CN106841534A - 自供电无线氧传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自供电无线氧传感器，包括温差发电装置(1)、集成稳压电路(2)、超级电容蓄能装置(3)、升压降压DC/DC电路(4)、氧传感器(5)、信号采集装置(6)、无线发射装置(7)、无线接收装置(8)。温差发电装置(1)利用高温尾气与空气之间的温度差发电，再通过集成稳压电路2稳压，进而为超级电容蓄能装置3稳压充电，升压降压DC/DC电路4使超级电容蓄能装置3的输出电压保持稳定，为氧传感器5、信号采集装置6、无线发射装置7供电。氧传感器(5)获取氧浓度信号后，经信号采集装置(6)处理，再通过无线发射装置(7)将氧浓度信号发出，汽车ECU通过无线接收装置(8)获得氧浓度信号，实现了氧传感器的模块化节能设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车氧传感器，更确切的说，本发明涉及一种自供电无线氧传感器。
背景技术
氧传感器是电喷发动机控制系统中关键的传感部件，它通过检测排气中氧的含量，向电子控制单元(ECU)反馈信号，ECU据此修正燃油的喷射量，使发动机实际空燃比接近理论空燃比，在取得较好的经济性和动力性的情况下，能够有效减少汽油机氮氧化物的排放，进而满足日益苛刻的排放要求，因此氧传感器的改进对汽车的环保化发展具有重大意义。
模块化是当前汽车发展的一个主流趋势，模块化设计可减少构成汽车的零部件，简化制造工艺，利于国际化生产与采购，能有效地降低汽车生产成本。氧传感器模块化设计是汽车模块化设计的重要组成环节，有着不可替代的作用。
汽车节能与环保是当前社会最为关注的问题之一，充分利用发动机尾气能量是实现汽车节能环保的重要手段，同时，减少发动机线束布置也能够实现发动机的优化设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是发明一种自供电无线氧传感器，充分利用汽车尾气携带的能量，适当减少发动机线束，为氧传感器的进一步优化设计提供指导。
为解决以上技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
本发明所述的自供电无线氧传感器，包括温差发电装置、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路、氧传感器、信号采集装置、无线发射装置、无线接收装置，其特征在于：
所述的温差发电装置包括热电模块、压紧装置、散热肋片、排气管道；
所述的温差发电装置、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路依次相连，升压降压DC/DC电路的输出端分别和氧传感器、信号采集装置、无线发射装置相连；
所述的信号采集装置分别和氧传感器、无线发射装置相连，无线接收装置和汽车ECU相连；
所述的集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路、氧传感器、信号采集装置、无线发射装置封装在一起，组成氧传感器模块。
自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的热电模块安装在排气管道的外表面上，热电模块的热端和排气管道的外表面紧密贴合，热电模块的冷端上安装有散热肋片，热电模块的形状为半圆环形，尺寸和排气管道相匹配。
自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的热电模块所用材料为碲化铋合金半导体材料。
自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的氧传感器模块通过压紧装置、散热肋片、排气管道上的螺纹孔安装到排气管道内部，同时对热电模块进行压紧，压紧装置、散热肋片、排气管道上的螺纹孔的尺寸取决于氧传感器。
自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的温差发电装置利用发动机高温尾气与外界空气之间的温度差来实现热能到电能的转化，温差发电装置产生的电能经过集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路分别为氧传感器、信号采集装置、无线发射装置供电。
自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的集成稳压电路是由运算放大器组成的同相输入恒压源，通过调节可调电阻能够改变输出电压值，稳定由温差变化造成的温差发电装置输出电压波动，进而给超级电容蓄能装置稳压充电。
自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的升压降压DC/DC电路是基于Buck-Boost升降压斩波电路设计的，升压降压DC/DC电路稳定超级电容蓄能装置的输出电压，用于匹配负载需求。
自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的氧传感器获取氧浓度信号后，经信号采集装置处理，再通过无线发射装置将氧浓度信号发出，汽车ECU通过无线接收装置获得氧浓度信号。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的自供电无线氧传感器由温差发电装置进行供电，降低了传感器能耗。
2.本发明所述的自供电无线氧传感器利用无线发射与接收装置实现了氧浓度信号的传输，一定程度上减少了发动机线束布置，节约了发动机生产成本，同时减少了空间占用，为发动机优化设计提供便利。
3.本发明所述的自供电无线氧传感器实现了氧传感器的模块化设计，有利于氧传感器的生产与采购，有利于氧传感器在发动机上的布置与使用。
附图说明
图1为本发明所述的自供电无线氧传感器的工作流程示意图；
图2为本发明所述的自供电无线氧传感器的温差发电装置主视图上的全剖视图；
图3为本发明所述的自供电无线氧传感器的温差发电装置左视图上的全剖视图；
图4为本发明所述的自供电无线氧传感器的集成稳压电路示意图；
图5为本发明所述的自供电无线氧传感器的升压降压DC/DC电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1，本发明所述的自供电无线氧传感器包括温差发电装置1、集成稳压电路2、超级电容蓄能装置3、升压降压DC/DC电路4、氧传感器5、信号采集装置6、无线发射装置7、无线接收装置8。
温差发电装置1、集成稳压电路2、超级电容蓄能装置3、升压降压DC/DC电路4依次相连，升压降压DC/DC电路4的输出端分别和氧传感器5、信号采集装置6、无线发射装置7相连；信号采集装置6分别和氧传感器5、无线发射装置7相连，无线接收装置8和汽车ECU相连。
参阅图2与图3，所述的温差发电装置1布置在发动机排气管上，利用高温尾气与外界空气之间的温度差进行发电，主要包括热电模块9、压紧装置10、散热肋片11、排气管道12。热电模块9的形状为半圆环形，所用材料为碲化铋合金半导体材料，热电模块9的热端和排气管道12的外表面相接触，冷端上安装有散热肋片11。
所述的集成稳压电路2、超级电容蓄能装置3、升压降压DC/DC电路4、氧传感器5、信号采集装置6、无线发射装置7封装在一起，组成氧传感器模块13。氧传感器模块13通过压紧装置10、散热肋片11、排气管道12上的螺纹孔安装到排气管道12内部，同时对热电模块9进行压紧。
热电模块9的尺寸取决于排气管道12的尺寸，压紧装置10、散热肋片11、排气管道12的螺纹孔和氧传感器5的尺寸相配合。
参阅图4，所述的集成稳压电路2是由运算放大器组成的同相输入恒压源，其中集成稳压电路2输出电压UOUT＝(1+Rf/R1)·UZ，Rf是可调电阻，R1为定值电阻，UZ为稳压管稳定电压，可通过调节Rf的值改变集成稳压电路2输出电压UOUT的值，因此集成稳压电路2为连续可调的恒压源。
参阅图5，所述的升压降压DC/DC电路4是基于Buck-Boost升降压斩波电路设计的，升压降压DC/DC电路4控制系统的电压采集单元对负载电压变化进行实时采样，系统采样反馈电压后与基准电压进行比较，然后经PID调节器调节，输出结果与三角波信号比较，调制产生所需PWM(Pulse width modulation脉宽调剂)脉冲的占空比，PWM电路产生相应占空比的PWM脉冲控制功率开关管Q的通断。在开关管Q导通，二极管VD截止期间，升压降压DC/DC电路4输入电压Uin向电感L输入能量，靠滤波电容C维持升压降压DC/DC电路4输出电压UOUT基本不变，实现负载电压的稳定；在开关管Q截止，二极管VD导通期间，电感L把前一阶段贮存的能量释放给电阻R和电容C，以此来实现负载电压的稳定。而且开关管Q导通时间越长，电源输入给负载的能量也越多，因此升压降压DC/DC电路4输出电压UOUT也越高；同理，开关管Q导通时间越短，升压降压DC/DC电路4输出电压UOUT越低。
参阅图1、图2、图3与图4，发动机在工作过程中，尾气的温度不是恒定的，导致热电模块9热端和冷端之间的温差时刻发生变化，进一步引起温差发电装置1输出电压不稳定，集成稳压电路2能够使温差发电装置1输出电压保持稳定。
参阅图1与图5，所述的超级电容蓄能装置3在放电时，两端电压会随放电的进行而不断下降，导致超级电容蓄能装置3的输出电压不稳定。升压降压DC/DC电路4能够使超级电容蓄能装置3的输出电压保持稳定。
参阅图1、图2、图3、图4与图5，温差发电装置1产生的电能经过集成稳压电路2进行稳压，进而为超级电容蓄能装置3进行稳压充电，升压降压DC/DC电路4使超级电容蓄能装置3的输出电压保持稳定，为氧传感器5、信号采集装置6、无线发射装置7提供稳定的输入电压。
氧传感器5在获得氧浓度信号后，经信号采集装置6处理，通过无线发射装置7向无线接收装置8发射氧浓度的无线信号，然后无线接收装置8将接收到的氧浓度信号反馈给汽车ECU,进而为修正燃油喷射量提供参考。
自供电无线氧传感器的工作原理：
参阅图1、图2、图3、图4与图5，温差发电装置1产生的电能经过集成稳压电路2、超级电容蓄能装置3、升压降压DC/DC电路4分别为氧传感器5、信号采集装置6、无线发射装置7供电，维持氧传感器5、信号采集装置6、无线发射装置7的正常工作，氧传感器5采集尾气中的氧浓度信息，经信号采集装置6处理，通过无线发射装置7向无线接收装置8发射氧浓度的无线信号，然后无线接收装置8将接收到的氧浓度信号反馈给汽车ECU。
Claims (8)
1.自供电无线氧传感器，包括温差发电装置(1)、集成稳压电路(2)、超级电容蓄能装置(3)、升压降压DC/DC电路(4)、氧传感器(5)、信号采集装置(6)、无线发射装置(7)、无线接收装置(8)，其特征在于：
所述的温差发电装置(1)包括热电模块(9)、压紧装置(10)、散热肋片(11)、排气管道(12)；
所述的温差发电装置(1)、集成稳压电路(2)、超级电容蓄能装置(3)、升压降压DC/DC电路(4)依次相连，升压降压DC/DC电路(4)的输出端分别和氧传感器(5)、信号采集装置(6)、无线发射装置(7)相连；
所述的信号采集装置(6)分别和氧传感器(5)、无线发射装置(7)相连，无线接收装置(8)和汽车ECU相连；
所述的集成稳压电路(2)、超级电容蓄能装置(3)、升压降压DC/DC电路(4)、氧传感器(5)、信号采集装置(6)、无线发射装置(7)封装在一起，组成氧传感器模块(13)。
2.按照权利要求1所述的自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的热电模块(9)安装在排气管道(12)的外表面上，热电模块(9)的热端和排气管道(12)的外表面紧密贴合，热电模块(9)的冷端上安装有散热肋片(11)，热电模块(9)的形状为半圆环形，尺寸和排气管道(12)相匹配。
3.按照权利要求1所述的自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的热电模块(9)所用材料为碲化铋合金半导体材料。
4.按照权利要求1所述的自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的氧传感器模块(13)通过压紧装置(10)、散热肋片(11)、排气管道(12)上的螺纹孔安装到排气管道(12)内部，同时对热电模块(9)进行压紧，压紧装置(10)、散热肋片(11)、排气管道(12)上的螺纹孔的尺寸取决于氧传感器(5)。
5.按照权利要求1所述的自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的温差发电装置(1)利用发动机高温尾气与外界空气之间的温度差来实现热能到电能的转化，温差发电装置(1)产生的电能经过集成稳压电路(2)、超级电容蓄能装置(3)、升压降压DC/DC电路(4)分别为氧传感器(5)、信号采集装置(6)、无线发射装置(7)供电。
6.按照权利要求1所述的自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的集成稳压电路(2)是由运算放大器组成的同相输入恒压源，通过调节可调电阻能够改变输出电压值，稳定由温差变化造成的温差发电装置输出电压波动，进而给超级电容蓄能装置(3)稳压充电。
7.按照权利要求1所述的自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的升压降压DC/DC电路(4)是基于Buck-Boost升降压斩波电路设计的，升压降压DC/DC电路(4)稳定超级电容蓄能装置(3)的输出电压，用于匹配负载需求。
8.按照权利要求1所述的自供电无线氧传感器，其特征在于，所述的氧传感器(5)获取氧浓度信号后，经信号采集装置(6)处理，再通过无线发射装置(7)将氧浓度信号发出，汽车ECU通过无线接收装置(8)获得氧浓度信号。
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