Cảm biến lưu lượng khí nạp là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến gió (lưu lượng khí nạp) là một thiết bị quan trọng trong hệ thống phun nhiên liệu của động cơ đốt trong. Nó có chức năng đo lường tốc độ và khối lượng của không khí nạp vào động cơ, từ đó giúp bộ điều khiển động cơ (ECU) tính toán được lượng nhiên liệu cần phun và thời điểm đánh lửa phù hợp. Cảm biến gió góp phần nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải của động cơ.

1. Cảm biến gió là gì ?

Cảm biến gió (Cảm biến lưu lượng khí nạp - Mass Air Flow Sensor - MAF) nằm ở giữa bộ lọc và đường ống nạp, có nhiệm vụ xác định tốc độ, khối lượng của không khí khi đi vào hệ thống phun nhiên liệu của động cơ đốt trong. 

Theo đó, trong động cơ đốt trong, khối lượng không khí đạt chuẩn sẽ giúp bộ điều khiển trung tâm (ECU) cân bằng và cung cấp thông tin chính xác đến buồng đốt. Khi bộ phận này gặp sự cố, động cơ sẽ không hoạt động một cách ổn định, dẫn đến giảm công suất và tiêu tốn nhiên liệu nhiều hơn so với thông thường.

Thường thì, cảm biến lưu lượng khí nạp thường được kết hợp với cảm biến oxy để điều khiển chặt chẽ tỷ lệ không khí đi vào động cơ. Ngoài ra, vì mật độ của không khí thay đổi dựa trên điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ cao... nên cảm biến MAF (Mass Air Flow - Lưu lượng khí qua đo khối lượng) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lượng khí chảy vào xi lanh một cách chính xác và hiệu quả.

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến lưu lượng gió

Cảm biến lưu lượng khí nạp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phun nhiên liệu của động cơ đốt trong. Chức năng chính của cảm biến này là đo lường khối lượng không khí mà động cơ hút vào và sau đó gửi tín hiệu về bộ điều khiển động cơ (ECU). Thông tin từ cảm biến này giúp ECU điều chỉnh lượng xăng được phun vào buồng đốt và điều chỉnh góc đánh lửa sớm để đảm bảo quá trình đốt cháy diễn ra hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu..

2.1 Cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp :

Cấu tạo của cảm biến gió loại dây sấy gồm có các bộ phận sau:

- Một dây nhiệt bằng platin, được đặt trong ống dẫn không khí nạp.
- Một nhiệt điện trở, được đặt gần dây nhiệt để đo nhiệt độ của không khí nạp.
- Một mạch điều khiển, được kết nối với dây nhiệt và nhiệt điện trở, có chức năng cung cấp và điều chỉnh dòng điện qua dây nhiệt, cũng như biến đổi dòng điện thành tín hiệu điện áp gửi về ECU.

2.2 Nguyên lý hoạt động của lưu lượng :

Cảm biến MAF gồm dây dẫn điện nhỏ (dây nhiệt) và thiết bị đo nhiệt độ khí. Cảm biến MAF bao gồm một sợi dẫn điện nhỏ (sợi nhiệt) và một thiết bị đo nhiệt độ của không khí. Khi động cơ không hoạt động, không khí ít sẽ lưu thông quanh sợi nhiệt. Khi đó, động cơ tạo ra một dòng điện yếu để duy trì nhiệt độ của sợi.
Khi bấm ga, van tiết lưu mở để cho không khí đi qua và làm nguội dây dẫn. Lượng khí lớn tương đương với cường độ dòng điện tăng cao, giúp dây dẫn tạo ra hiệu ứng làm nguội mạnh mẽ hơn. Trong cảm biến MAF, vi mạch điện tử tích hợp sẽ chuyển đổi năng lượng điện từ dòng khí thành tín hiệu số và gửi tới hộp điều khiển hệ thống truyền động (PCM - Powertrain Control Module). Tại đây, thông tin này sẽ được sử dụng để tính toán lượng nhiên liệu cần thiết để đảm bảo tỷ lệ đốt cháy tối ưu trong buồng đốt.
Ngoài ra, PCM (Powertrain Control Module) cũng sử dụng thông tin về lưu lượng khí để đánh giá thời điểm chuyển số phù hợp. Nếu cảm biến MAF gặp sự cố hoặc trục trặc, hộp số sẽ không hoạt động ổn định do thông tin cần thiết để xác định thời điểm sang số không được cung cấp đầy đủ và chính xác từ cảm biến lưu lượng khí.

3. Các loại cảm biến  phổ biến

3.1. Cảm biến gió trên Vane Meter 

Loại cảm biến MAF này có chức năng tính toán lượng không khí lưu chuyển qua khe hút gió của động cơ. Tín hiệu điện áp được gửi đến bộ điều khiển trung tâm (ECU) để tính toán lượng khí vào buồng đốt. Nhưng loại cảm biến này cũng có một số điểm yếu như sau:
-Dễ bị ô nhiễm: Cảm biến MAF có thể dễ dàng bị ô nhiễm bởi bụi bẩn, dầu mỡ, hoặc các tạp chất khác trong không khí, ảnh hưởng đến tính chính xác của việc đo lượng khí vào động cơ.

-Độ bền hạn chế: Vì là một thiết bị điện tử và có phần cảm ứng nằm ngoài trời, cảm biến MAF có thể có độ bền hạn chế và có thể bị hỏng do môi trường hoặc tuổi thọ.

-Gây ra sự cố hoạt động của động cơ: Nếu cảm biến MAF gặp sự cố, nó có thể gửi thông tin không chính xác đến bộ điều khiển động cơ, dẫn đến hoạt động không ổn định của động cơ, mất công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu tăng.

-Giá thành cao khi phải thay thế: Nếu cảm biến MAF hỏng, việc thay thế có thể tốn kém do phải mua một bộ phận mới hoặc thậm chí cần phải thay cả bộ lọc không khí liên kết với nó.

3.2. Cảm biến  dây nhiệt

Cảm biến lưu lượng khí nạp dây nhiệt(cảm biến gió dây nhiệt) là loại cảm biến phổ biến trên xe ô tô hiện đại, có nhiệm vụ cấp điện áp không ngừng cho dây treo trong dòng không khí của động cơ. Khi dây dẫn nóng lên, dòng điện chảy qua mạch sẽ thay đổi ngay lập tức. Lúc này, nhiệt độ sẽ tăng lên cho đến khi điện trở ổn định. Sự biến thiên của dòng điện tỷ lệ với lượng khí lưu chuyển qua dây dẫn. Những tín hiệu điện áp sẽ được gửi đến bộ điều khiển trung tâm (ECU) để tính toán lượng không khí chính xác vào buồng đốt.

So với cảm biến trên Vane Meter, cảm biến khí nạp dây nhiệt có nhiều ưu điểm vượt trội như sau: 

Đo chính xác hơn khối lượng không khí nạp vào động cơ, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của không khí.

-Trọng lượng nhẹ hơn, kích thước nhỏ gọn hơn, dễ lắp đặt và bảo trì hơn.

-Hạn chế bụi bẩn bám vào khu vực phát nhiệt, nâng cao tuổi thọ và độ bền của cảm biến.

-Tăng tốc độ đo, giảm độ trễ của tín hiệu, cải thiện hiệu suất vận hành của động cơ.

Tuy nhiên, cảm biến lưu lượng khí loại dây nhiệt cũng có những hạn chế như:

Cảm biến áp suất khí nạp hay còn gọi là cảm biến MAP (Manifold Absolute Pressure Sensor) là một loại cảm biến quan trọng có tác dụng cảm nhận áp suất chân không và phát ra tín hiệu để ECU động cơ sử dụng. Cảm biến này có thể bị hỏng sau một thời gian sử dụng và gây ra các vấn đề cho hoạt động của xe ô tô. Một số lỗi thường gặp là động cơ không nổ, máy bị tắt, tăng tốc khó khăn, vận hành không ổn định,… Chủ xe có thể nhận biết các dấu hiệu của cảm biến lưu lượng khí nạp bị lỗi và cách kiểm tra tại nhà hoặc mang xe đến trung tâm bảo dưỡng chuyên nghiệp để được xử lý kịp thời.

Đoạn văn trên cũng cung cấp một số thông tin về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến gió (lưu lượng khí nạp), cùng với sự so sánh với cảm biến trên Vane Meter. Cảm biến gió dựa trên nguyên lý đo áp suất và cảm biến dựa trên nguyên lý đo tốc độ gió đều có vai trò quan trọng trong các ứng dụng tự động hóa và công nghệ hiện đại

Cảm biến gió đóng vai trò quan trọng trong đo lường lưu lượng khí nạp, và sự chính xác và đáng tin cậy của cảm biến rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của các hệ thống. Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng mà bạn có thể lựa chọn cảm biến gió phù hợp nhất.Hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn hiểu thêm về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến gió (lưu lượng khí nạp).