3 燃油噴射控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)控制芯片采用89C51單片機(jī)，由3個(gè)89C51芯片分別進(jìn)行噴油量計(jì)算、轉(zhuǎn)速計(jì)算和噴油正時(shí)控制。A／D轉(zhuǎn)換采用TI公司生產(chǎn)的串行A／D轉(zhuǎn)換器TLC2543，它具有輸入通道多、精度高、速度高、使用靈活和體積小的優(yōu)點(diǎn)。

　　TLC2543為CMOS型12位開關(guān)電容逐次逼近A／D轉(zhuǎn)換器。片內(nèi)含有一個(gè)14通道多路器，可從11個(gè)模擬輸入或3個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中選擇一個(gè)。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)上裝配的傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)控制和判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵部件，但其輸出的信號(hào)千差萬別，不能直接輸送給單片機(jī)進(jìn)行處理，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)后再送給單片機(jī)。

　　各種傳感器所采集的信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩大類。對(duì)于模擬信號(hào)，如空氣流量傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器等幅值為0.5～5V之間，頻率變化緩慢，主要處理方式是低通濾波和信號(hào)隔離。經(jīng)低通濾波后，在經(jīng)過隔離裝置送入A／D轉(zhuǎn)換器，以消除數(shù)字電路和模擬電路之間的干擾。模擬信號(hào)中有些幅值較小的信號(hào)如果直接送給A／D轉(zhuǎn)換器，不能充分的利用A／D轉(zhuǎn)換器的精度，故需對(duì)其進(jìn)行放大處理。對(duì)一些大幅值信號(hào)，如蓄電池電壓信號(hào)，其幅值達(dá)14V，因此需要對(duì)其進(jìn)行限幅處理之后再經(jīng)低通濾波和隔離，才可進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。

　　對(duì)于數(shù)字信號(hào)，因其在傳輸過程中受到電磁輻射以及自身信號(hào)衰減等會(huì)產(chǎn)生失真，導(dǎo)致單片機(jī)無法直接使用，故需進(jìn)行整形處理。整形后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字脈沖再經(jīng)高速光電隔離電路后送給單片機(jī)，以消除干擾，提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。

　　3.1 空氣流量傳感器輸出信號(hào)的處理

　　設(shè)計(jì)采用專用芯片5階開關(guān)低通濾波器Max7419，對(duì)空氣流量傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波。Max7419允許通過的信號(hào)頻率為1 Hz～45 kHz，其外圍電路如圖5所示。芯片采用+5 V供電，時(shí)鐘信號(hào)由內(nèi)部提供，也可以用外部時(shí)鐘以獲得更高的頻率穩(wěn)定性，失調(diào)調(diào)節(jié)引腳（OS）可用于調(diào)節(jié)輸出直流電平。Max7419提供53 dB的阻帶抑制，過渡比為1．6：1。Max7419采用的逼近函數(shù)為Besel函數(shù)。

　　3.2 曲軸位置傳感器輸入信號(hào)的處理

　　3.2.1 輸出波形的整形

　　曲軸位置傳感器信號(hào)決定著何時(shí)進(jìn)行噴油，對(duì)噴油正時(shí)尤為重要。文中以上汽通用五菱4缸微型車曲軸位置傳感器為例。該車采用霍爾式曲軸位置傳感器，輸出信號(hào)為方波脈沖信號(hào)，曲軸齒圈上人為地去掉兩個(gè)輪齒，以確定曲軸位置。曲軸旋轉(zhuǎn)一周的過程中，產(chǎn)生58個(gè)方波脈沖，其中包括1個(gè)較寬脈沖和57個(gè)較窄脈沖，寬脈沖寬度約為窄脈沖寬度的3倍。由此可知，每個(gè)窄脈沖相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)過60°，可根據(jù)該寬脈沖作為基準(zhǔn)，確定曲軸的位置。同時(shí)，配以凸輪軸位置傳感器信號(hào)，即可確定各缸活塞的運(yùn)行位置。霍爾式曲軸位置傳感器輸出的方波信號(hào)由于在傳輸?shù)倪^程中受到輻射等干擾會(huì)產(chǎn)生一定程度的失真，需對(duì)其進(jìn)行整形。在此，采用集成施密特觸發(fā)器CD40106作為整形電路。觸發(fā)器輸出端接反相器即可得到與輸入信號(hào)同相并且消除了幅值波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖信號(hào)。

　　3.2.2 曲軸位置的檢測(cè)

　　曲軸位置傳感器的標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖，經(jīng)過高速光電隔離器可送入單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)結(jié)合凸輪軸位置傳感器信號(hào)，即可測(cè)得曲軸位置的第0號(hào)大缺齒脈沖，再通過凸輪軸位置傳感器的高低電平狀態(tài)判斷此時(shí)第一缸處于的工作狀態(tài)。

　　3.3 溫度傳感器輸出信號(hào)的處理

　　燃油噴射電子控制系統(tǒng)中有兩個(gè)溫度傳感器，即冷卻液溫度傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器。圖6所示為水溫傳感器的工作電路。

　　對(duì)水溫傳感器輸出信號(hào)的處理方法與對(duì)節(jié)氣門位置傳感器輸出信號(hào)的處理方法相似，也通過低通濾波器和線性光電隔離放大器，然后送入TLC2543 A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。進(jìn)氣溫度傳感器信號(hào)的處理可參照水溫傳感器信號(hào)處理的方法。

　　3.4 氧傳感器輸出信號(hào)的處理

　　氧傳感器是空燃比反饋控制系統(tǒng)的重要部件，它通過監(jiān)測(cè)排氣中的氧離子含量來獲得混合氣的空燃比信號(hào)，并將空燃比信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。ECU根據(jù)氧傳感器信號(hào)對(duì)噴油脈寬進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)空燃比反饋控制，從而將過量空氣系數(shù)控制在1．0左右，使發(fā)動(dòng)機(jī)得到最佳濃度的混合氣，從而降低有害氣體排放量和節(jié)約燃油之目的。

　　3.5 噴油器及其驅(qū)動(dòng)電路

　　噴油器的驅(qū)動(dòng)電路可采用如圖7所示的電路。通過控制噴油器的工作電壓來控制噴油器工作。在該電路中，使用高電阻噴油器時(shí)，可將蓄電池電壓直接加在噴油器上；而使用低電壓噴油器時(shí)，則應(yīng)在電路中串入附加電阻，將蓄電池電壓分壓后加在噴油器上。圖中的R和C組成消弧回路。