1.霍尔效应。 霍尔效应是指把一块半导体基片(霍尔元件)放在磁场中,在与磁场垂直的方向通以电流,则在与磁场和电流相垂直的另一横向侧面上就会产生电压的现象,如图7-20所示。这现象是由美国科学家霍尔发现的,所以名为霍尔效应。
霍尔电压与通过霍尔元件的电流和磁感应强度成正比,与基片的厚度成反比。
利用霍尔效应制成的传感器或信号发生器的突出优点是:一是输出的电压信号近似于方波;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.霍尔式信号发生器。
1.结构。
霍尔发生器结构如图7-21所示。它主要由触发叶轮、霍尔传感器底板、带导板的永久磁铁和霍尔集成电路等组成。霍尔信号发生器位于分电器内。霍尔元件实际上是一个霍尔集成块电路,内部原理如图7-22所示。
因为在霍尔元件上得到的霍尔电压一般为20mV,因此必须将其放大整形后再输出给点火控制器。
2.工作原理。
霍尔信号发生器的工作原理如图7-23所示。分电器轴带动触发叶轮转动,当叶片进入磁铁与霍尔元件之间的空气隙时,磁场被旁路,霍尔元件不产生霍尔电压,霍尔集成电路末级三极管截止,信号发生器输出高电位;当触发叶轮离开空气隙,永久磁铁的磁力线通过霍尔元件而产生霍尔电压,集成电路末级三极管导通,信号发生器输出低电位。叶片不停地转动,信号发生器输出一个矩形波信号,作为控制信号给点火器。由点火器控制初级电路的通断。
3.霍尔式电子点火控制器。
目前常用的霍尔式电子点火控制器一般都制成集成电路形式。例如,桑塔纳轿车采用的就是这种形式,桑塔纳轿车点火模块外形结构如图7-24所示。该电子点火模块为先进的混合集成电路,具有恒能点火(初级电流恒定7.5A)、闭合角控制、初级电流上升率控制、停车断电保护、过电压保护等功能。
4.霍尔电子点火系工作原理。
霍尔电子点火系的工作原理图如图7-25所示。由于该点火器具有较多功能,因此在点火工作时,除完成基本功能(开关作用)外,还要完成其他附加功能,现分述如下。
1.基本功能。
发动机工作时,分电器轴带动霍尔信号发生器的触发叶轮旋转。当触发叶轮的叶片进入空气隙时,信号发生器输出高电压信号11~12V,使点火控制器集成电路中末级大功率三极管VT导通,点火系初级电路接通:电源“+”→点火线圈W1→点火控制器(三极管VT)→搭铁。
当触发叶轮的叶片离开空气隙时,信号发生器输出0.3~04V的低电压信号,使点火器大功率三极管截止,初级电路切断,次级产生高压2.限流控制在电子点火系中,为保证发动机在任何工况下(特别是高转速时)都能实现稳定的高能点火,匹配的多是专用高能点火线圈。为了增大初级电流,并使初级电流尽快上升到所要求的电流值,该线圈初级绕组的电阻R1电感L都比较小,一般R1=0.5~08,L1=5.5-6.5mH。
采用这种点火线圈后,初级电流的稳定值都比较大,在不控制状态下一般可达20~30A。
初级电流上升特性,如图7-26所示。
初级绕组的限流值Ip,常称峰值电流,限流值Ip大小的确定,应以满足发动机的使用要求为前提,不能太大,也不能太小。过小达不到高能点火的目的,过大会增加点火线圈的功耗浪费电能,一般为5~10A,通常取6~8A,桑塔纳轿车取7.5A。
在点火器工作中,保持峰值电流不变,就能奠定次级电压和点火能量恒定不变的基础,这是一种比较理想的工况。限流控制的方法有多种,现以图7-27限流控制原理电路进行说明,图中VT为点火器末级大功率管,Rs为采样电阻,IC为点火集成块。其中采样电阻Rs,接在VT管的发射极。
当采样电阻值Rs一定时,采样电阻两端的电压值与通过点火线圈的初级电流成正比,采样电阻两端的电压值可直接反映出初级电流的大小,因此称Rs为线圈电流的采样电阻或反馈电阻。工作中,采样电阻压降值反馈到点火集成块中的限流控制电路,使限流控制电路动作,就能保持流过点火线圈的初级电流恒定不变。
限流控制电路的基本工作情况是:在大功率管饱和导通时,初级电流会逐渐增大,在初级电流未达到限流值前,和前面提到的一般电子点火装置一样,只是上升速率较快,初级电流并没有受到限制。当初级电流上升到限流值时,采样电阻R上的电压值也达规定值,该电压信号送入IC电路中放大器F的“+”端,由于此时的电压信号高于放大器“-”端设置的基准参考电压UREF,放大器F输出端电位升高,使晶体管VT更加导通,VT1集电极电位下降,致使大功率管ⅥT向截止区偏移,流过ⅥT管的初级电流下降。然而,当初级电流略低于限流值时,则采样电阻Rs上的压降值低于基准参考电压UREF,放大器F输出端电位下降,VT1趋于截止,VT1集电极电位升高,使大功率管VT趋于导通,初级电流再度增大。如此循环反馈并以极高的频率进行控制,使初级电流稳定在一定值。
3.闭合角控制。
闭合角的概念来源于传统点火系统,是指断电器触点闭合期间分电器凸轮转过的角度即初级电路接通期间分电器轴转过的角度。在电子点火系统,闭合角则是指电子点火组件末级大功率开关管早通期间,分电器轴转过的角度,在电子点火系统一般应叫导通角,由于习惯叫法,仍称闭合角。
在传统点火系统,在触点间隙及凸轮外形尺寸一定时,其闭合角是固定不变的,它不随转速变化。在霍尔式电子点火系统,如不加装闭合角控制电路,则闭合角是由分电器信号发生器触发叶轮的分配角决定的。对四缸发动机来说,在一个周期(90°)内,假若信号发生器输入高电位时初级电路接通,输入低电位时初级电路切断,则其闭合角也像传统点火系统一样,在发动机转速变化时其闭合角也将始终保持不变。
实现闭合角控制的方法和电路很多,在普通电子点火系统中,实用中较为理想的控制方案是:在发动机转速、电源电压、点火线圈特性变化时,控制点火器中大功率管VT导通时间保持不变。
当发动机转速变化时,闭合角控制电路在低转速时使大功率管VT延迟导通,在高转速时则提前导通,从而实现大功率管导通时间基本上保持不变。
在电源电压一定的条件下,采用闭合角控制电路后,在转速变化时,其导通时间不再随发动机转速变化,但导通时间所占的分电器轴转角,即闭合角却是变化的,低转速时闭合角减小,高转速的闭合角增大,即闭合角随转速的升高而增大,所以常称该电路为闭合角控制电路。
4.停车断电保护。
汽车停驶时,如点火开关未关断,霍尔信号发生器可能(随机地)输出高电位且保持信号不变,其结果将使点火线圈初级绕组长期处于接通状态,会使点火线圈及点火器大功率管等加速损坏。为了避免上述情况的发生,在点火器内设立初级电路自动切断的电路,一般称停车断电保护电路。从而避免点火线圈长期通电,保护点火线圈和点火电子组件不被烧坏。缓慢切断初级电流的目的是防止电流变化太快,以免在气缸内产生火花,而使发动机误发动如需起动发动机,分电器稍微转动,霍尔信号发生器再次输入低电位时,点火器又恢复正常工作。
5.其他功能。
该点火系统除上述功能外,还有慢恢复控制、过压保护、反向保护等功能,使该点火系统具有一定的先进性。
