汽车电气设备检修与技术详解：霍尔效应与点火信号发生器

1.霍尔效应

霍尔效应是由美国科学家霍尔（Edward H·Hall）在1879年发现的，其原理如图4-19所示。

图4-19 霍尔效应原理

当电流I通过放在磁场中的半导体基片（即霍尔元件）且电流方向与磁场的方向垂直时，在垂直于电流与磁通的半导体基片的横向侧面上即产生一个与电流和磁通密度成正比的电压，称霍尔电压U_H。

霍尔电压U_H可用下式表示：

式中 R_H——霍尔系数；

d——半导体基片厚度；

I——电流；

B——磁通密度。

由上式可知，当电流I为定值时，霍尔电压随磁通密度B大小而变化；同时也可看出，霍尔电压U_H的高低与磁通的变化率无关。

2.霍尔式点火信号发生器

图4-20所示为德国博世（BOSCH）公司生产的装有霍尔式点火信号发生器的分电器结构。霍尔式点火信号发生器的结构如图4-21所示，它由触发叶轮和信号触发开关组成。

图4-20 霍尔式分电器结构(www.xing528.com)

1—分电器盖 2—防尘罩 3—分火头 4—触发叶轮 5—触发开关 6分电器壳体 7—真空提前机构

图4-21 霍尔式点火信号发生器的结构

1—与分火头制成一体的触发叶轮 2—霍尔集成电路 3—带导磁板的永久磁铁 4—触发开关 5—专用插座

触发叶轮与分火头制成一体由分电器轴带动，其叶片数与气缸数相等。触发开关由霍尔集成电路和带导磁板的永久磁铁组成。霍尔集成电路的外层为霍尔元件，同一基板的其他部分制成放大电路。触发叶轮的叶片则在霍尔集成电路和永久磁铁之间转动。

霍尔式点火信号发生器的工作原理如图4-22所示。当触发叶轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，磁场便被触发叶轮的叶片旁路（见图4-22a）而不能作用于霍尔元件上，因此，霍尔元件不产生霍尔电压。当触发叶轮的叶片离开永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，永久磁铁的磁通便通过导磁板作用于霍尔元件上，此时，霍尔元件便产生霍尔电压U_H。

图4-22 霍尔式点火信号发生器的工作原理

a）触发叶轮的叶片进入空气隙 b）触发叶轮的叶片离开空气隙

1—触发叶轮的叶片 2—霍尔集成电路 3—永久磁铁 4—触发开关板 5—导磁板

由于霍尔元件产生的霍尔电压较弱（仅为mV级），因此，需要对其进行放大并转换为矩形脉冲（方波）信号后方能作为点火电子组件的点火控制信号。这一任务便由霍尔信号发生器内的霍尔集成电路来完成。霍尔集成电路的工作原理如图4-23所示，当触发叶轮的叶片在永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙中时，霍尔电压U_H为零，霍尔集成电路内的输出级晶体管处于截止状态，因此，点火信号发生器输出高电压（接近于电源电压）；而当触发叶轮的叶片离开空气隙时，霍尔元件产生霍尔电压U_H，则霍尔集成电路输出级晶体管导通，信号发生器输出低电压（约0.3～0.4V）。

霍尔信号发生器工作时，通过霍尔元件的磁通密度B、霍尔电压U_H以及霍尔信号发生器输出信号电压U_G等随时间（或分电器轴转角）变化的波形如图4-24所示。霍尔式点火信号发生器输出的点火信号U_G中，在一个点火周期内，高低电压的时间比由触发叶轮的叶片分配角所决定。如上海桑塔纳轿车的霍尔式分电器中，高低电压的时间比为7∶3。

图4-23 霍尔集成电路工作原理

我国生产的上海桑塔纳、奥迪100、高尔夫、捷达等轿车均采用了以L₄₉₇为核心组成的点火电子组件。