Knock Sensor – Cảm biến kích nổ là một bộ phận không thể thiếu trong động cơ đốt trong hiện đại. Được gắn trên hoặc gần khối động cơ, cảm biến này được thiết kế để phát hiện các hiện tượng đốt cháy bất thường, thường được gọi là “gõ” hoặc “kích nổ”. Tiếng gõ xảy ra khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu bốc cháy sớm hoặc không đều trong xi lanh động cơ, tạo ra sóng áp suất có thể gây hại cho các bộ phận của động cơ. Cảm biến kích nổ hoạt động như một chiếc tai cảnh giác, liên tục theo dõi các hiện tượng đốt cháy này và truyền dữ liệu đến bộ điều khiển động cơ (ECU).
Cảm biến kích nổ là gì?
Cảm biến kích nổ đóng vai trò như một người bảo vệ quan trọng chống lại hư hỏng động cơ do quá trình đốt cháy bất thường, được gọi là kích nổ, đồng thời nâng cao hiệu suất động cơ. Kích nổ là một quá trình đốt cháy bất lợi và không đều, theo thời gian, có thể gây tổn hại nghiêm trọng cho các bộ phận của động cơ. Do đó, chức năng chính của cảm biến kích nổ là phát hiện các sự kiện kích nổ và hỗ trợ động cơ giảm thiểu hiện tượng hư hỏng này, từ đó bảo vệ tuổi thọ của động cơ và tối ưu hóa hoạt động của động cơ.
Cảm biến kích nổ “lắng nghe” các rung động do cấu trúc gây ra từ khối động cơ và chuyển chúng thành tín hiệu điện áp. Các tín hiệu được lọc và đánh giá trong bộ điều khiển. Tín hiệu kích nổ được gán cho xi lanh tương ứng. Nếu xảy ra hiện tượng kích nổ, tín hiệu đánh lửa cho xi lanh tương ứng sẽ được điều chỉnh theo hướng “muộn” cho đến khi quá trình cháy nổ không còn xảy ra.
Cấu tạo cảm biến kích nổ
Các thành phần của cảm biến kích nổ bao gồm:
Phần tử áp điện (Piezoelectric Element): Thành phần quan trọng này bao gồm một đĩa gốm có khả năng tích lũy điện tích khi chịu áp lực trong quá trình rung của động cơ.
Đĩa tiếp xúc (Contact Disks): Được đặt ở cả hai phía của phần tử áp điện, các đĩa tiếp xúc này đóng vai trò then chốt trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc dẫn điện tích tích tụ bên trong phần tử áp điện, truyền nó đến các cực của cảm biến.
Khối lượng địa chấn (Seismic Mass): Khối lượng địa chấn, được điều khiển bởi định luật quán tính trong quá trình rung động của động cơ, trải qua các biến đổi áp suất liên tục và nhịp nhàng trên vật liệu địa chấn. Phần tử áp điện phát hiện sự biến động về áp suất này, dẫn đến sự tích tụ điện tích bên trong thành phần này.
Nguyên lý làm việc của cảm biến kích nổ
Cảm biến kích nổ là cảm biến loại áp điện dựa trên phần tử áp điện để phát hiện các rung động tạo ra trong động cơ do kích nổ và sau đó truyền tín hiệu điện đến Mô-đun điều khiển động cơ (ECM).
Khi ECM nhận được tín hiệu ở mức điện áp cụ thể từ động cơ, nó sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa bằng cách làm chậm thời điểm đánh lửa.
Sự thay đổi này làm cho quá trình đánh lửa bắt đầu gần điểm chết trên (TDC) hơn vị trí ban đầu, giúp giảm thiểu xu hướng kích nổ của động cơ một cách hiệu quả.
Việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa này do cảm biến kích nổ gây ra sẽ làm giảm áp suất và nhiệt độ cao nhất bên trong động cơ, cuối cùng làm giảm hiện tượng kích nổ.
Các thuật toán điều khiển động cơ rất chính xác trong việc loại bỏ các tiếng ồn giả từ tiếng gõ động cơ thực tế do kích nổ (quá trình đốt cháy sớm tác động đến pít-tông trên đường đi lên).
Âm thanh gõ điển hình có thể được nghe thấy trong phổ tần số từ 5 đến 7 kHz, tùy thuộc vào đường kính xi lanh. ECM lọc tất cả các tần số khác và chỉ phản ứng với tiếng gõ do kích nổ.
Vì có thể có các rung động động cơ khác trong cùng dải tần số này nên phép đo sẽ bị bỏ qua nếu nó không nằm trong khoảng 70° trước TDC (điểm chết trên) và 10° sau TDC. Vùng cửa sổ này rộng hơn trên một số nền tảng nên cảm biến kích nổ lỏng lẻo có thể gây ra sự cố.
Nguyên nhân lỗi cảm biến kích nổ
Các nguyên nhân khác nhau gây ra lỗi cảm biến kích nổ là:
- Đứt dây cảm biến: Lỗi có thể xảy ra do dây cảm biến bị hỏng, chẳng hạn như bị đứt hoặc sờn.
- Lắp đặt không đúng cách: Quy trình lắp đặt không chính xác có thể dẫn đến trục trặc cảm biến kích nổ.
- Hư hỏng do va chạm: Rơi hoặc tác động vật lý có thể gây hại cho cảm biến, khiến cảm biến không hoạt động.
- Căng thẳng cơ học trong quá trình tháo: Lỗi cảm biến kích nổ có thể xảy ra khi tác dụng lực quá mạnh, chẳng hạn như dùng búa, trong quá trình tháo.
Triệu chứng hư hỏng cảm biến kích nổ
- Giảm hiệu suất động cơ
- Tăng tiêu thụ nhiên liệu
- Âm thanh gõ động cơ
- Đèn kiểm tra động cơ sáng (CEL)
- Tăng tốc kém
- Phát nổ và hư hỏng động cơ có thể xảy ra
Ưu nhược điểm của cảm biến kích nổ
Ưu điểm
- Phát hiện tiếng gõ động cơ để ngăn ngừa hư hỏng.
- Cải thiện hiệu quả và hiệu suất nhiên liệu.
- Cho phép điều chỉnh thời điểm đánh lửa tối ưu.
- Tăng cường tuổi thọ và độ tin cậy tổng thể của động cơ.
Nhược điểm
- Dễ bị đọc sai do rung động không va chạm.
- Có thể không ngăn chặn được tất cả các trường hợp động cơ bị kích nổ.
- Tăng thêm độ phức tạp và chi phí cho động cơ.
- Yêu cầu bảo trì và hiệu chuẩn thường xuyên.
