Sâu hơn một chút về cảm biến trên ô tô
Bình luận: 32Lượt xem: 21,295
sangseu
Tài xế O-H
2-Acceleration Pedal Position Sensor
Key
APP Acceleration Pedal Position Sensor ~ Cảm biến góc chân ga.
TPS Throttle Position Sensor ~ Cảm biến góc bướm ga.
ECU Engine control unit ~ Bộ điều khiển động cơ
ETC Electronic Throttle Control ~ Bộ điều khiển bướm ga
Drive-by-Wire ~ Điều khiển điện tử ( Thuât ngữ xuất hiện đầu tiên trong hệ thống điều khiển bay của máy bay Fly-by-Wire)
1. Giới thiệu
Hầu hêt các xe hiện đại sử dụng hệ thống máy tính để kiểm soát tốc độ động cơ. Một chiếc xe có thể có hàng chục hệ thống tương tự để điều khiển các hệ thống phanh, điều hòa, media, ... Trong hệ thống Drive-by-Wire, ECU được sử dụng để quản lý và kiểm soát các chức năng quan trọng trên xe như góc mở bướm ga. ECU nhận tín hiệu từ APP làm thông tin đầu vào.
Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống máy tính là:
- Có khả năng lập trình, tùy biến.
- Tăng sự ổn định của xe.
- Tiết kiệm nhiên liệu hơn và giảm thiểu lượng khí thải.
Tuy nhiên nhược điểm của việc sử dụng hệ thống máy tính là ECU phải có khả năng xử lý rất nhiều trường hợp bất thường cũng như lỗi.
Chương 2 xem xét tổng quan về hệ thống ETC, nguyên lý, cấu tạo của APP, TPS. Chương 3 đưa ra một số lỗi thường gặp và cách phát hiện lỗi trên APP, TPS.
2. Nguyên lý, cấu tạo
2.1. Bàn đạp ga
Bàn đạp chân ga kiểm soát lưu lương nhiên liệu đưa vào động cơ. Từ khi hệ thống Drive-by-Wire ra đời vào những năm 1990, công nghệ ETC có các tính năng kiểm soát hành trình và ổn định xe ngày càng được cải tiến và hoàn thiện. Công nghệ ETC phụ thuộc rất nhiều vào độ tin cậy của APP và TPS. Những yêu cầu khắt khe mà APP và TPS phải đáp ứng gồm có độ tuyến tính cao, độ trễ thấp, offset nhỏ, độ trôi do nhiệt độ nhỏ và tuổi thọ cao.
Ngoài các yêu cầu về độ chính xác, APP, TPS còn phải trở nên tin cậy hơn. Các sự cố như ngắn mạch, vỡ/gãy phải được phát hiện cũng như phương án dự phòng.
Một số phương pháp đo góc bàn đạp ga:
trong đó mà xanh là bàn đạp ga, màu đỏ là nơi đặt APP.
Vòng điều khiển góc mở bướm ga được mô tả như sau:
Bộ điều khiển ECU nhận dữ liệu điểm đặt góc mở từ APP, tính toán đưa ra giá trị điều khiển cho cơ cấu chấp hành. Góc mở bướm ga được TPS đo đạc phản hồi về ECU. ECU so sánh giá trị điểm đặt và giá trị phản hồi trạng thái đề quyết định hành vi tiếp theo.
2.2. Phương pháp đo cơ bản
Xét 2 phương pháp đo cơ bản là tiếp xúc và không tiếp xúc.
2.2.1. Chiết áp
Chiết áp là phương tiện rẻ tiền để đo góc quay. Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như âm thanh, chiếu sáng, và ô tô…
Ưu điểm:
- Dễ làm
- Giá thấp
- Đầu ra Ânlog, không cần vi xử lý bên tron
- Tăng độ tin cậy bằng cách thêm nhiều kênh cùng đo một góc.
Nhược điểm:
- Độ mài mòn cao
- Độ phi tuyến sớm xuất hiện
- Tỉ lệ nhiễu lớn
Nhược điểm của chiết áp càng bộc lộ trong môi trường rung sốc và ngập nước. Một vấn đề nữa là chân ga thường được sử dụng ở một vùng góc mỏ cụ thể và lặp đi lặp lại, điều này làm gia tắng tác động mài mòn và làm chiết áp sớm trở nên phi tuyến. Hơn nữa, chiết áp là một loại cảm biến thụ động, cac vấn đề về vỡ/gay hay quá áp khó có thể được phát hiện bởi ECU.
Phương pháp đo không tiếp xúc được áp dụng để khắc phục các nhược điểm của chiết áp.
2.2.2. Cảm ứng
Gợi lại một chút về Encoder, encoder dùng một đĩa dạng cánh quạt và đầu đọc quang học để xác định góc cũng như chiều quay. Cảm biến cảm ứng cũng dựa trên nguyên lý này.
Cảm biến cảm ứng cấu tạo bởi 2 cuộn dây đặt trên 2 PCB, một phát tín hiệu và một thu tín hiêu. Cuộn phát có kiểu bố trí dây thành hình rẻ quạt để tạo ra các khe điện trường. Cả hai cuộn đều có chip điều khiển để tạo ra các tín hiệu phát và giải mã tín hiệu nhận. Đầu ra cảm biến loại này có thể là Analog hoặc Digital.
Nhược điểm:
- Kích thước lớn, và không thể được tối giản nữa
- Dễ bị nhiễu điện từ
- Ít hãng sản xuất nên giá thành chưa phù hợp
2.2.3. Từ tính
Đây là phương pháp đo không tiếp xúc, vận dụng hiệu ứng Hall.
Ưu điểm:
- Cảm biến không tiếp xúc
- Độ tin cậy cao
- Đa dạng tín hiệu ra như Analog, Digital, PWM
- Có tính năng dự phòng
- Tỉ lệ nhiễu thấp
- Có giao thức tiên tiến tự phát hiện sai/lỗi/hỏng
Ưu điểm:
- Cần mạch/nam châm tạo từ trường
- Sensor cần bù nhiệt độ
Các nhà sản xuất đưa ra giải pháp riêng của họ nhưng chủ yếu sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall và vòng nam châm vĩnh cửu tạo từ trường. Để tăng độ tin cậy và khả năng dự phòng, họ tích hợp vào 1 Package 2, thậm chí là 3 phần tử cảm biến hiệu ứng Hall và các vi xử lý. Ngoài ra, các thuật toán kiểm tra lỗi CRC được tích hợp vào giao thức truyền tin, thuật toán phát hiện hở mạch, ngắn mạch, bảo vệ quá áp cũng được phát triển.
2.2.4. Một số công nghệ khác
Có nhiều phương pháp có thể đo được sự thay đổi góc, ví dụ như quang học (scrool chuột quang,) hay encoder ( trong động cơ bước). Mặc dù các công nghệ đó có lợi thể về độ phân giải hay độ tuyến tính, chúng vẫn có những hạn chế như chịu rung sóc kém, độ bền nhiệt kém,... nên không thông dụng trong ứng dụng đo góc bàn đạp ga.
2.3. APP sensor, TPS hiệu ứng Hall
2.3.1. Hiệu ứng Hall
Xét một dây dẫn điện dẹt (màu tím), trên dây dẫn có một dòng điện I chạy qua theo phương trục x. Khi đặt một từ trường B vông góc với bề mặt dây dẫn theo phương trục z, Edwin Herbert Hall thấy trên dây dẫn xuất hiện một hiệu điện thế Vh theo phương trục y.
Trong khối kim loại thông thường, hiệu ứng Hall có thể được giải thich bằng cách đặt lực Lorent lên các điện tử. Lực Lorent kéo các điện tử lệch theo phương trục y. Điện tử âm và điện tử dương sẽ bị lực Lorent kéo ngược chiều nhau. Điều đó làm khối kim loại bị phân cực và hình thành một hiêu điện thế.
Trong chất bán dẫn, các hạt mang điện gồm có electron và các lỗ trống (hole).
Các cảm biến hiệu ứng Hall đa số dựa vào sự xuất hiện và thay đổi điện áp Vh do sự thay đổi của từ trường B để phát hiện các chuyển động.
2.3.2. Cấu tạo APP sensor, TPS hiệu ứng Hall
Các hãng sản xuất đã tích hợp các phần tử hiệu ứng Hall và mạch khuếch đại, lọc nhiễu, bù nhiệt độ, ... vào một IC duy nhất. Đôi khi trên một IC có 2 hoặc 3 phần tử Hall để gia tăng độ tin cậy.
Video khá trực quan về cấu tạo cảm biến:
Cấu tạo thường thấy của APP sensor gồm có một IC gắn trên PCB, cố định với thân bàn đạp ga, một viên nam châm gắn với cơ cấu chuyển động xoay. Khi tác động lực làm xoay bàn đạp ga, nam châm xoay một góc tương ứng làm điện áp Hall thay đổi, điện áp đó được truyền về ECU để xử lý.
Có hai phương pháp tương tác từ trường giữa nam châm vĩnh cửu và IC hiệu ứng Hall, tạm gọi là phương pháp song song và phương pháp vuông góc. Mô tả như sau.
Phương pháp song song đặt bề mặt nam châm và bề mặt IC song song và đồng trục nhau (như hình vẽ trên).
Phương pháp vông góc đặt IC lồng vào giữa vòng xuyến nam châm vĩnh cửu như hình dưới.
2.3.3. Tín hiệu đầu ra
Các IC tích hợp 2 phần tử hiệu ứng Hall thường có 2 kiểu đầu ra tín hiệu.
Kiểu song song.
Kiểu đối xứng.
3. Các lỗi và phát hiện lỗi
3.1. Giao diện giữa cảm biến và ECU
trong đó:
- IC cảm biến là loại tích hợp 2 phần tử hiệu ứng Hall.
- Đầu ra analog VPA1 và VPA2
- VC1, VC2 là nguồn cấp cho cảm biến, cũng là điện áp so sánh với tín hiệu ra
- Hai điện trở đại diện cho các mạch lọc răng cưa, lọc gai tín hiệu.
3.2. Lỗi và kiểm tra lỗi
Phần này t xin phép nói sơ qua như sau.
Cảm biến loại này thường chỉ kiểm tra được có sống hay chết để thay thế. Để kiểm tra độ tin cậy của nó cần có mạch, máy hiện sóng, thiết bị chuyên dụng và thường các hãng sẽ có hướng dẫn và Trainning nên t không dám nói đến.
Key
APP Acceleration Pedal Position Sensor ~ Cảm biến góc chân ga.
TPS Throttle Position Sensor ~ Cảm biến góc bướm ga.
ECU Engine control unit ~ Bộ điều khiển động cơ
ETC Electronic Throttle Control ~ Bộ điều khiển bướm ga
Drive-by-Wire ~ Điều khiển điện tử ( Thuât ngữ xuất hiện đầu tiên trong hệ thống điều khiển bay của máy bay Fly-by-Wire)
1. Giới thiệu
Hầu hêt các xe hiện đại sử dụng hệ thống máy tính để kiểm soát tốc độ động cơ. Một chiếc xe có thể có hàng chục hệ thống tương tự để điều khiển các hệ thống phanh, điều hòa, media, ... Trong hệ thống Drive-by-Wire, ECU được sử dụng để quản lý và kiểm soát các chức năng quan trọng trên xe như góc mở bướm ga. ECU nhận tín hiệu từ APP làm thông tin đầu vào.
Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống máy tính là:
- Có khả năng lập trình, tùy biến.
- Tăng sự ổn định của xe.
- Tiết kiệm nhiên liệu hơn và giảm thiểu lượng khí thải.
Tuy nhiên nhược điểm của việc sử dụng hệ thống máy tính là ECU phải có khả năng xử lý rất nhiều trường hợp bất thường cũng như lỗi.
Chương 2 xem xét tổng quan về hệ thống ETC, nguyên lý, cấu tạo của APP, TPS. Chương 3 đưa ra một số lỗi thường gặp và cách phát hiện lỗi trên APP, TPS.
2. Nguyên lý, cấu tạo
2.1. Bàn đạp ga
Bàn đạp chân ga kiểm soát lưu lương nhiên liệu đưa vào động cơ. Từ khi hệ thống Drive-by-Wire ra đời vào những năm 1990, công nghệ ETC có các tính năng kiểm soát hành trình và ổn định xe ngày càng được cải tiến và hoàn thiện. Công nghệ ETC phụ thuộc rất nhiều vào độ tin cậy của APP và TPS. Những yêu cầu khắt khe mà APP và TPS phải đáp ứng gồm có độ tuyến tính cao, độ trễ thấp, offset nhỏ, độ trôi do nhiệt độ nhỏ và tuổi thọ cao.
Ngoài các yêu cầu về độ chính xác, APP, TPS còn phải trở nên tin cậy hơn. Các sự cố như ngắn mạch, vỡ/gãy phải được phát hiện cũng như phương án dự phòng.
Một số phương pháp đo góc bàn đạp ga:
trong đó mà xanh là bàn đạp ga, màu đỏ là nơi đặt APP.
Vòng điều khiển góc mở bướm ga được mô tả như sau:
Bộ điều khiển ECU nhận dữ liệu điểm đặt góc mở từ APP, tính toán đưa ra giá trị điều khiển cho cơ cấu chấp hành. Góc mở bướm ga được TPS đo đạc phản hồi về ECU. ECU so sánh giá trị điểm đặt và giá trị phản hồi trạng thái đề quyết định hành vi tiếp theo.
2.2. Phương pháp đo cơ bản
Xét 2 phương pháp đo cơ bản là tiếp xúc và không tiếp xúc.
2.2.1. Chiết áp
Chiết áp là phương tiện rẻ tiền để đo góc quay. Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như âm thanh, chiếu sáng, và ô tô…
Ưu điểm:
- Dễ làm
- Giá thấp
- Đầu ra Ânlog, không cần vi xử lý bên tron
- Tăng độ tin cậy bằng cách thêm nhiều kênh cùng đo một góc.
Nhược điểm:
- Độ mài mòn cao
- Độ phi tuyến sớm xuất hiện
- Tỉ lệ nhiễu lớn
Nhược điểm của chiết áp càng bộc lộ trong môi trường rung sốc và ngập nước. Một vấn đề nữa là chân ga thường được sử dụng ở một vùng góc mỏ cụ thể và lặp đi lặp lại, điều này làm gia tắng tác động mài mòn và làm chiết áp sớm trở nên phi tuyến. Hơn nữa, chiết áp là một loại cảm biến thụ động, cac vấn đề về vỡ/gay hay quá áp khó có thể được phát hiện bởi ECU.
Phương pháp đo không tiếp xúc được áp dụng để khắc phục các nhược điểm của chiết áp.
2.2.2. Cảm ứng
Gợi lại một chút về Encoder, encoder dùng một đĩa dạng cánh quạt và đầu đọc quang học để xác định góc cũng như chiều quay. Cảm biến cảm ứng cũng dựa trên nguyên lý này.
Cảm biến cảm ứng cấu tạo bởi 2 cuộn dây đặt trên 2 PCB, một phát tín hiệu và một thu tín hiêu. Cuộn phát có kiểu bố trí dây thành hình rẻ quạt để tạo ra các khe điện trường. Cả hai cuộn đều có chip điều khiển để tạo ra các tín hiệu phát và giải mã tín hiệu nhận. Đầu ra cảm biến loại này có thể là Analog hoặc Digital.
Nhược điểm:
- Kích thước lớn, và không thể được tối giản nữa
- Dễ bị nhiễu điện từ
- Ít hãng sản xuất nên giá thành chưa phù hợp
2.2.3. Từ tính
Đây là phương pháp đo không tiếp xúc, vận dụng hiệu ứng Hall.
Ưu điểm:
- Cảm biến không tiếp xúc
- Độ tin cậy cao
- Đa dạng tín hiệu ra như Analog, Digital, PWM
- Có tính năng dự phòng
- Tỉ lệ nhiễu thấp
- Có giao thức tiên tiến tự phát hiện sai/lỗi/hỏng
Ưu điểm:
- Cần mạch/nam châm tạo từ trường
- Sensor cần bù nhiệt độ
Các nhà sản xuất đưa ra giải pháp riêng của họ nhưng chủ yếu sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall và vòng nam châm vĩnh cửu tạo từ trường. Để tăng độ tin cậy và khả năng dự phòng, họ tích hợp vào 1 Package 2, thậm chí là 3 phần tử cảm biến hiệu ứng Hall và các vi xử lý. Ngoài ra, các thuật toán kiểm tra lỗi CRC được tích hợp vào giao thức truyền tin, thuật toán phát hiện hở mạch, ngắn mạch, bảo vệ quá áp cũng được phát triển.
2.2.4. Một số công nghệ khác
Có nhiều phương pháp có thể đo được sự thay đổi góc, ví dụ như quang học (scrool chuột quang,) hay encoder ( trong động cơ bước). Mặc dù các công nghệ đó có lợi thể về độ phân giải hay độ tuyến tính, chúng vẫn có những hạn chế như chịu rung sóc kém, độ bền nhiệt kém,... nên không thông dụng trong ứng dụng đo góc bàn đạp ga.
2.3. APP sensor, TPS hiệu ứng Hall
2.3.1. Hiệu ứng Hall
Xét một dây dẫn điện dẹt (màu tím), trên dây dẫn có một dòng điện I chạy qua theo phương trục x. Khi đặt một từ trường B vông góc với bề mặt dây dẫn theo phương trục z, Edwin Herbert Hall thấy trên dây dẫn xuất hiện một hiệu điện thế Vh theo phương trục y.
Trong khối kim loại thông thường, hiệu ứng Hall có thể được giải thich bằng cách đặt lực Lorent lên các điện tử. Lực Lorent kéo các điện tử lệch theo phương trục y. Điện tử âm và điện tử dương sẽ bị lực Lorent kéo ngược chiều nhau. Điều đó làm khối kim loại bị phân cực và hình thành một hiêu điện thế.
Trong chất bán dẫn, các hạt mang điện gồm có electron và các lỗ trống (hole).
Các cảm biến hiệu ứng Hall đa số dựa vào sự xuất hiện và thay đổi điện áp Vh do sự thay đổi của từ trường B để phát hiện các chuyển động.
2.3.2. Cấu tạo APP sensor, TPS hiệu ứng Hall
Các hãng sản xuất đã tích hợp các phần tử hiệu ứng Hall và mạch khuếch đại, lọc nhiễu, bù nhiệt độ, ... vào một IC duy nhất. Đôi khi trên một IC có 2 hoặc 3 phần tử Hall để gia tăng độ tin cậy.
Video khá trực quan về cấu tạo cảm biến:
Cấu tạo thường thấy của APP sensor gồm có một IC gắn trên PCB, cố định với thân bàn đạp ga, một viên nam châm gắn với cơ cấu chuyển động xoay. Khi tác động lực làm xoay bàn đạp ga, nam châm xoay một góc tương ứng làm điện áp Hall thay đổi, điện áp đó được truyền về ECU để xử lý.
Có hai phương pháp tương tác từ trường giữa nam châm vĩnh cửu và IC hiệu ứng Hall, tạm gọi là phương pháp song song và phương pháp vuông góc. Mô tả như sau.
Phương pháp song song đặt bề mặt nam châm và bề mặt IC song song và đồng trục nhau (như hình vẽ trên).
Phương pháp vông góc đặt IC lồng vào giữa vòng xuyến nam châm vĩnh cửu như hình dưới.
2.3.3. Tín hiệu đầu ra
Các IC tích hợp 2 phần tử hiệu ứng Hall thường có 2 kiểu đầu ra tín hiệu.
Kiểu song song.
Kiểu đối xứng.
3. Các lỗi và phát hiện lỗi
3.1. Giao diện giữa cảm biến và ECU
trong đó:
- IC cảm biến là loại tích hợp 2 phần tử hiệu ứng Hall.
- Đầu ra analog VPA1 và VPA2
- VC1, VC2 là nguồn cấp cho cảm biến, cũng là điện áp so sánh với tín hiệu ra
- Hai điện trở đại diện cho các mạch lọc răng cưa, lọc gai tín hiệu.
3.2. Lỗi và kiểm tra lỗi
Phần này t xin phép nói sơ qua như sau.
Cảm biến loại này thường chỉ kiểm tra được có sống hay chết để thay thế. Để kiểm tra độ tin cậy của nó cần có mạch, máy hiện sóng, thiết bị chuyên dụng và thường các hãng sẽ có hướng dẫn và Trainning nên t không dám nói đến.
Cai banh xe
Kích thích nghĩa là kích vào chỗ người ta Thích!
Bác có nhiều tài liệu hay đấy, chia sẻ là rất tốt. Khi cần thiết bác cứ đặt điểm
vantrung178
Tài xế O-H
sangseu
Tài xế O-H
p { margin-bottom: 0.1in; line-height: 120%; }
3-Oxygen Sensor
Key
AFR ~ Air/Fuel Ratio ~ Tỉ lệ không khí/Nhiên liệu
PCM ~ Power control module ~ Mô-đun điều khiển công suất động cơ
lambda = AFR_{thực tế}/AFR_{lý tưởng}
Danh mục
1. Giới thiệu
2. Vị trí cảm biến
3. Sơ đồ điều khiển phối hòa khí vòng kín
4. Cấu tạo
4.1. Cấu tạo bên ngoài
4.2. Cấu tạo thân và mũi cảm biến
5. Bảng màu dây kết nối
6. Phương pháp đo nồng độ Oxy
6.1. Cấu tạp mũi cảm biến
6.2. Nguyên lý
6.3. Đo nồng độ Oxy bằng tế bào zirconia
7. Nhận biết lỗi cảm biến
8. Vài vấn đề về Oxygen Sensor/Lambda Sensor
1. Giới thiệu
Cảm biến Oxy hay cảm biến Lambda là một thiết bị điện tử dùng để đo tỷ lệ Oxy (O2) trong chất khí hoặc chất lỏng.
Nó được phát triển bởi Robert Bosch GmbH vào cuối những năm 1960.
Có nhiều cách khác nhau để đo nồng độ Oxy bao gồm công nghệ Zirconia, điện hóa (hay còn gọi là Galvanic), hồng ngoại, siêu âm, laser.
Kể từ những năm 1980, cảm biến Oxy đã đóng một vai trò quan trọng trong động cơ phun xăng điện tử. Các cảm biến này là một phần của hệ thống kiểm soát khí thải động cơ, nó đóng vai trò cung cấp dữu liệu cho PCM. Công việc của các cảm biến Oxy là giúp động cơ hoạt động đạt hiệu quả cao nhưng vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn về khí thải.
Khi thảo luận về động cơ đốt trong, AFR là một trong những chủ đề chính. AFR xác định tỉ lệ của lượng khí so với lượng nhiên liệu tiêu thụ bởi động cơ. Quá trình đốt nhiên liệu cơ bản vẫn là một quá trình phản ứng hóa học. Điều chỉnh AFR hợp lý sẽ tạo ra một phản ứng hoàn hảo. Đối với động cơ đốt trong, AFR tối ưu là 14,7:1. Nếu có ít không khí hơn so với tỉ lệ tối ưu, hỗn hợp khí-nhiên liệu được gọi là “giàu”. Hỗn hợp khí thải có nhiều hydrocarbon gây ô nhiễm môi trường. Nếu có nhiều không khí hơn tỉ lệ tối ưu, tức là dư thừa Oxy, hỗn hợp được gọi là hỗn hợp “nghèo”. Hỗn hợp nghèo làm giảm hiệu xuất động cơ và thải ra nhiều khí COx gây ô nhiễm môi trường.
Các cảm biến Oxy thường nằm trước và sau bộ chuyển đổi khí thải. Hoạt động của cảm biến dựa trên một phản ứng hóa học tạo ra một điện áp. Các bộ điều khiển dựa vào điện áp này để xác định hỗn hợp khí-nhiên liệu là giàu hay nghèo để điều chỉnh lượng nhiên liệu vào động cơ cho phù hợp.
Hình: Sự thay đổi hiệu suất động cơ và lượng khí thải khi AFR lệch khỏi tỉ lệ cân bằng hóa học
Cảm biến Oxy không thực sự đo nồng độ Oxy mà dựa vào sự chênh lệch nồng độ Oxy trong khí thải và trong không khí. Hỗn hợp giàu sẽ tạo ra khí thải có nồng độ Oxy thấp hơn trong không khí và cảm biến đưa ra một mức điện áp cao. Ngược lại, đối với hỗn hợp nghèo, cảm biến đưa ra mức điện áp thấp.
Cảm biến Oxy thường là bộ phận bị bỏ qua nhiều nhất trong các đợt bảo dưỡng. Các hệ thống phun nhiên liệu cơ bản sử dụng 2 cảm biến Oxy ở trước và sau bộ chuyển đổi khí thải trong khí các hệ thống hiện đại ngày nay có thể sử dụng đến 5 cảm biến. Chi phí cho việc thay thế định kỳ các cảm biến Oxy sẽ nhanh chóng được bù lại bởi hiệu quả sử dụng nhiên liệu và hiệu suất của động cơ mà nó mang lại.
Cảm biến Oxy bắt đầu kém đi sau khoảng 80.000 km, tùy thuộc vào ứng dụng của phương tiện. Nguyên nhân là Carbon, bồ hóng, hóa chất, chất chống đông nhiên liệu, tác dụng của nhiệt độ, rung động của xe,… tất cả đều xảy ra ngay cả trong điều kiện xe hoạt động bình thường.
2. Vị trí cảm biến
Hình bên trái thể hiện kiểu động cơ 2 ống xả – Vtype
Hình bên phải thể hiện kiểu động cơ 1 ống xả - Inline
1,4,8,9. Cảm biến đặt trước bộ chuyển đổi khí thải.
2,5,7. Cảm biến đặt sau bộ chuyển đổi khí thải.
3,6. Bộ chuyển đổi khí thải.
Cylinder. Cửa xả xi-lanh.
3. Sơ đồ điều khiển phối hòa khí vòng kín
1. Cảm biến lưu lượng khí
2. Động cơ
3. Cảm biến Oxy
4. Bộ chuyển đổi khí thải
5. Kim phun nhiên liệu
6. ECU
4. Cấu tạo
Ở đây xét một cảm biến Oxy điển hình của hãng DENSO.
4.1.Cấu tạo bên ngoài và lưu ý
1. Đầu kết nối
- Không kết nối đầu khác loại
- Nước, hơi ẩm và các laoị vật chất lạ lọt vào dễ dàng ảnh hưởng đến cảm biến
2. Cáp
- Cần cách li với các vùng có nhiệt độ cao
- Cần cách li với các phần chuyển động, rung lắc
- Tránh kéo căng
- Tránh nối dài thêm cáp
3. Thân cảm biến
- Cần giữ sạch
- Phần đầu thân cảm biến có lỗ để lấy không khí từ môi trường nên cần giữ cho thông thoáng
- Giữ thân cảm biến không bị bụi bẩn và thay đổi nhiệt độ đột ngột như dội nước vào
- Tránh phun nước áp suất cao vào cảm biến
- Tránh phủ các chất bảo vệ bề mặt thân cảm biến
4. Thân bắt cảm biến vào phương tiện
- Bôi mỡ trước khi lắp đặt
5. Mũi cảm biến
- Tránh va đập
- Tránh nhiễm bẩn
- Tránh xịt bất cứ thứ gì lên mũi cảm biến
- Tránh để mỡ dính lên
- Tránh sử dụng nhiên liệu pha phụ gia như chống đông nhiên liệu, chì, ...
4.2. Cấu tạo thân và mũi cảm biến
5. Bảng màu dây kết nối
6. Phương pháp đo nồng độ Oxy
6.1 Cấu tạo mũi cảm biến
trong đó:
1. Lớp vật liệu gốm
2. Điện cực
3. Dây kết nối điện cực
4. Vỏ cảm biến
5. Ống khí thải
6. Lớp gốm bảo vệ
7. Luống khí thải
8. Môi trường không khí bên ngoài
6.2 Nguyên lý
Nồng độ Oxy trong khí thải và môi trường không khí khác nhau làm xuất hiện trên hai điện cực một hiệu điện thế V. Phép màu nằm ở lớp vật liệu gốm.
Bản chất của lớp vât liệu gốm là một tế bào zirconia.
6.3. Đo nồng độ Oxy bằng tế bào zirconia
Zirconium oxide là thành phần phổ biến nhất của nguyên tố Zirconium. ZrO2 là một loại gốm hay vật liệu chịu lửa. Bằng cách pha zirconium oxide với Yttria, các lỗ trống sẽ xuất hiện trong mạng tinh thể hợp chất. Trong ZrO2 rắn , một số ion Zr4+ được bị thay thế bởi các ion Y3+ làm xuất hiện các lỗ trống ion O2- và như thế các ion O2- có thể khuếch tán qua ZrO2. Hiện tượng khuếch tán xảy ra mạnh mẽ hơn đặc biệt ở nhiệt độ khoảng 650*C.
Cấu tạo của tế bào zirconia gồm có một lớp mỏng ziconium oxide, 2 bề mặt được phủ lớp Palladium đóng vai trò như điện cực. Khi nồng độ khí Oxy hai bề mặt tế bào bằng nhau, các ion Oxy chuyển động ngẫu nhiên. Khi nồng độ Oxy hai bề mặt tế bào khác nhau, các ion Oxy bắt đầu di chuyển từ phía nồng độ Oxy cao sang phía nồng độ Oxy thấp. Qua trình sinh ra dòng điện ion chạy trong lớp vật liệu gốm, khi nối hai bề mặt tế bào ta có một hiệu điện thế V.
Hình: Đặc tuyến liên hệ điện áp ra trên tế bào với một số loại khí
Nhận thấy xung quanh điểm lambda = 1, đặc tuyến đối với Oxy (màu xanh lá cây) thay đổi đột ngột. Đây chính là vùng tạo ra tín hiệu mức điện áp cao/thấp khi AFR thay đổi khỏi tỉ lệ lý tưởng.
7. Nhận biết lỗi cảm biến
Để đánh giá chính xác một cảm biến Oxy cần kiểm tra trực quan cũng như kiểm tra hiệu năng của cảm biến.
1. Kiểm tra dây kết nối phát hiện các trường hợp dây tín hiệu hoàn động kém hoặc đứt
2. Kiểm tra vỏ cảm biến phát hiện vết lõm, thủng gây gãy bên trong
3. Kiểm tra đầu kết nối đam rbảo sạch sẽ và nguyên vẹn
Kiểm tra trực quan:
Bình thường:
Ngoại hình:
> Sỉn màu
Nguyên nhân:
> Nhiên liệu cháy sạch
Bám bẩn chất chống đông:
Ngoại hình:
> Nhiều hạt màu trắng xám hoặc xanh lục bám vào
Nguyên nhân:
> Chất làm mát trong xi lanh động cơ
Giải pháp:
> Kiểm tra hệ thống làm mát động cơ, các miếng đệm dầu xem có rò rỉ không
> Thay thế cảm biến
Bám bẩn dầu:
Ngoại hình:
> Bám bẩn muội đen, xám
Nguyên nhân:
> Dầu bám vào
Giaỉ pháp
> Kiểm tra rò rỉ trong động cơ
> Thay cảm biến
Hỗn hợp nhiên liệu giàu:
Ngoại hình:
> Muội đen, nâu sẫm bám nhiều
Nguyên nhân:
> Hỗn hợp khí-nhiên liệu giàu
Giải pháp:
> Kiểm tra hệ thống phun nhiên liệu và đo lường khí thải
> Kiểm tra bộ phận nung nóng cảm biến Oxy
> Sửa chữa các lỗi phát hiện được
> Thay cảm biến
Ô nhiễm chất phụ gia nhiên liệu:
Ngoại hình:
> Bám bẩn màu đỏ, trắng
Nguyên nhân:
> Nồng độ chất phụ gia trong nhiên liệu quá mức hoặc sử dụng trong thời gian dài
Giải pháp:
> Xem xét nhiên liệu, vệ sinh động cơ
> Thay cảm biến
Ô nhiễm chì:
Ngoại hình:
> Bám bẩn màu xám bóng, bạch kim
Nguyên nhân:
> Sử dụng nhiên liệu pha chì
Giải pháp:
> Xem xét nhiên liệu
> Thay cảm biến
> Kiểm tra tình trạng bộ chuyển đổi khí thải, chì có thể ảnh hưởng đến nó.
8. Vài vấn đề về Oxygen Sensor/Lambda Sensor
Q: Làm thế nào điều khiển chế hòa khí ?
A:
Tín hiệu từ cảm biến Oxy phản ánh trạng thái giàu/nghèo của hỗn hợp khi-nhiên liệu, đưa về ECU để điều khiển độ dài thời gian phun nhiên liệu.
Q: Cảm biến Oxy đặt sau bộ chuyển đổi khí thải có tác dụng gì?
A:
Để so sánh phẩm chất khí thải trước và sau bộ chuyển đổi khí thải, phản ánh hiệu quả của nó.
Q: Tại sao cần nung nóng cảm biến đến nhiệt độ thích hợp ?
A:
Để tế bào zirconia đạt đến độ nhạy cảm và tốc độ đáp ứng tối đa.
3-Oxygen Sensor
Key
AFR ~ Air/Fuel Ratio ~ Tỉ lệ không khí/Nhiên liệu
PCM ~ Power control module ~ Mô-đun điều khiển công suất động cơ
lambda = AFR_{thực tế}/AFR_{lý tưởng}
Danh mục
1. Giới thiệu
2. Vị trí cảm biến
3. Sơ đồ điều khiển phối hòa khí vòng kín
4. Cấu tạo
4.1. Cấu tạo bên ngoài
4.2. Cấu tạo thân và mũi cảm biến
5. Bảng màu dây kết nối
6. Phương pháp đo nồng độ Oxy
6.1. Cấu tạp mũi cảm biến
6.2. Nguyên lý
6.3. Đo nồng độ Oxy bằng tế bào zirconia
7. Nhận biết lỗi cảm biến
8. Vài vấn đề về Oxygen Sensor/Lambda Sensor
1. Giới thiệu
Cảm biến Oxy hay cảm biến Lambda là một thiết bị điện tử dùng để đo tỷ lệ Oxy (O2) trong chất khí hoặc chất lỏng.
Nó được phát triển bởi Robert Bosch GmbH vào cuối những năm 1960.
Có nhiều cách khác nhau để đo nồng độ Oxy bao gồm công nghệ Zirconia, điện hóa (hay còn gọi là Galvanic), hồng ngoại, siêu âm, laser.
Kể từ những năm 1980, cảm biến Oxy đã đóng một vai trò quan trọng trong động cơ phun xăng điện tử. Các cảm biến này là một phần của hệ thống kiểm soát khí thải động cơ, nó đóng vai trò cung cấp dữu liệu cho PCM. Công việc của các cảm biến Oxy là giúp động cơ hoạt động đạt hiệu quả cao nhưng vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn về khí thải.
Khi thảo luận về động cơ đốt trong, AFR là một trong những chủ đề chính. AFR xác định tỉ lệ của lượng khí so với lượng nhiên liệu tiêu thụ bởi động cơ. Quá trình đốt nhiên liệu cơ bản vẫn là một quá trình phản ứng hóa học. Điều chỉnh AFR hợp lý sẽ tạo ra một phản ứng hoàn hảo. Đối với động cơ đốt trong, AFR tối ưu là 14,7:1. Nếu có ít không khí hơn so với tỉ lệ tối ưu, hỗn hợp khí-nhiên liệu được gọi là “giàu”. Hỗn hợp khí thải có nhiều hydrocarbon gây ô nhiễm môi trường. Nếu có nhiều không khí hơn tỉ lệ tối ưu, tức là dư thừa Oxy, hỗn hợp được gọi là hỗn hợp “nghèo”. Hỗn hợp nghèo làm giảm hiệu xuất động cơ và thải ra nhiều khí COx gây ô nhiễm môi trường.
Các cảm biến Oxy thường nằm trước và sau bộ chuyển đổi khí thải. Hoạt động của cảm biến dựa trên một phản ứng hóa học tạo ra một điện áp. Các bộ điều khiển dựa vào điện áp này để xác định hỗn hợp khí-nhiên liệu là giàu hay nghèo để điều chỉnh lượng nhiên liệu vào động cơ cho phù hợp.
Hình: Sự thay đổi hiệu suất động cơ và lượng khí thải khi AFR lệch khỏi tỉ lệ cân bằng hóa học
Cảm biến Oxy không thực sự đo nồng độ Oxy mà dựa vào sự chênh lệch nồng độ Oxy trong khí thải và trong không khí. Hỗn hợp giàu sẽ tạo ra khí thải có nồng độ Oxy thấp hơn trong không khí và cảm biến đưa ra một mức điện áp cao. Ngược lại, đối với hỗn hợp nghèo, cảm biến đưa ra mức điện áp thấp.
Cảm biến Oxy thường là bộ phận bị bỏ qua nhiều nhất trong các đợt bảo dưỡng. Các hệ thống phun nhiên liệu cơ bản sử dụng 2 cảm biến Oxy ở trước và sau bộ chuyển đổi khí thải trong khí các hệ thống hiện đại ngày nay có thể sử dụng đến 5 cảm biến. Chi phí cho việc thay thế định kỳ các cảm biến Oxy sẽ nhanh chóng được bù lại bởi hiệu quả sử dụng nhiên liệu và hiệu suất của động cơ mà nó mang lại.
Cảm biến Oxy bắt đầu kém đi sau khoảng 80.000 km, tùy thuộc vào ứng dụng của phương tiện. Nguyên nhân là Carbon, bồ hóng, hóa chất, chất chống đông nhiên liệu, tác dụng của nhiệt độ, rung động của xe,… tất cả đều xảy ra ngay cả trong điều kiện xe hoạt động bình thường.
2. Vị trí cảm biến
Hình bên trái thể hiện kiểu động cơ 2 ống xả – Vtype
Hình bên phải thể hiện kiểu động cơ 1 ống xả - Inline
1,4,8,9. Cảm biến đặt trước bộ chuyển đổi khí thải.
2,5,7. Cảm biến đặt sau bộ chuyển đổi khí thải.
3,6. Bộ chuyển đổi khí thải.
Cylinder. Cửa xả xi-lanh.
3. Sơ đồ điều khiển phối hòa khí vòng kín
1. Cảm biến lưu lượng khí
2. Động cơ
3. Cảm biến Oxy
4. Bộ chuyển đổi khí thải
5. Kim phun nhiên liệu
6. ECU
4. Cấu tạo
Ở đây xét một cảm biến Oxy điển hình của hãng DENSO.
4.1.Cấu tạo bên ngoài và lưu ý
1. Đầu kết nối
- Không kết nối đầu khác loại
- Nước, hơi ẩm và các laoị vật chất lạ lọt vào dễ dàng ảnh hưởng đến cảm biến
2. Cáp
- Cần cách li với các vùng có nhiệt độ cao
- Cần cách li với các phần chuyển động, rung lắc
- Tránh kéo căng
- Tránh nối dài thêm cáp
3. Thân cảm biến
- Cần giữ sạch
- Phần đầu thân cảm biến có lỗ để lấy không khí từ môi trường nên cần giữ cho thông thoáng
- Giữ thân cảm biến không bị bụi bẩn và thay đổi nhiệt độ đột ngột như dội nước vào
- Tránh phun nước áp suất cao vào cảm biến
- Tránh phủ các chất bảo vệ bề mặt thân cảm biến
4. Thân bắt cảm biến vào phương tiện
- Bôi mỡ trước khi lắp đặt
5. Mũi cảm biến
- Tránh va đập
- Tránh nhiễm bẩn
- Tránh xịt bất cứ thứ gì lên mũi cảm biến
- Tránh để mỡ dính lên
- Tránh sử dụng nhiên liệu pha phụ gia như chống đông nhiên liệu, chì, ...
4.2. Cấu tạo thân và mũi cảm biến
5. Bảng màu dây kết nối
6. Phương pháp đo nồng độ Oxy
6.1 Cấu tạo mũi cảm biến
trong đó:
1. Lớp vật liệu gốm
2. Điện cực
3. Dây kết nối điện cực
4. Vỏ cảm biến
5. Ống khí thải
6. Lớp gốm bảo vệ
7. Luống khí thải
8. Môi trường không khí bên ngoài
6.2 Nguyên lý
Nồng độ Oxy trong khí thải và môi trường không khí khác nhau làm xuất hiện trên hai điện cực một hiệu điện thế V. Phép màu nằm ở lớp vật liệu gốm.
Bản chất của lớp vât liệu gốm là một tế bào zirconia.
6.3. Đo nồng độ Oxy bằng tế bào zirconia
Zirconium oxide là thành phần phổ biến nhất của nguyên tố Zirconium. ZrO2 là một loại gốm hay vật liệu chịu lửa. Bằng cách pha zirconium oxide với Yttria, các lỗ trống sẽ xuất hiện trong mạng tinh thể hợp chất. Trong ZrO2 rắn , một số ion Zr4+ được bị thay thế bởi các ion Y3+ làm xuất hiện các lỗ trống ion O2- và như thế các ion O2- có thể khuếch tán qua ZrO2. Hiện tượng khuếch tán xảy ra mạnh mẽ hơn đặc biệt ở nhiệt độ khoảng 650*C.
Cấu tạo của tế bào zirconia gồm có một lớp mỏng ziconium oxide, 2 bề mặt được phủ lớp Palladium đóng vai trò như điện cực. Khi nồng độ khí Oxy hai bề mặt tế bào bằng nhau, các ion Oxy chuyển động ngẫu nhiên. Khi nồng độ Oxy hai bề mặt tế bào khác nhau, các ion Oxy bắt đầu di chuyển từ phía nồng độ Oxy cao sang phía nồng độ Oxy thấp. Qua trình sinh ra dòng điện ion chạy trong lớp vật liệu gốm, khi nối hai bề mặt tế bào ta có một hiệu điện thế V.
Hình: Đặc tuyến liên hệ điện áp ra trên tế bào với một số loại khí
Nhận thấy xung quanh điểm lambda = 1, đặc tuyến đối với Oxy (màu xanh lá cây) thay đổi đột ngột. Đây chính là vùng tạo ra tín hiệu mức điện áp cao/thấp khi AFR thay đổi khỏi tỉ lệ lý tưởng.
7. Nhận biết lỗi cảm biến
Để đánh giá chính xác một cảm biến Oxy cần kiểm tra trực quan cũng như kiểm tra hiệu năng của cảm biến.
1. Kiểm tra dây kết nối phát hiện các trường hợp dây tín hiệu hoàn động kém hoặc đứt
2. Kiểm tra vỏ cảm biến phát hiện vết lõm, thủng gây gãy bên trong
3. Kiểm tra đầu kết nối đam rbảo sạch sẽ và nguyên vẹn
Kiểm tra trực quan:
Bình thường:
Ngoại hình:
> Sỉn màu
Nguyên nhân:
> Nhiên liệu cháy sạch
Bám bẩn chất chống đông:
Ngoại hình:
> Nhiều hạt màu trắng xám hoặc xanh lục bám vào
Nguyên nhân:
> Chất làm mát trong xi lanh động cơ
Giải pháp:
> Kiểm tra hệ thống làm mát động cơ, các miếng đệm dầu xem có rò rỉ không
> Thay thế cảm biến
Bám bẩn dầu:
Ngoại hình:
> Bám bẩn muội đen, xám
Nguyên nhân:
> Dầu bám vào
Giaỉ pháp
> Kiểm tra rò rỉ trong động cơ
> Thay cảm biến
Hỗn hợp nhiên liệu giàu:
Ngoại hình:
> Muội đen, nâu sẫm bám nhiều
Nguyên nhân:
> Hỗn hợp khí-nhiên liệu giàu
Giải pháp:
> Kiểm tra hệ thống phun nhiên liệu và đo lường khí thải
> Kiểm tra bộ phận nung nóng cảm biến Oxy
> Sửa chữa các lỗi phát hiện được
> Thay cảm biến
Ô nhiễm chất phụ gia nhiên liệu:
Ngoại hình:
> Bám bẩn màu đỏ, trắng
Nguyên nhân:
> Nồng độ chất phụ gia trong nhiên liệu quá mức hoặc sử dụng trong thời gian dài
Giải pháp:
> Xem xét nhiên liệu, vệ sinh động cơ
> Thay cảm biến
Ô nhiễm chì:
Ngoại hình:
> Bám bẩn màu xám bóng, bạch kim
Nguyên nhân:
> Sử dụng nhiên liệu pha chì
Giải pháp:
> Xem xét nhiên liệu
> Thay cảm biến
> Kiểm tra tình trạng bộ chuyển đổi khí thải, chì có thể ảnh hưởng đến nó.
8. Vài vấn đề về Oxygen Sensor/Lambda Sensor
Q: Làm thế nào điều khiển chế hòa khí ?
A:
Tín hiệu từ cảm biến Oxy phản ánh trạng thái giàu/nghèo của hỗn hợp khi-nhiên liệu, đưa về ECU để điều khiển độ dài thời gian phun nhiên liệu.
Q: Cảm biến Oxy đặt sau bộ chuyển đổi khí thải có tác dụng gì?
A:
Để so sánh phẩm chất khí thải trước và sau bộ chuyển đổi khí thải, phản ánh hiệu quả của nó.
Q: Tại sao cần nung nóng cảm biến đến nhiệt độ thích hợp ?
A:
Để tế bào zirconia đạt đến độ nhạy cảm và tốc độ đáp ứng tối đa.
FastFurious97
Tài xế O-H
Ilove-oto
Tài xế O-H
Bạn hãy đăng nhập hoặc đăng ký để phản hồi tại đây nhé.
Cộng đồng nổi bật
Chủ đề bác đang quan tâm
-
-
Tại sao sắt xi xe tải lại có nhiều lỗ khoan? Sao xe Nhật ít khoan hơn xe Trung Quốc?- Mới nhất: Quangcamry110
-
Chào cả nhà. E đang dính 1con kia bonggo đề nổ 1 2s là tắt. Em làm hết mọi cách- Mới nhất: Nngochong290598
