Автомобильный датчик Холла

Датчик Холла является составной частью систем управления работой двигателей внутреннего сгорания, иногда встречается в промышленном оборудовании. Повреждение или поломка элемента приводит к сбоям в работе силового агрегата. Моторы со впрыском топлива оснащаются несколькими сенсорами на основе эффекта Холла, установленными на коленчатом или распределительном вале.

Общая информация о датчике Холла

Во второй половине XIX в. Эдвин Холл проводил опыты с помещением металлических прямоугольных пластин, находящихся под постоянным напряжением, в магнитное поле. При прохождении потока и подаче питания в прямоугольном элементе возникала разность потенциалов, направленная под прямым углом к внешнему возмущающему воздействию.

Принцип работы

В конструкцию датчика для машины входят постоянный магнит и микросхема с поддержкой эффекта Холла. Элементы установлены с воздушным зазором, в котором вращается металлический диск с выступами и впадинами. Поверхность обеспечивает периодическое экранирование потока. Сигнал от чипа подается на усилитель, а затем используется для работы системы зажигания или блока управления впрыском бензина.

Сферы применения

Датчик применяется для:

• определения положения коленчатого и распредвалов;
• фиксации вибрационных или ударных нагрузок;
• расчета частоты вращения или угла поворота исполнительного привода в оборудовании (например, в безколлекторных электродвигателях).

Разновидности датчиков Холла

Сенсоры принято разделять на категории по принципу работы:

• аналоговые;
• цифровые.

Линейные (аналоговые)

Устройство обеспечивает преобразование магнитной индукции в электрический ток. Напряжение находится в прямой зависимости от возмущающего тока. Изделия отличаются простотой конструкции и низкой себестоимостью. Используются в измерительных приборах (например, в определителях вибрационных нагрузок или в сенсорах угла поворота).

Цифровые

Сенсор срабатывает только в крайних положениях, соответствующих появлению или исчезновению внешнего поля. Чувствительный элемент – при достижении фиксированного значения индукции. Узлы распространены в автомобильной промышленности (находятся в трамблерах бесконтактных систем зажигания или отвечают за определение фазы газораспределения).

Устройства принято делить на:

1. Униполярные. Реагируют на заданную силу магнитного потока. При падении интенсивности воздействия чувствительный элемент возвращается в исходное состояние.
2. Биполярные. Ориентированы на определение полярности поля. Переключение полюсов позволяет использовать сенсор для включения и отключения оборудования.

Датчик Холла в автомобиле

Датчики стали использоваться в конструкции автомобиля в 60-70-е гг. прошлого столетия. Элементы применялись для распределения импульсов зажигания в бесконтактных системах. После появления впрыска бензина возникла необходимость точно определять момент подачи горючего, что обеспечивало снижение расхода и сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу.

Сенсоры устанавливают на носке коленчатого вала, а также на торцевых кромках валов газораспределительного механизма (точка и метод крепления зависят от модели двигателя и производителя агрегата).

Функции

Устройство определяет:

• взаимное положение деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, обеспечивая своевременную подачу топлива к форсункам;
• позиционирование поршней в цилиндрах (по углу поворота коленчатого вала), поддерживая своевременную подачу импульсов тока к свечам системы зажигания.

Расположение и устройство

Классический датчик в распределителе зажигания состоит из пластикового корпуса с прокладкой, предотвращающей загрязнение внутренних поверхностей. В кожухе закреплены магнит и микросхема, между деталями имеется воздушный зазор в пределах 5–6 мм. В промежутке находится металлический диск с прорезями, вращающийся синхронно с коленчатым валом. На корпусе имеется разъем для коммутации электропроводки, оснащенный уплотнительным кольцом для защиты контактов от влаги, масляной взвеси и мелкодисперсной пыли.

Сенсор располагается:

• внутри трамблера бесконтактной системы зажигания;
• на передней крышке двигателя около шкива коленчатого вала с задающим диском;
• на головке блока цилиндров (возле торца распределительного вала впускных либо выпускных клапанов).

Возможные поломки и неисправности

Основные признаки поломки электронного датчика Холла:

1. Внезапное увеличение расхода топлива, сопровождающееся затрудненным пуском или падением динамики разгона. Причиной является поломка или загрязнение датчика, вызывающее некорректную работу форсунок. Избыток бензина выбрасывается с потоком отработавших газов в полость каталитического нейтрализатора. Повышение температуры из-за догорания смеси приводит к разрушению керамической вставки и закупорке каналов отвода выхлопных газов.
2. Перевод автоматической трансмиссии в режим аварийной работы с ограничением скорости движения. При повторном пуске двигателя проблема может пропадать на несколько минут. Блок управления фиксирует ошибочный сигнал и переключает электронику в аварийный режим работы. Симптом наблюдается на некоторых автомобилях импортного производства.
3. Нестабильная работа мотора при повреждении датчика распределительного или коленчатого вала, когда может плавать стрелка тахометра. Такое поведение двигателя приводит к росту расхода топлива. При поломке датчика в системе зажигания пуск силового агрегата блокируется либо мотор глохнет при попытке набора оборотов.
4. Включение контрольного индикатора Check Engine с одновременной записью кода ошибки в памяти блоков управления. Информацию считывают при помощи тестера, подключаемого к колодке диагностики OBD-II. Некоторые владельцы сталкиваются с отключением индикатора после прогрева мотора или повышения частоты вращения силового агрегата.

Способы диагностики работоспособности

При обнаружении некорректной работы датчиков Холла необходимо прозвонить цепи тестовым прибором. Проверка позволяет убедиться в неисправности сенсора или обнаружить другие поломки. Датчики систем зажигания проверяют путем замыкания контактов колодки или имитацией движения распределительного диска через рабочий зазор сенсора.

Проверка мультиметром

Для тестирования необходимо взять цифровой прибор и переключить устройство в режим замера постоянного напряжения. Затем следует выполнить подключение щупов к сигнальным контактам и включить датчик (например, прокрутить коленчатый вал мотора стартером). Нужные пины в разъеме определяют опытным путем или по схеме. Исправный сенсор подает импульсы напряжением от 0,4 до 11 В. Поломанный датчик не срабатывает при прокручивании индикаторного кольца. Напряжение между корпусом датчика и кузовом автомобиля должно равняться 0 В.

Для проверки индуктивных датчиков с 2 проводами необходимо выставить тестовый прибор в режим определения переменного напряжения. После включения зажигания следует проверить показания мультиметра (прокручивать вал мотора стартером не требуется). Для теста первый щуп прибора прикладывают к кузову, а второй – к контактам в колодке датчика. На исправном сенсоре вольтметр покажет напряжение на каждом выводе. Если сигнал отсутствует хотя бы на 1 пине, то датчик неисправен.

Альтернативный метод проверки 2-контактного сенсора предусматривает тестирование на работающем двигателе. Необходимо аккуратно установить щуп в разъеме датчика, а второй приложить к болту на кузове машины. Прибор должен показывать плавающее значение напряжения (в диапазоне от 0 до 5 В, значение зависит от модификации сенсора). При отсутствии сигнала датчик неисправен.

Создание имитации

Методика подходит только для проверки трамблеров. Для тестирования необходимо отсоединить штекер проводки и замкнуть контакты куском провода, предварительно изучив распиновку колодки.

Можно протестировать устройство другим способом:

1. Снять крышку с трамблера и уложить металлический наконечник рядом с элементом кузова (например, любой шпилькой на двигателе).
2. Включить систему зажигания и провести стальной пластиной через воздушный зазор датчика, имитируя работу распределителя. Толщина элемента будет влиять на показания, поэтому требуется подобрать планку, соответствующую по габаритам штатному диску. Если датчик исправен, то между контактом и болтом будет проскакивать искра.

Замена рабочим датчиком

Если в автомобиле или гараже имеется запасной датчик, то замена элемента позволяет быстро уточнить состояние старого сенсора. Для выполнения работ понадобится разобрать узел (например, распределитель зажигания) либо отвернуть крепежные болты или винты. Допускается устанавливать только совместимый датчик, при использовании детали другой модели сигнал будет ошибочным из-за неправильного зазора между магнитом и микросхемой.

Проверка сопротивления

Для проведения тестирования понадобится самодельный прибор, состоящий из последовательно соединенных светодиода и резистора сопротивлением 1–1,5 кОм. Для удобства использования к ножке сопротивления и выводу индикатора следует припаять отрезки медного многожильного провода. В качестве источника питания используют АКБ автомобиля напряжением 12 В.

Инструкция:

1. Открыть крышку трамблера и снять колодку с датчика.
2. При включенном зажигании проверить наличие напряжения в цепи питания. Замер выполняют вольтметром, подключенным к точкам 1 и 3 на сенсоре. При исправной проводке прибор покажет 11,5–12 В.
3. Подсоединить тестовый прибор для определения полярности. Светодиод устроен таким образом, что свечение возникает только при корректной коммутации.
4. Подключить вывод от клеммы № 2 в соответствии со схемой, а затем прокрутить силовой агрегат стартером. При исправном датчике лампа будет мигать с частотой, соответствующей интенсивности вращения задающего диска. Если индикатор не загорается или включается через раз, то датчик считается неисправным и требует замены.

Устранение поломок и неисправностей

При обнаружении повреждения корпуса, влияющего на работоспособность датчика, или выходе из строя микросхемы следует произвести установку нового изделия.

Владельцу автомобиля необходимо подобрать запасной элемент (например, по каталогу) и выполнить ремонт самостоятельно или в сервисе.

Ремонт и замена своими руками

При повреждении элементов конструкции ремонт датчика невозможен. Владельцу автомобиля необходимо поменять деталь на оригинальный сенсор или найти по справочникам либо каталогам аналог. Алгоритм установки нового датчика зависит от конструктивных особенностей автомобиля. Для выполнения работ нужен набор слесарного инструмента (гаечные ключи и отвертки). Процедура занимает 10–20 минут.

Чтобы заменить неисправный датчик положения распределительного вала, необходимо (на примере Lada Priora с 16-клапанным мотором):

1. Найти точку установки сенсора по электрической схеме или жгуту проводки, подведенному к передней крышке двигателя рядом со шкивом коленчатого вала.
2. Снять колодку проводки и отвернуть 2 болта, а затем аккуратно вынуть датчик из посадочного гнезда.
3. Осмотреть изделие. Если на корпусе имеются следы механического воздействия, снять пластиковый кожух и проверить состояние газораспределительного механизма. В противном случае установить новый сенсор, завернуть крепежные болты и подключить сигнальный кабель. При монтаже убедиться в наличии резинового уплотнителя.

Ряд производителей автомобилей рекомендует проводить замену датчика Холла через 100–150 тыс. км пробега.

Подобные требования обусловлены жесткими условиями эксплуатации (узлы работают в условиях перепадов температуры и подвергаются вибрационным нагрузкам). Циклы нагрева и охлаждения негативно влияют на полупроводники и способны разрушить пластиковый корпус. Вода или конденсат проникает в трещины и ускоряет выход датчика из строя.

Для замены датчика в трамблере следует:

1. Отстегнуть защелки и снять крышку.
2. Установить метки на шкиве коленчатого вала и газораспределительного механизма.
3. Отвернуть болты крепления и снять распределитель зажигания для дальнейшей разборки.
4. Демонтировать неисправный датчик и произвести осмотр и обслуживание элементов конструкции.
5. Установить новый сенсор и произвести сборку в обратной последовательности.
6. Проверить работоспособность двигателя и произвести регулировку зажигания (при необходимости).

Преимущества и недостатки

Положительные стороны сенсоров, использующих в работе принцип Холла:

• многофункциональность (датчики могут использоваться в различном измерительном оборудовании);
• высокая надежность за счет снижения количества движущихся частей;
• устойчивость к внешним воздействиям (на работу сенсоров может повлиять только толстый слой грязи);
• невосприимчивость к вибрационным нагрузкам;
• простота конструкции, не требующей обслуживания в процессе эксплуатации.

[embedded content]

Основные недостатки сенсоров Холла:

• необходимость близкой установки магнита и считывающего чипа (для увеличения зазора более 100 мм требуется мощное поле);
• постоянное изменение потока, приводящее к нестабильному сигналу (проблема сглаживается использованием усилителей и фильтров);
• зависимость показаний от температуры (при нагреве повышается чувствительность датчика).

Дополнительная информация

При диагностике датчиков в автомобиле следует проверять сопряженные узлы. Например, причиной плохой работы зажигания может стать влага в контактах или надломленная жила в жгуте проводки. Некоторые владельцы сталкиваются со скрытыми дефектами в блоках управления (окислением или отгоранием дорожек на печатной плате). Чрезмерный износ шестерен привода распределителя может стать причиной периодических сбоев в системе зажигания.

При некорректной работе датчика на машинах с распределенным впрыском топлива в память контроллера записываются ошибки. После проведения ремонта возможно включение предупредительных ламп в комбинации приборов. Для сброса кодов необходимо отключить аккумулятор от бортовой сети на 5–7 минут. Если процедура не помогла, то стереть идентификаторы неисправностей можно при помощи диагностического сканера, подключенного к разъему OBD-II.

Источник: gdetoplivo.ru