1 发动机的检测信号
发动机是一个复杂的电路系统， 汽车发动机电控技术是汽车工业与电子工业相互结合的产物， 是汽车发动机发展的必然方向。电控单元是汽车发动机电控系统可靠性与安全性的最后一道防线。电控发动机的发展可以有效地提高发动机的燃油效率， 提高发动机的动力性， 而且还有利于控制发动机对环境的污染。在发动机电控系统中， 其信号的检测是发动机自我调整的有效手段， 各种信号检测的好坏直接影响汽车发动机的效率。其中对发动机的控制比较有影响的检测电路主要有几种， 以下分别进行叙述。
2 发动机检测电路设计
2.1 冷却液和进气温度的测量电路设计
水温传感器和进气温度传感器一般都为热敏电阻传感器， 测量发动机冷却水温和发动机进气温度。其工作原理是： 用一个半导体热敏电阻作为感应元件， 它具有负温度系数特性， 即电阻值随温度升高而降低。工作时与一个标准电阻串联， 并在两端加5V 的参考电压。当温度变化时，从热敏电阻上测出的电压即代表温度信号。其输出电压(0V～5V) 随热敏电阻阻值变化， 可直接进行A /D 转换，电阻阻值的选择尽量使冷却水温度的变化范围介于20℃～100℃内， 电压的输出范围接A /D 转换器的设定量程， 并且使电压随温度的变化关系近似于线性。
空气质量大小与进气温度高低有关。当进气温度低时， 空气密度大， 相同体积气体的质量增大， 反之， 当进气温度升高时， 相同体积气体的质量将减少。采用速度一密度法测量空气质量时， 需要测量空气温度， 对喷油量进行修正。当大气温度低时， ECU 将控制喷油器增加喷油量; 反之， 当大气温度高时， 将减少喷油量。
针对以上分析设计出冷却液温度测量电路如图1 所示， 图中R1=5kΩ， R2为热敏电阻， 其阻值变化与水温变化呈负温度特性。当温度变化时， 从热敏电阻上测出的电压即代表温度信号。其输出电压(0V～5V) 随热敏电阻阻值变化， 可直接进行A /D 转换[2]。
2.2 进气压力测量电路设计
空气质量大小除与进气温度有关外， 还与进气压力有关。进气管真空度发生改变时， 进气速度将发生改变， 将直接影响到进气质量。进气歧管压力传感器选用半导体式压力传感器， 它可以把压力信号变换成电信号， 其工作温度范围为30℃～100℃ 。这种传感器的特点是： 耐振性好， 不易受温度变化的影响， 即使在严酷的环境中工作，精度也特别高， 响应速度快。本传感器是由半导体压力换元件和滤波器组成的， 其工作原理是： 硅片的电阻随压力有很大变化(压阻效应) 而产生电信号， 再用电子电路把电信号放大、向外输出。硅片装在保持真空的真空室内，进气管的压力可从一个方面作用到硅片上。当进气歧管的压力作用到硅片上时， 由于此压力与真空室压力之差， 硅片的电阻发生变化， 经真空室内的混合集成电路变换为电压信号并加以放大， 然后作为吸气管的压力信号集成电路变换为电压信号并加以放大， 再作为吸气管的压力信号输入到计算机中。其输出信号是模拟信号， 处理电路需要由分压电阻、低通滤波和过电压保护三部分组成。低通滤波时间常数为8.46ms。信号与+5V 电源之间连有一个二极管， 使送到微处理器A/D 转换端口的信号最大不超过+5V二极管压降， 如图2 所示。
2.3 进气门开度测量电路设计
在控制系统中， 汽油机怠速、加减速、经济运行工况及全负荷工况都是根据节气门位置信号及其变化的大小来区分的， 因此它是反映汽油机所处工况的一个重要参数。本文中拟采用线性输出的节气门位置传感器， 直接安装在节气门体上， 将节气门位置信号传给ECU， 用来判断发动机的工况模式[3]。其工作原理是： TP 实际上是一只由节气门轴驱动的电位器， 采用5V 的参考电压， 活动触点在电阻滑道上滑动， 由其引出的电压即代表了节气门的位置信号。电位计有三个接线柱， 其中一个与电刷连接，这个接线柱为电位计的输出端， 当把另外两个接线柱分别同+5V 电源和地连接时， 就构成了一个分压电路。TP 的输出电压与节气门开度的关系在生产时经过标定， 为避免由于元件差异、老化等造成的误差， 在每次点火开关接通时， 节气门会有一次复位动作， 并以此位置为基准进行自校正。它的输出电压与转角的关系在生产时经过标定。ECU则根据输出电压来判断节气门位置。电位计的输出电压在0.74～4.5V 之间变化， 可直接进行A/D 转换。
测量电路设计如图3 所示， 电位计电压在0.74～4.5V之间变化， 可直接进行A/D 转换。可变电阻滑臂随节气门轴转动， 气门开度越大， 输出电压越大。输出特性如图3所示。
2.4 氧气含氧量测量电路设计
废气中含氧量的测量采用氧化锆式EGO 传感器。它可作为空燃比闭环控制中反馈排气的氧气浓度传感器，工作原理： 可认为是由氧浓度差驱动的“微电池”， 其基本元件是由氧化锆固态电解质陶瓷体做成一端封闭的锆管， 并用氧化钇做了稳定性处理。锆管的陶瓷体是多孔的， 允许氧渗入该固态电解质内。中间的陶瓷氧化锆为电离式导体， 其两个表面各镀一层铂膜作为电极。在接触排气的一侧带有多孔性陶瓷保护层， 另一侧直接接触空气。EGO 的工作是基于氧离子的扩散， 氧离子带两个俘获电子， 呈负电。氧化锆有吸引氧离子的趋势， 结果在氧化锆靠近电极的表面形成氧离子堆积。由于两侧的氧浓度差，靠近排气侧的铂电极比靠近空气侧的电极堆积了更多的氧离子， 排气侧电极负电荷多， 结果跨越氧化锆形成一个电场， 产生电动势E0， 以排气侧为负极， 空气侧为正极。电动势取决于两侧的氧浓度差和传感器温度， 产生的电压经过铂电极由引线物出。根据排气中氧的变化能很快反映输出电压变化， 此输出为(0～1V) 电压信号。含氧量测量电路如图4 所示。
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2.5 判缸测量电路设计在多点顺序喷射或多点分组喷射系统中， 为了保证喷射次序的正确无误， 一般都在某一缸的上止点位置处安装一个判缸信号传感器。当该传感器信号到达时， 说明曲轴正处于该缸上止点位置。若喷油次序发生混乱， 程序可及时根据判缸信号进行调整。在本文的控制系统中， 判缸信号传感器安装在凸轮轴正对皮带轮上与最后一缸压缩上止点相对应的位置处。凸轮轴每转过一圈， 该传感器被触发一次。本判缸信号传感器采用霍尔式， 用于测量发动机的判缸信号。
工作原理为： 利用霍尔效应原理， 在磁场中放置一块半导体基片(霍尔元件)， 当外加电流工在与磁力线B 垂直的方向上通过基片时， 由于洛伦磁力的作用， 基片上自由电荷会向一侧偏移， 在基片两侧与工和B 同时垂直的方向产生一个电压， 称之为霍尔电压V0。当电流一定时， V0与磁场强度成正比。信号触发轮有一个叶片， 装在凸轮轴上， 传感器的永久磁铁和半导体基片固定在同一底板上， 其间的间隙可让旋转的触发轮叶片通过， 当叶片不在空气隙时， 永久磁铁的磁通穿过霍尔元件， 产生霍尔电压。当叶片进入空气隙时， 磁场被叶片短路，霍尔电压为零。随着触发轮的不断旋转， 间歇产生的霍尔电压信号通过集成电路整形放大形成凸轮轴位置信号送入ECU 中， 输出高低电平数字信号， 经简单整形处理就可进入单片机。判缸测量电路如图5 所示。
3 发动机检测电路集成控制
发动机以上设计的各个检测电路， 可以得到发动机各个传感器所获得的电信号， 该信号最终需要进入EECU ，由EECU 对其进行最后的分析， 分析后发出控制信号对各个控制单元进行控制。但是， EECU 所能够获得的信号是数字信号， 而前面所有电路获得是模拟信号， 所以最终还需要对获得的模拟信号进行模数转换后EECU 才能够进行分析。
4 结束语
利用以上发动机的检测电路， 可得到反映汽油机运行工况的各种信号。发动机电控单元将这些信号处理后发出指令给执行器， 实现控制汽油机的空燃比、喷油时刻和点火时刻， 使汽油机达到最佳运行性能， 可有效实现节能减排。
参考文献：
[1] 麻友良. 汽车电器电子控制系统[M] . 北京： 人民交通出版社， 1999.
[2] 吴道悌. 非电量电测技术[M] . 西安： 西安交通大学出版社， 1990.
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[4] 俞斌. 汽车电子几个关键技术的应用[J] . 电子测试， 2008(2)： 49-51.
[5] 洪俊美， 暨仲明. 发动机综合测试控制系统的研制[J] . 机电工程， 2009 (10)： 65-66.
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