này được phủ cả bên trong và bên ngoài bằng một lớp mỏng platin.
Không khí được dẫn vào bên trong của cảm biến và bên ngoài của nó tiếp xúc với
khí xả.
Khí trời

Đế
Platin
Lớp zirconia

Platin

Cảm
biến
Ôxy

K hí xả

Điện áp ra (V)

Hoạt động: Nếu nồng độ Ôxy trên bề mặt bên trong của phần tử Zirconia
chênh lệch lớn so với bề mặt bên ngoài tại nhiệt độ cao (4000C hay cao hơn),
Tỉ lệ khí – nhiên
phần tử Zirconia sẽ tạo ra một điện áp, đóng vai
liệu lý thuyết
trò như một tín hiệu OX đến ECU động cơ, để báo
về nồng độ Ôxy trong khí xả tại mọi thời điểm.
Khi tỷ lệ không khí - nhiên liệu là
nhạt, sẽ có nhiều Ôxy trong khí xả, nên chỉ có sự
chênh lệch nhỏ về nồng độ giữa bên trong và bên
ngoài phần tử cảm biến. Vì lý do đó, điện áp do Đậm hơn Tỷ lệ khí  Nhạt hơn
nó tạo ra nhỏ (gần 0V). Ngược lại, nếu tỷ lệ (ít khí)
nhiên liệu (nhiều khí)
không khí - nhiên liệu đậm, Ôxy trong khí xả gần như biến mất. Điều này tạo sự
chênh lệch lớn về nồng độ bên trong và bên ngoài của cảm biến nên tạo điện áp
khá lớn (xấp xỉ 1V).
Platin (phủ bên ngoài cảm biến) có tác dụng như một chất xúc tác
làm cho ôxy và CO (Mônoxit Cácbon) trong khí xả phản ứng với nhau. Nó làm
giảm lượng ôxy và tăng độ nhạy của cảm biến. Dựa trên tín hiệu này, ECU động
cơ tăng hay giảm lượng phun để duy trì tỷ lệ hoà khí gần gía trị lý thuyết.

Một vài cảm biến (Điôxit Zirconia được chế tạo với bộ sấy dùng để
sấy nóng phần tử Zirconia và được điều khiển bới ECU. Khi lượng khí nạp thấp
(nhiệt độ khí xả thấp) dòng điện sẽ chạy qua bộ sấy để sấy cảm biến.
2.7.2. Loại Titan
Cảm biến ôxy loại này bao gồm một phần tử bán dẫn chế tạo bằng Điôxít
Titan (TiO2, cũng giống như ZrO2, một loại gốm). Cảm biến này dùng một phần
tử bằng Titan loại màng dày tạo nên trên đầu phía trước của một ống mỏng để
nhận biết nồng độ ôxy trong khí xả.
Hoạt động: Đặc tính của Titan là điện trở của nó thay đổi theo nồng độ
Ôxy trong khí xả. Điện trở này thay đổi đột ngột ở giới hạn đậm và nhạt của tỷ lệ
hỗn hợp không khí – nhiên liệu (như đồ thị). Điện trở của Titan cũng thay đổi
mạnh tương ứng với sự thay đổi của nhiệt độ. Một bộ sấy được lắp trong ống
mỏng để giữ cho nhiệt độ của phần tử Titan không thay đổi.

Dây dẫn

Cảm biến
Ôx y
Giắc kiểm
tra

Lớp Titan

Thấp hơn Điện trở  Cao hơn
cảm biến ôxy

(:)

Vỏ bảo vệ

Cảm biến Ôxy này được nối với ECU
động cơ theo mạch điện như hình vẽ. Một
điện áp 1V luôn được cấp đến cực OX(+).
ECU có 1 bộ so sánh sự sụt áp tại cực OX
(do sự thay đổi điện trở của titan) với 1
điện áp so sánh là 0,45V. Nếu điện áp OX
lớn hơn 0,45V ECU động cơ sẽ nhận là tỷ
lệ không khí-nhiên liệu đậm (điện trở cảm
biến Ôxy thấp), ngược lại tỷ lệ là nhạt.

Tỉ lệ khí – nhiên
liệu lý thuyết

Đậm hơn
(ít khí)

Tỷ lệ khí  Nhạt hơn
nhiên liệu (nhiều khí)


2.8. CẢM BIẾN HỖN HỢP NHẠT
Về cơ bản cảm biến hỗn hợp nhạt có cấu tạo giống như cảm biến ôxy loại
phần tử nhận biết bằng zirconia, nhưng nó được sử dụng cho mục đích khác.

Cảm biến
hỗn hợp
nhạt
Bộ sấy

Vỏ bảo vệ

Lớp Zirconia

Dòng điện 

Hoạt động:
Cảm biến Ôxy loại phần tử nhận biết bằng zirconia hoạt động dựa trên
nguyên tắc điện áp sẽ tạo ra nếu có sự chênh lệch lớn về nồng độ ôxy bên ngoài
và bên trong của cảm biến.
Tuy nhiên, trong cảm biến hỗn hợp nhạt, một điện áp được cấp đến phần tử
zirconia khi nhiệt độ cao (6500C hay cao hơn ), kết quả là dòng điện có giá trị tỷ
lệ với nồng độ ôxy trong khí xả. Hay nói khác đi, khi hỗn hợp không khí - nhiên
liệu đậm, sẽ không có ôxy trong khí xả, nên không có dòng điện chạy qua phần tử
zirconia. Khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nhạt, sẽ có rất nhiều ôxy trong khí xả
và giá trị dòng điện chạy qua phần tử zirconia sẽ lớn, như trong đồ thị sau.
Cảm biến hỗn hợp nhạt được lắp đặt để
đảm bảo rằng tỷ lệ không khí - nhiên liệu được
duy trì trong khoảng nhất định, do đó cải thiện
được tính kinh tế nhiên liệu cũng như khả năng
tải.
Cảm biến này cũng có một bộ sấy đề sấy
nóng zirconia. Bộ sấy được điều khiển giống
như bộ sấy của cảm biến ôxy.
Tỉ lệ khí – nhiên liệu
2.9. CẢM BIẾN TỐC ĐỘ XE
Cảm biến tốc độ xe nhận biết tốc độ thực tế mà xe đang chạy. Nó phát ra
một tín hiệu SPD, chủ yếu dùng để điều khiển hệ thống ISC, và điều khiển tỷ tệ
hỗn hợp không khí - nhiên liệu trong quá trình giảm tốc và tăng tốc v.v.
Có 4 loại cảm biến: Loại công tắc lưỡi gà, Loại cảm biến quang học, Loại

điện từ, Loại MRE (phần tử điện trở từ).
2.9.1. Loại công tắc lưỡi gà


Cảm biến này được lắp trong bảng đồng hồ loại kim. Nó bao gồm một nam
châm quay bằng cáp đồng hồ tốc độ, chuyển động quay làm cho công tắc đóng và
mở. Công tắc lưỡi gà đóng và mở 4 lần khi cáp quay một vòng.
Nam châm được phân cực như trong hình. Lực từ trường tại 4 vùng chuyển
tiếp giữa cực N và S của nam châm sẽ đóng và mở tiếp điểm của công tắc lưỡi gà
khi nam châm quay.

Đến cáp đồng hồ tốc độ
Nam châm

Công tắc lưỡi gà
Công tắc
lưỡi gà
Đến các
ECU khác

2.9.2. Loại cảm biến quang học
Cảm biến này được lắp trong bảng đồng hồ. Nó bao gồm một cảm biến
quang học làm từ một đèn LED, chiếu vào một transitor quang học. Một bánh xe
có xẻ rãnh
đặt giữa đèn LED và transitor quang học được dẫn động bằng cáp đồng hồ
tốc độ. Các rãnh trên bánh xe sẽ tạo ra xung ánh sáng khi bánh xe quay, ánh sáng
do đèn LED chiếu được chia thành 20 xung trong mỗi vòng quay của cáp. 20
xung này chuyển thành 4 xung nhờ bộ đếm số, sau đó gửi đến ECU.
Đến cáp đồng hồ tốc độ
Mạch chuyển

đổi xung
Bánh xe
có xẻ rãnh

L ED

Transistor quang
Cặp phần tử quang học

Đến c
Cặp phần tử quang học

2.9.3. Loại điện từ
Cảm biến này được lắp trong hộp số và nhận biết tốc độ quay của trục thứ
cấp hộp số. Nó bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuôn dây và một lõi. Một
rôto có 4 răng được lắp trên trục thứ cấp hộp số.