Cảm biến này truyền tín hiệu SPD và ECU động cơ sử dụng tín hiệu này chủ yếu để điều khiển hệ thống ISC và tỷ lệ không khí-nhiên liệu trong lúc tăng tốc hoặc giảm tốc cũng như các sử dụng khác
LoạiMRE
Cảm biến này được lắp trong hộp số, hoặc hộp số phụ, và được dẫn động bằng bánh răng chủ động của trục thứ cấp. Như được thể hiện trong hình minh họa, cảm biến này được gắn vào và gồm có một HIC (Mạch tích hợp lai) có một MRE và các vòng từ tính
Điện trở MRE sẽ thay đổi theo chiều của lực từ đặt vào MRE. Khi chiều của lực từ thay đổi theo vòng quay của nam châm gắn vào vòng từ tính này, đầu ra của MRE sẽ có một dạng sóng AC nh* thể hiện ở hình minh họa. Bộ so trong cảm biến này biến đổi dạng sóng AC này thành tín hiệu số và truyền nó đi. Tần số của dạng sóng này được xác định bằng số cực của các nam châm gắn vào vòng từ tính. Có 2 loại vòng từ tính, loại 20 cực và loại 4 cực, tuỳ theo kiểu xe. Loại 20 cực sinh ra một dạng sóng 20 chu kỳ (nói khác đi, 20 xung trong mỗi vòng quay của vòng từ tính này), và loại 4 cực sinh ra dạng sóng 4 chu kỳ. Trong một số kiểu xe, tín hiệu từ cảm biến tốc độ đi đồng hồ táp lô trước khi đến ECU động cơ, và trong các kiểu xe khác, tín hiệu từ cảm biến tốc độ này đến thẳng ECU của động cơ. Các mạch ra của cảm biến tốc độ gồm có loại điện áp ra và loại biến trở
Hình 1.29 Cảm biến tốc độ xe 1.3.8 Bộ báo tín hiệu G và Ne
Tín hiệu G và NE được tạo ra bởi cuộn nhận tính hiệu, bao gồm một cảm biến vị trí trục cam hoặc cảm biến vị trí trục khuỷu, và đĩa tín hiệu hoặc rôto tín hiệu. Thông tin từ hai tín hiệu này được kết hợp bởiECU động cơ để phát hiện đầy đủ góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ.
1.3.8.1 Cảm biến vị trí trục cam (bộ tạo tín hiệu G)
Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng.
Số răng là 1, 3 hoặc một số khác tuỳ theo kiểu động cơ. (Trong hình vẽ có 3 răng). Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này được chuyển đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định TDC (điểm chết trên) kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa
Trong điều khiển động cơ bằng điện tử, người ta thường xác định vị trí góc quay động cơ so với một điểm cụ thể của chu trình. Trong trường hợp này, việc xác định vị trí trục cam cũng rất cần thiết. Xác định vị trí động cơ thông qua cảm biến vị trí trục cam và trục khuỷu (dùng để phân phối nhiên liệu và đánh lửa) . Thường thì chỉ cần biết vị trí trục cam ở một điểm nào đó. Vị trí trục cam được xác định một cách dễ dàng nhờ một cảm biến điện từ tương tự như cảm biến vị trí trục khuỷu ở phần trên.
Cảm biến này sẽ tìm điểm so vị trí góc quay trên trục cam để xác định điểm bắt đầu của một chu trình động cơ. Khi điểm này được tìm ra, cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ cung cấp thông tin hiệu quả cho việc định thời gian phun nhiên liệu và đánh lửa.
Trên hình, cảm biến điện từ loại nam châm cố định được gắn gần với một đĩa sắt từ trên trục cam. Đĩa này có một vết lõm (hoặc một răng nhô ra) được vẽ ở hình 1.30. Vết lõm này làm tăng từ trở yếu (một đường sức mạnh) khi đối diện với trục cảm biến. Khi đó, từ trở của mạch từ tăng lên do độ từ thẫm của không khí ở chỗ lõm thấp hơn độ từ thẫm của đĩa thép. Từ trở khá cao làm cho từ thông giảm và làm sinh ra điện áp của cảm biến.
Khi cam quay, vết lõm đi qua cảm biến một lần trong hai vòng quay trục khuỷu. Từ thông tăng đột ngột sau đó giảm khi vết lõm rời cảm biến. Nó phát ra một xung điện áp dùng cho định thời điểm trong hệ thống điều khiển điện tử.
Cảm biến vị trí loại hiệu ứng Hall
Như đã được đề cập, một nhược điểm chính của cảm biến điện từ là không có tín hiệu ra khi động cơ không hoạt động. Một cảm biến vị trí trục khuỷu tránh được khuyết điểm này là cảm biến vị trí loại hiệu ứng Hall. Cảm biến này có thể được dùng để đo vị trí trục cam hoặc trục khuỷu.
Một cảm biến vị trí dùng hiệu ứng Hall được thể hiện ở hình 1.31. Cảm biến này tương tự như cảm biến điện từ ở việc dùng một đĩa thép có các răng nhô ra và một nam châm cho việc kết nối đĩa với phần cảm. Một điểm giống nhau nữa là đĩa thép làm thay đổi từ trở của dòng từ khi các răng đi qua giữa các cực của nam châm.
Hình 1.31. Cảm biến vị trí hiệu ứng Hall Hiệu ứng Hall
Phần tử Hall là một miếng vật liệu bán dẫn nhỏ, nhẵn và mỏng. Khi có một dòng I từ mạch ngoài đi qua, một điện áp sẽ sinh ra trên miếng bán dẫn có phương vuông góc với phương của dòng điện và chiều của từ trường. Điện áp này tỉ lệ với cả cường độ dòng điện và cường độ từ trường. Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng Hall (sự phát sinh điện áp phụ thuộc vào từ trường).Ở hình b dòng I là dòng các hạt điện tử chạy từ bên trái qua phải. Từ thông chạy dọc theo các chân của nam châm và vuông góc với bề mặt phần tử Hall. Khi các điện tử di chuyển Một xung điện áp trên mỗi vòng dây
Cảm biến Bánh dập dao động Khe
Phần nối dài của trục khuỷu
Hình 1.30. Cảm biến vị trí trục khuỷu
qua từ trường thì một lực (gọi là lực Lorentz) tỉ lệ với tốc độ các hạt điện tử và cường độ từ trường tác dụng lên các điện tử. Chiều của lực này vuông góc với chiều của dòng điện di chuyển. Ở hình 1.32 chiều của lực Lorentz sẽ làm lệch các hạt điện tử xuống phía điện cực dưới, vì vậy, điện cực này sẽ âm hơn điện cực trên và một điện áp sẽ xuất hiện giữa các cực.
a.Phần tử Hall b. Sự phát ra điện áp Hall Hình 1.32. Hiệu ứng Hall
Khi cường độ từ trường tăng, càng có nhiều điện tử bị lệch xuống dưới hơn. Nếu dòng I được giữ cố định thì điện áp Vo tỉ lệ với từ thông mà từ thông này lại tỉ lệ với vị trí các răng. Điện áp ra tương đối yếu, vì vậy, nó được khuếch đại (xem hình 1.32)
Dạng xung ra
Như đã đề cập trong phần cảm biến vị trí trục khuỷu dạng điện từ, từ thông phụ thuộc vào vị trí của các răng. Từ thông lớn nhất khi một trong các răng đối xứng với các cực của nam châm và điểm này tương ứng với điểm chết trên của một trong các xy lanh. Dạng xung điện áp ra Vo được tạo ra bởi phần tử Hall trong cảm biến ở hình 1.31 được minh họa ở hình 1.32. Do Vo tỉ lệ với từ thông nên nó đạt giá trị cực đại khi bất kì răng nào ở vị trí nằm giữa các cực của nam châm (tương ứng với điểm chết trên của một xylanh). Nếu đĩa được dẫn động bằng trục cam thì đĩa phải có số răng bằng số xy lanh động cơ. Do đó, đĩa trên hình dùng cho một động cơ bốn xy lanh. Cần nhớ rằng điện áp ra tương ứng với góc khuỷu sẽ không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, cảm biến này có thể được dùng để xác định các thời điểm (phun xăng và đánh lửa) của động cơ ngay cả khi động cơ không hoạt động (ví dụ như khi động cơ được chạy rà ở cuối dây chuyền lắp ráp).
Hình 1.33 Dạng điện áp ra của phần tử Hall trong cảm biến vị trí hình 132 Góc khuỷu
1.3.8.2. Cảm biến vị trí của trục khuỷu (bộ tạo tín hiệu NE)
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc độ của động cơ. ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tính toán thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản
Đối với tín hiệu G, tín hiệu NE được tạo ra bởi khe không khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu và các răng trên chu vi của rôto tín hiệu NE được lắp trên trục khuỷu. Hình minh họa trình bày một bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi của rôto tín hiệu NE và một khu vực có 2 răng khuyết. Khu vực có 2 răng khuyết này có thể được sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu, nhưng nó không thể xác định xem đó là TDC của chu kỳ nén hoặc TDC của kỳ xả. ECU động cơ kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G để xác định đầy đủ và chính xác góc của trục khuỷu.
Ngoài loại này, một số bộ phát tín hiệu có 12, 24 hoặc một răng khác, nhưng độ chính xác của việc phát hiện góc của trục khuỷu sẽ thay đổi theo số răng. Ví dụ, Loại có 12 răng có độ chính xác về phát hiện góc của trục khuỷu là 30°CA
Hình 1.34.Cảm biến vị trí hiệu ứng Hall dạng chắn mạch từ
Cảm biến Hall dạng chắn
Hình 1.34 giới thiệu một cảm biến Hall khác. Trong kiểu này, phần tử Hall được nhận một từ trường và phát một điện áp ra. Khi một trong các răng đi vào giữa nam châm và phần tử cảm biến, từ trở thấp của đĩa và răng cung cấp một đường dẫn cho dòng từ không đi qua phần tử Hall và điện áp ra từ cảm biến giảm xuống không. Chú ý dạng sóng ở hình 1.34 b sẽ ngược với ở hình 1.32 Cảm biến vị trí trục khuỷu dùng hiệu ứng quang
Trong môi trường đủ sạch thì vị trí của một trục có thể được xác định bằng cách sử dụng các kỹ thuật quang học. Hình 1.34 minh họa hệ thống này.
Một lần nữa, giống như hệ thống sử dụng từ, một đĩa được gắn liền với trục khuỷu. Ở đây, đĩa có nhiều lỗ bên trong tương ứng với số vấu trong hệ thống sử dụng cảm biến điện từ. Trên hai mặt đĩa là các sợi cáp quang. Lỗ trên đĩa cho phép truyền ánh sáng xuyên qua sợi cáp quang từ nguồn ánh sáng do diode phát ra (LED) vì thế transitor quang được sử dụng giống như một cảm biến nhận ánh sáng. Ánh sáng sẽ không được truyền từ nguồn đến cảm biến khi không có lỗ bởi đĩa kim loại sẽ cản ánh sáng. Như đã được trình bày ở hình 1.35, xung ánh sáng được tiếp nhận bởi các transitor quang và được nối với một bộ khuếch đại để thu được mức tín hiệu thích hợp. Mức xung điện áp ra có thể dễ dàng đưa về các mức logic với +2,4 (V) đối với mức cao và +0,8 (V) đối với mức thấp. Các xung này có thể dễ dàng xử lí ở các vi mạch số.
Một trong các hạn chế của các cảm biến quang là chúng phải được bảo vệ tránh khỏi bụi và dầu; nếu không, nó sẽ làm việc không chính xác. Ưu điểm của nó là có thể xác định vị trí mà không cần động cơ hoạt động và biên độ xung không đổi theo tốc độ động cơ.
a. Hệ thống b. Xung phát ra
Hình 1.35. Cảm biến vị trí loại quang