Trong ngành công nghiệp ô tô và điện tử, cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường nạp MAP (Manifold Absolute Pressure) đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường áp suất không khí đưa vào động cơ. Áp suất này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu quả năng lượng của động cơ, đặc biệt là trong hệ thống động cơ xăng. Đề tài về cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường nạp MAP dưới đây sẽ giúp bạn phần nào hiểu được thêm về hệ thống này.
Cảm biến này được sử dụng trên hệ thống phun xăng loại D-Jetronic, dùng để đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp. Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp sẽ thay đổi và chuyển thành tín hiệu điện thế báo về ECU để tính ra lượng không khí đi vào xy lanh. Sau đó, dựa vào giá trị này ECU sẽ điều khiển thời gian mở vòi phun và thời điểm đánh lửa.
Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường nạp Map có ba loại:
1. Loại áp điện kế:
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đổi điện trở.
Cảm biến áp suất đường ống nạp
Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ (hay gọi là màng ngăn) dày hơn ở hai mép ngoài (khoảng 0,25 mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025 mm). Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến. Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện (Piezoresistor).
Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi. Các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone. Khi màng ngăn không bị biến dạng (tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn), tất cả bốn điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện áp giữa 2 đầu cầu. Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở áp điện cũng bị thay đổi và làm mất cân bằng cầu Wheastone. Kết quả là giữa 2 đầu cầu sẽ có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để điều khiển mở transistor ở ngõ ra của cảm biến có cực C treo. Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp gửi về ECU.
Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp xuất đường ống nạp
b. Mạch điện:
Mạch điện cảm biến áp xuất đường ống nạp
c. Đường đặc tính:
Đường đặc tính của MAP sensor
Hiện nay trên các ô tô, tồn tại 2 loại cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp khác nhau về tín hiệu đầu ra: điện thế (TOYOTA, HONDA, DAEWOO, GM, CHRYSLER…) và tần số(FORD). Ở loại MAP điện thế, giá trị điện thế thấp nhất (khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn) và giá trị cao nhất (khi động cơ ở chế độ toàn tải) cũng phụ thuộc vào loại xe, gây khó khăn trong việc lắp lẫn
2. Loại điện dung:
Cảm biến này dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung tụ điện. Cảm biến bao gồm hai đĩa silicon đặt cách nhau tạo thành buồng kín ở giữa. Trên mỗi đĩa có điện cực nối hai tấm silicon với nhau. Áp suất đường ống nạp thay đổi sẽ làm cong hai đĩa vào hướng bên trong, làm khoảng cách giữa hai đĩa giảm khiến tăng điện dung tụ điện. Sự thay đổi điện dung tụ điện sinh tín hiệu điện áp gửi về ECU để nhận biết áp suất trên đường ống nạp. (Hình 1.39)
Sơ đồ cấu tạo cảm biến MAP loại điện dung
3. Loại sai lệch từ tuyến tính:
Sơ đồ nguyên lý MAP sensor loại sai lệch từ tuyến tính
Cảm biến này bao gồm một cuộn dây sơ cấp, hai cuộn dây thứ cấp quấn ngược chiều nhau và một lõi sắt di chuyển. Một nguồn điện áp xoay chiều được cung cấp cho cuộn sơ cấp. Khi lõi ở vị trí giữa, chênh lệch điện thế giữa hai cuộn thứ cấp bằng không. Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, buồng khí áp sẽ hút lõi thép di chuyển phù hợp với tải động cơ, lúc này từ thông qua hai cuộn thứ cấp sẽ khác biệt gây nên sự chênh lệch điện thế. Tín hiệu điện thế từ các cuộn thứ cấp được gửi về ECU để xác định áp suất trên đường ống nạp.
Việc sử dụng cảm biến này giúp cải thiện hiệu suất của động cơ bằng cách cung cấp thông tin chính xác về áp suất khí nạp, từ đó tối ưu hóa phân phối nhiên liệu và điều khiển đốm nhiên liệu. Trong tương lai, sự tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường nạp MAP hứa hẹn mang lại những ứng dụng mới, đóng góp vào sự phát triển của xe ô tô thông minh và thân thiện với môi trường.
