Cảm biến chất lượng không khí là thiết bị giúp hệ thống điều hòa và quản lý khí hậu trong xe tự động điều chỉnh luồng gió và chế độ lọc không khí. Cảm biến này đo nồng độ các khí ô nhiễm như CO, NO₂ hoặc VOC trong không gian cabin, từ đó gửi tín hiệu về ECU điều hòa để kích hoạt chế độ tuần hoàn gió hoặc lọc khí. Nhờ đó, môi trường bên trong xe luôn được duy trì trong lành và an toàn cho người ngồi. Bài viết sẽ giúp bạn hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và vai trò của cảm biến chất lượng không khí trong ô tô hiện đại.
1. Giới thiệu chung
1.1 Giới thiệu cảm biến chất lượng không khí
Trong hệ thống điều hòa không khí trên ô tô, cảm biến chất lượng không khí (Air Quality Sensor – AQS) là một trong những thiết bị quan trọng giúp nâng cao tiện nghi và đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng. Thiết bị này có nhiệm vụ giám sát thành phần không khí bên ngoài và phát hiện sự xuất hiện của các khí độc hại như CO, NOx, HC hay bụi mịn.
Khi nồng độ chất ô nhiễm vượt ngưỡng cho phép, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển điều hòa, từ đó tự động điều chỉnh chế độ lấy gió để ngăn không cho khí bẩn xâm nhập vào khoang hành khách. Nhờ đó, hệ thống điều hòa không chỉ đảm bảo khả năng làm mát hiệu quả mà còn góp phần tạo ra không gian trong lành, an toàn cho hành khách trên xe.
1.2 Chức năng
Cảm biến chất lượng không khí (Air Quality Sensor – AQS) là một bộ phận điện tử có nhiệm vụ theo dõi nồng độ các khí độc hại (ví dụ: CO, NOx, HC, bụi mịn, khói thuốc lá) trong không khí xung quanh xe. Khi phát hiện không khí bên ngoài bị ô nhiễm vượt ngưỡng, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển điều hòa (ECU – Electronic Control Unit) để tự động chuyển chế độ gió từ lấy gió ngoài sang tuần hoàn gió trong, nhằm bảo vệ sức khỏe hành khách.
1.3 Tên gọi tiếng Anh
- Air Quality Sensor
- Smog Ventilation Sensor
1.4 Vị trí lắp đặt
- Thông thường, cảm biến chất lượng không khí được lắp:
- Gần két tản nhiệt hoặc cửa hút gió ngoài để phát hiện sớm khí ô nhiễm.
- Một số dòng xe cao cấp có thể bố trí nhiều cảm biến để theo dõi không khí cả bên ngoài và bên trong cabin.
2. Nội dung chính
2.1 Cấu tạo
Cảm biến chất lượng không khí trong hệ thống điều hòa ô tô được thiết kế để phát hiện và xử lý các thành phần khí độc hại trong môi trường.
Cấu tạo cơ bản của cảm biến bao gồm các bộ phận chính sau:
2.1.1 Bộ phận hút gió ngoài (Aangezogen buitenlucht)
Không khí bên ngoài, bao gồm cả các thành phần khí độc hại như NOx, SO₂, H₂S, CO, C₆H₆, CS₂, sẽ được hút vào hệ thống cảm biến.
Đây là bước đầu tiên giúp đưa mẫu không khí cần kiểm tra đi qua các bộ phận xử lý tiếp theo.
2.1.2 Bộ lọc khí (Filter)
Bộ lọc có nhiệm vụ giữ lại bụi bẩn, tạp chất rắn và cho phép các khí cần phân tích đi qua.
Giúp bảo vệ phần tử cảm biến bên trong, đảm bảo độ bền và độ chính xác trong quá trình đo.
2.1.3 Khối cảm biến và mạch điện tử (Sensorelektronica)
Bao gồm phần tử nhạy khí (gas sensor) thường làm từ bán dẫn oxit kim loại (như SnO₂) hoặc màng mỏng xúc tác.
Khi các khí độc hại đi qua, chúng sẽ tương tác với bề mặt cảm biến, làm thay đổi điện trở hoặc điện áp.
Thay đổi này được mạch điện tử xử lý, khuếch đại và biến đổi thành tín hiệu số.
2.1.4 Ngõ ra tín hiệu số (Digital uitgangssignaal)
Sau khi xử lý, tín hiệu được đưa ra dưới dạng xung điện tử hoặc tín hiệu điện áp số hóa.
ECU của hệ thống điều hòa sẽ nhận tín hiệu này để ra quyết định tự động đóng/mở cửa gió, đảm bảo không khí trong cabin luôn sạch sẽ và an toàn.
2.2 Nguyên lý hoạt động
Cảm biến chất lượng không khí hoạt động dựa trên việc phát hiện và xử lý các thành phần khí độc hại trong không khí bên ngoài xe, sau đó đưa tín hiệu điện tử đến bộ điều khiển điều hòa (ECU).
Nguyên lý hoạt động có thể mô tả theo các bước sau:
2.2.1 Hút và đưa không khí qua cảm biến
Không khí bên ngoài (có thể chứa các chất gây ô nhiễm như NOx, SO₂, H₂S, CO, C₆H₆, CS₂) được hút vào qua cửa hút gió.
Trước khi tiếp xúc với phần tử cảm biến, không khí đi qua bộ lọc để loại bỏ bụi bẩn và tạp chất cơ học.
2.2.2 Phát hiện khí độc hại
Luồng khí sau khi lọc sẽ tiếp xúc với phần tử nhạy khí (sensor element).
Các khí độc hại khi tiếp xúc sẽ tương tác với lớp bán dẫn oxit kim loại (thường là SnO₂), gây ra sự thay đổi điện trở bề mặt.
Mức thay đổi điện trở phụ thuộc vào nồng độ khí trong luồng không khí.
2.2.3 Xử lý tín hiệu điện tử
Sự thay đổi điện trở được mạch điện tử tích hợp (sensor electronics) chuyển đổi thành tín hiệu điện áp.
Tín hiệu này được khuếch đại, chuẩn hóa và biến đổi thành tín hiệu số (digital output signal).
2.2.4 Truyền tín hiệu đến ECU
Ngõ ra tín hiệu số được đưa đến ECU điều hòa.
ECU so sánh giá trị đo được với ngưỡng ô nhiễm đã lập trình sẵn.
Nếu nồng độ ô nhiễm vượt quá ngưỡng, ECU sẽ tự động ra lệnh đóng cửa gió ngoài và chuyển sang chế độ tuần hoàn gió trong cabin.
Khi không khí bên ngoài trở lại trong lành, hệ thống sẽ mở lại cửa gió ngoài để duy trì thông thoáng
2.3 Cách kiểm tra
Ví dụ 1: cách kiểm tra cảm biến chất lượng không khí trên dòng xe LEXUS LX570 2007.
2.3.1 Đo nồng độ HC, CO
- Cấp nguồn vào cảm biến
- Cho khí HC và CO chạy qua vị trí đo của cảm biến chất lượng không khí và đo điện trở giữa 2 chân SG và DGS.
- Nếu cảm biến tốt thì điện trở sẽ giảm khi có khí thải độc hại chạy qua cảm biến – Điện trở trước khi thổi khí thải là 15 đến 40 kΩ.
2.3.2 Đo nồng độ NOx
- Cấp nguồn vào cảm biến
- Cho khí NOx chạy qua vị trí đo của cảm biến chất lượng không khí và đo điện trở giữa 2 chân SG và DGS1.
- Nếu cảm biến tốt thì điện trở sẽ giảm khi có khí thải độc hại chạy qua cảm biến – Điện trở trước khi thổi khí thải là 2.5 đến 40 kΩ.
Ví dụ 2: Cảm biến đo chất lượng không khí trên dòng xe Chevrolet Cruze 2010.
- Chân số 1 là chân nguồn 12V.
- Chân số 2 là chân mass.
- Chân số 3 là chân tín hiệu PWM (Pulse Width Modulation – điều chế độ rộng xung) thông qua dây tín hiệu. Độ rộng (chu kỳ xung) biểu thị nồng độ chất ô nhiễm được phát hiện.
2.3.3 Kiểm tra
- Tắt khóa điện, tháo giắc nối dây tại cảm biến chất lượng không khí B108.
Đo điện trở giữa chân mạch mass số 2 và mass, giá trị phải nhỏ hơn 5 Ω.
⇒ Nếu lớn hơn giá trị quy định, kiểm tra mạch mass xem có hở hoặc điện trở cao.
- Bật khóa điện, kiểm tra đèn thử có sáng giữa chân mạch đánh lửa số 1 và mass.
⇒ Nếu đèn thử không sáng, kiểm tra mạch đánh lửa xem có chạm mass hoặc hở/điện trở cao.
- Xác minh bằng máy chẩn đoán rằng thông số cảm biến mùi lớn hơn 95%.
⇒ Nếu nhỏ hơn giá trị quy định, kiểm tra mạch tín hiệu xem có chạm mass. Nếu mạch bình thường, thay thế cụm điều khiển K33 HVAC.
- Lắp dây nối tạm có cầu chì 3A giữa chân mạch tín hiệu số 3 và chân mạch mass số 2. Kiểm tra thông số cảm biến mùi trên máy chẩn đoán phải nhỏ hơn 5%.
⇒ Nếu lớn hơn giá trị quy định, kiểm tra mạch tín hiệu xem có chạm nguồn hoặc hở/điện trở cao. Nếu mạch bình thường, thay thế cụm điều khiển HVAC.
Nếu tất cả các mạch đều bình thường, thay thế cảm biến chất lượng không khí.
Tham khảo thêm: Kỹ thuật bắt bệnh và sửa chữa hệ thống điều hòa không khí trên ô tô
2.4 Chia sẻ – mở rộng
2.4.1 Một số hư hỏng thường gặp
Trong quá trình vận hành, cảm biến chất lượng không khí có thể gặp một số hư hỏng và sự cố ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khí độc hại, từ đó làm giảm hiệu quả hoạt động của hệ thống điều hòa. Các dạng hư hỏng thường gặp gồm:
2.4.1.1 Hư hỏng do bụi bẩn và hơi ẩm
- Nguyên nhân: bụi mịn, hơi nước, dầu mỡ bám vào bề mặt cảm biến hoặc bộ lọc.
- Biểu hiện: độ nhạy giảm, cảm biến phản ứng chậm hoặc không phát hiện được khí độc hại.
- Hậu quả: khí bẩn vẫn có thể xâm nhập vào cabin, gây khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe hành khách.
2.4.1.2 Lão hóa phần tử nhạy khí
- Nguyên nhân: vật liệu bán dẫn oxit kim loại (SnO₂, TiO₂) bị suy giảm tính chất sau thời gian dài tiếp xúc với khí thải và nhiệt độ cao.
- Biểu hiện: tín hiệu điện trở thay đổi không còn tuyến tính với nồng độ khí → ECU xử lý sai lệch.
- Hậu quả: hệ thống điều hòa chuyển chế độ gió không chính xác (luôn đóng gió ngoài hoặc luôn mở gió ngoài).
2.4.1.3 Lỗi mạch điện tử xử lý tín hiệu
- Nguyên nhân: hỏng IC khuếch đại, mạch số hóa tín hiệu, hoặc dây dẫn bị đứt/ngắn mạch.
- Biểu hiện: cảm biến ngừng truyền tín hiệu hoặc tín hiệu chập chờn.
- Hậu quả: ECU không nhận được thông tin → chế độ lấy gió không tự động, buộc người lái phải chuyển bằng tay.
2.4.1.4 Sai số do nhiệt độ và môi trường
- Nguyên nhân: cảm biến đặt gần động cơ hoặc khu vực nhiệt độ cao làm thay đổi đặc tính điện trở.
- Biểu hiện: tín hiệu đầu ra bị sai lệch khi xe hoạt động lâu trong môi trường nóng.
- Hậu quả: hệ thống điều hòa hoạt động thiếu ổn định, gây giảm tiện nghi trong cabin..
2.4.2 Triệu chứng
- Khi cảm biến chất lượng không khí gặp trục trặc, hệ thống điều hòa trên ô tô thường xuất hiện những dấu hiệu sau:
2.4.2.1 Hệ thống điều hòa không tự động chuyển chế độ gió
- Khi đi qua khu vực ô nhiễm (hầm xe, đoạn đường kẹt xe nhiều khói bụi), hệ thống không tự động đóng cửa gió ngoài mà vẫn hút không khí bên ngoài vào.
- Ngược lại, có trường hợp hệ thống luôn đóng cửa gió ngoài, chỉ chạy chế độ tuần hoàn, gây cảm giác ngột ngạt trong cabin.
2.4.2.2 Không khí trong cabin có mùi khó chịu
- Người ngồi trên xe cảm nhận rõ mùi khói, mùi xăng dầu, khí thải lọt vào khoang hành khách.
- Đây là triệu chứng điển hình cho thấy cảm biến không phát hiện được khí độc hại.
2.4.2.3 Điều hòa hoạt động thiếu ổn định
- Cửa gió chuyển đổi liên tục và bất thường giữa chế độ lấy gió ngoài và tuần hoàn, dù môi trường không thay đổi nhiều.
- Gây cảm giác khó chịu cho hành khách, đồng thời làm giảm hiệu quả làm lạnh.
2.4.2.4 Đèn báo lỗi hoặc mã lỗi trên ECU
- Trên một số dòng xe, khi cảm biến gặp trục trặc, hệ thống ECU sẽ ghi nhận mã lỗi (DTC) liên quan đến cảm biến AQS.
- Đèn cảnh báo hoặc thông báo kiểm tra hệ thống điều hòa có thể xuất hiện trên bảng đồng hồ.
2.4.2.5 Tăng mức tiêu thụ nhiên liệu gián tiếp
- Nếu cảm biến hỏng khiến hệ thống luôn hút gió ngoài, máy nén điều hòa phải làm việc nhiều hơn để làm lạnh không khí nóng bên ngoài.
- Điều này có thể làm xe tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn bình thường.
Trên đây là toàn bộ thông tin về chủ đề cảm biến chất lượng không khí mà trung tâm VATC muốn gửi đến bạn. Hy vọng bài viết này sẽ bổ ích và hữu dụng với bạn.
Nếu bạn có đang đam mê hoặc muốn tìm hiểu về các khóa học trong ngành ô tô thì liên hệ ngay với trung tâm VATC theo thông tin dưới đây để được tư vấn chi tiết nhất nhé!
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam – VATC
- Địa chỉ: Số 4-6, Đường số 4, Phường Hiệp Bình Phước, Thành Phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Điện thoại: 0945711717
- Email: info@oto.edu.vn
Xem thêm:
