宽域氧传感器接口控制单元开发

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宽域氧传感器1、 原理进行了详细的介绍,并利用CJ125进行了开发
西华大学硕士学位论文 行了深入的研究;其次在理论基础上,设计了宽域氧传感器控制单元硬件电路 通过对电路的仿真和电路板的检测,验证了硬件电路的可靠性。随后进行控制 系统软件程序设计,完成了对宽域氧传感的信号采集和液晶显示。最后在发动 机试验台架上对宽域氧传感器接口控制单元进行系统试验,试验结果表明本控 制单元能够采集宽域氧传感器的反馈信号并且可以进行实时数据显示,该控制 系统是可行的。 关键词:空燃比,宽域氧传感器,控制单元,台架试验 西华大学硕士学位论文 Development of Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor interface Controller Mechanical and Power Engineering Postgraduate: Sun Wei Tutor: Tang Lan With the wide applying of lean combustion technology, traditional switch type EGO has not satisfied the request of afr close loop control in lean burning engine. he switch type EGo has been replaced by the UEGO. UEGO can offer more precise and wide feedback AFR signals to engine ECU, instead lean or rich signals from switch type EGo UEGO belongs to ZrO2 sensor, which is made up of Nernst cell and pump cell. In another word, UEGO is made up of EGO and a pump oxygen cell UEGo plays an big role in lean burning engine. UEGO makes AFR controlled in material values. Due to the pump circuit and temperature of UEGO must be controlled, an electronic controller is used of controlling UEGO. Some controlers are integrated in engine ECU, and the other is separate. A separate UEGO controller is designed in this paper n this paper, the UEGO interface controller is designed, including hardware circuit and system software. The hardware circuit is made up of microcontroller module, UEGO integrate circuit module, LCD module, power circuit and seria communication interface circuit and go on After finishing hardware circuit, developing main program and sub program with C computer language. In the end, the function of ueGo interface controller is realized In the process of writing this paper, first, based on the theory of the UEGO, microcontroller and sensor integrate circuit module, the hardware circuit of control unit has been designed. The reliability of the hardware circuit has been examined 西华大学硕士学位论文 through the imitation and check to the circuit board. Later, the control system software has been designed, and finishing signal collection and LCD display from the UEGO. Finally, the control unit has been tested in engine frame. The test results show the control unit can collect feedback signals from UEGO, and display synchronously in LCD. At last, the control system is feasible Key Words: AFR, UEGO, controller, frame test 西华大学硕土学位论文 申明 本人申明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发表 或者撰写过的研究成果,也不包含西华大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均以在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 本学位论文是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的,论文成果归 西华大学所有,特此申明。 作者签名:孙2m7年月加日 导师签名:和70年J月日 西华大学硕士学位论文 1绪论 《宽域氧传感器接口控制单元开发》是国家科技部的研究课题,隶属于国 家科技攻关项目《天然气发动机电控系统开发平台建设》子课题任务书编号为 2005BA413B0101。由重庆汽车研究所国家燃气汽车技术中心承担。作者在本 课题中主要负责硬件设计和软件设计及调试。 11论文背景 本课题是《天然气发动机电控系统开发平台建设》的一部分,在这个课题 中天然气发动机采用的是稀薄燃烧技术,也就是说发动机在过量空气系数大于 1的情况下运转。如果在空然比闭环控制中采用普通开关型氧传感器的话,就 不能检测到稀薄混合气的混合状态。但是宽域氧传感器恰恰能够做到这一点, 它能感受稀薄混合器的混合浓度不同,为稀燃发动机的电控系统反馈空燃比信 号。基于此本课题开发宽域氧传感器接口控制单元,使宽域氧传感器的输出信 号能够反馈给发动机电控单元,实现稀燃发动机空燃比闭环控制。 这里需要说明一下空燃比和过量空气系数的概念,与在实际工作中工程技 术人员的习惯叫法的区别。空燃比即可燃混合气中所含空气与燃料的质量比。 理论上,1Kg的汽油完全燃烧需要147Kg的空气,故对汽油机而言,空燃比为 147的可燃混合气称为理论混合气。对于不同的燃料,其理论空燃比数值是不 同的。例如,压缩天然气的理论空燃比数值为167。除用空燃比表示混合气成 分外,还常用过量空气系数表示混合气的稀浓程度,常用符号a表示。a定 义如下: =燃烧1Kg燃料所实际供给的空气质量 完全燃烧1Kg燃料所需的理论空气质量 由上面的定义表达式可知:无论使用何种燃料,凡过量空气系数@a=1的 可燃混合气即为理论混合气;@a>1的则为稀混合气;@a<1的为浓混合气。在 实际的工作中,工程技术人员都习惯用过量空气系数来描述混合气的稀浓程度, 西华大学硕士学位论文 而不是用空燃比。但是在混合气浓度的闭环控制中,通常用空燃比来阐述。在 本论文中为了阐述方便,将空燃比和过量空气系数两个概念结合起来使用,也 就是说用空燃比1、=1和1<1来描述混合气的稀浓程度。 12宽域氧传感器控制单元研究状况 l2国外研究状况 在宽域氧传感器领域,普遍采用在宽域氧传感器的基础上配备电子控制器 的技术方案,使得气缸内混和气的状态能够实时地显示,同时将信号提供给 ECU并与其进行通信。有的控制单元是集成在发动机电子控制单元ECU中的; 也有的控制单元是独立存在的,也就是空燃比分析仪。目前,宽域氧传感器系 统主要匹配德国 Bosch公司和日本NIK公司的宽域氧传感器产品。德国Boch 公司在汽车零部件领域具备很强的开发能力,它的宽域氧传感器产品是6线式 的;日本特殊陶业公司(简称NIK公司)在氧化锆膜片的开发上极具能力, 氧化锆膜片是氧传感器基板材料,它的宽域氧传感器产品是7线式的。 Bosch 和NIK的宽域氧传感器的基本结构和工作原理是相同的,只是传感器连接器 的线数不同而已。出于本控制单元的核心模块CJ25是由Bosh公司生产的, BowDEAND O Figl. I Tech edge 2A0 lambda meter 图1 Tech edge空燃比分析仪2A0 CJ25的接口是与Boch的6线式宽域氧传感器相匹配的,所以本控制单元果 用 Bosch的6线式宽域氧传感器,而不是NK的7线式宽域氧传感器。生产 宽域氧传感器控制器的公司主要是在匹配Boch公司和NK公司产品的基础 2 西华大学硕士学位论文 上进行开发的,其中澳大利亚 Tech edge公司和德国ETAS公司的产品应用较为 普遍,他们的产品——空燃比分析仪在市场上占有很大价额。澳大利亚Tch dg公司是一家专门从事发动机空燃比分析仪研发和生产的企业,他们生产的 所有型号的空燃比分析仪都能够匹配德国Boch公司和日本NIK公司的宽域 氧传感器产品,其空燃比分析仪主要型号有2A0、2D0、2E0和3A0等。其中 应用较为普遍的是2A0,下面就以2A0为例介绍 Tech edge公司的空燃比分析 仪,图11为空燃比分析仪2A0。 (1)5供电电源及虚地的产生 图12为5V供电电源及虚地的产生电路。肖基特二极管D1为此控制单元 提供电源反向保护,与此同时齐纳管D2进行电源电压顺态变化抑制;PCB板 安装3A的保险管进行过电流保护;电容C1、C2、C3、C4对电源调节模块7805 进行滤波和噪声抑制;最后二极管D3用于防止电压调节模块7805输出端与输 入端短路。 A了 14L4_N0T TBTT t:IS 116484 1S1·了 UIC l0-7|100 10037 1007< t% 4 10 Fig1 2 5 Volt Power Supply &z virtual Ground 图122A05V供电电源及虚地产生电路 运算放大器LM6484(U7A)产生一个2V电压输出,此电压输出作为氧传 感器模拟量接口的参考点,称为“虚地”根据宽域氧传感器的工作原理,流经 传感器内部的电流是正反两个方向的,如果以地为参考点的话,要产生两个方 向的电流,就必须产生正负两个电动势,显然要在本单元中产生负电压的方案 是不可取的,因此用“虚地”电压参考点可以解决这个问题,在系统电压供 应的范围内0~5V)能够产生正负两个方向的电流。 (2)DA转换、泵电流p缓冲和电流感应 图13所示为DA转换、泵电流恥缓冲和电流感应电路。宽域氧传感器是 西华大学硕士学位论文 由数字信号控制的模拟量设备。12位双通道数模转换器DAC762产生范围在 0~4096V的电压信号。DAC7612的电压输出被运算放大器LM6484(U7D) 进行缓冲,然后此电压通过电阻R205与R206产生用于氧传感器控制的泵电流 p。运算放大器LM6484(U7C)此时作为差动放大器使用,相对“虚地”产生 士2V范围的电压,从而提供正负泵电流用于控制宽域氧传感器。用于控制宽域 氧传感器泵电流Ip的大小通过测量R206两端的电压可知另外信号 IpSENSE 是感受泵电流I的大小,从而将其转换成电压线性输出 100g 10L UD 如嚣?安 LDD> LDD VOB Ce. U, 1% EPSElSL) Fig1.3 DAC, Lp Bufer Curent Sense 图132A0DA转换、泵电流l缀冲和电流感应电路 (3)宽域氧传感器加热器驱动电路 图14所示为宽域氧传感器加热器驱动电路。 vB盏T SNUB1 100xF 055 1k cIGl l00a了 RLO 3沿1 H-SENSE 910R RIO HH4+ SENSE8 r1osQ4 R108 1 3109 1105 02R 21% 2¥390s 114 l01% DRIE R113 1k Figl.4 Heater- Drive, Voltage Current Sense 图142A0宽域氧传感器加热器驱动电路

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jeff_zxg 内容非常有帮助,真实有效
2019-12-26
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zyf6826 内容还可以,就是扫描件,里面的图看不清楚。
2016-08-15
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董你的小鱼儿 内容非常详细,正好我们在开发相关产品,谢谢了,可作为一个指导性文件。
2016-04-27
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