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霍尔式位置传感器
作者:陈工    发布于:2012年08月29日    【字体:

(1)霍尔式传感器的结构与工作原理

   霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器及其他形式的霍尔式传感器都是根据霍尔效应制成的传感器。

   1)霍尔效应:霍尔效应(Hall Effect)是美国约翰•霍普金斯大学物理学家霍尔博士(Dr.E.H.Hall)于1879年首先发现的。他发现把一个通有电流I的长方体形白金导体垂直于磁力线放入磁感应强度为B的磁场中时(见图2-27),在白金导体的两个横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电压UH,当取消磁场时,电压立即消失。该电压后来称为霍尔电压,UH与通过白金导体的电流I和磁感应强度B成正比,即(见下页)

   利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件,利用霍尔元件制成的传感器称为霍尔式传感器。利用霍尔效应不仅可以通过接通和切断磁场来检测电压,而且可以检测导线中流过的电流,因为导线周围的磁场强弱与流过导线的电流成正比关系。20世纪80年代以来,汽车上应用的霍尔式传感器与日剧增,主要原因在于霍尔式传感器有两个突出优点:一是输出电压信号近似于方波信号;二是输出电压高低与被测物体的转速无关。霍尔式传感器与磁感应式传感器不同的是需要外加电源。

   2)霍尔式传感器基本结构:霍尔式传感器主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片(磁轭)与永久磁铁等组成。触发叶轮安装在转子轴上,叶轮上制有叶片(在霍尔式点火系统中,叶片数与发动机气缸数相等)。当触发叶轮随转子轴一同转动时,叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动。霍尔集成电路由霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。

   3)霍尔式传感器工作原理:当传感器轴转动时,触发叶轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过:当叶片离开气隙时,永久磁铁的磁通便经霍尔集成电路和导磁钢片构成回路,此时霍尔元件产生电压(UH=1.9~2.0V),霍尔集成电路输出级的晶体管导通,传感器输出的信号电压U0为低电平(实测表明:当电源电压Ucc=14.4V或5V时,信号电压U0=0.1~0.3 V)。

   当叶片进入气隙时,霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路,霍尔电压UH为零,集成电路输出级的晶体管截止,传感器输出的信号电压U0为高电平(实测表明:当电源电压Ucc=14.4V时,信号电压U0=9.8 V;当电源电压Ucc=5V时,信号电压U0=4.8 V)。

   (2)捷达、桑塔纳轿车霍尔式凸轮轴位置传感器    

       1)结构特点:捷达AT和GTx、桑塔纳2000GSi型轿车采用的霍尔式凸轮轴位置传感器安装在发动机进气凸轮轴的一端,结构如图2-28所示。它主要由霍尔信号发生器和信号转子组成。信号转子又称为触发叶轮,安装在进气凸轮轴上,.用定位螺栓和座圈定位固定。信号转子的隔板又称为叶片,在隔板上制有一个窗口,窗口对应产生的信号为低电平信号,隔板(叶片)对应产生的信号为高电平信号。霍尔式信号发生器主要由霍尔集成电路、永久磁铁和导磁钢片等组成。霍尔集成电路由霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。霍尔元件用硅半导体材料制成,与永久磁铁之间留有0.2~0.4mm的间隙,当信号转子随进气凸轮轴一同转动时,隔板和窗口便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过。

   该传感器接线插座上有三个引线端子,端子1为传感器电源正极端子,与控制单元端子62连接:端子2为传感器信号输出端子,与控制单元端子76连接:端子3为传感器电源负极端子,与控制单元端子67连接。

   2)工作情况:由霍尔式传感器工作原理可知,当隔板(叶片)进入气隙(即在气隙内)时,霍尔元件不产生电压,传感器输出高电平(5V)信号;当隔板(叶片)离开气隙(即窗口进入气隙)时,霍尔元件产生电压。传感器输出低电平信号(0.1V)。凸轮轴位置传感器输出的信号电压与曲轴位置传感器输出的信号电压之间的关系如图2-29所示。发动机曲轴每转两圈(720。),霍尔式传感器信号转子就转过一圈(360。),对应产生一个低电平信号和一个高电平信号,其中低电平信号对应于气缸1压缩上止点前一定角度。

   发动机工作时,磁感应式曲轴位置传感器(CPS)和霍尔式凸轮轴位置传感器(CIS)产生的信号电压不断输入电子控制单元(ECU)。当ECU同时接收到曲轴位置传感器大齿缺对应的低电平(15。)信号和凸轮轴位置传感器窗口对应的低电平信号时,便可识别出此时为气缸1活塞处于压缩行程、气缸4活塞处于排气行程,并根据曲轴位置传感器小齿缺对应输出的信号控制点火提前角。电子控制单元识别出气缸1压缩上止点位置后,便可进行顺序喷油控制和各缸点火时刻控制。

   如果发动机产生了爆燃,电子控制单元还能根据爆燃传感器输入的信号判别出是哪一个缸产生了爆燃,从而减小点火提前角,以便消除爆燃。

 

 

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