第三节 霍尔式电子点火装置结构原理
    一、霍尔式分电器
    霍尔式分电器由霍尔式点火信号传感器、离心提前装置、真空提前装置和配电器等组成，如图8-3所示。

   （一）霍尔式点火信号传感器
    霍尔式点火信号传感器以及其他形式的霍尔式传感器都是根据霍尔效应制成的，为此下面首先研究霍尔效应。
    1．霍尔效应
霍尔效应（Halleffect）是美国约翰·霍普金斯大学物理学家爱德华·霍尔博士（Dr.Edward 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，如图8-4所示，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

式中UH----霍尔电压；
      RH----霍尔系数；
      d----白金导体（或半导体基片）厚度；
      I----电流强度；
      B—磁通密度。
    2．霍尔式点火信号传感器
    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效应式传感器，简称霍尔式传感器或霍尔传感器。霍尔效应在自动控制技术领域直到1947年发现半导体器件之后才得以应用，从20世纪70年代开始在汽车技术领域得到了广泛应用。实验证明，半导体材料也存在霍尔效应，且霍尔系数远大于金属材料的霍尔系数，因此，一般都用半导体材料制作霍尔元件。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。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：①输出电压信号近似于方波信号；②输出电压高低与被测物体的转速无关。霍尔效应式传感器与磁感应式传感器不同的是需要外加电源。
   （1）基本结构。霍尔式点火信号传感器的基本结构如图8-5所示，主要由触发叶轮①、霍尔集成电路②、导磁钢片⑤与永久磁铁③等组成。

    触发叶轮①装在传感器转子轴⑧上，叶轮上制有叶片，叶片数与发动机气缸数相等。触发叶轮上部和下部均用卡环⑨锁定，轴向用定位销与转子轴定位。当触发叶轮随转子轴一同转动时，叶片便在霍尔集成电路②与永久磁铁③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、整形电路和输出电路等组成。霍尔元件用硅半导体材料（而不采用白金等金属材料）制成。霍尔集成电路框图如图8-6所示。

    霍尔传感器有3根引出导线，并用连接器与点火控制器电路连接。在连接器插座上标有相应引线端子的标记“＋”、“0”、“－”。“＋”端子为电源端子，“0”端子为信号输出端子，“－”端子为搭铁端子。
   （2）工作原理。霍尔式传感器工作原理如图8-7所示，当发动机转动时，配气凸轮轴便通过中间轴驱动分电器轴转动，分电器轴托板上离心提前装置的弹簧便通过凸轮带动转子轴转动。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。

    当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，如图8-7（a）所示，霍尔电压UH为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出的信号电压Uo为高电平（实测表明：当电源电压Ucc=14.4V时，信号电压Uo=9.8V；当电源电压Ucc=5V时，信号电压Uo=4.8V），此时点火线圈一次绕组的电流接通。
    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，如图8-7（b）所示，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三极管导通，传感器输出的信号电压Uo为低电平（实测表明：当电源电压Ucc=14.4V或5V时，信号电压Uo=0.1～0.3V）。此时点火线圈的一次电流切断，二次绕组中感应产生高压电。

   （二）离心提前装置
    霍尔式分电器的离心提前装置如图8-8所示，主要由托板⑧、离心块⑦、弹簧⑤、凸轮④和凸轮轴②等组成。

    分电器轴⑨与托板⑧压接成一体，离心块⑦的一端套装在托板⑧上的柱销⑥上，另一端可随离心力大小而绕柱销⑥转动；弹簧⑤共有两根，一粗一细。弹簧一端挂在托板⑧的挂钩上，另一端挂在凸轮④上的弹簧销③上。凸轮④与凸轮轴②压装成一体，凸轮轴②与分电器轴⑨的小头为动配合。
    当分电器轴⑨旋转时，托板⑧上的柱销⑥和离心块⑦便带动凸轮④和凸轮轴②一起转动。离心块⑦运动时产生离心力，当离心力超过弹簧⑤的拉力时，离心块⑦便绕柱销⑥向外甩出，其圆弧面就拨动凸轮④使凸轮沿原顺时针旋转方向相对于分电器轴⑨转动一定角度，从而使凸轮轴②上触发叶轮①的叶片提前进入或离开霍尔式传感器的气隙，传感器输出的信号电压Uo在时间上提前产生，驱动点火控制器实现点火提前。发动机转速升高时，离心块的离心力增大，点火提前角随之增大；发动机转速降低时，离心力减小，点火提前角随之减小。
    当分电器轴旋转时，刚度较小的弹簧先起作用，待转速达到某一值时，刚度较大的弹簧才参与作用。当转速继续升高到某一值时，离心块⑦受托板⑧上挡片的限位作用而不再外甩，可见离心提前装置的工作特性曲线是由三段线段组成的。
   （三）真空提前装置
    JFD452型霍尔效应式分电器的真空提前装置如图8-9所示。真空提前装置是通过拉杆⑧拉动霍尔元件组件及其底板来调节点火提前角。

    接头螺母①通过真空软管与化油器节气门侧面的空气小孔相连；拉杆⑧的右端用拉杆销⑩套装在霍尔元件的底板上，霍尔元件固定在底板上，底板可绕其上的轴套转动。当发动机不工作时，提前装置的真空室和大气室均受大气压力作用，膜片在弹簧张力的作用下向右拱曲。当发动机负荷小时，节气门（油门）开度小，节气门空气小孔处气体的流速快、压力低，真空室的真空度大，真空吸力克服弹簧的张力使膜片左移，并带动拉杆拉动霍尔元件组件的底板及霍尔元件沿逆时针方向（即逆着触发叶轮的旋转方向）转动一定角度，使触发叶轮的叶片提前进入或离开霍尔元件的气隙，传感器的输出电压在时间上提前产生，触发电子控制器实现提前点火，即发动机负荷减小时，点火提前角增大。
    当发动机负荷增大时，节气门开度增大，节气门空气小孔处气体的流速减慢、压力增高，真空室的真空度减小，在弹簧张力的作用下，膜片慢慢右移复位，并通过拉杆推动底板及霍尔元件沿顺时针方向（即顺着触发叶轮的旋转方向）转动一定角度，使触发叶轮的叶片推迟进入或离开霍尔元件的气隙，传感器的输出电压在时间上推迟产生，触发电子控制器实现推迟点火，即发动机负荷增大时，点火提前角减小。
    当发动机负荷小，真空度大于30kPa时，点火提前角最大为10°±0.75°；当负荷增大，真空度降到10kPa时，点火提前角最大为0.5°。
   （四）配电器
    配电器由分电器盖和分火头组成，均用具有耐高冲击强度的绝缘材料热模压制而成，跌落时不易破碎。在分火头轴心的导电片与跳火尖端电极之间，装配有一只阻值为（1.0±0.4） kΩ的电阻，该电阻如果发生断路，高压电就无法分配到配电器旁电极及火花塞上，发动机就会熄火。检修时可用万用表检测该电阻进行判断。
    在分电器盖与壳体之间，装有一个塑料防护罩，用以防尘和防止霍尔集成电路被高压击穿损坏。

    二、点火线圈
    霍尔式电子点火系统均采用高能点火线圈（为油浸封闭式升压变压器，低阻值能产生5万V以上高压电），无需配置附加电阻来提高点火性能。
    三、点火控制器
   （一）点火控制器结构
    桑塔纳轿车点火控制器的外形如图8-10所示。点火控制器又称为点火电子组件，控制器壳体用铝材铸模而成，以利于散热，内部电路用导热树脂封装在铸铝壳体内，壳体上封装有一个7端子接线插座（其中端子7为备用端子），用以与点火系统线路连接。

    点火控制器与点火线路的连接关系如图8-11所示。控制器端子“1”与点火线圈“－”（或“1”）端子连接，端子“2”用黑色或棕色导线与发动机机体连接而搭铁，端子“3”与霍尔传感器负极“－”连接，端子“4”与点火线圈“＋”（或“15”）端子和点火开关“15”端子连接，端子“5”与霍尔传感器电源端子“＋”连接，端子“6”与霍尔传感器信号输出端子“0”连接。

    控制器内部电路为混合集成电路，由专用点火集成电路（IC）和辅助电路组成。霍尔式点火系统常用的专用集成电路有L482. BD497、L497、89501等16管脚（端子）准双列直插式（L497D型为平板式）集成电路，各专用集成电路与辅助电子电路的连接虽然各有不同，但其功能基本相同。各专用集成电路的工作参数见表8-1。

    BD497系列专用集成电路（IC）的管脚排列如图8-12所示，内部电路功能框图如图8-13所示。



   （二）点火控制器各管脚功能
L497、BD497型专用集成电路各管脚（端子）的功能如下：
    端子1：搭铁端子。与电源负极连接。
    端子2：信号搭铁端子。与霍尔式传感器“－”端子连接。
    端子3：专用IC的电源端子。因为IC芯片内部接有7.5V稳压管，所以端子3的电压为7.5V。其作用是向IC提供电源并保护霍尔式传感器。
   端子4：搭铁或悬空端子。此端子最好搭铁，以避免干扰。225剥
    端子5：霍尔式传感器信号输入端子。与传感器“0”端子连接。
    端子6：转速信号输出端子。当点火线圈流过电流时，端子6输出信号为低电平，向发动机转速表输入转速信号。
    端子7：辅助过电压保护端子。在端子7内部接有一个21V稳压管，当端子7上的电压达到21V时便可起到过电压保护作用。端子7外接电阻R8（82052）为稳压管的限流电阻。
    端子8：电流上升率控制端子。控制点火线圈电流由零上升到额定值的上升斜率，端子8外接电容器CSRC的电容为1口。在输入的霍尔信号电压由高电平向低电平转换之前，如线圈电流小于额定值的94%，便增大电流的上升斜率。
    端子9：导通时间控制端子。当输入的霍尔信号电压致使达林顿三极管导通时间超过设定值时，控制点火线圈一次电流逐渐减小至零，端子9外接电容器CP的电容为1μF。
    端子10：导通角控制定时端子。导通角是指控制点火线圈一次电流的大功率三极管或达林顿三极管导通期间发动机曲轴转过的角度。由电容器CT充电和放电进行控制，该电容器相当于一个定时器，端子10外接电容器G的电容为0.1μF。
    端子11：导通角控制信号端子。端子11外接电容器CW（0.1μF），该电容上的电压Uw与定时电容CT上的电压UT比较后决定导通时间的长短。
端子12：偏置电阻端子。端子12外接电阻R7（62kΩ），该电阻阻值的大小直接影响导通角控制电容器的充电电流值、点火线圈电流上升率和停车断电保护控制电流值的大小。
    端子13：一次电流传感信号端子。检测点火线圈一次电流的大小。
    端子14：专用IC驱动输出端子。外接达林顿三极管基极，为达林顿三极管驱动输入控制端子。
    端子15：过电压保护控制端子。该端子向IC输入达林顿三极管过电压保护采样信号，端子外接电阻R2（5kΩ）、 R3（350Ω），调节R2或R3的阻值即可调节达林顿三极管的保护电压。
    端子16：集电极输出端子。该端子为专用IC内部驱动级的集电极电流控制端子。外接24 V稳压管，起过电压保护作用，外接电阻R6（56Ω）起限流作用。
   （三）点火控制器的功能
    点火控制器除了点火控制功能外，还有点火线圈限流控制、导通角控制、停车断电控制和过电压保护控制等功能。

    第四节 霍尔式电子点火系统工作情况
    霍尔式电子点火系统线路连接（如桑塔纳轿车）情况如图8-14所示。

    一、点火控制
    当点火开关SW接通，发动机转动，霍尔式传感器触发叶轮的叶片进入传感器的气隙时，传感器输出高电平（矶=9.8V），通过连接器端子6加到点火控制器集成电路的端子5，点火控制器内部电路根据发动机转速、电源电压和点火线圈的特性参数工作，并适时控制端子14输出高电平使达林顿三极管VT导通，接通点火线圈一次绕组流，一次电流的电路为：蓄电池正极→点火开关SW→点火线圈端子15→一次绕组→点火线圈端子1→点火控制器端子1→达林顿三极管VT→限流控制采样电阻R5→点火控制器端子2→电源负极。
    当传感器触发叶轮的叶片离开气隙时，传感器输出的信号电压由高电平（9.8V）转变为低电平（0.1V）并输入点火控制器，控制器接收到该信号电压后，立即控制端子14输出低电平使达林顿三极管VT截止，切断点火线圈一次电流，二次绕组中便感应产生出高压电，供各缸火花塞跳火点燃可燃混合气。
    霍尔式电子点火系统在火花塞跳火时，信号电压是从高电平转变为低电平（对应于方波信号的下降沿）进行触发，通常将这种触发点火方式称为下降沿触发点火方式。点火系统工作波形如图8-15所示。

    二、停车慢断电保护控制
    在汽车停驶、发动机停止工作的情况下，如果驾驶员忘记断开点火开关，而点火信号传感器正好输出高电平时，将使点火线圈一次绕组处于长期通电状态，容易造成点火线圈和点火电子组件过热损坏，并消耗大量低压电能。为了避免上述情况的发生，在点火电子组件内设置有停车慢断电保护电路，其功能是在发动机停转后自动缓慢地使达林顿三极管在一定时间内变为截止状态，切断点火线圈一次电流。
    停车断电控制电路由图8-16中专用IC的内部电路与外接电容Cp、电阻R7组成。电路工作时，将不停地检测点火信号传感器输出信号电平的高低，当输入信号为高电平时，电路以恒定的充电电流向电容CP充电。当点火信号为低电平时，电容CP放电。当汽车停驶，点火开关未断开且点火信号传感器输出高电平信号的时间超过规定的导通时间tp（一般设计为3s）时，电容CP的充电电压会进一步升高，当充电电压达到某一值时，停车保护电路工作，使达林顿三极管缓慢截止，使点火线圈一次电流逐渐下降到零。停车断电保护电路工作时的波形如图8-16所示。

    当再次起动发动机时，分电器转动，输出的点火信号降为低电平时，电容CP又迅速放电，电路又恢复到正常工作状态。
    三、过电压保护控制
过电压保护电路由专用IC内部电路与端子15连接的电阻R2、R3组成。根据达林顿三极管的耐压指标，适当调整电阻R3的阻值，即可调节大功率三极管集电极工作时承受的电压，以保护大功率三极管长期、可靠地工作。

    四、其他保护电路
    专用集成电路端子16连接的稳压管VS2用于保护末级大功率三极管的驱动输入端，端子3内部的稳压管用于保护霍尔点火信号传感器电源及集成电路的工作电压；电阻R4为稳压管VS1的限流电阻；二极管VD与电容CS组成反向负脉冲保护电路，防止电源接反或反向负脉冲电压使点火电子组件损坏。
    霍尔式电子点火装置与磁感应式电子点火装置相比，由于其点火信号传感器输出的点火信号幅值、波形不受发动机转速的影响，即使发动机转速很低，也能输出稳定的点火信号，因此，低速性能好，有利于发动机起动。发动机在任何工况下，霍尔式点火信号传感器均能输出高低电平时间比值一定的方波信号，故点火正时精度高且易于控制一另外，霍尔式点火信号传感器无需调整，不受灰尘、油污的影响，使得霍尔式电子点火装置的工作性能可靠、使用寿命长。

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