CN201810406U - 实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，有故障诊断模块、工况判断模块、加热控制模块、模拟开关型氧传感器信号输出模块、PWM控制信号输出模块；故障诊断模块的输入与宽域氧传感器、转速传感器和进气压力传感器输出信号连接；工况判断模块的输入与转速传感器、进气压力传感器输出信号和上电开关信号连接；加热控制模块的输入与故障诊断模块、工况判断模块、宽域氧传感器和转速传感器及上电开关输出信号连接，加热控制模块的输出与PWM控制信号输出模块的输入连接；PWM控制信号输出模块的输出与宽域氧传感器的输入连接；模拟开关型氧传感器信号输出模块的输入与宽域氧传感器的输出和目标空燃比信号连接，模拟开关型氧传感器信号输出模块的输出与发动机ECU氧信号输入连接。

Description

实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器

技术领域

本实用新型涉及电控发动机的一种传感器控制器，特别是一种实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器。

背景技术

 氧传感器是汽车发动机燃油反馈控制系统的重要部件，在空燃比控制中有着非常重要的作用。控制精度更高的UEGO传感器（Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor：宽域氧传感器）能显示混合气浓稀状态和浓稀程度，能满足高燃料经济性标准和高排放标准的要求。

目前，常规开关型氧传感器控制器和普通UEGO传感器控制器具有以下缺陷：

（1）只能显示混合气浓稀两种状态而不能显示浓稀的程度，只能用于理论空燃比燃烧，不能用于稀薄燃烧控制；

（2）普通UEGO传感器控制器与发动机ECU集成在一起，针对不同的发动机和ECU需要大量的设计开发和匹配标定工作，使用不灵活，且发动机ECU的成本较高。

发明内容

本实用新型的目的在于为克服现有技术的不足，提供一种实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，能够实现发动机理论空燃比燃烧和稀薄燃烧组合模式的闭环控制，在不需要对基于理论空燃比燃烧控制的发动机ECU做任何改动的情况下，直接配合其实现系统的稀薄燃烧闭环控制，缩短整个电控系统的设计开发与匹配标定周期，并降低系统成本。

本实用新型为克服现有技术的不足，采用了如下技术方案：一种实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，其特征是：

1)、设有对宽域氧传感器故障诊断及转速和进气压力诊断的故障诊断模块、发动机工况判断模块、宽域氧传感器加热控制模块、模拟开关型氧传感器信号输出模块、PWM控制信号输出模块；

2)、故障诊断模块的输入端分別与宽域氧传感器的输出端、转速传感器输出信号和进气压力传感器输出信号连接；发动机工况判断模块的输入端分別与转速传感器输出信号、进气压力传感器输出信号和上电开关信号连接；宽域氧传感器加热控制模块的输入端分別与故障诊断模块、发动机工况判断模块、宽域氧传感器的输出端和转速传感器输出信号及上电开关信号连接，宽域氧传感器加热控制模块的输出端与PWM控制信号输出模块的输入端连接； PWM控制信号输出模块的输出端与宽域氧传感器的输入端连接；模拟开关型氧传感器信号输出模块的输入端分別与宽域氧传感器的输出端和可标定的目标空燃比连接，模拟开关型氧传感器信号输出模块的输出端与发动机ECU氧信号输入端连接。

按本实用新型提供的一种实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，根据发动机的转速信号和进气压力信号判断发动机的工况；根据UEGO传感器当前的温度状态、发动机运行工况来分别计算UEGO传感器加热控制PWM信号的频率和占空比；根据UEGO传感器信号通过接口芯片转换为电压信号后计算当前实际空燃比值，并与目标空燃比值进行比较，得到混合气的浓稀程度，驱动开关型氧传感器信号模拟电路向发动机ECU输出信号；通过传感器采集信号进行故障诊断和记录，并做出相应处理。

本实用新型采用UEGO传感器电气特性标定模块，通过串口通信协议与上位机连接进行标定，以此保证产品出产一致性。控制器参数标定包括UEGO传感器电气特性、启动时加热频率和加热脉宽、运行时加热脉宽、进气压力传感器电气特性和目标空燃比等。

本实用新型既可作为独立的空燃比控制仪使用，又可通过传感器信号变换，配合基于理论空燃比燃烧控制的发动机ECU，能够非常简便的实现发动机理论空燃比燃烧和稀薄燃烧组合模式的闭环控制，在不需要对基于理论空燃比燃烧控制的发动机ECU做任何改动的情况下，直接配合其实现系统的稀薄燃烧闭环控制，缩短整个电控系统的设计开发与匹配标定周期，并降低系统成本。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1为本实用新型的逻辑框图；

图2为故障诊断模块的示意图；

图3为发动机工况判断模块的示意图；

图4为加热控制模块的示意图；

图5为模拟开关型氧传感器信号输出模块的示意图；

图6为模拟开关型氧传感器信号驱动电路。

具体实施方式

下面参照附图说明本实用新型的实施方案。

在图1-图6所示的实施方案中，一种实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，设有对宽域氧传感器3故障诊断及转速和进气压力诊断的故障诊断模块30、发动机工况判断模块20、宽域氧传感器加热控制模块23、模拟开关型氧传感器信号输出模块31、PWM控制信号输出模块6；故障诊断模块30的输入端分別与宽域氧传感器3的输出端、转速传感器输出信号1和进气压力传感器输出信号2连接；发动机工况判断模块20的输入端分別与转速传感器输出信号1、进气压力传感器输出信号2和上电开关信号4连接；宽域氧传感器加热控制模块23的输入端分別与故障诊断模块30、发动机工况判断模块20、宽域氧传感器3的输出端和转速传感器输出信号1及上电开关信号4连接，宽域氧传感器加热控制模块23的输出端与PWM控制信号输出模块6的输入端连接； PWM控制信号输出模块6的输出端与宽域氧传感器3的输入端连接；模拟开关型氧传感器信号输出模块31 的输入端分別与宽域氧传感器3的输出端和可标定的目标空燃比24连接，模拟开关型氧传感器信号输出模块31的输出端与发动机ECU氧信号输入端连接。

UEGO传感器控制器5通过ECU输出给仪表盘的信号取得转速1、通过传感器得到进气压力2、UEGO传感器信号3、上电开关信号4，经过UEGO传感器控制器5的内部的宽域氧传感器故障诊断模块16、转速诊断模块17、进气压力诊断18和工况判断模块20得到加热控制所需的参数，经过加热控制模块23产生符合当前工况的加热PWM控制信号输出；根据当前工况的实际空燃比和理论空燃比产生模拟开关型氧传感器信号。并可通过串口通讯标定9实现各传感器参数、目标空燃比24等标定功能。

在图2所示的实施方案中，前述故障诊断模块30 包括有宽域氧传感器诊断模块16、转速诊断模块17、进气压力诊断模块18和故障代码存储与故障处理模块19；宽域氧传感器诊断模块16的输入端与宽域氧传感器3输出泵电流10、泵电流参考电压输入11、虚地12和加热信号13连接，转速诊断模块17的输入端与转速传感器输出信号1连接，进气压力诊断模块18的输入端与进气压力传感器输出信号2连接，宽域氧传感器诊断模块16、转速诊断模块17和进气压力诊断模块18的输出端与故障代码存储与故障处理模块19的输入端连接，故障代码存储与故障处理模块19的输出端与宽域氧传感器加热控制模块23的输入端连接。故障诊断模块根据UEGO传感器输出的泵电流10、泵电流参考电压输入11、虚地12和加热信号13实现UEGO传感器的故障诊断功能。通过转速传感器14、进气压力传感器15的信号分别输入转速诊断模块17和进气压力诊断18对转速和进气压力进行诊断，当检测到传感器出现故障后，控制器将进入故障代码存储与故障处理19，记录故障并根据故障类型做出相应处理，如当UEGO传感器出现故障时，UEGO传感器控制器将输出固定电压信号，发动机ECU将据此诊断出故障并做相应处理。

在图3所示的实施方案中，前述发动机工况判断模块20的发动机工况输出21与UEGO传感器加热控制模块23的输入端连接。根据发动机转速1、进气压力2和上电开关4经工况识别分析判断发动机工况21，识别方法如下：

(1)、ECU上电开关=0，发动机处于停机工况；

(2)、ECU上电开关=1，进气压力≤怠速进气压力，转速≤怠速转速，发动机处于怠速工况；

(3)、ECU上电开关=1，转速≥怠速转速，发动机处于正常运行状态。

在图4所示的实施方案中，前述加热控制模块23，根据转速1、上电开关4、故障代码存储与故障处理19、发动机工况21和宽域氧传感器3热敏电阻阻值分析计算出氧传感器温度，最后计算获得输出的PWM控制信号，经PWM控制信号输出模块6向宽域氧传感器3输出加热控制信号。

在图5所示的实施方案中，模拟开关型氧传感器信号输出模块31包括空燃比比较模块32、混合气浓稀信号模块25、模拟开关型氧传感器氧信号驱动电路26、模拟开关型氧传感器氧信号输出模块27，空燃比比较模块32的输入端分別与宽域氧传感器3输出的并经单片机MCU采集计算的实际空燃比8和目标空燃比24连接，空燃比比较模块32得到混合气浓稀信号25，并与模拟开关型氧传感器氧信号驱动电路26的输入端连接，模拟开关型氧传感器氧信号驱动电路26的输出端与模拟开关型氧传感器氧信号输出模块27的输入端连接，模拟开关型氧传感器氧信号输出模块27的输出端与发动机ECU氧信号输入端连接。当UEGO传感器出现故障时，UEGO传感器控制器将输出固定电压信号给发动机ECU，ECU据此进行故障诊断和处理。

在图6所示的实施方案中，模拟开关型氧传感器信号输出模块31中的模拟开关型氧传感器信号驱动电路26有两个三极管Q1、Q2和九个电阻R1-R9，第一电阻R1-第五电阻R5依次串联连接，第六电阻R6、第七电阻R7的一端与第一三极管Q1的基极连接，第六电阻R6的另一端为一个输入端，第八电阻R8、第九电阻R9的一端与第二三极管Q2的基极连接，第八电阻R8的另一端为另一个输入端，第一电阻R1与第二电阻R2的连接端为氧信号输出端，单片机MCU根据当前目标空燃比24和实际空燃比8的差得到混合气的浓稀，并调整输出口MCU IO1和MCU IO2，控制模拟信号O2OUT的输出电平，使其满足开关型氧传感器信号的特性。

本实用新型的核心是即可作为独立的空燃比控制仪使用，又可在组合燃烧模式下，利用单片机判断当前混合气的浓稀状态，通过驱动模拟电路输出能满足模拟开关型氧传感器信号的特性的信号，在不需要对基于理论空燃比燃烧控制的发动机ECU做任何改动的情况下直接配合其实现系统的稀薄燃烧闭环控制。

本实用新型的上述实施例仅是为了解释和说明，其目的并不是本实用新型限定在具体说明的范围，按照上述原则还可以进行显而易见的变更或修改，因此，所有此类修改和变更都在本实用新型所限定的权利要求之内。

Claims (4)

1.一种实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，其特征是：

1)、设有对宽域氧传感器(3)故障诊断及转速和进气压力诊断的故障诊断模块(30)、发动机工况判断模块(20)、宽域氧传感器加热控制模块(23)、模拟开关型氧传感器信号输出模块(31)、PWM控制信号输出模块(6)；

2)、故障诊断模块(30)的输入端分別与宽域氧传感器(3)的输出端、转速传感器输出信号(1)和进气压力传感器输出信号(2)连接；发动机工况判断模块(20)的输入端分別与转速传感器输出信号(1)、进气压力传感器输出信号(2)和上电开关信号(4)连接；宽域氧传感器加热控制模块(23)的输入端分別与故障诊断模块(30)、发动机工况判断模块(20)、宽域氧传感器(3)的输出端和转速传感器输出信号(1)及上电开关信号(4)连接，宽域氧传感器加热控制模块(23)的输出端与PWM控制信号输出模块(6)的输入端连接； PWM控制信号输出模块(6)的输出端与宽域氧传感器(3)的输入端连接；模拟开关型氧传感器信号输出模块(31) 的输入端分別与宽域氧传感器(3)的输出端和可标定的目标空燃比(24)连接，模拟开关型氧传感器信号输出模块(31)的输出端与发动机ECU氧信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，其特征是前述故障诊断模块(30)包括有宽域氧传感器诊断模块(16)、转速诊断模块(17)、进气压力诊断模块(18)和故障代码存储与故障处理模块(19)；宽域氧传感器诊断模块(16)的输入端与宽域氧传感器(3)输出泵电流(10)、泵电流参考电压输入(11)、虚地(12)和加热信号(13)连接，转速诊断模块(17)的输入端与转速传感器输出信号(1)连接，进气压力诊断模块(18)的输入端与进气压力传感器输出信号(2)连接，宽域氧传感器诊断模块(16)、转速诊断模块(17)和进气压力诊断模块(18)的输出端与故障代码存储与故障处理模块(19)的输入端连接，故障代码存储与故障处理模块(19)的输出端与宽域氧传感器加热控制模块(23)的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，其特征是前述发动机工况判断模块(20)的发动机工况输出(21)与宽域氧传感器加热控制模块(23)的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的实现组合燃烧模式闭环控制的宽域氧传感器控制器，其特征是前述模拟开关型氧传感器信号输出模块(31)包括空燃比比较模块(32)、混合气浓稀信号模块(25)、模拟开关型氧传感器氧信号驱动电路(26)、模拟开关型氧传感器氧信号输出模块(27)，空燃比比较模块(32)的输入端分別与宽域氧传感器(3)输出的并经单片机MCU采集计算的实际空燃比(8)和目标空燃比(24)连接，空燃比比较模块(32)得到混合气浓稀信号(25)，并与模拟开关型氧传感器氧信号驱动电路(26)的输入端连接，模拟开关型氧传感器氧信号驱动电路(26)的输出端与模拟开关型氧传感器氧信号输出模块(27)的输入端连接，模拟开关型氧传感器氧信号输出模块(27)的输出端与发动机ECU氧信号输入端连接。

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