Cảm biến vị trí trục cam: Tất tần tật thông tin bạn cần biết

Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao động cơ ô tô lại hoạt động một cách chính xác và hiệu quả đến vậy? Bí quyết nằm ở những bộ phận nhỏ bé nhưng vô cùng quan trọng như cảm biến vị trí trục cam. Hãy cùng Wuling EV Vietnam khám phá xem bộ phận này hoạt động như thế nào và tại sao nó lại quan trọng đến vậy

1. Cảm biến trục cam là gì? Chức năng cảm biến trục cam 

Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor - CPS) là một linh kiện điện tử không thể thiếu trong hệ thống điều khiển động cơ đốt trong hiện đại. CPS có nhiệm vụ chính là đo góc quay của trục cam và gửi tín hiệu điện về ECU (Module điều khiển động cơ). ECU sẽ dựa vào tín hiệu này để xác định chính xác thời điểm đánh lửa, phun nhiên liệu, cũng như các thông số khác liên quan đến quá trình đốt cháy nhiên liệu. CPS thường được lắp đặt gần trục cam, có thể trên nắp quy lát, đầu máy hoặc ngay trên thân trục cam. 

Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor - CPS) là thiết bị đo lường vị trí và tốc độ của trục cam trong động cơ.

• Xác định vị trí trục cam: CPS đo và gửi tín hiệu về vị trí của trục cam đến ECU.
• Điều chỉnh thời điểm đánh lửa: Dựa vào tín hiệu từ CPS, ECU tính toán và điều chỉnh thời điểm đánh lửa chính xác nhất, tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
• Điều khiển phun nhiên liệu: CPS giúp xác định thời điểm phun nhiên liệu phù hợp, đảm bảo hỗn hợp nhiên liệu cháy hoàn toàn.
• Điều khiển các hệ thống khác: Tín hiệu từ CPS còn được sử dụng để điều khiển các hệ thống như van biến thiên, điều khiển tua máy, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm khí thải.
• Đảm bảo hoạt động ổn định và bền bỉ của động cơ: Nhờ CPS, động cơ hoạt động trơn tru, hiệu quả, kéo dài tuổi thọ và giảm thiểu hỏng hóc.

Chức năng của cảm biến vị trí trục cam 

2. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và vị trí cảm biến vị trí trục cam

2.1. Cấu tạo 

Cảm biến trục cam có thể được chia thành hai loại chính: cảm biến hiệu ứng điện từ và cảm biến hiệu ứng Hall, mỗi loại có cấu tạo đặc trưng như sau:

Lưu ý: Ngoài ra, một số dòng xe vẫn sử dụng Delco chia điện, thì cảm biến trục cam nằm trong bộ chia điện và sử dụng loại cảm biến quang. Tuy nhiên, loại này không còn thông dụng và rất ít khi được dùng.

2.2. Nguyên lí làm việc

Nguyên lý hoạt động của cảm biến hiệu ứng điện từ dựa trên hiệu ứng cảm ứng điện từ của Faraday. Một cuộn dây được cấp điện tạo ra từ trường xung quanh nó. Khi trục cam, làm từ kim loại, quay qua vùng từ trường này, từ thông qua cuộn dây thay đổi. Sự thay đổi này tạo ra một suất điện động cảm ứng trong cuộn dây, tỷ lệ với tốc độ biến đổi từ thông. Tín hiệu điện này sau đó được truyền đến bộ điều khiển động cơ (ECU), giúp xác định vị trí và tốc độ của trục cam, từ đó điều chỉnh thời gian đánh lửa và phun nhiên liệu. Điều này đảm bảo động cơ hoạt động tối ưu, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.

Từ nguyên lý Faraday đến cảm biến điện từ: Cách thức hoạt động

Nguyên lí làm việc của cảm biến hiệu ứng hall dựa trên hiệu ứng Hall. Khi trục cam quay, từ trường xung quanh cảm biến thay đổi, gây ra sự xuất hiện của điện áp Hall. Điện áp này được tạo ra bởi sự di chuyển của các electron trong vật liệu bán dẫn của cảm biến khi từ trường tác động. Điện áp Hall này cung cấp dữ liệu chính xác về vị trí của trục cam, giúp ECU điều chỉnh chính xác thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa. Cảm biến Hall được đánh giá cao về độ chính xác và ổn định, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm. Điều này làm cho cảm biến Hall trở thành lựa chọn ưu việt trong các hệ thống động cơ hiện đại.

Nguyên tắc hoạt động của cảm biến vị trí Hall

2.3. Vị trí

Cảm biến hiệu ứng điện từ thường được đặt ở vị trí trên hoặc gần nắp dàn cò, gần trục cam của động cơ. Cấu tạo của cảm biến này bao gồm cuộn dây và nam châm vĩnh cửu. Khi trục cam quay, sự thay đổi từ trường tạo ra trong vùng từ của nam châm sẽ cảm ứng ra tín hiệu điện trong cuộn dây. Vị trí này cho phép cảm biến dễ dàng theo dõi và truyền tín hiệu về bộ điều khiển động cơ (ECU) một cách chính xác.

Vị trí này giúp cảm biến tiếp xúc trực tiếp với từ trường biến đổi do sự quay của bánh răng cam tạo ra, đảm bảo tín hiệu thu được chính xác và ổn định.

Cảm biến hiệu ứng Hall cũng được lắp đặt ở những vị trí tương tự như cảm biến hiệu ứng điện từ, thường là trên nắp dàn cò hoặc gần trục cam. Tuy nhiên, thay vì sử dụng cuộn dây và nam châm, cảm biến Hall sử dụng phần tử Hall để phát hiện sự thay đổi trong từ trường. Khi trục cam quay, phần tử Hall sẽ phát hiện sự thay đổi từ trường và tạo ra tín hiệu điện gửi về ECU. Cảm biến Hall nổi tiếng với độ chính xác cao và khả năng hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau, đặc biệt phổ biến trên các dòng xe hiện đại.

Cả cảm biến hiệu ứng điện từ và cảm biến hiệu ứng Hall đều có vai trò quan trọng trong việc đo vị trí và tốc độ của các bộ phận chuyển động trong ô tô. 

Nhờ vị trí lắp đặt chiến lược này, cả hai loại cảm biến đều có thể cung cấp thông tin quan trọng về vị trí của trục cam, giúp tối ưu hóa việc phun nhiên liệu và đánh lửa, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền của động cơ.

3. Các lỗi hỏng cảm biến vị trí trục cam phổ biến

Cảm biến vị trí trục cam là một thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ, giúp xác định chính xác vị trí của trục cam và đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả. Khi cảm biến gặp lỗi, động cơ có thể xuất hiện một số triệu chứng như sau:

• Đèn Check Engine sáng: Đây là dấu hiệu chung của nhiều vấn đề trong hệ thống động cơ, trong đó có lỗi cảm biến vị trí trục cam. Khi đèn này sáng, ECU đã phát hiện vấn đề và lưu lại mã lỗi liên quan.
• Khởi động khó khăn hoặc không khởi động được: Khi cảm biến hỏng, ECU không nhận được tín hiệu chính xác về vị trí trục cam, dẫn đến việc hệ thống đánh lửa và phun nhiên liệu không hoạt động đồng bộ, gây khó khăn cho quá trình khởi động.
• Động cơ hoạt động không ổn định: Lỗi cảm biến có thể khiến động cơ rung, giật hoặc mất công suất khi tăng tốc. Điều này do ECU không thể điều chỉnh lượng nhiên liệu và thời điểm đánh lửa một cách tối ưu.

Việc tự sửa chữa cảm biến vị trí trục cam tại nhà là không khuyến khích, vì nó đòi hỏi kiến thức chuyên môn và dụng cụ chuyên dụng.

Các mã lỗi thường gặp:

Các mã lỗi này giúp thợ sửa xe xác định chính xác vấn đề với cảm biến vị trí trục cam. Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả, việc kiểm tra và bảo dưỡng cảm biến vị trí trục cam định kỳ là rất quan trọng. Điều này không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ của cảm biến mà còn đảm bảo sự an toàn và hiệu suất của xe.

4. Hướng dẫn cách cảm biến vị trí trục cam

Kiểm tra và bảo dưỡng cảm biến vị trí trục cam là cần thiết để đảm bảo xe hoạt động ổn định. Dưới đây là các bước kiểm tra cho hai loại cảm biến phổ biến: cảm biến từ và cảm biến Hall

4.1. Đối với loại cảm biến từ

• Bước 1: Trước tiên, hãy đảm bảo rằng tất cả các dây kết nối với cảm biến đều chắc chắn và không có dấu hiệu đứt gãy hay oxi hóa. Điều này giúp đảm bảo tín hiệu từ cảm biến được truyền đúng và đầy đủ.
• Bước 2: Sử dụng các dung dịch vệ sinh chuyên dụng để làm sạch lõi từ và các bộ phận xung quanh. Bụi bẩn và mảnh vụn có thể gây nhiễu tín hiệu, dẫn đến sai lệch trong hoạt động của động cơ.
• Bước 3: Sử dụng đồng hồ đo điện để kiểm tra điện trở của cuộn dây trong cảm biến. So sánh kết quả với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất để xác định tình trạng hoạt động của cảm biến.
• Bước 4: Quan sát đồng hồ VOM. Nếu kim đồng hồ dao động, chứng tỏ cảm biến đang hoạt động bình thường. Nếu kim đồng hồ không nhúc nhích, cảm biến có thể bị hỏng.

Đối với cảm biến từ, việc bảo dưỡng định kỳ là cách hiệu quả để kéo dài tuổi thọ và đảm bảo hoạt động ổn định của cảm biến vị trí trục cam.

4.2. Đối với loại cảm biến Hall 

• Bước 1: Trước tiên, chuẩn bị một đồng hồ vạn năng và đặt nó về thang đo điện áp DC để sẵn sàng kiểm tra tín hiệu từ cảm biến.
• Bước 2: Đặt hai đầu que đo của đồng hồ vào hai chân tín hiệu của cảm biến. Điều này sẽ giúp bạn kiểm tra được tín hiệu điện áp mà cảm biến phát ra.
• Bước 3: Không cần khởi động động cơ, chỉ cần bật chìa khóa đến vị trí ON. Điều này sẽ kích hoạt hệ thống điện của xe và cung cấp nguồn cho cảm biến.
• Bước 4: Kiểm tra xem điện áp hiển thị trên đồng hồ có nằm trong khoảng quy định của nhà sản xuất hay không. Thông thường, các giá trị này sẽ được ghi trên cảm biến hoặc trong tài liệu kỹ thuật của xe..
• Bước 5: Bạn có thể quay tay khởi động hoặc sử dụng máy scan để kích hoạt cảm biến. Quan sát xem điện áp có thay đổi theo đúng quy luật khi cảm biến hoạt động hay không. Sự thay đổi này phải đồng bộ với các thông số kỹ thuật đã được thiết lập.

Đối với cảm biến Hall, việc kiểm tra cảm biến trục cam đòi hỏi kiến thức chuyên môn và dụng cụ đo lường chính xác

Khi kiểm tra cảm biến vị trí trục cam, cần lưu ý rằng vị trí cảm biến có thể khác nhau tùy vào loại xe; hãy tham khảo sách hướng dẫn hoặc nhờ kỹ thuật viên xác định. Ngoài ra, các loại cảm biến khác như cảm biến quang học cũng cần được kiểm tra theo hướng dẫn kỹ thuật cụ thể. Đảm bảo ngắt nguồn điện và tuân thủ các quy định an toàn khi làm việc với hệ thống điện. Nếu cảm biến bị hỏng, nên ngừng sử dụng xe và đưa xe đến gara uy tín để kiểm tra và sửa chữa chuyên nghiệp nhằm tránh hư hỏng động cơ.

Hiểu biết về cảm biến vị trí trục cam và chức năng cảm biến trục cam không chỉ giúp bạn tiết kiệm chi phí mà còn kéo dài tuổi thọ của động cơ, đảm bảo an toàn trên mọi hành trình. Wuling EV Vietnam khuyến nghị khách hàng thường xuyên kiểm tra và bảo dưỡng để duy trì hiệu suất ổn định của xe.