Датчик Холла от А до Я

Систему зажигания по степени важности для автомобиля трудно сравнить с силовым агрегатом. Но можно однозначно утверждать, что существенная часть проблем, если не сказать большинство, связанных с неудачными или проблемными пусками двигателя, вызваны именно из-за неисправностей системы зажигания. Её работа контролируется несколькими разновидностями датчиков. Сегодня мы познакомимся с одним из них – датчиком Холла. Узнаем, для чего он нужен, какие функции выполняет, как устроен и в каких случаях выходит из строя. Словом, информации будет вполне достаточно, чтобы уметь самостоятельно диагностировать это устройство и выполнить в случае необходимости ремонт датчика или его замену.

Функции датчика Холла в автомобиле

Как ни странно, но это единственный датчик, устанавливаемый в современном транспортном средстве, название которого содержит

Данный датчик единственный в автомобиле, который имеет имя собственное. Эдвин Холл – известный американский физик второй половины XIX столетия Он назван в честь известного американского физика Эдвина Холла, который и стал первым учёным, исследовавшим особенности поведения полупроводниковых материалов при взаимодействии с магнитным полем.

Строго говоря, датчик Холла отвечает за фиксацию магнитного поля. Делается это следующим образом: полупроводник в виде плоской пластины размещается в зоне действия магнитного поля. Когда на него подаётся напряжение, ток под воздействием силовых линий магнитного поля смещается к одному из краёв пластины, создавая разницу потенциалов, которую можно фиксировать.

Если говорить об автомобильном ДХ, то здесь он используется как ключ или реле. В трамблёре имеется магнит, который в момент пуска двигателя начинает вращаться, взаимодействуя с датчиком. Последний улавливает магнитное поле и подаёт электрический импульс, провоцирующий формирование искры зажигания.

Таким образом, ДХ является обязательным элементом системы зажигания. Но в некоторых случаях его используют и для других целей: в цифровых спидометрах/тахометрах, для контроля функционирования АБС, для проверки характеристик передаточных колёс и т. д.

Отличительной особенностью датчика Холла является простота конструкции и, соответственного, высокая надёжность устройства. Он практически не подвержен износу, а все его неисправности обычно происходят из-за загрязнения или внешнего механического воздействия. Как правило, ДХ устанавливают таким образом, чтобы его можно было легко демонтировать и поставить на место.

Принцип работы датчика Холла

Хотя сам эффект Холла был открыт и запатентован ещё в 1879 году, пошло более 70 лет, прежде чем устройства, работающие по данному принципу, начали производить промышленным способом, чему в немалой степени способствовали революционные открытия в сфере полупроводников, случившиеся в середине прошлого века.

Первые микросхемы, хотя и отличались достаточно большими размерами и несовершенными техническими характеристиками, оказались достаточно надёжными и нашли применение в генераторах, названных именем американского физика. По мере миниатюризации электронных компонентов появились действительно компактные датчики аналогового или цифрового способа действия. При этом принцип действия датчика Холла может быть линейным (так работают приборы, измеряющие ток, расход технической жидкости, силу вибрации) и логическим (измерение частоты вращения, количества импульсов, датчики приближения).

Мало кто знает, но даже в приводе CD/DVD дисков, работающих в составе компьютерной, видео- или аудиотехники, присутствует устройство, измеряющее ЭДС по методу Холла.

Но наибольшее распространение ДХ получил именно в автомобилестроении, где он используется для измерения положения коленвала/распредвала, в качестве инициатора искры зажигания в бесконтактных электронных системах зажигания. Это устройство умеет считывать необходимую информацию и передавать полученные данные в контроллер, ЭБУ или непосредственно на исполнительное устройство, что и обеспечивает нормальное функционирование той или иной системы автомобиля.

В качестве примера того, как работает датчик Холла, можно привести систему воспламенения рабочей смеси. В данном случае вращение зубчатого колеса распредвала инициирует возникновение разности потенциалов, фиксируемых датчиком, который посылает соответствующий сигнал в бортовой компьютер, который на основании этой информации определяет время возгорания ТВС в камере сгорания. Если силовой агрегат автомобиля оснащён системой, обеспечивающей автоматическое изменение фаз, управляющий контроллер располагают непосредственно на клапанах распредвала.

Где располагается ДХ

Прибор, отвечающий за определение момента зажигания, обычно располагают в трамблёре. Такой датчик применяется вместо контактов, являясь более надёжной заменой в составе бесконтактных электронных систем зажигания.

Чтобы его увидеть, нужно снять крышку трамблёра, а также бегунок и некоторые другие детали. Он расположен в непосредственной близости от вала трамблёра, на пластине рядом с постоянным магнитом. Сверху датчик прикрывает магнитопроводящая пластина с зубьями в виде короны, количество которых соответствует числу цилиндров силового агрегата.

Снаружи распределителя устанавливается колодка с проводами, посредством которой осуществляется связь между датчиком и ЭБУ.

ДХ, устанавливаемый на распредвале, обычно крепится на его задней крышке. Датчик Холла выглядит как цилиндрическая деталь, помещённая в корпус из прочного пластика, с внешней стороны которого имеется разъем для подключения проводку. Сверху можно увидеть ту самую пластину с прорезями.

Устройство ДХ

Мы уже отмечали, что в автомобиле датчики, работающие по принципу, изобретённому почти полтора столетия назад, могут использоваться в самых разных целях, но при этом обязательной компонентой он является только в системе зажигания.

Поэтому имеет смысл описать устройство датчика Холла именно этого типа. Он состоит из:

• микросхемы, реализующей улавливание изменения напряжения на пластине,
• постоянного магнита,
• пластикового корпуса,
• лопасти ротора,
• контактной группы,
• магнитопроводов.

Несмотря на относительное большое количество компонентов, такой датчик обладает целым рядом неоспоримых достоинств:

• благодаря миниатюризации современных микросхем он имеет компактные размеры,
• выражаясь терминами электротехников, электрический сигнал, формируемый датчиком, имеет чётко выраженную прямоугольную форму – при включении он практически мгновенно принимает определённое стабильное значение без плавных подъёмов и спусков, что чрезвычайно важно для цифровых устройств типа контроллера,
• в датчике, измеряющем скорость вращения коленвала, динамика частоты срабатывания (как результат изменения оборотов мотора) не приводит к рассогласованию момента измерения.

Однако есть у ДХ и недостатки. Главный из них заключается в низкой чувствительности прибора, на который могут оказывать существенное влияние внешние электромагнитные помехи, формируемые в бортовой электросхеме автомобиля в результате работы большого количество электронных/электрических устройств и приборов.

Более высокая стоимость датчика Холла по сравнению с аналогами магнитоэлектрического типа действия нивелируется простотой крупномасштабного производства. Что касается надёжности, то уязвимость ДХ заключается в слабой защищенности от электрических наводок, но зато в нём отсутствуют или сведены к минимуму механические компоненты, подверженные быстрому износу.

Возможные неисправности

Хотя датчик Холла относится к одним из самых надёжных устройств подобного типа, он всё же подвержен поломкам – ничто в природе не вечно, даже атомы. Но следует отличать полную неработоспособность (в этом случае мы просто не сумеем запустить мотор) и частичную, когда возникают определённые трудности с запуском и эксплуатацией силового агрегата. Как же определить, что ДХ неисправен? Об этом можно судить по следующим симптомам:

• расход горючего значительно увеличился – обычно это происходит потому, что впрыск ТВС производится чаще, чем следует (один раз за оборот коленвала),
• двигатель начал работать нестабильно, с необъяснимыми «замираниями», что проявляется дёрганьем, особенно при наборе скорости. В отдельных случаях разогнаться выше 50 км/час просто не удаётся,
• силовой агрегат глохнет «на ходу»,
• мотор запускается с трудом или и вовсе отказывается «заводиться».

Отметим, что перечисленные признаки неисправности датчика Холла не являются аутентичными, и это характерно практически для любого нештатного поведения автомобиля. Другими словами, каждая из вышеназванных неисправностей может свидетельствовать о проблемах с нашим датчиком, но вовсе необязательно – такая же симптоматика наблюдается и при поломке целого ряда других узлов и деталей автомобиля. Поэтому так важно уметь диагностировать этот важный для системы зажигания прибор, что является достаточно трудоёмкой и нетривиальной задачей.

Устранение неисправностей

В принципе датчик Холла редко ломается, но если это происходит, автопроизводители советуют просто заменить его на новый. Но поскольку стоимость прибора немаленькая, особенно если речь идёт об иномарке (а здесь работает следующее правило: чем престижнее автомобиль, тем дороже запчасти к нему), то многие автовладельцы отдают предпочтение самостоятельному ремонту. В принципе конструкция датчика относительно проста, поэтому особых сложностей при его реставрации возникнуть не должно.

В качестве примера рассмотрим алгоритм проведения ремонта ДХ, устанавливаемого на некоторые модели Volkswagen. Обычно наиболее подверженной поломкам является логический элемент микросхемы, маркируемый последовательностью символов S441А. Собственно говоря, он и является сердцем датчика, регистрирующим отклонения в напряжении на рабочих пластинах. Наша задача – заменить его, для чего предстоит выполнить следующие действия:

• само собой, без приобретения нового логического элемента не обойтись – при этом вполне может подойти и его аналог,
• купленную деталь предварительно следует проверить на работоспособность. Делается это следующим образом: нужно соединить в цепочку обычный светодиод и сопротивление номиналом 1-2 кОМ, после чего подключить данную конструкцию к выводам «выход» и «+» микросхемы. Величина напряжения, которым следует запитывать логический элемент, должна варьироваться в пределах 3-30 В – этого достаточно, чтобы при воздействии на микросхему достаточно мощным магнитом светодиод засветился,
• посередине датчика сверлом диаметром 8-10 мм следует проделать отверстие, обрезают провода «заподлицо», чтобы они не выглядывали наружу, после чего с помощью тонкого надфиля в корпусе пропиливаем канавки, в которые будут уложена новая проводка,
• вышедший из строя логический элемент прикрепляем в проделанном окошке и устанавливаем ДХ на место для проверки его работоспособности. В момент прохождения шторки вала через прорези «короны» светодиод должен гореть, когда прорезь «уходит» светодиод гаснет,
• если ничего не получилось – дело в полярности плюсового и минусового выводов. Их нужно просто поменять местами,
• если наша схема со светодиодами работает, остается выполнить разводку выводов микросхемы через проделанные канавки. Для этого в окошке припаивают провода, концы которых следует соединить с разъемом. Здесь важно снова не перепутать полярность выводов (на разъёме трамблёра они маркируются как «+», «-» и «0»),
• после пайки внимательно осматриваем проводки на отсутствие повреждений, тестируем датчик мультиметром на предмет отсутствия коротких замыканий. Если всё нормально – герметизируем проделанное нами технологическое отверстие (желательно и канавки тоже) термостойким клеем,
• осталось установить ДХ на штатное место и протестировать все провода на предмет отсутствия КЗ (они не должны «прозваниваться» на корпус).

В принципе точно таким же образом можно восстановить работоспособность датчика Холла на других марках авто, поскольку принципиально они все схожи мех собой – различия могут заключаться только в геометрии компонентов прибора.

В некоторых случаях (например, механическая поломка) ДХ ремонту не подлежит, и тогда придётся приобретать новую запчасть и производить замену датчика целиком. Это несложная операция, которая под силу даже начинающим автомобилистам. Приводим алгоритм процедуры:

• демонтируем сам трамблёр, не отсоединяя его провода,
• снимаем крышку, совмещаем метки ГРМ с меткой, расположенной на коленвалу,
• фиксируем положение трамблёра,
• извлекаем крепёж, фиксаторы и стопоры,
• вынимаем вал,
• отвёрткой откручиваем клеммы ДХ и сам датчик,
• аккуратно вынимаем прибор, оттянув для этого регулятор,
• устанавливаем исправный датчик и проделываем все операции в обратном порядке.

Опять же, описанный алгоритм пригоден для большинства марок/моделей авто, за редким исключением.

Проверка работоспособности ДХ

В отличие от механических деталей автомобиля, неисправность которых зачастую определяется чисто визуально, с датчиком Холла такой фокус не проходит. Разумеется, если он подвергался ощутимому механическому воздействию (например, при ремонте трамблёра), то на его пластиковом корпусе останутся следы ударов, и это будет веской причиной для проверки работоспособности датчика. Точно так же, как и при осмотре проводки и выявлении проблемных мест (оголения изоляции, подгорания контактов и т. д.).

Поводом для таких действий могут стать и другие появившиеся в работе силового агрегата симптомы:

• он стал плохо заводиться,
• нестабильно работать в режиме ХХ,
• при работе двигателя на повышенных оборотах наблюдаются непредсказуемые провалы, проявляющиеся «дёрганьем» авто,
• мотор может просто глохнуть в самый неподходящий момент.

Если вы не дружите с техникой и никогда ранее не работали с электроизмерительными приборами, лучше всего обратиться к специалистам ближайшего автосервиса, которые проверят датчик Холла с помощью осциллографа, позволяющего вывить самые незначительные отклонения в работе устройства.

Но в принципе проверку датчика Холла мультиметром можно осуществить и самостоятельно, причём существует несколько способов выполнения этой процедуры.

Разумеется, самый кардинальный из них – установить заведомо рабочий датчик и проверить его в работе. Конечно, этот метод применим при наличии хорошего друга, готового предоставить вам на некоторое время своё устройство. Но если такая возможность имеется, то это самый простой способ удостовериться в жизнеспособности ДХ.

Если таковых добровольцев найти не удалось, стоит попробовать другой способ, для которого нам потребуется тестер. На работающем моторе необходимо проверить напряжение на выходе датчике, которое должно находиться в диапазоне 0.5-11.0 В. Если это не так – при бор неисправен и подлежит ремонту или замене.

Наконец, проверить функционирование ДХ можно посредством использования так называемого метода имитации. Он заключается в отсоединении от датчика колодки, включения зажигания (без запуска мотора!) и соединении шестого и третьего выхода. Проскакивание искры будет свидетельствовать о том, что устройство работает не в штатном режиме, то есть неисправно.

Рассмотрим ещё один способ, как проверить датчик Холла, также не требующий наличия вольтметра/тестера:

• подключаем свечу зажигания контактом к выводному проводу катушки зажигания,
• резьбовую часть СЗ закорачиваем на массу,
• выполняем демонтаж каретки вместе с датчиком Холла, затем подсоединяем разъем,
• при включённом зажигании проводим любым металлическим предметом (гаечным ключом или отвёрткой) возле ДХ. Наличие искры на свечке говорит о том, что прибор исправен.

О несложном тестировании датчика мы уже говорили. Напомним, речь идёт о проверке наличия электропитания на устройстве, требующем соединения в одну электрическую цепь обычного светодиода и резистора номиналом 1-2 кОм. В этом случае датчик отключаем от штекерной коробки, присоединяя один конец собранной цепи в клемме №1, а второй – к 3-ей клемме с последующим включением зажигания. При наличии вольтметра достаточно было бы измерить напряжение на ножках прибора, но в нашем случае тестер отсутствует, поэтому загорание светодиода будет свидетельствовать о том, что с питающим напряжением всё в порядке. Но если светодиод не загорелся – это может означать, что мы просто перепутали полярность подключения (а это для полупроводниковых устройств важно). Меняем полярность и снова включаем зажигание. Если и в этом случае лампочка не подаёт признаков жизни – значит, продолжаем наш эксперимент.

Для этого оставляем первую клемму в таком же положении, а провод с третьего контакта перебрасываем на второй. Проворачиваем распредвал (например, стартером, хотя можно и вручную любым удобным способом) и наблюдаем, как на это реагирует наш светодиод. Если при включённом зажигании он моргает с высокой частотой – датчик Холла исправен и не нуждается в замене. В противном случае потребуется более тщательная диагностика прибора, выполняемая на осциллографе. Скорее всего, у вас такого измерительного прибора нет, поэтому остаётся либо показать датчик специалисту, либо не заморачиваться и сразу приобретать новый.