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摘要：传统的数字示波器波形的回放不够方便、储存的数据量不够大、波形对比也不够直观、多信号波形相互关系分析功能不强。PICO示波器具有高带宽、高采样率和深度储存器等高性能规格参数，功能强大，很好的解决传统数字示波器在发动机信号测试中的不足。利用PICO示波器对转速传感器信号、点火控制信号、喷油控制信号等进行深入的波形分析，可推算出发动机转速、点火延时、喷油时刻等深层重要参数，以便精确了解发动机运行工况，有利于深入理解发动机工作原理。
关键词：发动机;示波器;传感器信号;波形分析
0 引言
现代汽车发动机结构复杂，发动机电控系统各部件相互配合紧密性高，数据处理量大，利用PICO示波器对发动机信号进行提取和分析，在分辨率（清晰度）和存储深度上都占据着极大的优势，使用更加方便，只需要接入PC电脑的USB接口，结合PicoScope专用操作分析软件，有强大的数字示波分析功能;PICO示波器拥有高达12～16位的分辨率，并且采样率可达400MHz，数据存储方便，能更清晰的观测发动机工作过程中各信号的波形变化，方便将采集的数据进行直接读取，更清楚地展示发动机工作过程中各信号波形的相互关系，有利于进一步了解发动机内在工作机理。
1 信号波形测试系统组成
汽车电子器件在运行过程会产生如下的五种基本信号：直流、交流、频率调制、脉宽和串行数据，这五种基本电子信号是汽车控制系统中各传感器、行车电脑和其他设备之间相互通信的基本语言[1]，每种电子信号都有特定的基本特征，比如幅度、频率、形状等。本文在卡罗拉发动机台架上，通过PICO示波器进行了信号波形的采集与分析，分析系统框架如图1所示，设备包括发动机台架、PICO示波器模块、PicoScope专用软件、笔记本电脑、相关连接导线等，利用这套系统将检测信号的电压波形显示出来，直观的呈现出电控发动机传感器动态信号变化的全过程[2]。
2 发动机转速信号波形测量与分析
曲轴转速传感器是电控发动机控制系统中主要传感器之一，它向发动机控制系统（ECU）提供发动机曲轴转速和位置变化信息，确定发动机转速和燃油喷射、点火等基准信号[3]，是ECU对发动机喷油量等参数优化的一个重要依据。
利用PICO示波器，测量计算发动机转速信号波形，连接示波器与计算机之间的USB线，A通道一端连接蓄电池搭铁，另一端连接发动机台架的NE+接口，打开计算机示波器软件，启动发动机并调整相关的参数，示波器界面显示的波形如图2所示。由波形图测量出发动机一个工作周期内转过转角720°所用时间为T=60.57ms，可计算出发动机转速n=（1÷0.06057×2）×60=1981.2rpm，对比发动机电脑诊断仪测量的结果n’=1982rpm，两者几乎相等。
3 点火控制信号波形测量与分析
电脑控制点火系统主要由传感器、电子控制器和点火控制装置三大部分组成[4]，这三大部分互相配合工作，点燃气缸混合气体来驱动曲轴转动。利用PICO示波器对点火波形信号和跳火波形信号进行测量，测量原理同转速测量，PICO示波器测量点火正时信号（IGT）和实际跳火波形如图3所示，其上升沿和下降沿大致保持一致。
理想状况下点火正时（IGT）信号与次级绕组跳火电压同步，但由于电信号的传递和电子控制模块的响应，造成次级线圈产生的高压时刻会有微小延迟，IGT信号下降沿与次级点火高压不同步。这种极短时间的延迟和延迟的时长，用一般示波器很难分析处理，利用PICO示波器，能轻松分辨出来，如图4所示，发动机工况约为2000rpm情况下，汽车在点火正时（IGT）信号发出后，次级线圈跳火实际上存在一个8.788us时滞。
4 喷油波形测量与分析
ECU通过计算相关传感器数据后发出喷油指令，喷油器喷油动作产生喷油波形，驱动饱和开关型（PFI/SFI）喷油器工作[5]，利用PICO示波器进行测量，实现对喷油器信号的测量分析，形象、直观、实时性好。
将发动机转速稳在2000rpm工况下，点火提前角为33°，利用PICO测量曲轴位置波形与火花塞点火波形，如图5所示。
由示波器测量工具测出曲轴转两周时间周期T=60.57ms，则曲轴转1°所对应的时间t=T/720=0.084ms，曲轴从缺齿末端到火花塞点火波形所用时间Δt=17.37ms，则曲轴末端齿缺到上止点转过的角度α1=Δt/t=206.78°，θ2=360°-206.78°=153.22°。
同理，采用雙通道PICO示波器进行波形采集，A通道测量曲轴位置传感器波形，B通道测量喷油波形信号，利用导线喷油控制器的信号引出，喷油控制信号端子外接BNC导线正极，负极搭铁，将喷油嘴的波形传输到示波器显示。读取2000rpm工况下示波器显示出喷油波形和曲轴转速波形，如图6所示。
根据PICO示波器测量工具，可以读出，在发动机空载2000rpm工况下，发动机缺齿末端到喷油结束所花时间Δt3=6.73ms，其喷油脉宽Δt4=2.99ms，θ3=Δt3/t=80.12°，其实际喷油时刻为曲轴压缩行程后经过上止点后转过α2=θ2+θ3=233.34°，同理，也可以根据PICO示波器测量其他工况下的喷油脉宽、喷油时刻等参数。
5 总结
利用PICO示波器强大测试与分析功能，可对发动机传感器信号波形作深入分析，尤其用于多通道信号波形的时差测量分析等方面，具有很高的分析精度和便捷性。在信号波形深度分析的基础上，可深入理解发动机电控系统的工作原理和掌握发动机运行工况信息。
参考文献：
[1]卢国东.基于PICO发动机综合分析仪的发动机故障诊断方法研究[D].浙江：浙江工业大学，2010.
[2]孟祥磊.波形分析在发动机故障诊断中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（01）：258.
[3]王平福.电喷发动机转速传感器信号波形试验[J].长安大学学报，2005（6）：73-77.
[4]赵若松.示波器在发动机点火系统波形分析中的应用[J].专用汽车，2019（04）：77-81.
[5]屋德毕李格.基于波形分析法的电喷汽油机故障诊断研究[D].陕西：长安大学，2005.
关键词：发动机;示波器;传感器信号;波形分析
0 引言
现代汽车发动机结构复杂，发动机电控系统各部件相互配合紧密性高，数据处理量大，利用PICO示波器对发动机信号进行提取和分析，在分辨率（清晰度）和存储深度上都占据着极大的优势，使用更加方便，只需要接入PC电脑的USB接口，结合PicoScope专用操作分析软件，有强大的数字示波分析功能;PICO示波器拥有高达12～16位的分辨率，并且采样率可达400MHz，数据存储方便，能更清晰的观测发动机工作过程中各信号的波形变化，方便将采集的数据进行直接读取，更清楚地展示发动机工作过程中各信号波形的相互关系，有利于进一步了解发动机内在工作机理。
1 信号波形测试系统组成
汽车电子器件在运行过程会产生如下的五种基本信号：直流、交流、频率调制、脉宽和串行数据，这五种基本电子信号是汽车控制系统中各传感器、行车电脑和其他设备之间相互通信的基本语言[1]，每种电子信号都有特定的基本特征，比如幅度、频率、形状等。本文在卡罗拉发动机台架上，通过PICO示波器进行了信号波形的采集与分析，分析系统框架如图1所示，设备包括发动机台架、PICO示波器模块、PicoScope专用软件、笔记本电脑、相关连接导线等，利用这套系统将检测信号的电压波形显示出来，直观的呈现出电控发动机传感器动态信号变化的全过程[2]。
2 发动机转速信号波形测量与分析
曲轴转速传感器是电控发动机控制系统中主要传感器之一，它向发动机控制系统（ECU）提供发动机曲轴转速和位置变化信息，确定发动机转速和燃油喷射、点火等基准信号[3]，是ECU对发动机喷油量等参数优化的一个重要依据。
利用PICO示波器，测量计算发动机转速信号波形，连接示波器与计算机之间的USB线，A通道一端连接蓄电池搭铁，另一端连接发动机台架的NE+接口，打开计算机示波器软件，启动发动机并调整相关的参数，示波器界面显示的波形如图2所示。由波形图测量出发动机一个工作周期内转过转角720°所用时间为T=60.57ms，可计算出发动机转速n=（1÷0.06057×2）×60=1981.2rpm，对比发动机电脑诊断仪测量的结果n’=1982rpm，两者几乎相等。
3 点火控制信号波形测量与分析
电脑控制点火系统主要由传感器、电子控制器和点火控制装置三大部分组成[4]，这三大部分互相配合工作，点燃气缸混合气体来驱动曲轴转动。利用PICO示波器对点火波形信号和跳火波形信号进行测量，测量原理同转速测量，PICO示波器测量点火正时信号（IGT）和实际跳火波形如图3所示，其上升沿和下降沿大致保持一致。
理想状况下点火正时（IGT）信号与次级绕组跳火电压同步，但由于电信号的传递和电子控制模块的响应，造成次级线圈产生的高压时刻会有微小延迟，IGT信号下降沿与次级点火高压不同步。这种极短时间的延迟和延迟的时长，用一般示波器很难分析处理，利用PICO示波器，能轻松分辨出来，如图4所示，发动机工况约为2000rpm情况下，汽车在点火正时（IGT）信号发出后，次级线圈跳火实际上存在一个8.788us时滞。
4 喷油波形测量与分析
ECU通过计算相关传感器数据后发出喷油指令，喷油器喷油动作产生喷油波形，驱动饱和开关型（PFI/SFI）喷油器工作[5]，利用PICO示波器进行测量，实现对喷油器信号的测量分析，形象、直观、实时性好。
将发动机转速稳在2000rpm工况下，点火提前角为33°，利用PICO测量曲轴位置波形与火花塞点火波形，如图5所示。
由示波器测量工具测出曲轴转两周时间周期T=60.57ms，则曲轴转1°所对应的时间t=T/720=0.084ms，曲轴从缺齿末端到火花塞点火波形所用时间Δt=17.37ms，则曲轴末端齿缺到上止点转过的角度α1=Δt/t=206.78°，θ2=360°-206.78°=153.22°。
同理，采用雙通道PICO示波器进行波形采集，A通道测量曲轴位置传感器波形，B通道测量喷油波形信号，利用导线喷油控制器的信号引出，喷油控制信号端子外接BNC导线正极，负极搭铁，将喷油嘴的波形传输到示波器显示。读取2000rpm工况下示波器显示出喷油波形和曲轴转速波形，如图6所示。
根据PICO示波器测量工具，可以读出，在发动机空载2000rpm工况下，发动机缺齿末端到喷油结束所花时间Δt3=6.73ms，其喷油脉宽Δt4=2.99ms，θ3=Δt3/t=80.12°，其实际喷油时刻为曲轴压缩行程后经过上止点后转过α2=θ2+θ3=233.34°，同理，也可以根据PICO示波器测量其他工况下的喷油脉宽、喷油时刻等参数。
5 总结
利用PICO示波器强大测试与分析功能，可对发动机传感器信号波形作深入分析，尤其用于多通道信号波形的时差测量分析等方面，具有很高的分析精度和便捷性。在信号波形深度分析的基础上，可深入理解发动机电控系统的工作原理和掌握发动机运行工况信息。
参考文献：
[1]卢国东.基于PICO发动机综合分析仪的发动机故障诊断方法研究[D].浙江：浙江工业大学，2010.
[2]孟祥磊.波形分析在发动机故障诊断中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（01）：258.
[3]王平福.电喷发动机转速传感器信号波形试验[J].长安大学学报，2005（6）：73-77.
[4]赵若松.示波器在发动机点火系统波形分析中的应用[J].专用汽车，2019（04）：77-81.
[5]屋德毕李格.基于波形分析法的电喷汽油机故障诊断研究[D].陕西：长安大学，2005.