Tốc độ quay có thể được ghi nhận bằng nhiều cảm biến khác nhau:
- Cảm biến kiểu cảm ứng ở trục khuỷu
- Cảm biến Hall ở bộ chia điện (với cánh quay)
- Cảm biến Hall ở trục cam (với nam châm)
- Cảm biến Hall ở trục khuỷu (với bánh xe cảm biến xung)
Cảm biến tốc độ kiểu cảm ứng
Cảm biến bao gồm một đĩa bằng sắt từ có nhiều vấu răng, một cuộn dây điện quấn quanh lõi sắt từ (cuộn dây cảm biến), và một nam châm vĩnh cửu để nhận biết sự chuyển động liên tục của đĩa. Khi trục khuỷu quay, các răng của đĩa lần lượt đi ngang qua cuộn dây cảm biến, làm thay đổi từ thông trong cuộn dây, và tạo ra điện áp xoay chiều. ECU có thể xác định tốc độ quay động cơ từ tần số của điện áp cảm ứng xoay chiều này.
Trong trường hợp sử dụng tín hiệu từ cảm biến này để xác định thêm vị trí góc quay trục khuỷu, một vài vấu răng sẽ được loại bỏ để tạo khoảng trống, dùng làm dấu tham chiếu.
Khi khoảng trống đi ngang qua cuộn dây cảm biến, từ trường biến thiên nhanh hơn và tạo ra một điện áp cảm ứng lớn hơn (Hình 1). Ngoài ra, tần số của xung tham chiếu này nhỏ hơn tần số của các xung được tạo ra bởi các vấu răng khác. Dấu tham chiếu cho phép xác định vị trí góc quay nhất định của trục khuỷu, thí dụ như dấu tham chiếu cho biết piston của xy-lanh 1 ở 108 ° trục khuỷu trước ĐCT.
Cảm biến Hall
Có ưu điểm so với các cảm biến cảm ứng vì biên độ của tín hiệu điện áp không phụ thuộc vào tốc độ quay. Vì thế, tốc độ quay rất nhỏ cũng có thể đo được bởi cảm biến này.
Thành phần chính của cảm biến là bộ phát tín hiệu Hall được cấu tạo từ một lớp chất bán dẫn và một nguồn điện cung cấp dòng điện một chiều Iv chạy qua lớp chất bán dẫn.
Khi có từ trường (B) thẳng góc với lớp chất bán dẫn, các electron tự do trong lớp chất bán dẫn bị dồn về một phía và tạo ra điện áp Hall Us. Độ lớn của điện áp Hall này phụ thuộc vào độ lớn của từ trường.
Nguyên lý Hall được ứng dụng làm cảm biến đo tốc độ quay động cơ theo nhiều cách khác nhau.
Cảm biến Hall trong bộ chia điện với cánh quay
Cảm biến này (Hall-IC) gồm một bộ phát tín hiệu Hall, nam châm vĩnh cửu và mạch tích hợp để khuếch đại điện áp Hall và biến đổi thành tín hiệu xung vuông (điện áp cảm biến Us). Rotor của bộ chia điện được gắn cánh quay di chuyển qua khoảng trống giữa Hall-IC và thanh nam châm. Khi một cánh che chắn giữa Hall-IC và thanh nam châm thì từ trường tác dụng vào lớp chất bản dẫn bị triệt tiêu và điện áp Hall Us = 0.
Nếu cánh quay tiếp tục quay thì từ trường có thể xuyên qua Hall-IC và tạo ra điện áp Hall. Với số cánh che đã lưu trong bộ nhớ, ECU có thể xác định được tốc độ quay động cơ dựa trên việc đếm các xung điện áp.
Cảm biến Hall ở trục cam
Cảm biến gồm một bộ phát tín hiệu Hall và mạch tích hợp để xử lý tín hiệu. Từ trường để tạo điện áp Hall Un được phát ra từ một miếng nam châm gắn trên trục cam. Điện áp Hall Un xuất hiện khi miếng nam châm được trục cam quay ngang qua cảm biến.
Tín hiệu của cảm biến này chỉ được sử dụng để xác định tốc độ quay động cơ trong tình trạng khẩn cấp khi cảm biến tốc độ quay động cơ chính (ở trục khuỷu) bị hỏng.
Tuy nhiên, trong trường hợp động cơ sử dụng các cuộn dây đánh lửa trực tiếp hoặc điều khiển phun xăng riêng rẽ cho từng xy-lanh, ECU cần xác định được ĐCT cuối kỳ nén của xy-lanh số 1 để điều khiển chính xác từng cuộn dây đánh lửa hoặc kim phun. Tín hiệu của cảm biến tốc độ quay động cơ ở trục khuỷu và tín hiệu của cảm biến ở trục cam được phối hợp với nhau cho mục đích này. Khi các dấu tham chiếu của cảm biến ĐCT và của cảm biến tốc độ quay cùng xuất hiện thì ĐCT kế tiếp của xy-lanh 1 được xác định là ĐCT đánh lửa. Nếu chỉ xuất hiện dấu tham chiếu của cảm biến tốc độ thì ĐCT tiếp theo là ĐCT giữa kỳ thải và kỳ nạp của xy-lanh 1.
Cảm biến Hall ở trục khuỷu với đĩa phát xung
Cảm biến bao gồm 2 bộ phát tín hiệu Hall, một nam châm vĩnh cửu và mạch điện tử để xử lý các điện áp Hall từ 2 bộ phát tín hiệu Hall và khuếch đại thành điện áp cảm biến. Tương tự như cảm biến tốc độ quay động cơ kiểu cảm ứng, cảm biến này được gắn ở trục khuỷu và nhận biết chuyển động của một đĩa phát xung có dạng cánh che có lỗ. Khi cánh che quay ngang qua cảm biển, từ trường tác dụng lên hai bộ phát tín hiệu Hall khác nhau tùy theo vị trí của lỗ ở cánh che và vì thế các điện áp Hall được tạo ra tương ứng cũng không bằng nhau. Từ mỗi điện áp Hall UH đo được, mạch xử lý tạo ra điện áp cảm biến UG. Giống như cảm biến tốc độ quay động cơ kiểu cảm ứng, dấu tham chiếu được tạo ra bằng cách tăng độ lớn của một lỗ ở cánh che.
Tương tự như khi dùng tín hiệu của cảm biến tốc độ quay động cơ kiểu cảm ứng ở trục khuỷu, tín hiệu của cảm biến Hall ở trục khuỷu có thể được kết hợp với cảm biến Hall ở trục cam để xác định ĐCT cuối kỳ nén.
Các đại lượng hiệu chỉnh
Các đại lượng hiệu chỉnh cần thiết được thu thập từ:
- Các cảm biến nhiệt độ kiểu nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC) cho thí dụ nhiệt độ động cơ, nhiệt độ không khí nạp
- Các cảm biến áp suất (kiểu áp điện) cho: áp suất môi trường, áp suất đường ống nạp,…
- Các cảm biến Oxy
Xem thêm:
