[实用新型]数控式宽带氧传感器控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发动机用宽带氧传感器的电子控制装置，尤其是通过数字信号处理功能并采用单片微处理器实现的宽带氧传感器的电子控制装置。

背景技术

现代汽油发动机的燃油系统普遍采用闭环的方式来对空燃比进行控制，以便维持气缸中燃料与氧气的化学平衡，提高燃烧效率，减少排放。这就不可避免地要采用氧传感器来作为传感器件，对发动机排气中的含氧量进行检测。在汽油发动机引入了动态停缸技术的情况下，其空燃比将大大提高，远远超过普通窄带氧传感器的正常工作范围，因而必须引入宽带氧传感器来进行燃油系统的闭环控制。

宽带氧传感器本身不能够单独工作，它必须有专门的加热器供电系统、泵电流闭环控制系统和泵电流检测放大系统。这一系列电路单元共同支持宽带氧传感器的工作，从而构成了专门的宽带氧传感器控制器。中国实用新型专利申请201120221221.3披露了宽带氧传感器控制器的工作原理与电路结构。它将宽带氧传感器信号处理成为动态停缸控制所需要的信号格式，以便实现燃油系统在动态停缸状态下的闭环控制。

在汽油发动机引入动态停缸技术的情况下，其空燃比将随着动态停缸的控制程度而发生变化。因此还必须采用氧传感器信号处理电路来参与控制，以便将在不同空燃比情况下的宽带氧传感器信号处理成为能够模仿普通窄带氧传感器特征的信号，以原车的发动机控制器(ECU)所能够接受的方式注入到ECU之中，使得原车ECU在多种较高的空燃比之下能够继续维持闭环控制操作。

本实用新型对上述宽带氧传感器控制器中能够进行数字化的部位进行了数字化改造，并且将所有涉及数字化处理的功能集成到单片微处理器之中。

发明内容

本实用新型是一种通过数字信号处理功能实现的宽带氧传感器的电子控制装置。它主要由以单片微处理器为主的电子线路所构成，用来实现对宽带氧传感器的数字控制和数字信号处理。

在现代汽油发动机中，氧传感器普遍被用来进行燃油系统和空燃比的闭环控制。在发动机引入动态停缸技术的情况下，其空燃比将随着动态停缸占空比而发生变化。因此必须引入宽带氧传感器并且使之在本实用新型的控制下，才能够在各种不同的空燃比情况下的实现燃油系统的闭环控制。

本实用新型的输入信号来自宽带氧传感器。宽带氧传感器的典型产品为德国“博世”公司的LSU4.2系列产品。该系列产品又分为多种型号，以便通过不同的接插件与不同的车型配合使用。它们的共同特点都是具有五根引线，而其接插件则为六芯的。其中与本实用新型相关的接插件线端为泵电流注入端和泵电流检测端。

本实用新型的输出信号为模仿普通窄带氧传感器特征的信号，即信号的中点值为450毫伏；信号的幅度值最大在0毫伏到900毫伏之间来回摆动，最小在100毫伏到800毫伏之间来回摆动，信号幅度在目标空燃比附近剧烈变化，如图1所示。其信号特征与普通窄带氧传感器的信号特征完全兼容，以便于直接送入常规的发动机控制器(ECU)，实现燃油系统的闭环控制。输出信号的幅值远低于450毫伏表示氧含量偏高，混合气偏稀，或空燃比偏高。反之，输出信号的幅值远高于450毫伏则表示氧含量偏低，混合气偏浓，或空燃比偏低。

本实用新型采用数字信号处理的方式来实现其关键功能。宽带氧传感器的泵电流首先经过采样电阻转换成为差分电压信号。该差分电压信号再经过差分放大器进行放大。经过差分放大器放大的信号被转换成为非差分的形式，随即被送入到模数转换器(A/D)，被转换成为数字信号。该数字信号先经过数字式低通滤波处理，然后再根据当前的空燃比控制目标值及控制目标的允许偏差值进行线性变换计算，得到相应的输出数据。该输出数据随即被送入到数模转换器(D/A)，被还原成为模拟信号。该模拟信号经过输出缓冲和幅度衰减即成为本实用新型的输出信号NBOUT。

本实用新型在数字化控制的情况下，对多档不同目标空燃比的控制就变得十分简单明了。多档不同的空燃比控制目标值及其允许偏差值被储存在控制参数表格之中，只要根据当前的空燃比控制输入数据选择出需要的控制参数来进行计算与处理，就能够轻而易举地实现多档可变目标空燃比的控制。空燃比控制输入数据的形式为二进制或其它任意编码方式，其字长一般为一位到三位。于是就可能实现从两档到八档可变目标空燃比的控制。