Cảm biến vị trí trục khuỷu: Hoạt động, triệu chứng, sự cố, và kiểm tra

Cảm biến vị trí trục khuỷu đo tốc độ quay (RPM) và vị trí chính xác của trục khuỷu động cơ. Nếu không có cảm biến vị trí trục khuỷu, động cơ sẽ không thể khởi động.

Trong một số ô tô, cảm biến trục khuỷu được lắp đặt gần với puli chính (bộ cân bằng sóng hài) như chiếc Ford trong ảnh này. Trong các xe ô tô khác, cảm biến có thể được lắp đặt tại khu vực hộp số hoặc trong khối xi lanh động cơ, như trong ảnh dưới đây. Trong các tài liệu kỹ thuật, cảm biến vị trí trục khuỷu được viết tắt là CKP.

Cách hoạt động của cảm biến vị trí trục khuỷu

Cảm biến vị trí trục khuỷu được định vị sao cho các răng trên vòng răng cảm ứng gắn với trục khuỷu đi sát vào đầu cảm biến. Vòng này sẽ bị thiếu một hoặc nhiều răng để cung cấp cho máy tính động cơ (PCM) điểm tham chiếu đến vị trí trục khuỷu.

Khi trục khuỷu quay, cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp xung, trong đó mỗi xung tương ứng với một răng trên vòng điện trở. PCM sử dụng tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu để xác định thời điểm tạo ra tia lửa điện và thực hiện trong xi lanh nào. Tín hiệu từ vị trí trục khuỷu cũng được sử dụng để theo dõi xem có xi lanh nào bị bỏ lửa không. Nếu thiếu tín hiệu từ cảm biến, sẽ không có tia lửa và kim phun nhiên liệu sẽ không hoạt động.

Hai loại phổ biến nhất là cảm biến từ với cuộn dây nhận tạo ra điện áp A/C và cảm biến hiệu ứng Hall tạo ra tín hiệu sóng vuông kỹ thuật số. Xe hơi hiện đại sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall cho cảm biến vị trí trục khuỷu. Cảm biến loại cuộn dây nhận có đầu nối hai chân. Cảm biến hiệu ứng Hall có đầu nối ba chân (điện áp tham chiếu, nối mát và tín hiệu).

Cảm biến từ/cảm ứng

Cảm biến từ/cảm ứng hay còn gọi là cảm biến đón từ trong quá trình hoạt động làm việc, do tác dụng cảm ứng, cuộn dây của cảm biến sinh ra điện áp dao động. (Một dạng tín hiệu dạng sóng hình sin (∼) điện áp xoay chiều).

Khi bánh răng kích hoạt có răng đi qua một khoảng cách đủ gần (G) đến chân cực của cảm biến, từ trường xung quanh cuộn dây sẽ thay đổi. Khi từ trường thay đổi, trong cuộn dây xuất hiện một hiệu điện thế, tỷ lệ với cường độ và tốc độ thay đổi của từ trường. Một dao động hoàn chỉnh được tạo ra cho mỗi răng đi bên cạnh chân cực cảm biến. Hình trên cho thấy các thành phần tích hợp cơ bản và hình dạng của tín hiệu được tạo ra của một cảm biến cảm ứng. Điện trở của cuộn dây thường nằm trong khoảng từ 500 ohms đến 1.500 ohms. Tín hiệu điện áp do cảm biến tạo ra phụ thuộc vào tốc độ của bánh xe kích hoạt và số vòng trong cuộn dây.

Cảm biến hiệu ứng Hall

Không giống như cảm biến từ, tín hiệu đầu ra từ cảm biến Hiệu ứng Hall không bị ảnh hưởng bởi tốc độ thay đổi của từ trường. Điện áp đầu ra được tạo ra thường nằm trong khoảng mV và được khuếch đại thêm bằng thiết bị điện tử tích hợp (IC), được lắp bên trong vỏ cảm biến.

Hình minh họa cấu trúc điển hình của cảm biến Hiệu ứng Hall. Tín hiệu điện áp đầu ra cuối cùng thường ở dạng xung dạng sóng kỹ thuật số (dạng vuông). Tín hiệu đầu ra của cảm biến có thể là dương hoặc âm với điện áp đỉnh thường lên đến 5 V hoặc 12 V, tùy thuộc vào loại thiết bị điện tử tích hợp và yêu cầu của hệ thống được sử dụng. Biên độ của tín hiệu ra không đổi, chỉ có tần số tăng tỉ lệ thuận với vòng / phút. Không giống như cảm biến cảm ứng tự tạo ra tín hiệu điện áp, cảm biến Hiệu ứng Hall phải được cung cấp thêm bởi điện áp bên ngoài cần thiết cho các thiết bị điện tử tích hợp. Điện áp cung cấp thông thường (+ Vcc) chủ yếu là 5 V nhưng trong một số trường hợp có thể là 12 V.

Cảm biến hỏng có thể gây ra các sự cố không liên tục: ô tô có thể ngắt quãng hoặc chết máy ngẫu nhiên, nhưng sau đó khởi động lại mà không gặp vấn đề gì. Động cơ có thể gặp trục trặc khi khởi động trong thời tiết ẩm ướt, nhưng sau đó sẽ khởi động tốt. Đôi khi bạn có thể thấy đồng hồ đo RPM hoạt động thất thường. Trong một số trường hợp, cảm biến hỏng có thể gây ra thời gian quay lâu trước khi động cơ khởi động. Nếu cảm biến kém, động cơ sẽ quay nhưng không nổ.

Sự cố cảm biến vị trí trục khuỷu

Mã OBDII phổ biến nhất liên quan đến cảm biến vị trí trục khuỷu là P0335 – Mạch “A” Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor “A” Circuit). Trong một số ô tô (ví dụ: Mercedes-Benz, Nissan, Chevy, Hyundai, Kia), mã này thường do bản thân cảm biến bị lỗi, mặc dù có thể có các lý do khác, chẳng hạn như các vấn đề về dây điện hoặc đầu nối, vòng răng cảm ứng bị hỏng, khe hở cảm biến lớn, v.v.

Ở một số xe, hiện tượng chết máy ngắt quãng còn có thể do hệ thống dây cảm biến vị trí trục khuỷu có vấn đề. Ví dụ, nếu các dây cảm biến không được bảo đảm đúng cách, chúng có thể cọ xát với một số bộ phận kim loại và bị chập, có thể gây ra hiện tượng đơ máy không liên tục.

Cách kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu

Bất cứ khi nào có nghi ngờ rằng sự cố có thể do cảm biến vị trí trục khuỷu gây ra hoặc nếu có mã sự cố liên quan, cảm biến phải được kiểm tra bằng mắt để tìm các vết nứt, các chân kết nối bị lỏng hoặc bị ăn mòn hoặc các hư hỏng rõ ràng khác. Khoảng cách thích hợp giữa đầu cảm biến và vòng răng cảm ứng cũng rất quan trọng.

Quy trình kiểm tra chính xác có thể được tìm thấy trong sổ tay dịch vụ. Đối với cảm biến kiểu cảm ứng từ, quy trình thử nghiệm bao gồm kiểm tra điện trở. Ví dụ, đối với Ford Escape 2008, điện trở của cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) phải nằm trong khoảng 250-1.000 ohm. Nếu điện trở thấp hơn hoặc cao hơn quy định, cảm biến phải được thay thế.

Kiểm tra cả biến kiểu cảm ứng từ

• Rút phích cắm của cảm biến và kiểm tra xem điện trở của cuộn dây cảm ứng có nằm trong khoảng từ 500 ôm đến 1.500 ôm hay không. Nếu giá trị đọc khác biệt đáng kể, bao gồm cả 0 hoặc vô hạn, hãy thay thế cảm biến. (Cầntham khảo hướng dẫn sử dụng của nhà cung cấp để biết chính xác).

• Kiểm tra kích thước của khe hở không khí (G) giữa cảm biến và bánh răng kích hoạt, giá trị phải là: G ≈ 0,8 – 1,5 mm (0,03 – 0,06 inch). (Cần tham khảo hướng dẫn sử dụng của nhà cung cấp để biết chính xác từng loại xe).

• Kiểm tra độ sạch của chân cảm biến (đôi khi có thể bị tích tụ kim loại khi quay).

• Kiểm tra tính liên tục và tình trạng của dây dẫn, đầu nối, điện cực và tình trạng của tấm chắn.

Kiểm tra cảm biến kiểu hiệu ứng Hall

Đối với cảm biến kiểu Hall, điện áp tham chiếu (thường là + 5V) và tín hiệu nối đất phải được thử nghiệm. Cách chính xác nhất để kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu là kiểm tra tín hiệu cảm biến bằng máy hiện sóng.

• Kiểm tra nguồn cấp cho cảm biến. Điện áp cung cấp thông thường là 5 V (trong một số trường hợp có thể là 12 V). (Tham khảo hướng dẫn của nhà cung cấp).

• Kiểm tra kích thước của khe hở không khí (G) giữa cảm biến và bánh răng kích hoạt, giá trị phải là: G ≈ 0,8 – 1,5 mm (0,03 – 0,06 inch). (Tham khảo hướng dẫn của nhà cung cấp).

• Kiểm tra tính liên tục và tình trạng của dây dẫn, đầu nối và điện cực.

• Kiểm tra độ sạch của chân cảm biến (đôi khi có thể bị tích tụ kim loại khi quay).

• Kiểm tra xem có tín hiệu đầu ra khi bánh răng quay không.

Đôi khi, cảm biến có thể bị lỗi ngắt quãng không xuất hiện trong quá trình kiểm tra. Cảm biến vị trí trục khuỷu có thể được kiểm tra bằng công cụ quét (máy chẩn đoán). Công cụ quét sẽ hiển thị tín hiệu cảm biến là “RPM động cơ” hoặc “Tốc độ động cơ”. Nếu một chiếc xe bị dừng không liên tục, việc theo dõi tín hiệu cảm biến có thể đưa ra câu trả lời: nếu tín hiệu cảm biến đột ngột giảm xuống 0 và sau đó quay trở lại, điều đó có nghĩa là có vấn đề bên trong cảm biến hoặc với dây hoặc đầu nối cảm biến. Nếu cảm biến hoạt động bình thường, tín hiệu RPM sẽ giảm hoặc tăng dần.