霍爾傳感器在汽車點火裝置中的應(yīng)用

朱衛(wèi)霞（武昌理工學(xué)院，湖北武漢 430023）

霍爾傳感器在汽車點火裝置中的應(yīng)用

朱衛(wèi)霞
（武昌理工學(xué)院，湖北武漢 430023）

霍爾器件通過檢測磁場變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，可用于監(jiān)視和測量汽車各部件運行參數(shù)的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進行二次變換；可測量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實現(xiàn)自動檢測。目前的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內(nèi)工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應(yīng)汽車的惡劣工作環(huán)境。

電動發(fā)動機 點火系統(tǒng) 信號

點火系統(tǒng)是汽油發(fā)動機重要的組成部分，點火系統(tǒng)的性能良好與否對發(fā)動機的功率、油耗和排氣污染等影響很大。汽車在行駛中出現(xiàn)的發(fā)動機工作不良，點火系統(tǒng)的故障占了好大的比例。因此，具有性能優(yōu)良、工作可靠的點火系統(tǒng)，一直是廣大汽車設(shè)計、制造和使用者所努力追求的。點火系統(tǒng)的電子化，使得點火系統(tǒng)的點火性能進一步提高，工作可靠性加強，這對降低發(fā)動機的油耗和排污，提高發(fā)動機的動力性，、經(jīng)濟性和工作可靠性都起了很大的作用，使電子點火系統(tǒng)特別是使用了微機控制的電子點火系統(tǒng)其維修的難度也相應(yīng)增加了。

1　霍爾式點火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

霍爾效應(yīng)式無觸點電子點火系統(tǒng)的組成及特點：該系統(tǒng)主要由內(nèi)裝信號發(fā)生器的分電器、電子點火器、點火線圈、高壓線、火花塞等組成。（霍爾效應(yīng)式電子點火系統(tǒng)的組成 如圖1所示），該系統(tǒng)具有觸發(fā)信號強度穩(wěn)定、點火正時精度高、工作電壓范圍寬、質(zhì)量穩(wěn)定、耐久性好、點火能量高且不受發(fā)動機轉(zhuǎn)速影響高速不斷火低速耗能少、起動可靠等優(yōu)點，在現(xiàn)代汽車上得到廣泛的應(yīng)用。如：桑塔納、捷達、紅旗轎車等。

1.1霍爾信號發(fā)生器

霍爾信號發(fā)生器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的，它裝在分電器內(nèi)。霍爾信號發(fā)生器的示意圖和基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由觸發(fā)葉輪和霍爾傳感器組成。觸發(fā)葉輪像傳統(tǒng)分電器的凸輪一樣，套裝在分電器軸的上部，它可以隨分電器軸一起轉(zhuǎn)動，又能相對分電器軸作少量轉(zhuǎn)動，以保證離心調(diào)節(jié)裝置正常工作。觸發(fā)葉輪的葉片數(shù)與氣缸數(shù)相等，其上部套裝分火頭，與觸發(fā)葉輪一起轉(zhuǎn)動?；魻栃盘柊l(fā)生器是一個有源器件，它需要提供電源才能工作，霍爾信號集成塊的電源由點火器提供?；魻柤呻娐份敵黾壍募姌O為開路輸出形式，其集電極的負載電阻設(shè)置在點火器內(nèi)?；魻栃盘柊l(fā)生器有三根引出線且與點火器件相連接，其中一根是電源輸入線，一根是霍爾信號輸出線，一根是接地線。

圖1　霍爾效應(yīng)式電子點火系統(tǒng)的組

圖2　霍爾式點火信號發(fā)生器

圖3　霍爾效應(yīng)

圖4　霍爾信號集成塊的原理

圖5　汽車霍爾式分電器示意圖（1）帶缺口的觸發(fā)器葉片；（2）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系；（3）葉片位置與點火正時的關(guān)系。1-觸發(fā)器葉片 2-槽口 3-分電器轉(zhuǎn)軸 4-永久磁鐵 5-霍爾集成電路（PNP型霍爾IC）。

圖6　汽車電子點火電路及波形（1）電路；（2）霍爾IC及點火線圈高壓側(cè)輸出波形

1.2霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)如圖3所示，厚度為d的N型半導(dǎo)體薄片上垂直作用了磁感應(yīng)強度為B的磁場，若在一個方向上通以電流I，N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子為電子——它沿與電流的相反方向運動，帶電粒子在磁場中的運動會受到洛倫茲力FL的作用，洛倫茲力FL的方向由左手定則決定，洛倫茲力的作用結(jié)果，使帶電粒子偏向c，d電極，在垂直于B 和I的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢VH，該現(xiàn)象稱為霍爾效。所產(chǎn)生的電動勢V H稱為霍爾電勢。

1.3霍爾集成電路

霍爾傳感器由帶導(dǎo)板（導(dǎo)磁）的永久磁鐵和霍爾集成塊組成，觸發(fā)葉輪的葉片在霍爾集成塊和永久磁鐵之間轉(zhuǎn)動。霍爾集成塊包括霍爾元件和集成電路，由于霍爾信號發(fā)生器工作時，霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓UH是約20mV，信號很微弱，還需進行信號處理，這一任務(wù)由集成電路完成?；魻栐a(chǎn)生霍爾電壓信號（UH），還要經(jīng)過放大、脈沖整形，最后以整齊的矩形脈沖波（方波）輸出，輸出可達幾百mV?；魻栃盘柤蓧K的原理框圖如圖4所示。

2　霍爾傳感器點火的工作原理

觸發(fā)葉輪轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)葉片進入永久磁鐵與霍爾集成塊之間的空氣隙時，霍爾集成塊中的磁場即被觸發(fā)葉輪的葉片所旁路（或稱隔磁），如圖5汽車霍爾式分電器示意圖，這時霍爾元件不產(chǎn)生霍爾電壓，集成電路輸出級的晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，信號發(fā)生器輸出高電位。當(dāng)觸發(fā)葉輪的葉片離開空氣隙時，永久磁鐵的磁通便通過霍爾集成塊和導(dǎo)板構(gòu)成回路，這時霍爾元件產(chǎn)生霍爾電壓，集成電路輸出級的晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，信號發(fā)生器輸出低電位。

由上可知，葉片進入空氣隙時信號發(fā)生器輸出高電位，葉片離開空氣隙時，信號發(fā)生器輸出低電位。分電器不停地轉(zhuǎn)動，上述方波便不斷產(chǎn)生?；魻栃盘柊l(fā)生器完成功能時的波形如，汽車電子點火電路及波形圖圖6所示，信號發(fā)生器輸出方波中，高低電位的時間比由觸發(fā)葉輪葉片的分配角（葉片寬度）決定。桑塔納轎車用分電器高低電位的時間比為7：3。點火器就是靠信號發(fā)生器輸入這樣的方波信號進行觸發(fā)并控制點火系工作的。

3　結(jié)語

與傳統(tǒng)點火系相比，霍爾效應(yīng)式電子點火系統(tǒng)用霍爾信號發(fā)生器代替凸輪，用電子點火控制器代替白金觸點，從而減少了零件的磨損，保證了點火系統(tǒng)的可靠性。并且不受灰塵、油污的影響，發(fā)動機起動性能好，它不受發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響，明顯地增強了發(fā)動機的起動性能，有利于低溫或其他惡劣條件下起動?；魻杺鞲衅髟谄圏c火裝置中目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用

［1］麻友良.汽車點火系統(tǒng)原理與故障檢修實例［M］.機械工業(yè)出版社，2010.

［2］林妙山.汽車電氣設(shè)備與檢修［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［3］賀建波，賀展開.汽車傳感器的檢測——現(xiàn)代汽車技術(shù)叢書［M］.機械工業(yè)出版社，2005（2）.