一種氧傳感器故障監測裝置的製作方法
2023-04-27 05:33:06
專利名稱：一種氧傳感器故障監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及;f企測領域，特別涉及一種氧傳感器的故障監測裝置。
背景技術：
隨著汽車工業的發展，汽車尾氣所帶來的環境汙染問題日益嚴重。因此， 有效地控制汽車尾氣，減少其對環境汙染已成為當今重要的研究課題之一。 許多汽車在發動機排;改系統中裝有三元催化轉換器，以降低排放汙染。空燃 比一旦偏離理i侖空燃比(14.7: 1)，三元催化劑對CO， HC和NOx的淨化能力 急劇下降。故在排氣管中安裝氧傳感器檢測進入三元催化轉換裝置的排氣氣 體狀態，才艮據排氣中的氧濃度測定空燃比，向電子控制單元(ECU)發出反々貴 信號，以控制空燃比收斂於理論值。所以為了使裝有三元催化轉換裝置的發 動機達到最佳的排氣淨化性能，必須把混合氣的空燃比控制在理論空燃比附 近很窄的範圍內。氧傳感器是使用三元催化轉換裝置發動機上必不可少的傳 感器。
目前在汽車上設置的氧傳感器在使用的過程中很容易發生故障。但是，氧 傳感器出現故障時車輛使用者也不能及時的發現，從而造成燃料的浪費和環 境的汙染。
現有檢測氧傳感器的方法一般是拔下氧傳感器的線束插頭，對照車型的電 路圖，從氧傳感器的反饋電壓輸出接線柱上引出一條細導線，然後插好線束 插頭，在發動機運轉中，使用具有低量程(通常為2V)和高阻抗(內阻大於10MQ) 的指針型萬用表測量從引出線上反饋電壓，檢查電壓表指針能否在0-lV之間 來回擺動，記下10s內電壓奉指針擺動的次數。在正常情況下，隨著反饋控制的進行，氧傳感器的反々齎電壓將在0.45V上下不斷變化，10s內反饋電壓的變 化次數應不少於8次。如果少於8次，則說明氧傳感器存在問題。
上述檢測辦法需要車輛送入相應的檢測機構人工觀察電壓表指針的擺動 次數進行檢測，並不能實時地對氧傳感器進行監測，從而容易造成燃料的浪 費和環境的汙染。
實用新型內容
有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種氧傳感器故障監測裝置，可實 時監測氧傳感器的狀態。
為實現上述目的，本實用新型是這樣實現的
一種氧傳感器故障監測裝置包括濾波單元、^t分單元、控制單元和輸出 單元；濾波單元的輸入端與氧傳感器相連接，其輸出端與微分單元的一端相 連接，微分單元的另一端連接至控制單元，控制單元根據微分單元釆集的信 號，控制輸出單元輸出故障信息。
更進一步，該監測裝置還包括連接至微分單元與控制器之間的整形單元及 可產生標準電壓信號的電源管理電路，電源管理電路將上述電壓信號傳送至 整形單元和控制單元。
由於氧傳感器正常工作時，其輸出電壓在一定的範圍之間不斷變化，且氧 傳感器通過PID調節產生反饋信號，以控制發動機達到最佳運行狀態。通常， 氧傳感器正常工作時其反饋信號每10秒鐘內變化8次以上。若氧傳感器輸出電 壓變化過緩或電壓保持不變，即反饋信號每10秒鐘內少於8次或者不保持在高 電位或低電位，則表明氧傳感器存在故障。
根據上述原理，本實用新型通過濾波單元將氧傳感器提供的信號中的高頻 成分及噪聲信號過濾掉，再經微分單元將氧傳感器雜亂的信號轉化成脈衝信 號，由控制單元接收微分單元提供的脈衝信號並進行定時計數，將在規定的 時間內的計數到的脈沖信號數量與控制單元中預存的標準數量進行比較，若小於標準數量，則表明氧傳感器存在故障，控制單元輸出故障信息給輸出單 元，以方便實時監測。相比於現有技術，本實用新型利用簡單、較少的硬體 資源完成對氧傳感器的實時監測，提高了檢測效率，並通過輸出單元顯示氧 傳感器的故障信息，及時提示車輛使用者更換故障的氧傳感器，從而提高了 燃料的利用效率並且減小了對環境的汙染。
圖1為本實用新型 一 實施例電路原理圖2為本實用新型的監測裝置與氧傳感器的電路連接圖3為本實用新型第二實施例的電路原理圖4為圖2所示實施例的電路連接圖5為圖4所示實施例裝配示意圖。
本實用新型的目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做 進一步說明。
具體實施方式
參照圖1至圖2，提出本實用新型第一實施例， 一種氧傳感器故障監測裝 置1包括濾波單元10、微分單元20、控制單元30和輸出單元40;濾波單元10的 輸入端連接至氧傳感器2相連接，其輸出端連接至微分單元20的輸入端，微分 單元20的輸出端連接至控制單元30，控制單元的輸出端與輸出單元40連接。
濾波單元10用於將接收到的來自氧傳感器2的反饋信號中的高頻部分信 號以及噪聲信號過濾掉；濾波單元可以採用本領域技術人員常用的濾波電路， 本實施例中為低通濾波器。經濾波單元10處理過的信號送入至微分電路20 中，微分電路20將由濾波單元10濾波後的氧傳感器反饋信號轉化成脈沖信 號，並將該信號送入控制單元30，控制單元30接收微分單元20提供的脈沖信號並進行定時計數，將在規定的時間內的計數到^脈沖信號數量與控制單
元30中預存的標準數量進行比較，若小於標準數量，則表明氧傳感器2存在 故障，控制單元30輸出故障信息給輸出單元40。具體地說，因為氧傳感器每 10秒鐘內變化8次以上。若氧傳感器輸出電壓變化過緩或電壓保持不變，即 反饋信號每10秒鐘內少於8次或者不保持在高電位或低電位，則表明氧傳感 器存在故障。所以控制單元預先設定規定時間為IO秒鐘，標準數量為8。當 在IO秒鐘內計數到的方波信號個數小於8,則判斷氧傳感器存在故障，產生 輸出信息至輸出單元40。輸出單元40可以是為LED、液晶顯示模塊或者電 子控制單元(ECU)的一種或者多種。相應的故障信息可以包括由光、聲、 文字、圖案所組成的一種或多種，以提醒車輛使用者及時維護或更換氧傳感 器，從而提高了燃料的利用效率並且減小了對環境的汙染。
請參照圖4，本實用新型第二實施例是基於第一實施例提出的一種氧傳感 器故障監測裝置，根據氧傳感器提供的反饋信息獲取其是否存在故障的狀態 信息，使得車輛使用者可實時監測，及時維護。
該氧氣故障監測裝置I包括濾波單元IO、；微分單元20、控制單元30和輸出 單元40、整形單元50、電源管理電路60;濾波單元10的輸入端連接至氧傳感 器2相連接，其輸出端連接至微分單元20的輸入端，#:分單元20的輸出端連接 至整形單元40的輸入端，整形單元50的另一輸入端與電源管理電路60相連接， 整形電路50的輸出端連接至控制單元30，控制單元30輸出端與輸出單元40連 接。
濾波單元IO、；微分單元20、輸出單元40的作用與第一實施例中的濾波單 元IO、；微分單元20、輸出單元40的作用一致，再次不贅述。
電源管理電路60為整形單元50提供所需要的標準電壓信號。整形單元50 接收來自微分單元20輸出的脈沖信號及電源管理電路60輸出的標準電壓信 號，從而將脈沖信號轉換成方波信號後送入控制單元30,控制單元30對方波 信號進行定時計數，將在規定的時間內的計數到的脈衝信號數量與控制單元30中預存的標準數量進行比較，若小於標準數量，則表明氧傳感器2存在故 障，控制單元30輸出故障信息給輸出單元40。
請一併參閱圖4，圖4為第二實施例的具體電路圖。氧傳感器提供的反饋 信號Vo經過由電容C1、電阻R1與電容C2串聯組成的濾波單元10的濾波後 送至由電阻R2、 R3、 R8及OP運放器構成的微分電路20。其中，OP運放器 的正極輸入端4妄地，負才及輸入端連接電阻R2、 R8的一端，電阻R2的另一端 接地，R8的另一端連接至OP運放器的輸出端，OP運放器的輸出端還連接有 電阻R3。 二級管Dl連接與電阻R3和與非門Ul的輸入端之間，與非門Ul 的另一輸入端連接至OP運放器的輸出端。與非門Ul的輸出端與電源管理電 路的輸出端及非門U2的輸入端相連接，非門U2和與非門Ul的一輸入端之 間連接有電阻R4。 二級管D1、與非門U1、非門U2以及電阻R4構成了整形 單元60，由非門U2送出的整形單元60的方波信號送至控制單元30。本實施 例中，控制單元30為型號為89C51的單片機，單片機對接收到的方波信號進 行定時計數。如果方波信號在規定的時間內的變化次數小於預先存儲在單片 機中的規定次數，說明氧傳感器存在故障，單片機會發出故障信息至氧傳感 器故障指示燈LED和/或ECU,通過LED的亮滅或者ECU的其他提示模式 提醒車輛使用者需更換氧傳感器；若方波信號在規定的時間內的變化次數大 於或等於規定的次數，說明氧傳感器的工作正常。單片機不發出任何信號。
為了增加本實用新型的氧傳感器故障監測裝置的可靠性和穩定性，在本實
施例中單片機採用平均值法來處理接收到的方波信號並根據該信號輸出故障 信息。具體地說，單片機不是每隔10s就進行判斷氧傳感器是否正常，而是 以10s為時間單位，每隔3 ~ 5個時間單位的統計到的方波信號個數數值進行 平均。如果平均值小於7.5，即認定氧傳感器出現故障，這時單片機產生輸出 信息發送給氧傳感器故障指示燈LED和或ECU。
因為在汽車啟動和結束時，氧傳感器的工作會發生異常，所以，本實施例的監測裝置為提高監測的可靠性，在汽車剛開始的幾秒中之內，通過在單片 機設置相應的定時程序控制監測裝置不工作，即在汽車啟動到氧傳感器正常 工作的時間內，本監測裝置不對氧傳感器的工作狀況進行判斷，而是待氧傳 感器正常工作後(因氧傳感器要達到一定的溫度才能正常工作，氧傳感器到 正常工作的時間也就是汽車發動後汽車尾氣和氧傳感器內置的加熱裝置升溫
的時間)才開始進4亍監測判斷。
本實用新型的氧傳感故障監測裝置直接安裝在已有的氧傳感器外部或者
是集成在氧傳感器內部來實現對氧傳感器故障的監測報警功能。請參閱圖5， 本實用新型的氧傳感故障監測裝置1的電路板上各元器件布置好後，在其根 部塗敷上一層矽膠，以防止由於車輛在行駛過程中的震動，導致各元器件的 引腳斷裂。電路板可以裝在一由重量較輕的鋁合金或者鎂合金製成的基體上， 電路板的上、下兩側布置上耐高溫的橡膠墊，以達到電路板與基體絕緣、防 止金屬部件接觸到電路板而造成短路以及防止外界水、油等進入電路板內部， 造成電路板短路或腐蝕等效果，最後通過螺絲100、 100，將基體和蓋板固定， 從而將本監測裝置安裝至氧傳感器2的外部。
以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專 利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程 變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型 的專利保護範圍內。
權利要求1、一種氧傳感器故障監測裝置，其特徵在於，該裝置包括濾波單元、微分單元、控制單元和輸出單元；濾波單元的輸入端與氧傳感器相連接，其輸出端與微分單元的一端相連接，微分單元的另一端連接至控制單元，控制單元根據微分單元採集的信號，控制輸出單元輸出故障信息。
2、 根據權利要求l所述的監測裝置，其特徵在於，所述輸出單元為發光 二極體和或電子控制單元。
3、 根據權利要求2所述的監測裝置，其特徵在於，所述故障信息為光、 聲、文字、圖案中的一種或多種。
4、 根據權利要求3所述的監測裝置，其特徵在於，所述裝置還包括整形 單元及可產生標準電壓信號的電源管理電路，整形單元連接至微分單元與控 制器之間，電源管理電路將上述電壓信號傳送至整形單元和控制單元。
5、 根據權利要求4所述的監測裝置，其特徵在於，所述濾波單元為低通 濾波電3各。
6、 根據權利要求5所述的監測裝置，其特徵在於，控制單元優選為單片機。
專利摘要本實用新型提供一種氧傳感器故障監測裝置，該裝置包括濾波單元、微分單元、控制單元和輸出單元；濾波單元的輸入端與氧傳感器相連接，其輸出端與微分單元的一端相連接，微分單元的另一端連接至控制單元，控制單元根據微分單元採集的信號，控制輸出單元輸出故障信息。本氧傳感器故障監測裝置直接安裝在車輛的氧傳感器上，可實時監測氧傳感器狀態。
文檔編號G01N27/407GK201269862SQ200820212159
公開日2009年7月8日 申請日期2008年9月24日 優先權日2008年9月24日
發明者楊青春, 陳大軍 申請人:比亞迪股份有限公司