CN102928471A - 氧传感器性能检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种氧传感器性能检测装置及方法，该检测装置包括依次连接的电子控制单元、测量控制电路及泵氧元电流测试单元；氧传感器信号电压测试单元，一端连接于测量控制电路，另一端接地；模拟燃烧室；温度传感器，温度传感器设于模拟燃烧室内，用于测试被测氧传感器的工作温度；数控调温控制器，与温度传感器电极连接，用于控制被测氧传感器的工作温度；喷嘴，一端与模拟燃烧室连通，另一端设置有调节阀，丁烷气体通过喷嘴进入模拟燃烧室燃烧；开关电源，与电子控制单元、测量控制电路及数控调温控制器连接供电。本发明的氧传感器性能检测装置及方法可以准确测试宽频带氧传感器及普通氧传感器的性能。

Description

氧传感器性能检测装置及方法

技术领域

本发明是有关于一种传感器性能检测技术，且特别是有关于一种氧传感器性能检测装置及方法，其可对汽车宽频带传感器或普通氧传感器进行检测。

背景技术

汽车宽频带氧传感器的基本控制原理就是以普通氧化锆型氧传感器为基础扩展而来。氧化锆型氧传感器有一特性，就是当氧离子移动时会产生电动势。若相反将电动势加在氧化锆组件上，即会造成氧离子的移动，根据此原理即可由发动机控制单元控制所想要的比例值。

详而言之，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用，其基本工作原理是，在一定条件下例如高温和铂催化，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21％，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。

在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆感应室的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，感应室上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当感应室废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压(0.6～1V)，这个电压信号被送到电子控制单元（ECU，Electronic Control Unit）放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时(端部达到300°C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。它在约800°C时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。

宽频带氧传感器目前的技术测试方案一般是是通过读取数据流进行分析，而且只能进行实车测试，无法测出宽频带氧传感器的真实性能参数。现有技术存在如下技术问题：因为是通过读取实车数据流来进行判断宽频带氧传感器的性能，看到的只是电脑内存的故障码及二次数据，并不是被测传感器的真实参数。再者，宽频带氧传感器要到350°C以上才会投入正常工作，必须等待相当一段时间，测试效率很低。当宽频带氧传感器性能有所下降但并未完全失效时，不会产生故障码，因此，现有技术难以准确判断宽频带氧传感器的性能。

然而，此传感器为高值易损件，一但失效对整车性能及废气排放都会造成较大影响，因此有必要提供一种有效的实验测试方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种氧传感器性能检测装置，其可对宽频带氧传感器或普通氧传感器进行准确的性能测试。

本发明的目的还在于提供一种氧传感器性能检测方法，其可对宽频带氧传感器或普通氧传感器进行准确的性能测试。

本发明提出一种氧传感器性能检测装置，其使用丁烷气体燃烧模拟发动机排气管工况，对被测氧传感器进行性能检测，该检测装置包括依次连接的电子控制单元、测量控制电路及泵氧元电流测试单元，电子控制单元控制测量控制电路对被测氧传感器泵氧元的控制电流进行控制；氧传感器信号电压测试单元，一端连接于被测氧传感器信号输出电路，另一端接地，用于对被测氧传感器的氧化锆感应室输出电压信号进行监测；模拟燃烧室；温度传感器，设于模拟燃烧室内，用于测试被测氧传感器的工作温度；数控调温控制器，与温度传感器电性连接，用于控制被测氧传感器的工作温度；喷嘴，一端与模拟燃烧室连通，丁烷气体通过喷嘴进入模拟燃烧室；及电源，与电子控制单元、测量控制电路及数控调温控制器电性连接。

在本发明的一个实施例中，所述电源为开关电源，其将输入的交流电压转换为直流电输出。

在本发明的一个实施例中，所述被测氧传感器为宽频带氧传感器或普通氧传感器，包括感应室和泵氧元。

在本发明的一个实施例中，在检测过程中，所述被测氧传感器一端置于模拟燃烧室内，另一端与泵氧元电流测试单元、氧传感器信号电压测试单元及数控测温控制器连接。

在本发明的一个实施例中，所述泵氧元电流测试单元对被测氧传感器的泵氧元电流信号进行测量，电子控制单元依据测量得到的电流值控制测量控制电路对被测氧传感器泵氧元的控制电流进行控制。

在本发明的一个实施例中，所述氧传感器信号电压测试单元为数字电压表。

在本发明的一个实施例中，所述温度传感器感测模拟燃烧室内的温度，将该温度结果并传送至数控调温控制器，数控调温控制器依据温度传感器感测到的温度进行被测氧传感器工作温度的测量与控制。

在本发明的一个实施例中，所述喷嘴上设置有调节阀，调节通过喷嘴的气体流量。

本发明还提供一种氧传感器性能检测方法，其包括步骤：发动机排气管工况模拟；进行监测被测氧传感器的氧化锆感应室输出电压信号；对被测氧传感器的泵氧元电流信号进行测量；对被测氧传感器泵氧元的控制电流进行控制；及控制被测氧传感器的氧化锆感应室输出电压。

在本发明的一个实施例中，所述方法进一步包括感测被测氧传感器的工作温度；及依据感测到的温度对被测氧传感器的工作温度进行控制的步骤。

本发明所述的氧传感器检测装置及方法利用丁烷气体燃烧喷嘴进行发动机排气管工况模拟，采用数字仪表对宽频带氧传感器的氧化锆感应室输出信号进行测量，同时利用控制电路对宽频带氧传感器泵氧元的控制电流进行控制。具有如下优点或有益效果：因为是通过汽车宽频带氧传感器性能检测装置来进行性能检测，因此看到的是宽频带氧传感器的真实参数；因为宽频带氧传感器要到350℃以上才会投入正常工作，宽频带氧传感器性能检测装置采用数控调温控制器进行宽频带氧传感器工作温度的控制，由于数控调温控制器采用了单片机技术，因此可以在相当宽的范围内任意设置氧传感器的工作温度，无须等待相当一段时间，可以在较短时间内进行批量性能检测，测试效率较高；汽车宽频带氧传感器性能检测装置不但可以检测宽频带氧传感器，而且可以检测普通氧传感器，利用率高，甚至可以作为是否应该更换氧传感器的依据。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的氧传感器检测装置的结构方框示意图。

图2为本发明较佳实施例的氧传感器性能检测方法的流程图。

图3为本发明较佳实施例的氧传感器性能检测方法的温度控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种氧传感器性能检测装置，其可对汽车宽频带氧传感器或普通氧传感器进行检测。该氧传感器性能检测装置包括电源101、电子控制单元（ECU，Electronic Control Unit）102、测量控制电路103、泵氧元电流测试单元104、氧传感器信号电压测试单元105、数控调温控制器106、模拟燃烧室107、温度传感器108、调节阀109及喷嘴110。该氧传感器性能检测装置使用压缩丁烷气体111燃烧模拟发动机排气管工况。本实施例中，电源101为开关电源，其将输入的交流电压转换为直流电输出。电源101与ECU 102、测量控制电路103及数控调温控制器106连接，以分别向ECU 102、测量控制电路103及数控调温控制器106提供工作电源。ECU 102、测量控制电路103及泵氧元电流测试单元104依次连接。氧传感器信号电压测试单元105一端连接于被测氧传感器信号输出电路（图未标），且氧传感器信号电压测试单元105另一端接地，用于对被测氧传感器的氧化锆感应室输出电压信号进行监测。

温度传感器108设于模拟燃烧室107内，并与数控调温控制器106电性连接，用于检测模拟燃烧室107内的温度。喷嘴110一端与模拟燃烧室107连通，另一端设置有调节阀109，压缩丁烷气体111通过喷嘴110设有调节阀109的一端进入模拟燃烧室107进行燃烧。调节阀109用于控制压缩丁烷气体的流量。

检测过程中，被测氧传感器20一端置于模拟燃烧室107内，另一端与泵氧元电流测试单元104、氧传感器信号电压测试单元105及数控测温控制器106电性连接。即，泵氧元电流测试单元104、氧传感器信号电压测试单元105及数控测温控制器106均与被测氧传感器20连接。

本实施例中，被测氧传感器20为宽频带氧传感器，其有感应室（图未标）和泵氧元（图未标）两部分。检测过程中，感应室的一面与大气接触，而另一面位于模拟燃烧室107内，通过扩散孔（图未示）与压缩丁烷气体111燃烧后产生的排气接触，由于感应室两侧的氧含量不同而产生一个电动势。发动机控制单元要把感应室两侧的氧含量保持一致，让电压值维持在0.45V。泵氧元一边是排气，另一边与模拟燃烧室107相连。泵氧元就是利用氧化锆传感器的反作用原理，将电压施加于氧化锆组件（即泵氧元）上，这样会造成氧离子的移动。把排气中的氧泵入模拟燃烧室107中，使感应室两侧的电压值维持在0.45V。如果混合气太浓，那么排气中含氧量下降，此时从扩散孔溢出的氧较多，感应室的电压升高。为达到平衡发动机控制单元，增加控制电流使泵氧元增加泵氧效率，使模拟燃烧室107的氧含量增加，这样可以调节感应室的电压恢复到0.45V；相反混合气太稀，则排气中的含氧量增加，这里氧要从扩散孔进入模拟燃烧室107，感应室电压降低，此时泵氧元向外排出氧来平衡模拟燃烧室107中的含氧量，合感应室的电压维持在0.45V。总而言之，加在泵氧元上的电压可以保证当模拟燃烧室107内的氧多时，排出腔内的氧，这里发动机控制单元的控制流是正电流；当模拟燃烧室107内的氧少时，进行供氧，此时发动机控制单元的控制电流是负电流。以上过程供给泵氧元的电流就反映了排气中的剩余空气含量系数。

本实施例中，氧传感器性能检测装置的工作原理具体如下：利用压缩丁烷气体111通过喷嘴110进入模拟燃烧室107进行燃烧，进行发动机排气管工况模拟。采用氧传感器信号电压测试单元105对被测氧传感器20的氧化锆感应室输出电压信号进行监测，同时采用泵氧元电流测试单元104对被测氧传感器20的泵氧元电流信号进行测量，ECU 102控制测量控制电路103对被测氧传感器20泵氧元的控制电流进行控制。如果混合气太浓，那么排气中含氧量下降，此时从被测传感器20扩散孔溢出的氧较多，感应室的电压升高。为达到平衡，ECU 102发出增加控制电流的指令至测量控制电路103，使泵氧元增加泵氧效率，使测试腔107的氧含量增加，这样可以调节感应室的电压恢复为0.45v；相反混合气太稀，则排气中的含氧量增加，这时氧要从扩散孔进入测试腔，感应室电压降低，此时ECU 102发出降低控制电流的指令至测量控制电路103，使泵氧元向外排出氧来平衡测试腔中的含氧量，使感应室的电压维持在0.45v。采用泵氧元电流测试单元104对被测氧传感器20泵氧元的电流信号进行测量，同时用氧传感器信号电压测试单元105监测氧化锆感应室输出信号电压，其相应变化幅值及反应速度即体现了被测氧传感器20的性能，从而达到检测氧传感器的目的。较佳地，氧传感器信号电压测试单元105为数字电压表。

此外，在检测过程中，温度传感器108感测模拟燃烧室107内的温度，将该温度结果并传送至数控调温控制器106，数控调温控制器106依据温度传感器108感测到的温度进行被测氧传感器20工作温度的测量与控制。数控调温控制器106为数字温控仪，其采用单片机技术，可以在相当宽的范围内任意设置被测氧传感器20的工作温度，同时还能测量被测氧传感器20加热线圈的加热电流。

本发明还提供一种利用上述装置的氧传感器性能检测方法，如图2所示，其为本发明较佳实施例的氧传感器性能检测方法的流程图。该方法包括如下步骤：利用压缩丁烷气体111通过喷嘴110进入模拟燃烧室107进行燃烧，进行发动机排气管工况模拟（步骤S201）。采用氧传感器信号电压测试单元105对被测氧传感器20的氧化锆感应室输出电压信号进行监测（步骤S202），采用泵氧元电流测试单元104对被测氧传感器20的泵氧元电流信号进行测量（步骤S203），ECU 102控制测量控制电路103对被测氧传感器20泵氧元的控制电流进行控制（步骤S204），进而控制被测氧传感器20的氧化锆感应室输出电压（步骤S205）。如果混合气太浓，那么排气中含氧量下降，此时从被测传感器20扩散孔溢出的氧较多，感应室的电压升高。为达到平衡，ECU 102发出增加控制电流的指令至测量控制电路103，使泵氧元增加泵氧效率，使测试腔107的氧含量增加，这样可以调节感应室的电压恢复为0.45v；相反混合气太稀，则排气中的含氧量增加，这时氧要从扩散孔进入测试腔，感应室电压降低，此时ECU 102发出降低控制电流的指令至测量控制电路103，使泵氧元向外排出氧来平衡测试腔中的含氧量，使感应室的电压维持在0.45v。采用泵氧元电流测试单元104对被测氧传感器20泵氧元的电流信号进行测量，同时用氧传感器信号电压测试单元105监测氧化锆感应室输出信号电压，其相应变化幅值及反应速度即体现了被测氧传感器20的性能，从而达到检测氧传感器的目的。较佳地，氧传感器信号电压测试单元105为数字电压表。

如图3所示，其为本发明较佳实施例的氧传感器性能检测方法的温度控制流程图。在检测过程中，温度传感器108感测模拟燃烧室107内的温度，即感测被测氧传感器20的工作温度，并将该温度结果并传送至数控调温控制器106(步骤S301)，数控调温控制器106依据温度传感器108感测到的温度进行被测氧传感器20工作温度的测量与控制（步骤S302）。数控调温控制器106采用单片机技术，可以在相当宽的范围内任意设置被测氧传感器20的工作温度，同时还能测量被测氧传感器20加热线圈的加热电流。

综上所述，本发明所述的氧传感器检测装置及方法利用丁烷气体燃烧喷嘴进行发动机排气管工况模拟，采用数字仪表对宽频带氧传感器的氧化锆感应室输出信号进行测量，同时利用控制电路对宽频带氧传感器泵氧元的控制电流进行控制。具有如下优点或有益效果：因为是通过汽车宽频带氧传感器性能检测装置来进行性能检测，因此看到的是宽频带氧传感器的真实参数；因为宽频带氧传感器要到350℃以上才会投入正常工作，宽频带氧传感器性能检测装置采用数控调温控制器进行宽频带氧传感器工作温度的控制，由于数控调温控制器采用了单片机技术，因此可以在相当宽的范围内任意设置氧传感器的工作温度，无须等待相当一段时间，可以在较短时间内进行批量性能检测，测试效率较高；汽车宽频带氧传感器性能检测装置不但可以检测宽频带氧传感器，而且可以检测普通氧传感器，仪器利用率高，甚至可以作为是否应该更换氧传感器的依据。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种氧传感器性能检测装置，其使用丁烷气体燃烧模拟发动机排气管工况，对被测氧传感器进行性能检测，该检测装置包括：

依次连接的电子控制单元、测量控制电路及泵氧元电流测试单元，电子控制单元控制测量控制电路对被测氧传感器泵氧元的控制电流进行控制；

氧传感器信号电压测试单元，一端连接于被测氧传感器信号输出电路，另一端接地，用于对被测氧传感器的氧化锆感应室输出电压信号进行监测；

模拟燃烧室；

温度传感器，设于模拟燃烧室内，用于测试被测氧传感器的工作温度；

数控调温控制器，与温度传感器连接，用于控制被测氧传感器的工作温度；

喷嘴，一端与模拟燃烧室连通，另一端设置有调节阀，丁烷气体通过喷嘴进入模拟燃烧室燃烧；及电源，与电子控制单元、测量控制电路及数控调温控制器连接供电。

2.根据权利要求1所述的氧传感器性能检测装置，其特征在于，所述电源为开关电源，其将输入的交流电压转换为直流电输出。

3.根据权利要求1所述的氧传感器性能检测装置，其特征在于，所述被测氧传感器为宽频带氧传感器或普通氧传感器，包括感应室和泵氧元。

4.根据权利要求3所述的氧传感器性能检测装置，其特征在于，在检测过程中，被测氧传感器一端置于模拟燃烧室内，另一端与泵氧元电流测试单元、氧传感器信号电压测试单元及数控测温控制器连接。

5.根据权利要求1所述的氧传感器性能检测装置，其特征在于，所述泵氧元电流测试单元对被测氧传感器的泵氧元电流信号进行测量，电子控制单元依据测量得到的电流值控制测量控制电路对被测氧传感器泵氧元的控制电流进行控制。

6.根据权利要求1所述的氧传感器性能检测装置，其特征在于，所述氧传感器信号电压测试单元为数字电压表。

7.根据权利要求1所述的氧传感器性能检测装置，其特征在于，所述温度传感器感测模拟燃烧室内的温度，将该温度结果并传送至数控调温控制器，数控调温控制器依据温度传感器感测到的温度进行被测氧传感器工作温度的测量与控制。

8.根据权利要求1所述的氧传感器性能检测装置，其特征在于，所述喷嘴上设置有调节阀，调节通过喷嘴的气体流量。

9.一种氧传感器性能检测方法，其包括步骤：

进行发动机排气管工况模拟；

对被测氧传感器的氧化锆感应室输出电压信号进行监测；

对被测氧传感器的泵氧元电流信号进行测量；

对被测氧传感器泵氧元的控制电流进行控制；及

控制被测氧传感器的氧化锆感应室输出电压。

10.根据权利要求9所述的氧传感器性能检测方法，其进一步包括：

感测被测氧传感器的工作温度；及

依据感测到的温度对被测氧传感器的工作温度进行控制。

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