Cảm Biến Lưu Lượng Khí Nạp – MAF Sensor – Cẩm nang toàn tập

Trong hệ thống điện điều khiển động cơ chế hòa khí, lượng nhiên liệu phun đều dựa vào áp suất chân không trong họng hút động cơ là chủ yếu. Còn với động cơ sử dụng hệ thống phun xăng điện tử thì lượng nhiên liệu phun lại được quyết định bởi lượng không khí đi vào trực tiếp xy-lanh dựa trên thông tin mà cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) thu nhận được.

1. Chức năng và nhiệm vụ

Cảm biến MAF có chức năng đo khối lượng khí nạp qua cửa hút và truyền tín hiệu về ECU để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun đạt tỉ lệ chuẩn và điều chỉnh góc đánh lửa phù hợp.

Khi cảm biến lưu lượng khí nạp gặp vấn đề động cơ sẽ chạy không êm, không đều hoặc không chạy được, công suất động cơ kém, xe chạy tốn nhiên liệu hơn, chết máy,…

2. Các loại cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến lưu lượng khí nạp chủ yếu được chia thành 2 loại, các cảm biến để phát hiện khối lượng không khí nạp, và cảm biến đo thể tích không khí nạp, cảm biến đo khối lượng và cảm biến đo lưu lượng không khí nạp có các loại như sau.

• Cảm biến đo khối lượng khí nạp: Kiểu dây sấy.
• Cảm biến đo lưu lượng khí nạp: Kiểu cánh và kiểu gió xoáy quang học Karman.

Hiện nay hầu hết các xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu dây nóng vì nó đo chính xác hơn, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn.

a. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp: Kiểu cánh

• Cấu tạo: Được cấu thành từ nhiều bộ phận như thể hiện ở hình minh họa

• Nguyên lý hoạt động:

Khi không khí đi qua cảm biến từ bộ lọc khí, nó đẩy tấm đo mở ra cho đến lực tác động vào tấm đo cân bằng với lò xo phản hồi.

Chiết áp được nối đồng trục với tấm đo này, sẽ biến đổi thể tích không khí nạp thành một tín hiệu điện áp (tín hiệu VS) được truyền đến ECU động cơ.

• Sơ đồ mạch điện

Có hai loại cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh, chúng khác nhau về mạch điện. Một loại điện áp VS giảm khi lượng khí nạp lớn, còn loại kia tăng khi lượng khí nạp tăng.

+ Loại 1: ECU động cơ có 1 mạch điện áp không đổi cấp điện áp 5V đến cực VC của cảm biến. Vì vậy, điện áp ra tại cực VS sẽ luôn báo chính xác góc mở của tấm đo và do đó báo chính xác lượng khí nạp.

+ Loại 2: Loại cảm biến này được điện áp ắc quy đến cực VB.

Loại cảm biến lưu lượng khí nạp này không được cấp điện áp không đổi 5V từ ECU nên điện áp được xác định bởi tỷ số điện trở VB và VC và điện trở VC và E2 được đưa đến ECU động cơ qua cực VC.

Kết quả là, thậm chí khi điện áp VS bị ảnh hưởng bởi sự dao động của điện áp ắc quy, ECU động cơ sẽ tính toán theo công thức sau để nhận biết chính xác khí nạp.

b. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp: Kiểu gió xoáy quang học Karman

• Cấu tạo:

Kiểu cảm biến lưu lượng khí nạp này trực tiếp cảm nhận thể tích không khí nạp bằng quang học. So với cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh, nó có thể làm nhỏ hơn và nhẹ hơn về trọng lượng. Cấu tạo đơn giản của đường không khí cũng giảm sức cản của không khí nạp.

• Nguyên lý hoạt động:

Một trụ “bộ tạo dòng xoáy” được đặt ở giữa một luồng không khí đồng đều tạo ra  gió xoáy được gọi là “gió xoáy Karman” ở hạ lưu của trụ này. Vì tần số dòng xoáy Karman được tạo ra tỷ lệ thuận với tốc độ của luồng không khí, thể tích của luồng không khí có thể được tính bằng cách đo tần số của gió xoáy này.

Các luồng gió xoáy được phát hiện bằng cách bắt bề mặt của một tấm kim loại mỏng (được gọi là “gương”) chịu áp suất của các gió xoáy và phát hiện các độ rung của gương bằng quang học bởi một cặp quang điện (một LED được kết hợp với một tranzito quang).

Tín hiệu của thể tích khí nạp (KS) là một tín hiệu xung giống như tín hiệu được thể hiện trong hình minh họa. Khi thể tích không khí nạp nhỏ, tín hiệu này có tần số thấp. Khi thể tích khí nạp lớn, tín hiệu này có tần số cao.

Sơ đồ mạch điện:

c. Cảm biến đo khối lượng khí nạp: Kiểu dây sấy

• Cấu tạo: Cảm biến lưu lượng khí nạp gọn và nhẹ như được thể hiện trong hình minh họa ở bên dưới là loại cắm phích được đặt vào đường không khí, và làm cho phần không khí nạp chạy qua khu vực phát hiện. Một dây nóng và nhiệt điện trở, được sử dụng như một cảm biến, được lắp vào khu vực phát hiện. Bằng cách trực tiếp đo khối lượng không khí nạp, độ chính xác phát hiện được tăng lên và hầu như không có sức cản của không khí nạp. Ngoài ra, vì không có các cơ cấu đặc biệt, dụng cụ này có độ bền tuyệt hảo.

Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy quanh dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối không khí nạp. Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỷ lệ thuận với khối không khí nạp. Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó. Trong trường hợp của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy, dòng điện này được biến đổi thành một điện áp, sau đó được truyền đến ECU động cơ từ cực VG.

• Sơ đồ mạch điện:

Trong cảm biến lưu lượng khí nạp thực tế, một dây sấy được ghép vào mạch cầu. Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau ([Ra+R3]*R1=Rh*R2).

Khi dây sấy này (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B. Một bộ khuyếch đại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy (Rh)). Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy (Rh) lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn). Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B.