[发明专利]电喷发动机用氧化锆型氧传感器故障模拟方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于一种电喷发动机(电控汽油喷射发动机)测试仪器，尤其 是一种使电喷发动机用氧化锆型氧传感器故障模拟方法及装置。

背景技术

根据中国国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于2005年 4月27日发布的排放法规GB18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及 测量方法》要求，2008年中国全面实施第三阶段排放标准，轻型汽车必 须装备On-board diagnostic(OBD，车载诊断系统)。按照法规规定， 车载诊断系统监测的部件包括：三效催化转换器、氧传感器、发动机失 火率、排放控制部件和系统及任何与排放有关的电路。

氧传感器是排气氧传感器(Exhaust Gas Oxygen Sensor，EGO)的 简称，其功用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信 号，并将该信号转变为电信号输入ECU。ECU根据氧传感器信号，对喷油 时间进行修正，实现空燃比反馈控制(闭环控制)，从而将过量空气系 数(λ)控制在0.98～1.02之间(空燃比A/F约为14.7)，使发动机得 到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体的排放量和节约燃油之目 的。

在电喷发动机中，OBD系统需对发动机电控系统采用的氧传感器信号 进行实时监测，一旦发现发动机电控系统的氧传感器信号不正常，OBD系 统将会报警。在发动机电控系统中，目前使用的氧传感器可划分为二大 类型：一)氧化锆型氧传感器，氧化锆型氧传感器是将废气中的氧分子含 量的变化转换成电压的变化。二)氧化钛型氧传感器，二氧化钛型氧传感 器则是将废气中的氧分子含量的变化转换成传感器电阻的变化。以下氧 传感器均指氧化锆型氧传感器。

在以下三种场合下，需要使电喷发动机的氧传感器产生故障：一) 在开发OBD系统的氧传感器信号监测功能时需要发动机要有氧传感器故 障现象。二)在验证新车或在用车的OBD系统是否有效监测氧传感器故 障时，也需要使发动机的氧传感器故障。三)用于三元催化转换器故障 诊断的双氧传感器诊断算法的试验和验证。这些故障很难在一套新的电 喷发动机的氧传感器中产生，且难以产生定量的氧传感器故障。

中国发明专利“一种电控汽油喷射发动机氧传感器故障发生方法及 装置”(专利号：200710051383.5)需要使用单独板卡及移动电脑和220v 电源，给随车使用带来不方便之处；也存在故障模拟形式少等缺点。

发明内容

本发明针对电喷发动机控制系统，目的是提供一种可使电喷发动机 用氧传感器产生上限电压上偏移、上限电压下偏移、下限电压上偏移、 下限电压下偏移、时间响应延迟、上升沿的上升斜率改变和下降沿的下 降斜率改变的独立故障模拟模式及上限电压偏移、下限电压偏移、时间 响应延迟和斜率改变四种故障模式的任意比例混合故障模拟模式，使得 故障模拟信号输出与实际故障信号输出更为符合；以便用于OBD系统的 开发与验证和其他相关研究的需要的电喷发动机用氧化锆型氧传感器故 障模拟方法及装置。。

为了实现上述目的，本发明所采用的方法是：断开氧传感器与ECU(电 控单元)之间连接的信号线，在氧传感器与ECU之间设置一个氧传感器故 障模拟装置，氧传感器输出的信号不直接输入ECU，而直接输入氧传感器 故障模拟装置，氧传感器故障模拟装置通过A/D转换器对氧传感器输出 的信号进行采样，氧传感器故障模拟装置的主控单元在此信号的基础上 叠加电压偏移信号或响应延迟信号或同时叠加电压偏移信号和响应延迟 信号，使之产生氧传感器故障的模拟信号，然后利用D/A转换器将此处 理后的信号输出给电喷发动机ECU。

上述氧传感器故障模拟装置由主控单片机，D/A输出模块，液晶显示 模块，参数设置模块和上位机系统构成，其中主控单片机的A/D采样输 入端与氧传感器的输出信号相连，D/A输出模块与主控单片机的SPI口和 普通I/O口相连，液晶显示模块与主控单片机的I/O口相连，参数设置 模块与主控单片机的I/O口相连，上位机系统与主控单片机通过RS232 串口相连。

氧传感器故障模拟装置由液晶显示模块J1，主控单片机U1，D/A转 换芯片U2，电平转换芯片U3，按键B1～B6，电阻R1-R6，电容C1-C8 构成，其中：