朱衛(wèi)霞（武昌理工學(xué)院，湖北武漢 430023）

霍爾傳感器在汽車(chē)點(diǎn)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(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，可用于監(jiān)視和測(cè)量汽車(chē)各部件運(yùn)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(jìn)行二次變換；可測(cè)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。目前的霍爾器件都可承受一定的振動(dòng)，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(chē)的惡劣工作環(huán)境。

電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) 點(diǎn)火系統(tǒng) 信號(hào)

點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)重要的組成部分，點(diǎn)火系統(tǒng)的性能良好與否對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、油耗和排氣污染等影響很大。汽車(chē)在行駛中出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作不良，點(diǎn)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(diǎn)火系統(tǒng)，一直是廣大汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造和使用者所努力追求的。點(diǎn)火系統(tǒng)的電子化，使得點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火性能進(jìn)一步提高，工作可靠性加強(qiáng)，這對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和排污，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，、經(jīng)濟(jì)性和工作可靠性都起了很大的作用，使電子點(diǎn)火系統(tǒng)特別是使用了微機(jī)控制的電子點(diǎn)火系統(tǒng)其維修的難度也相應(yīng)增加了。

1　霍爾式點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

霍爾效應(yīng)式無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)：該系統(tǒng)主要由內(nèi)裝信號(hào)發(fā)生器的分電器、電子點(diǎn)火器、點(diǎn)火線(xiàn)圈、高壓線(xiàn)、火花塞等組成。（霍爾效應(yīng)式電子點(diǎn)火系統(tǒng)的組成 如圖1所示），該系統(tǒng)具有觸發(fā)信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定、點(diǎn)火正時(shí)精度高、工作電壓范圍寬、質(zhì)量穩(wěn)定、耐久性好、點(diǎn)火能量高且不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響高速不斷火低速耗能少、起動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代汽車(chē)上得到廣泛的應(yīng)用。如：桑塔納、捷達(dá)、紅旗轎車(chē)等。

1.1霍爾信號(hào)發(fā)生器

霍爾信號(hào)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)?；魻栃盘?hào)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(dòng)，又能相對(duì)分電器軸作少量轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)。霍爾信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)有源器件，它需要提供電源才能工作，霍爾信號(hào)集成塊的電源由點(diǎn)火器提供?；魻柤呻娐份敵黾?jí)的集電極為開(kāi)路輸出形式，其集電極的負(fù)載電阻設(shè)置在點(diǎn)火器內(nèi)?；魻栃盘?hào)發(fā)生器有三根引出線(xiàn)且與點(diǎn)火器件相連接，其中一根是電源輸入線(xiàn)，一根是霍爾信號(hào)輸出線(xiàn)，一根是接地線(xiàn)。

圖1　霍爾效應(yīng)式電子點(diǎn)火系統(tǒng)的組

圖2　霍爾式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器

圖3　霍爾效應(yīng)

圖4　霍爾信號(hào)集成塊的原理

圖5　汽車(chē)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(diǎn)火正時(shí)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(chē)電子點(diǎn)火電路及波形（1）電路；（2）霍爾IC及點(diǎn)火線(xiàn)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(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，若在一個(gè)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(yùn)動(dòng)，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)會(huì)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(dòng)勢(shì)VH，該現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效。所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)V H稱(chēng)為霍爾電勢(shì)。

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(dòng)?；魻柤蓧K包括霍爾元件和集成電路，由于霍爾信號(hào)發(fā)生器工作時(shí)，霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓UH是約20mV，信號(hào)很微弱，還需進(jìn)行信號(hào)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(hào)（UH），還要經(jīng)過(guò)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(dá)幾百mV。霍爾信號(hào)集成塊的原理框圖如圖4所示。

2　霍爾傳感器點(diǎn)火的工作原理

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

由上可知，葉片進(jìn)入空氣隙時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出高電位，葉片離開(kāi)空氣隙時(shí)，信號(hào)發(fā)生器輸出低電位。分電器不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，上述方波便不斷產(chǎn)生?；魻栃盘?hào)發(fā)生器完成功能時(shí)的波形如，汽車(chē)電子點(diǎn)火電路及波形圖圖6所示，信號(hào)發(fā)生器輸出方波中，高低電位的時(shí)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(chē)用分電器高低電位的時(shí)間比為7：3。點(diǎn)火器就是靠信號(hào)發(fā)生器輸入這樣的方波信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)并控制點(diǎn)火系工作的。

3　結(jié)語(yǔ)

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

［1］麻友良.汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)原理與故障檢修實(shí)例［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］林妙山.汽車(chē)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(kāi).汽車(chē)傳感器的檢測(cè)——現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)叢書(shū)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2005（2）.