Датчик холла принцип работы в автомобиле. Датчик Холла в автомобиле: принцип работы, устройство и применение

alexxlabДатчик
Как работает датчик Холла в автомобиле. Какие функции выполняет датчик Холла в системе зажигания и впрыска топлива. Как проверить исправность датчика Холла на автомобиле.

Содержание

Что такое датчик Холла и как он работает

Датчик Холла — это электронное устройство, принцип действия которого основан на эффекте Холла. Эффект Холла заключается в возникновении поперечной разности потенциалов (ЭДС Холла) при помещении проводника с током в магнитное поле.

Основные компоненты автомобильного датчика Холла:

  • Чувствительный элемент (пластина из полупроводникового материала)
  • Постоянный магнит
  • Электронная схема обработки сигнала
  • Корпус

При прохождении тока через полупроводниковую пластину в магнитном поле возникает поперечное напряжение (ЭДС Холла). Величина этого напряжения зависит от силы магнитного поля. Электронная схема преобразует ЭДС Холла в цифровой сигнал для передачи в блок управления.

Применение датчиков Холла в автомобиле

Датчики Холла в современных автомобилях используются для следующих целей:


  • Определение положения коленчатого вала
  • Определение положения распределительного вала
  • Управление системой зажигания
  • Управление впрыском топлива
  • Измерение скорости вращения колес (ABS)
  • Определение положения педали акселератора

Датчик Холла в системе зажигания

В системе зажигания датчик Холла выполняет функцию датчика-распределителя. Он определяет момент подачи искры на свечи зажигания в нужном цилиндре.

Принцип работы:

  1. Постоянный магнит создает магнитное поле вокруг чувствительного элемента датчика
  2. При вращении вала распределителя зубья на нем периодически перекрывают магнитное поле
  3. Это вызывает изменение выходного напряжения датчика Холла
  4. Электронный блок обрабатывает сигнал и подает импульс на катушку зажигания в нужный момент

Таким образом, датчик Холла точно определяет положение коленвала и момент подачи искры, что обеспечивает стабильную работу двигателя.

Датчик Холла в системе впрыска топлива

В системе впрыска датчик Холла может использоваться для следующих целей:


  • Определение положения коленчатого вала для синхронизации впрыска
  • Определение положения распределительного вала для организации фазированного впрыска
  • Измерение частоты вращения коленвала для расчета длительности впрыска

Принцип работы аналогичен датчику в системе зажигания — датчик генерирует сигнал при прохождении зубьев мимо чувствительного элемента. Блок управления использует этот сигнал для точного управления моментом и длительностью впрыска топлива.

Как проверить исправность датчика Холла

Признаки неисправности датчика Холла:

  • Затрудненный запуск двигателя
  • Перебои в работе на холостом ходу
  • Рывки при разгоне
  • Повышенный расход топлива
  • Горит лампа «Check Engine»

Способы проверки:

  1. Визуальный осмотр на предмет повреждений
  2. Проверка напряжения питания на выводах датчика
  3. Проверка выходного сигнала мультиметром или осциллографом
  4. Диагностика с помощью сканера ошибок
  5. Замена на заведомо исправный датчик

При обнаружении неисправности датчик Холла подлежит замене, так как не подлежит ремонту. Важно использовать только оригинальные или качественные аналоги, чтобы обеспечить стабильную работу двигателя.


Преимущества датчиков Холла в автомобиле

Датчики Холла имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами датчиков:

  • Высокая точность и стабильность показаний
  • Отсутствие подвижных контактов
  • Нечувствительность к вибрациям
  • Широкий диапазон рабочих температур
  • Простота конструкции и надежность
  • Низкая стоимость

Благодаря этим качествам датчики Холла нашли широкое применение в современной автомобильной электронике и во многом способствовали повышению эффективности и экологичности двигателей внутреннего сгорания.

Перспективы развития датчиков Холла

Современные тенденции в развитии датчиков Холла для автомобильной промышленности:

  • Повышение чувствительности и точности измерений
  • Уменьшение размеров и энергопотребления
  • Интеграция с другими типами датчиков
  • Расширение температурного диапазона
  • Повышение помехозащищенности

В будущем датчики Холла продолжат играть важную роль в развитии автомобильных технологий, в том числе в области электромобилей и систем автономного вождения.



Датчик Холла: устройство и принцип работы


Когда американский физик Эдвин Холл открывал свой эффект взаимодействия электрического тока с магнитным полем, у него и в мыслях не было, что чаще всего его фамилия станет употребляться на автомобильных рынках в России. Удивительно, но факт — самые разные люди, весьма далёкие от физики, понятия не имеющие кто такой Холл, знают, что такое датчик Холла в автомобиле, и даже одно время страдали от их дефицита.

Содержание

В чём проявляется эффект Холла, и как это можно использовать в технике


Магнитное поле широко используется в автомобильной технике, несмотря на свою невидимость и неосязаемость. Даже свет, состоящий из электрических и магнитных полей, воспринимается благодаря своей электрической составляющей. Тем не менее, с помощью специальных магниточувствительных датчиков поле можно зафиксировать и даже измерить.

В основу одного из таких датчиков лёг эффект Холла, заключающийся в появлении поперечной разницы потенциалов на кристалле полупроводника, вдоль которого течёт ток.

Образуется она только при помещении кристалла в магнитное поле, всё прочее пластину легированного кремния не поляризует. Это напряжение и подлежит фиксации, означая, что датчик попал в зону действия магнитного поля.

Собственно, всего этого недостаточно для использования кристалла в качестве датчика. Магнитное поле присутствует везде, надо определить его превышение над естественным фоном и помехами. Для этого к пластине подключается усилитель слабого сигнала и регулируемый пороговый элемент (компаратор). Вся схема выдаёт на выходе логический «0» по электрическому уровню, если поле есть, и логическую единицу во всех прочих случаях. Такая негативная логика обычно принята в цифровой технике. А чтобы в момент смены сигнала не наблюдалась «болтанка» выхода из-за неопределённости, устройство снабжается триггером Шмитта. Это такая схема, которая обеспечивает амплитудное запаздывание срабатывания (гистерезис), защищая от цифрового дребезга и помех в момент переключения, гарантируя одиночный крутой фронт сигнала и однозначность привязки во времени.

Устройство и принцип действия датчика

Если бы всё перечисленное выполнялось на дискретных элементах, то датчик был бы размером с магнитолу, столько же стоил, работал ненадёжно и потреблял много электроэнергии. В реальности всё устройство датчика Холла выполняется методами интегральной микроэлектроники всё на том же полупроводниковом кристалле, который с лёгкой руки деятелей из Кремниевой долины давно уже принято называть чипом.

Сам датчик миниатюрен настолько, что его размерами можно пренебречь на фоне габаритов корпуса, электрического разъёма, подводящих проводов и вспомогательного постоянного магнита. Кристалл полностью заливается пластмассой для защиты от внешних воздействий, снаружи остаётся только разъём и полюс магнита. В зависимости от назначения, датчик может иметь прорезь, внутри которой будет проходить край задающего синхронизацию реперного диска с пазами.

Принцип работы датчика Холла в автомобилях состоит в том, что при появлении в рабочей зоне изменений магнитного поля, например, прорези реперного диска вместо его цельной части, или ступеньки на шкиве, или метки на фланце распредвала, сигнал на выходе сменит своё значение с нуля на единицу или наоборот. Таким образом, электронный блок, считывающий показания датчика, узнает о наступлении определённого момента во вращении вала, например, верхней мёртвой точки поршня определённого цилиндра или любого его положения относительно этой ВМТ, нужная информация задаётся разработчиками двигателя. Это ложится в основу расчёта блоком управления двигателя таких важных данных, как момент зажигания, периодичность впрыска топлива, порядок открытия форсунок.

Читайте также: Вариатор в машине — принцип работы, плюсы и минусы

Разные случаи применения датчиков на эффекте Холла


Впервые такой датчик был использован на автомобилях с карбюраторными двигателями для замены контактов системы зажигания. Потом появились и другие применения магниточувствительных сенсоров.

Датчик Холла в системе зажигания карбюраторного двигателя

Классическая батарейная система зажигания действует по принципу накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания за счёт протекания тока по её первичной обмотке с последующим резким разрыванием цепи, что вызывает рост напряжения на вторичной обмотке и искровой разряд в свече. Контакты прерывателя при этом работают в крайне тяжёлых условиях, обгорают, изнашиваются и долго не живут. К тому же их возможности ограничивают рост мощности системы, а значит и работу двигателя с дальнейшим обеднением смеси для экономии горючего.

Проблему частично решило появление электронной бесконтактной системы зажигания с прерывателем на основе датчика Холла (ДХ). Здесь уже нет обгорающих и требующих регулировки зазора контактов, имеется лишь реперный диск, вращающийся в прорези датчика. Пока мимо магнита ДХ проходит цельная стенка диска, коммутатор зажигания, представляющий собой простой усилитель тока, управляемый сигналом ДХ, отдыхает, то есть ждёт момента начала накопления энергии. По переднему фронту прорези выходной ключ коммутатора открывается, начинается накопление энергии в катушке.

Ток увеличивается не до бесконечности. Выйдя на расчётную номинальную величину порядка полутора десятков ампер, он стабилизируется, а в момент появления второго края прорези датчик срабатывает, ключ размыкается, начинается рост напряжения на обмотках катушки вплоть до пробоя искрового зазора.

Датчик Холла здесь полностью оправдывает свои способности, он очень точно и стабильно задаёт моменты срабатывания всех элементов системы, а значит и ровную работу двигателя без пропусков зажигания и детонации. Сам ДХ при этом не изнашивается, служит теоретически вечно, избавляя водителей и ремонтников от всех неприятностей классического контактного прерывателя-распределителя (трамблёра). И только бракованные детали, а также мнительность заставляли людей покупать датчики для проверки и впрок, создавая дефицит, о котором было упомянуто ранее.

В качестве датчика положение коленчатого вала (ДПКВ)

Чаще всего здесь используется простейший и надёжный индуктивный ДПКВ. Это обычная катушка с тонким проводом, намотанная на постоянный магнит. Мимо неё проходит зубчатый венец шкива коленвала, на котором один зубец отсутствует. Выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов переменного тока, один из которых имеет увеличенную длительность и амплитуду. Компьютеру электронного блока управления двигателем (ЭБУ) не составит труда, располагая такой временной диаграммой, привязать все процессы во времени к фазам положения коленвала.

Однако некоторых разработчиков подобная простота не устраивала, возможно, им хотелось большей точности, поэтому в качестве датчика они использовали всё тот же ДХ. Принцип работы здесь такой же, зубцы задающего шкива замыкают и размыкают магнитный поток через датчик, изменяя его выходной цифровой сигнал. Получается последовательность импульсов, по форме несколько другая, но несущая в точности ту же самую информацию и выполняющая те же цели. Это основной и самый главный датчик двигателя, единственный, без которого мотор даже не заведётся, поэтому датчик Холла это то, что здесь нужно, повышенная надёжность тут очень кстати.

Выдача сигналов о положении распределительного вала


Очень хорошо датчику Холла подходит ещё одна работа, для которой он часто используется. Это синхронизация фазированного многоточечного впрыска топлива.

Вообще, системы впрыска могут быть самыми различными:

  • одноточечные, или моновпрыск, не сильно отличается от карбюратора, имеется один центральный модуль, где форсунка распыляет бензин во впускной коллектор, откуда он равномерно, или не очень, всасывается цилиндрами;
  • многоточечный, здесь на каждый цилиндр приходится своя форсунка, срабатывающая после окончания такта выпуска, чтобы подготовить смесь к впуску;
  • многоточечный фазированный, для его реализации как раз и потребуется датчик Холла.

Недостатком обычного впрыска является отсутствие его точной синхронизации с моментом начала впуска в конкретный цилиндр. Дело в том, что информация для ЭБУ приходит с датчика коленвала, а по его положению невозможно точно засечь конкретный такт в цилиндре, ведь полный цикл требует двух оборотов вала, которые с точки зрения ДПКВ абсолютно одинаковые и ничем не различаются. Поэтому впрыск будет происходить два раза за цикл, причём один раз совершенно бесполезно, на закрытый перед рабочим ходом впускной клапан.

Для совершенствования системы был применён датчик положения распредвала, разумеется, на эффекте Холла. Конструкция уже известна, дисковый репер и магнитный ДХ с выходом на ЭБУ. Теперь блок управления точно знает, как отличить ВМТ сжатия от ВМТ выпуска и каждая форсунка откроется строго в нужный момент. У бензина не будет времени, чтобы бесполезно оседать на стенках коллектора.

Читайте также: Что такое коробка передач DSG

Как проверяют ДХ при возникновении подозрений


Устройство это очень надёжное, но абсолютной защиты от неисправности не существует. Поэтому иногда приходится проверять и эти датчики.

  1. Самое простое — подменить ДХ на заведомо исправный. Это избавит от возни со щупами, пробниками и осциллографами. А стоит датчик недорого, его всегда полезно иметь в запасе если не для замены, то именно для проверки забарахлившей системы впрыска или зажигания.
  2. Люди, знающие принцип действия датчика Холла, могут проверить его простейшими и не очень приборами.
    Например, щупом-пробником со светодиодом. Выход датчика представляет собой каскад с открытым коллектором. Это означает, что в положении физического нуля транзистор открыт, и если пробник включён между плюсом питания и выходом ДХ, то индикатор засветится. Перемещая репер перед полюсами датчика, можно заставить его мигать, что почти точно укажет на исправность ДХ и подсоединённых цепей проводки.
  3. Слово «почти» было употреблено в том смысле, что точно убедиться в исправности можно лишь с помощью цифрового запоминающего осциллографа, который имеется у многих диагностов как приставка к ноутбуку. С его применением можно проверить параметр, который недоступен щупам — быстродействие датчика. Фронты напряжения должны быть достаточно крутыми, что осциллограф и покажет. «Заваленный» фронт может оказаться тем самым случаем, когда датчик вроде работает, и пробник или мультиметр это подтверждают, а система сбоит и светит ошибки.

Почти все случаи, поясняющие, что такое датчик Холла в автомобиле, рассмотрены, остаётся упомянуть вполне возможное менее явное присутствие этих небольших приборов в автоэлектронике. Многие машины оснащаются достаточно мощными электродвигателями, где также для работы силовой электроники используются датчики Холла, следящие за положением ротора в магнитном поле. И даже этим, возможно, проникновение ДХ в авто не заканчивается. Компактный, надёжный и точный прибор всегда найдёт себе область работы во всё больше обрастающем электроникой современном автомобиле.

Вам также будет интересно почитать:

принцип работы и применение устройства в автомобиле

26.04.2022