汽車尾氣檢測控制系統(tǒng)

1、汽車尾氣檢測控制系統(tǒng) 傳感器的控制檢測部分2OXNO 王 杰 2014-07-21Page 2 1 . 的工作條件n 氮氧化物傳感器只有在一定的條件下才能達(dá)到最佳測量工作狀態(tài)。由上一次的分析知，傳感器的 陶瓷敏感層的離子導(dǎo)電性能受溫度的影響大，也就影響了輸出Nernst電壓。同時(shí)溫度也會(huì)影響兩個(gè)測量腔室的壓力，也會(huì)影響氧氣的濃度，從而影響氧氣的擴(kuò)散速率。所以氮氧化物傳感器的需要供一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟裙ぷ鳁l件。n 氮氧化物傳感器在測量 時(shí)，需要將第一腔室內(nèi)的氧氣分壓力，穩(wěn)定在一個(gè)恒定的范圍內(nèi)。XNO2O2rOZXNOCPage 32. 的控制檢測單元n 控制檢測單元結(jié)構(gòu)圖XNO2OPage 43.控制

2、檢測單元控制方案實(shí)現(xiàn)3.1溫度控制 傳感器屬于平面型，傳感器的基板中集成有加熱器，通過外部電源供電加熱傳感器的第一泵單元，氧濃度測量敏感單元和第二泵單元。(1)控制原理 為了控制溫度首先要測量溫度，傳感器的氧氣測量部分，由于其本身材料的特殊性，使，它可以用作一個(gè)溫度敏感元件。即它的內(nèi)阻 隨溫度變T化而變化，通過建立溫度T與內(nèi)阻 之間的定量關(guān)系，即可通過測量內(nèi)阻 測量溫度。 將氧傳感器的最佳工作溫度T0 ,設(shè)置我為溫度控制的設(shè)定溫度 實(shí)際測量溫度為 t ,通過偏差 ，采用一定的控制算法控制加熱XNO2OSRVSRVSRV00tTtt 0ePage 5器的加熱電壓，即溫度采用單閉環(huán)控制。00tT

3、圖1 溫度與內(nèi)阻之間的關(guān)系曲線Page 6n 溫度控制原理框圖如圖2所示。 圖2 溫度控制原理框圖Page 7n 溫度測量方案 為了測量氧濃度檢測單元的內(nèi)阻，我們可以在測量氧濃度之前給該單元加載一個(gè)恒流源 ，即在該單元兩側(cè)形成電壓降落 ,由 確定 。CISVCSSIVRV/SRVPage 83.2第一泵單元控制n 通過第一泵單元控制第一腔室的氧分壓是為了保證第二腔室 的準(zhǔn)確測量。（1）控制原理 第一腔室的氧分壓被控制在某一指定值 ，也即對(duì)應(yīng)一定的氧濃度值 ,也即對(duì)應(yīng)一定的Nernst電壓 。實(shí)際測量的電壓為 ，實(shí)際測量Nernst電壓 反應(yīng)了第一腔室的實(shí)際氧濃度，為了將氧濃度控制到 ，第一腔室

4、的氧氣必須要通過第一泵單元泵入泵出。所以通過實(shí)際輸出電壓Nernst電壓 定的Nernst電壓 之間的偏差 經(jīng)過一定的控制算法運(yùn)算后，輸出一定的控制電壓 至第一泵單元將氧氣泵入泵出。XNOC0firstP2OC0unnunu2OCnu0un0uennu uPage 9n 控制方案實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示。 圖3 第一泵單元控制原理框圖Page 103.3 第一泵電流檢測n 在第一泵單元控制回路中的電流 通過測量回路中某個(gè)電阻 R 的電壓 ,再經(jīng)過微處理器的相應(yīng)運(yùn)算即可得到值 1PIRu1PIPage 113.4 第二泵單元控制n 第二泵單元的作用是將第二腔體中 分解后產(chǎn)生的 抽出形成泵電流 ,第二泵

5、單元外加的一常電壓。其泵電壓的大小根據(jù)極限電流原則來確定。XNO2O2PIPage 123.5 第二泵單元電流檢測n 在第一泵單元控制回路中的電流 通過測量回路中某個(gè)電阻 R 的電壓 ,再經(jīng)過微處理器的相應(yīng)運(yùn)算即可得到值 。2PIRu2PIPage 13 4 傳感器控制單元框圖如圖4所示。2ONOX2ONOX 圖4 傳感器控制單元框圖Page 14 5. 傳感器的測量過程2ONOXPage 15確定 和 的另一種方法 n 一般方法為由 確定氧氣的濃度 ，由 和 確定氮氧化物的濃度。n 當(dāng)?shù)谝磺皇抑械难鯕鉂舛葹榱慵?時(shí)，第二泵電流 則只受第二腔室中的氮氧化物濃度影響，即第二泵電流 以一定的變化率

6、跟隨第二腔室中的氮氧化物濃度變化而變化。這一恒定變化率稱為增益（gain） 根據(jù)一般測量步驟可知，進(jìn)入第二腔體中的氣體中還包含有低濃度的氧氣，這部分氧氣則會(huì)影響 的值。因此我們可以選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氮氧化物傳感器和標(biāo)準(zhǔn)測量氣體。 測量氣體不含有氮氧化物，此時(shí)測量的 只跟隨測量氣體中的氧氣濃度變化，那么這種第二泵和電流稱為 2OCXNOC1PI2PI1PI01PI2PI2PI2PI2PI2PIPage 16n 偏置offset特性，這樣測量而得偏置特性存于ROM 54中n 一般隨第一腔室中的氧氣濃度變化，但是有氮氧化物部分分解的影響，為了消除這一影響，我們可以通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氮氧化物傳感器和標(biāo)準(zhǔn)測量氣體，

7、其中測量氣體中不含有氮氧化物，那么此時(shí)測得的 只收廢氣中的原始氧氣濃度影響，那么此時(shí) 和氧氣濃度之間的關(guān)系稱為標(biāo)準(zhǔn) 特性，存于ROM54中。 同時(shí) 受測量元件的溫度影響比較大，為了補(bǔ)償其所受溫度的影響，我們可以通過一標(biāo)準(zhǔn)氮氧化物傳感器，測量出 與溫度之間的標(biāo)準(zhǔn)特性關(guān)系，存于ROM54中，當(dāng) 實(shí)際測量出 時(shí)，則可以根據(jù)這一溫度影響標(biāo)準(zhǔn)特性關(guān)系1PI1PI1PI1PI2PI2PI2PI2PIPage 17n 確定溫度校正量。n 在實(shí)際測量時(shí)，前面提到的增益gain會(huì)隨、氧氣的濃度變化而不同，因此我們可以根據(jù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氮氧化物傳感器針對(duì)不同氧濃度測量出相應(yīng)的增益gain，這種gain與氧濃度之間的線性

8、近似關(guān)系稱為gain特性，存于ROM54中。n 以上所述特性關(guān)系都以提前測量好，只針對(duì)某一個(gè)氮氧化物傳感器。n 則根據(jù)以上分析，可以總結(jié)出以下具體實(shí)現(xiàn)方案： 首先測量內(nèi)阻RVS,檢測出 和 ，然后根據(jù) ROM54 中 特性對(duì) 進(jìn)行校正，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)讀取校正量。1PI1PI1PI2PIPage 18n 根據(jù)測量得到的內(nèi)阻轉(zhuǎn)換得到溫度T,然后根據(jù) 存于ROM54中的 與溫度之間的標(biāo)準(zhǔn)特性關(guān)，對(duì) 進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)66中獲得溫度補(bǔ)償量。 此時(shí) 已得到校正，即可得到氧氣濃度，所以可以對(duì) 進(jìn)行偏置（offset） 校正,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏置特性得到偏置電流 ,從而可以得到進(jìn)過偏置校正之后的電流 。 接下來我們針對(duì)已被校正的 所對(duì)應(yīng)的氧氣濃度對(duì) 進(jìn)行增益（gain）校正，根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)66中的增益校正數(shù)據(jù)得到增益校正系數(shù)，得到完全校正的第二泵電流2PI2PI1PI2PIOFFPI2OFF