CN110030101B - 一种发动机氧传感器过量空气系数控制装置及方法 - Google Patents

一种发动机氧传感器过量空气系数控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，包括：安装在发动机试验台的可编程电控系统、发动机、信号发生器、排气模块、进气模块、氧传感器以及数据采集器；所述可编程电控系统与所述信号发生器以及调节器电连接；所述进气模块与所述发动机的缸体进气口相连，所述排气模块与所述发动机的缸体排气口相连；所述氧传感器设置于所述排气模块内，所述数据采集器与所述氧传感器电连接；基于本发明，信号发生器根据不同的过量空气系数的需求生成对应的方波信号至可编程控制系统，进而调节喷油量，进一步调节发动机尾气中的过量空气系数，从而满足氧传感器性能测试和标定需求的作用。

Description

一种发动机氧传感器过量空气系数控制装置及方法
技术领域
本发明涉及氧气传感器测试领域，特别涉及一种发动机氧传感器过量空气系数控制装置及方法。
背景技术
为了满足各国的排放法规要求，汽车上普遍都加装有三元催化反应器。由于三元催化反应器在理论空燃比(14.7∶1)，即过量空气系数λ＝1附近时净化率最高，一旦偏离理想空燃比，三元催化剂对HC、CO和NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，借助氧传感器提供的浓稀反馈信息进行闭环控制，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。氧传感器性能的差异会直接影响发动机排放控制的匹配效果，及对喷油量的控制难以起到准确控制的效果，所以需要对氧传感器性能进行精确的快速响应测试。
发明内容
本发明公开了一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统及方法，通过氧传感器测试发动机尾气中的过量空气系数，信号发生器根据不同的过量空气系数生成对应的方波信号至可编程控制系统，进而调节喷油量，进一步调节发动机尾气中的过量空气系数，从而满足氧传感器性能测试和标定需求的作用。
本发明第一实施例提供了一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，包括：
安装在发动机试验台的可编程电控系统、发动机、信号发生器、排气模块、进气模块、氧传感器以及数据采集器；
其中，所述可编程电控系统与所述信号发生器以及调节器电连接；所述进气模块与所述发动机的缸体进气口相连，所述排气模块与所述发动机的缸体排气口相连；所述氧传感器设置于所述排气模块内，所述数据采集器与所述氧传感器电连接；
所述氧传感器：用于检测排气模块内的废气中过量空气系数变化，并将其转化成电压信号并发送至数据采集器；
所述信号发生器，用于产生不同的过量空系数下对应的方波信号；其中，所述方波信号根据所述数据采集器采集的空燃比分析仪生成的电信号获得；
所述可编程控电控系统：用于接收所述信号发生器的方波信号，将所述方波信号进行处理，并产生控制信号输出至所述调节器；
所述调节器：用于获取所述可编程控制电控系统的控制信号，控制所述调节器的喷油量。
优选地，所述调节器包括：喷油器和火花塞，所述喷油器设置于所述发动机的进气歧管上，火花塞设置于所述发动机的缸体内，其中，所述发动机的缸体内还设有凸轮轴位置传感器、曲轴传感器、排气温度传感器及爆震传感器，所述凸轮轴位置传感器设置于凸轮轴前端、所述曲轴传感器设置于曲轴前端，所述爆震传感器设置于所述发动机的缸体前端位置，所述排气温度传感器设置于所述排气模块上，所述凸轮轴位置传感器、曲轴传感器、排气温度传感器及爆震传感器、喷油器及火花塞与所述可编程电控系统的输入端相连。
优选地，所述排气模块包括：Y型转换器、热转化器、大截面管道；
所述Y型转换器的第一端与所述发动机的缸体相连，所述Y型转换器的第二端通过管道与大截面管道相连，且在所述管道上设于热转化器，在所述Y型转换器的第一端、第二端及第三端出口处设置有排气控制装置，所述氧传感器设置于大截面管道内，所述大截面管道内还设有温度传感器；所述氧气传感器及所述温度传感器与所述数据采集器的输入端相连。
优选地，所述进气模块包括：空气质量流量传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器、进气歧管压力传感器及进气管；
在所述空气质量流量传感器设置于所述进气管入口处，所述节气门位置传感器及所述设置于所述发动机的进气歧管处，所述进气温度传感器及进气歧管压力传感器设置于所述发动机的进气歧管处，所述空气质量流量传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器及进气歧管压力传感器与所述可编程电控系统的输入端相连。
优选地，还包括废气分析仪及空燃比分析仪；
所述废气分析仪与所述大截面管道的一端相连且与所述数据采集器的输入端相连，所述空燃比分析仪设置于所述大截面管道上且与所述数据采集器的输入端相连。
优选地，所述排气控制装置采用电磁阀控制。
优选地，所述Y型转换器第二端口除设有废气热转换器，所述热转换器包括：同轴管道、内管及外管，所述同轴管道套在所述Y型转换器第二端口与所述大截面管道连接的管道上，所述同轴管道的第一端与所述内管相连，所述同轴管道的第二端与所述外管相连。
优选地，还包括：测功机；
所述测功机与所述发动机相连。
本发明第二实施例提供了一种发动机氧传感器过量空气系数控制方法，包括：
启动发动机，设置发动机点火提前角，并在MAP图上调节喷油量使得过量空气系数λ＝1，将排气温度稳定在预设温度；
可编程电控系统获取在排气温度为预设温度时且过量空气系数λ为0.95、1.05时的第一燃油补偿量及第二燃油补偿量，将所述第一燃油补偿量及第二燃油补偿量保存至油量补偿表中；
信号发生器根据数据采集器采集到的空燃比分析仪传输的废气过量空气系数λ为0.95、1.05时的电压信号生成对应的方波信号发送至可编程控制系统；
所述可编程控制系统根据过量空气系数λ为0.95、1.05对应的方波信号，获取所述油量补偿表中的第一燃油补偿量及第二燃油补偿量对喷油量进行补偿控制。
优选地，所述预设排气温度为350°。
基于本发明公开了一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统及方法，通过氧传感器测试发动机尾气中的过量空气系数，信号发生器根据不同的过量空气系数生成对应的方波信号至可编程控制系统，进而调节喷油量，从而改善燃料的燃烧状况，从而改善尾气的排放。
附图说明
图1是本发明第一实施例的发动机氧传感器过量空气系数控制系统控制框图；
图2是本发明第一实施例的发动机氧传感器过量空气系数控制系统结构框图；
图3是本发明第二实施例的发动机氧传感器过量空气系数控制方法流程框图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明第一实施例提供了一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，包括：
请参阅图1及图2，安装在发动机试验台的可编程电控系统4、发动机1、信号发生器5、排气模块3、进气模块2、氧传感器6以及数据采集器7；
其中，所述可编程电控系统4与所述信号发生器5以及调节器电连接；所述进气模块2与所述发动机1的缸体进气口相连，所述排气模块3与所述发动机1的缸体排气口相连；所述氧传感器6设置于所述排气模块3内，所述数据采集器7与所述氧传感器6电连接；
所述氧传感器6：用于监测排气模块3内的废气中过量空气系数变化，并将其转化成电压信号并发送至数据采集器6；
所述信号发生器5，用于根据过量空系数需求而产生对应的方波信号；其中，所述方波信号根据所述数据采集器采集到的电信号获得；
所述可编程控电控系统4：用于接收所述信号发生器5的方波信号，将所述方波信号进行处理，并产生控制信号输出至所述调节器；
所述调节器：用于获取所述可编程控制电控系统4的控制信号，控制所述调节器的喷油量。
基于本发明公开了一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，通过所述数据采集器获取所述排气模块中尾气的过量空气系数，信号发生器根据不同的过量空气系数生成对应的方波信号至可编程控制系统，进而调节喷油量，从而改善燃料的燃烧状况，从而改善尾气的排放。
优选地，请参阅图2，所述调节器包括：喷油器8和火花塞9，所述喷油器设置于所述发动机的进气歧管上，所述喷油器8及火花塞9设置于所述发动机1的缸体内，其中，所述发动机1的缸体内还设有凸轮轴位置传感器10、曲轴传感器11、排气温度传感器12及爆震传感器13，所述凸轮轴位置传感器10设置于凸轮轴前端、所述曲轴传感器11设置于曲轴前端，所述爆震传感器13设置于所述发动机的缸体前端位置，所述排气温度传感器12设置于所述排气模块上，所述凸轮轴位置传感器10、曲轴传感器11、排气温度传感器12及爆震传感器13、喷油器及8火花塞9与所述可编程电控系统4的输入端相连。
其中，所述喷油器8由基于所述可编程电控系统4编写好的程序以及传感器输入的电信号，在某一特定时刻向发动机提供适量的燃油；所述火花塞9由基于可编程电控系统4编写好的程序以及传感器输入的电信号，在适当的时刻进行点火；所述凸轮轴位置传感器10用于区分每一个发动机周期，以使得所述可编程电控系统4何时启动所述喷油器8及火花塞9，所述曲轴位置传感器11用于获取曲轴位置信息，所述爆震传感器13于监测发动机的爆震情况，所述排气温度传感器12用于获取发动机尾气的温度，其中还包括发动机水温传感器，用于检测发动机的水温情况。
优选地，所述排气模块2包括：Y型转换器14、热转化器15、大截面管道16；
所述Y型转换器14的第一端与所述发动机1的缸体相连，所述Y型转换器14的第二端通过管道与大截面管道16相连，且在所述管道上设于热转化器14，在所述Y型转换器14的第一端、第二端及第三端出口处设置有排气控制装置，所述氧传感器设置于大截面管道16内，所述大截面管道16内还设有温度传感器；所述氧气传感器6及所述温度传感器与所述数据采集器7的输入端相连。
其中，所述热转换器16用来控制废气的温度，当废气温度高于理想值时，则加速热转换器冷却水的流动，若废气温度低于理想值时，则减缓热转换器冷却水的流动。
优选地，所述进气模块2包括：空气质量流量传感器17、节气门位置传感器18、进气温度传感器19、进气歧管压力传感器20及进气管；
在所述空气质量流量传感器17设置于所述进气管入口处，所述节气门位置传感器18及所述设置于所述发动机1的缸体入口处，所述进气温度传感器17及进气歧管压力传感器设置于所述发动机1的缸体内气体入口处，所述空气质量流量传感器17、节气门位置传感器18、进气温度传感器19及进气歧管压力传感器20与所述可编程电控系统4的输入端相连。
其中，所述空气质量流量传感器17用于检测发动机1内的空气质量流量，所述节气门位置传感器18用于提供电压信号至，并划分节气门为0％(全关)到100％(全开)的范围，所述进气歧管压力传感器20作为主喷射和点火图或者补偿表的参数，所述进气温度传感器19可用于检测进气温度。
优选地，还包括废气分析仪21及空燃比分析仪22；
所述废气分析仪21与所述大截面管道的一端相连且与所述数据采集器的输入端相连，所述空燃比分析仪22设置于所述大截面管道上且与所述数据采集器的输入端相连。
所述废气分析仪21可以用于分析废气中一氧化碳、二氧化硫等的含量，所述空燃比分析仪22根据尾气的成分分析燃料与空气质量的比重。
优选地，所述排气控制装置采用电磁阀23控制。
其中，通过所述电磁阀23能够允许或禁止压缩空气流向气动排气控制阀门。提供给电磁阀23的能量可通过气动排气控制阀门电子控制系统控制，该控制系统可用于决定气体可以通过所述Y型转换器14的哪一个分支。该所述第三管道代表发动机启动过程中气体的流动方向，且主要用于氧传感器6起燃时间的测试。
优选地，所述Y型转换器14第二端口除设有废气热转换器15，所述热转换器包括：同轴管道24、内管25及外管26，所述同轴管道24套在所述Y型转换器14第二端口与所述大截面管道16连接的管道上，所述同轴管道24的第一端与所述内管25相连，所述同轴管道24的第二端与所述外管26相连。
优选地，还包括：测功机27；
所述测功机27与所述发动机1相连，可以用于检测发动机的转速。
请参阅图3，本发明第二实施例提供了一种发动机氧传感器过量空气系数控制方法，包括：
S101，启动发动机，设置发动机点火提前角，并在MAP图上调节喷油量使得过量空气系数λ＝1，将排气温度稳定在预设温度；
S102，可编程电控系统获取在排气温度为预设温度时且过量空气系数λ为0.95、1.05时的第一燃油补偿量及第二燃油补偿量，将所述第一燃油补偿量及第二燃油补偿量保存至油量补偿表中；
S103，信号发生器根据数据采集器采集到的空燃比分析仪传输的废气过量空气系数λ为0.95、1.05时的电压信号生成对应的方波信号发送至可编程控制系统；
S104，所述可编程控制系统根据过量空气系数λ为0.95、1.05对应的方波信号，获取所述油量补偿表中的第一燃油补偿量及第二燃油补偿量对喷油量进行补偿控制。
优选地，所述预设排气温度为350°。
当然，在本发明其他实施例中，排气温度也可以是一个范围，如350±10°，在此范围内对系统进行测设也属于本发明的保护范围。
基于本发明公开了一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统及方法，通过氧传感器测试发动机尾气中的过量空气系数，信号发生器根据不同的过量空气系数生成对应的方波信号至可编程控制系统，进而调节喷油量，从而改善燃料的燃烧状况，从而改善尾气的排放。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，其特征在于，包括：
安装在发动机试验台的可编程电控系统、发动机、调节器、信号发生器、排气模块、进气模块、氧传感器以及数据采集器；
其中，所述可编程电控系统与所述信号发生器以及调节器电连接；所述进气模块与所述发动机的缸体进气口相连，所述排气模块与所述发动机的缸体排气口相连；所述氧传感器设置于所述排气模块内，所述数据采集器与所述氧传感器电连接；
所述氧传感器：用于监测排气模块内的废气中过量空气系数变化，并将其转化成电压信号并发送至数据采集器；
所述信号发生器，用于根据过量空系数需求而产生对应的方波信号；其中，所述方波信号根据所述数据采集器采集到的电信号获得；
所述可编程控电控系统：用于接收所述信号发生器的方波信号，将所述方波信号进行处理，并产生控制信号输出至所述调节器；
所述调节器：用于获取所述可编程控制电控系统的控制信号，控制所述调节器的喷油量；
其中，所述排气模块包括：Y型转换器、热转化器、大截面管道；
所述Y型转换器的第一端与所述发动机的排气口相连，所述Y型转换器的第二端通过管道与所述大截面管道相连，且在所述管道上设有热转化器，在所述Y型转换器的第一端、第二端及第三端出口处设置有排气控制装置，所述氧传感器设置于大截面管道内，所述大截面管道内还设有温度传感器；所述氧传感器及所述温度传感器与所述数据采集器的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，其特征在于，所述调节器包括：喷油器和火花塞，所述喷油器设置于所述发动机的进气歧管上，所述喷油器及火花塞设置于所述发动机的缸体内，其中，所述发动机的缸体内还设有凸轮轴位置传感器、曲轴传感器、排气温度传感器及爆震传感器，所述凸轮轴位置传感器设置于凸轮轴前端、所述曲轴传感器设置于曲轴前端，所述爆震传感器设置于所述发动机的缸体前端位置，所述排气温度传感器设置于所述排气模块上，所述凸轮轴位置传感器、曲轴传感器、排气温度传感器及爆震传感器、喷油器及火花塞与所述可编程电控系统的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，其特征在于，所述进气模块包括：空气质量流量传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器、进气歧管压力传感器及进气管；
在所述空气质量流量传感器设置于所述进气管入口处，所述节气门位置传感器及所述设置于所述发动机的进气歧管处，所述进气温度传感器及进气歧管压力传感器设置于所述发动机的进气歧管处，所述空气质量流量传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器及进气歧管压力传感器与所述可编程电控系统的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，其特征在于:还包括废气分析仪及空燃比分析仪；
所述废气分析仪与所述大截面管道的一端相连且与所述数据采集器的输入端相连，所述空燃比分析仪设置于所述大截面管道上且与所述数据采集器的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，其特征在于:所述排气控制装置采用电磁阀控制。
6.根据权利要求1所述的一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，其特征在于，所述Y型转换器第二端口处设有废气热转换器，所述热转换器包括：同轴管道、内管及外管，所述同轴管道套在所述Y型转换器第二端口与所述大截面管道连接的管道上，所述同轴管道的第一端与所述内管相连，所述同轴管道的第二端与所述外管相连。
7.根据权利要求1所述的一种发动机氧传感器过量空气系数控制系统，其特征在于，还包括：测功机；
所述测功机与所述发动机相连。
8.一种发动机氧传感器过量空气系数控制方法，其特征在于，包括：
启动发动机，设置发动机点火提前角，并在MAP图上调节喷油量使得过量空气系数λ＝1，将排气温度稳定在预设温度；
可编程电控系统获取在排气温度为预设温度时且过量空气系数λ为0.95、1.05时的第一燃油补偿量及第二燃油补偿量，将所述第一燃油补偿量及第二燃油补偿量保存至油量补偿表中；
信号发生器根据数据采集器采集到的空燃比分析仪传输的废气过量空气系数λ为0.95、1.05时的电压信号生成对应的方波信号发送至可编程控制系统；
所述可编程控制系统根据过量空气系数λ为0.95、1.05对应的方波信号，获取所述油量补偿表中的第一燃油补偿量及第二燃油补偿量对喷油量进行补偿控制。
9.根据权利要求8所述的一种发动机氧传感器过量空气系数控制方法，其特征在于，所述预设排气温度为350°。
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