實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器的製作方法

2023-05-30 23:43:56 3

專利名稱：實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器的製作方法
技術領域：
實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器技術領域[0001]本實用新型涉及電控發動機的一種傳感器控制器，特別是一種實現組合燃燒模 式閉環控制的寬域氧傳感器控制器。
背景技術：
[0002]氧傳感器是汽車發動機燃油反饋控制系統的重要部件，在空燃比控制中有著非 常重要的作用。控制精度更高的UEGO傳感器(Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor 寬域氧傳感器)能顯示混合氣濃稀狀態和濃稀程度，能滿足高燃料經濟性標準和高排放 標準的要求。[0003]目前，常規開關型氧傳感器控制器和普通UEGO傳感器控制器具有以下缺陷[0004](1)只能顯示混合氣濃稀兩種狀態而不能顯示濃稀的程度，只能用於理論空燃 比燃燒，不能用於稀薄燃燒控制；[0005](2)普通UEGO傳感器控制器與發動機ECU集成在一起，針對不同的發動機 和ECU需要大量的設計開發和匹配標定工作，使用不靈活，且發動機ECU的成本較高。發明內容[0006]本實用新型的目的在於為克服現有技術的不足，提供一種實現組合燃燒模式閉 環控制的寬域氧傳感器控制器，能夠實現發動機理論空燃比燃燒和稀薄燃燒組合模式的 閉環控制，在不需要對基於理論空燃比燃燒控制的發動機ECU做任何改動的情況下， 直接配合其實現系統的稀薄燃燒閉環控制，縮短整個電控系統的設計開發與匹配標定周 期，並降低系統成本。[0007]本實用新型為克服現有技術的不足，採用了如下技術方案一種實現組合燃燒 模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器，其特徵是[0008]1)、設有對寬域氧傳感器故障診斷及轉速和進氣壓力診斷的故障診斷模塊、發 動機工況判斷模塊、寬域氧傳感器加熱控制模塊、模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊、 PWM控制信號輸出模塊；[0009]2)、故障診斷模塊的輸入端分別與寬域氧傳感器的輸出端、轉速傳感器輸出信 號和進氣壓力傳感器輸出信號連接；發動機工況判斷模塊的輸入端分別與轉速傳感器輸 出信號、進氣壓力傳感器輸出信號和上電開關信號連接；寬域氧傳感器加熱控制模塊的 輸入端分別與故障診斷模塊、發動機工況判斷模塊、寬域氧傳感器的輸出端和轉速傳感 器輸出信號及上電開關信號連接，寬域氧傳感器加熱控制模塊的輸出端與PWM控制信號 輸出模塊的輸入端連接；PWM控制信號輸出模塊的輸出端與寬域氧傳感器的輸入端連 接；模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊的輸入端分別與寬域氧傳感器的輸出端和可標定 的目標空燃比連接，模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊的輸出端與發動機ECU氧信號輸 入端連接。[0010]按本實用新型提供的一種實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器，根據發動機的轉速信號和進氣壓力信號判斷發動機的工況；根據UEGO傳感器當前的溫 度狀態、發動機運行工況來分別計算UEGO傳感器加熱控制PWM信號的頻率和佔空比； 根據UEGO傳感器信號通過接口晶片轉換為電壓信號後計算當前實際空燃比值，並與目 標空燃比值進行比較，得到混合氣的濃稀程度，驅動開關型氧傳感器信號模擬電路向發 動機ECU輸出信號；通過傳感器採集信號進行故障診斷和記錄，並做出相應處理。[0011]本實用新型採用UEGO傳感器電氣特性標定模塊，通過串口通信協議與上位機 連接進行標定，以此保證產品出產一致性。控制器參數標定包括UEGO傳感器電氣特 性、啟動時加熱頻率和加熱脈寬、運行時加熱脈寬、進氣壓力傳感器電氣特性和目標空 燃比等。[0012]本實用新型既可作為獨立的空燃比控制儀使用，又可通過傳感器信號變換，配 合基於理論空燃比燃燒控制的發動機ECU，能夠非常簡便的實現發動機理論空燃比燃燒 和稀薄燃燒組合模式的閉環控制，在不需要對基於理論空燃比燃燒控制的發動機ECU做 任何改動的情況下，直接配合其實現系統的稀薄燃燒閉環控制，縮短整個電控系統的設 計開發與匹配標定周期，並降低系統成本。


[0013]本實用新型有如下附圖[0014]圖1為本實用新型的邏輯框圖；[0015]圖2為故障診斷模塊的示意圖；[0016]圖3為發動機工況判斷模塊的示意圖；[0017]圖4為加熱控制模塊的示意圖；[0018]圖5為模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊的示意圖；[0019]圖6為模擬開關型氧傳感器信號驅動電路。
具體實施方式
[0020]下面參照附圖說明本實用新型的實施方案。[0021]在圖1-圖6所示的實施方案中，一種實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感 器控制器，設有對寬域氧傳感器3故障診斷及轉速和進氣壓力診斷的故障診斷模塊30、 發動機工況判斷模塊20、寬域氧傳感器加熱控制模塊23、模擬開關型氧傳感器信號輸出 模塊31、PWM控制信號輸出模塊6;故障診斷模塊30的輸入端分別與寬域氧傳感器3的 輸出端、轉速傳感器輸出信號1和進氣壓力傳感器輸出信號2連接；發動機工況判斷模塊 20的輸入端分別與轉速傳感器輸出信號1、進氣壓力傳感器輸出信號2和上電開關信號4 連接；寬域氧傳感器加熱控制模塊23的輸入端分別與故障診斷模塊30、發動機工況判斷 模塊20、寬域氧傳感器3的輸出端和轉速傳感器輸出信號1及上電開關信號4連接，寬域 氧傳感器加熱控制模塊23的輸出端與PWM控制信號輸出模塊6的輸入端連接；PWM 控制信號輸出模塊6的輸出端與寬域氧傳感器3的輸入端連接；模擬開關型氧傳感器信號 輸出模塊31的輸入端分別與寬域氧傳感器3的輸出端和可標定的目標空燃比M連接，模 擬開關型氧傳感器信號輸出模塊31的輸出端與發動機ECU氧信號輸入端連接。[0022]UEGO傳感器控制器5通過ECU輸出給儀錶盤的信號取得轉速1、通過傳感器得到進氣壓力2、UEGO傳感器信號3、上電開關信號4，經過UEGO傳感器控制器5的內 部的寬域氧傳感器故障診斷模塊16、轉速診斷模塊17、進氣壓力診斷18和工況判斷模塊 20得到加熱控制所需的參數，經過加熱控制模塊23產生符合當前工況的加熱PWM控制 信號輸出；根據當前工況的實際空燃比和理論空燃比產生模擬開關型氧傳感器信號。並 可通過串口通訊標定9實現各傳感器參數、目標空燃比M等標定功能。[0023]在圖2所示的實施方案中，前述故障診斷模塊30包括有寬域氧傳感器診斷模塊 16、轉速診斷模塊17、進氣壓力診斷模塊18和故障代碼存儲與故障處理模塊19;寬域氧 傳感器診斷模塊16的輸入端與寬域氧傳感器3輸出泵電流10、泵電流參考電壓輸入11、 虛地12和加熱信號13連接，轉速診斷模塊17的輸入端與轉速傳感器輸出信號1連接， 進氣壓力診斷模塊18的輸入端與進氣壓力傳感器輸出信號2連接，寬域氧傳感器診斷模 塊16、轉速診斷模塊17和進氣壓力診斷模塊18的輸出端與故障代碼存儲與故障處理模塊 19的輸入端連接，故障代碼存儲與故障處理模塊19的輸出端與寬域氧傳感器加熱控制模 塊23的輸入端連接。故障診斷模塊根據UEGO傳感器輸出的泵電流10、泵電流參考電 壓輸入11、虛地12和加熱信號13實現UEGO傳感器的故障診斷功能。通過轉速傳感器 14、進氣壓力傳感器15的信號分別輸入轉速診斷模塊17和進氣壓力診斷18對轉速和進 氣壓力進行診斷，當檢測到傳感器出現故障後，控制器將進入故障代碼存儲與故障處理 19，記錄故障並根據故障類型做出相應處理，如當UEGO傳感器出現故障時，UEGO傳 感器控制器將輸出固定電壓信號，發動機ECU將據此診斷出故障並做相應處理。[0024]在圖3所示的實施方案中，前述發動機工況判斷模塊20的發動機工況輸出21與 UEGO傳感器加熱控制模塊23的輸入端連接。根據發動機轉速1、進氣壓力2和上電開 關4經工況識別分析判斷發動機工況21，識別方法如下[0025](1)、ECU上電開關=0，發動機處於停機工況；[0026](2), ECU上電開關=1，進氣壓力S怠速進氣壓力，轉速S怠速轉速，發動機處 於怠速工況；[0027](3)、ECU上電開關=1，轉速^怠速轉速，發動機處於正常運行狀態。[0028]在圖4所示的實施方案中，前述加熱控制模塊23，根據轉速1、上電開關4、故 障代碼存儲與故障處理19、發動機工況21和寬域氧傳感器3熱敏電阻阻值分析計算出氧 傳感器溫度，最後計算獲得輸出的PWM控制信號，經PWM控制信號輸出模塊6向寬域 氧傳感器3輸出加熱控制信號。[0029]在圖5所示的實施方案中，模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊31包括空燃比比 較模塊32、混合氣濃稀信號模塊25、模擬開關型氧傳感器氧信號驅動電路沈、模擬開關 型氧傳感器氧信號輸出模塊27，空燃比比較模塊32的輸入端分別與寬域氧傳感器3輸出 的並經單片機MCU採集計算的實際空燃比8和目標空燃比M連接，空燃比比較模塊32 得到混合氣濃稀信號25，並與模擬開關型氧傳感器氧信號驅動電路沈的輸入端連接，模 擬開關型氧傳感器氧信號驅動電路26的輸出端與模擬開關型氧傳感器氧信號輸出模塊27 的輸入端連接，模擬開關型氧傳感器氧信號輸出模塊27的輸出端與發動機ECU氧信號輸 入端連接。當UEGO傳感器出現故障時，UEGO傳感器控制器將輸出固定電壓信號給發 動機ECU，ECU據此進行故障診斷和處理。[0030]在圖6所示的實施方案中，模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊31中的模擬開關5型氧傳感器信號驅動電路26有兩個三極體Ql、Q2和九個電阻R1-R9，第一電阻Rl-第 五電阻R5依次串聯連接，第六電阻R6、第七電阻R7的一端與第一三極體Ql的基極連 接，第六電阻R6的另一端為一個輸入端，第八電阻R8、第九電阻R9的一端與第二三極 管Q2的基極連接，第八電阻R8的另一端為另一個輸入端，第一電阻Rl與第二電阻R2 的連接端為氧信號輸出端，單片機MCU根據當前目標空燃比M和實際空燃比8的差得 到混合氣的濃稀，並調整輸出口 MCU IOl和MCU 102，控制模擬信號020UT的輸出電 平，使其滿足開關型氧傳感器信號的特性。[0031]本實用新型的核心是即可作為獨立的空燃比控制儀使用，又可在組合燃燒模式 下，利用單片機判斷當前混合氣的濃稀狀態，通過驅動模擬電路輸出能滿足模擬開關型 氧傳感器信號的特性的信號，在不需要對基於理論空燃比燃燒控制的發動機ECU做任何 改動的情況下直接配合其實現系統的稀薄燃燒閉環控制。[0032]本實用新型的上述實施例僅是為了解釋和說明，其目的並不是本實用新型限定 在具體說明的範圍，按照上述原則還可以進行顯而易見的變更或修改，因此，所有此類 修改和變更都在本實用新型所限定的權利要求之內。
權利要求1.一種實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器，其特徵是1)、設有對寬域氧傳感器⑶故障診斷及轉速和進氣壓力診斷的故障診斷模塊 (30)、發動機工況判斷模塊00)、寬域氧傳感器加熱控制模塊、模擬開關型氧傳感 器信號輸出模塊(31)、PWM控制信號輸出模塊(6)；2)、故障診斷模塊(30)的輸入端分別與寬域氧傳感器(3)的輸出端、轉速傳感器輸 出信號(1)和進氣壓力傳感器輸出信號( 連接；發動機工況判斷模塊00)的輸入端分 別與轉速傳感器輸出信號(1)、進氣壓力傳感器輸出信號( 和上電開關信號(4)連接； 寬域氧傳感器加熱控制模塊的輸入端分別與故障診斷模塊(30)、發動機工況判斷模 塊00)、寬域氧傳感器(3)的輸出端和轉速傳感器輸出信號(1)及上電開關信號(4)連 接，寬域氧傳感器加熱控制模塊的輸出端與PWM控制信號輸出模塊(6)的輸入端 連接；PWM控制信號輸出模塊(6)的輸出端與寬域氧傳感器(3)的輸入端連接；模擬 開關型氧傳感器信號輸出模塊(31)的輸入端分別與寬域氧傳感器(3)的輸出端和可標定 的目標空燃比04)連接，模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊(31)的輸出端與發動機ECU 氧信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器，其特徵 是前述故障診斷模塊(30)包括有寬域氧傳感器診斷模塊(16)、轉速診斷模塊(17)、進氣 壓力診斷模塊(1 和故障代碼存儲與故障處理模塊(19)；寬域氧傳感器診斷模塊(16) 的輸入端與寬域氧傳感器⑶輸出泵電流(10)、泵電流參考電壓輸入(11)、虛地(12)和 加熱信號(1 連接，轉速診斷模塊(17)的輸入端與轉速傳感器輸出信號(1)連接，進氣 壓力診斷模塊(1 的輸入端與進氣壓力傳感器輸出信號( 連接，寬域氧傳感器診斷模 塊(16)、轉速診斷模塊(17)和進氣壓力診斷模塊(18)的輸出端與故障代碼存儲與故障處 理模塊(1 的輸入端連接，故障代碼存儲與故障處理模塊(19)的輸出端與寬域氧傳感器 加熱控制模塊的輸入端連接。
3.根據權利要求1所述的實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器，其特 徵是前述發動機工況判斷模塊00)的發動機工況輸出與寬域氧傳感器加熱控制模塊 (23)的輸入端連接。
4.根據權利要求1所述的實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器，其特徵 是前述模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊(31)包括空燃比比較模塊(3 、混合氣濃稀信 號模塊0幻、模擬開關型氧傳感器氧信號驅動電路06)、模擬開關型氧傳感器氧信號輸 出模塊(XT),空燃比比較模塊(32)的輸入端分別與寬域氧傳感器(3)輸出的並經單片機 MCU採集計算的實際空燃比⑶和目標空燃比04)連接，空燃比比較模塊(32)得到混合 氣濃稀信號05)，並與模擬開關型氧傳感器氧信號驅動電路06)的輸入端連接，模擬開 關型氧傳感器氧信號驅動電路06)的輸出端與模擬開關型氧傳感器氧信號輸出模塊07) 的輸入端連接，模擬開關型氧傳感器氧信號輸出模塊07)的輸出端與發動機ECU氧信號 輸入端連接。
專利摘要本實用新型涉及一種實現組合燃燒模式閉環控制的寬域氧傳感器控制器，有故障診斷模塊、工況判斷模塊、加熱控制模塊、模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊、PWM控制信號輸出模塊；故障診斷模塊的輸入與寬域氧傳感器、轉速傳感器和進氣壓力傳感器輸出信號連接；工況判斷模塊的輸入與轉速傳感器、進氣壓力傳感器輸出信號和上電開關信號連接；加熱控制模塊的輸入與故障診斷模塊、工況判斷模塊、寬域氧傳感器和轉速傳感器及上電開關輸出信號連接，加熱控制模塊的輸出與PWM控制信號輸出模塊的輸入連接；PWM控制信號輸出模塊的輸出與寬域氧傳感器的輸入連接；模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊的輸入與寬域氧傳感器的輸出和目標空燃比信號連接，模擬開關型氧傳感器信號輸出模塊的輸出與發動機ECU氧信號輸入連接。
文檔編號F02D41/04GK201810406SQ20102056626
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者劉俊剛, 吳向暢, 李靜波, 葛曉成, 鄒博文 申請人:中國汽車工程研究院股份有限公司