毕业设计论文-UEGO(宽域氧传感器)

目录

中文摘要 (1)

英文摘要 (2)

1 引言 (3)

1.1 问题的引出 (3)

1.2 国内外研究现状 (3)

1.3 课题主要研究内容 (4)

2 宽域型氧传感器结构和工作原理 (5)

2.1 宽域氧传感器结构 (5)

2.1.1 扩散室和参考室 (6)

2.1.2 泵电池 (6)

2.1.3 氧浓差电池 (6)

2.1.4 加热部件 (7)

2.2 基本工作原理 (7)

2.2.1 概述........................... (7)

2.2.2 当内燃机工作在稀燃状态 (8)

2.2.3 当内燃机工作在富燃状态 (9)

3 宽带型氧传感器控制器设计 (11)

3.1 TMS320F28335DSP介绍 (11)

3.2 UEGO传感器控制器概述 (13)

3.2.1 温度控制部分 (14)

3.2.2 泵电流控制部分 (15)

3.2.3 空燃比测量部分 (16)

3.3 UEGO控制器外围信号调理电路设计 (17)

3.3.1 交流通道的设计 (17)

3.3.2 直流通道的设计 (18)

3.3.3 加热驱动电路的设计 (19)

3.4 UEGO控制器外围电路设计 (20)

3.4.1 电压产生电路的设计 (20)

3.4.2 时钟电路的设计 (22)

3.4.3 复位电路的设计 (23)

4 全文总结 (24)

谢辞 (26)

参考文献 (27)

UEGO传感器控制器设计

摘要:传统氧传感器只能反馈混合气浓或稀，至于精确的空燃比却不能反馈，所以便有了宽域型线性氧传感器（UEGO）。其输出信号可以精确的反馈混合气的空燃比，提高ECU的控制精度，最大限度的发挥三元催化器的作用，降低有害气体的排放。本文研究的是基于TMS320F28335DSP的宽域型氧传感器控制器的硬件部分，它主要包括以下几个部分：泵电流控制部分、温度控制部分、传感器加热部分和泵电流测量部分，它在工作的过程中需要对电流和温度等量进行控制。除此之外，还要设计DSP的复位电路、时钟电路以及电源电路，以满足控制的要求。

关键词：宽域型氧传感器；空燃比；氧传感器控制器；UEGO

THE DESIGN OF UNIVERSAL EXHAUST

GAS OXYGEN SENSOR

CONTROLLER

Abstract: The traditional oxygen sensor can only feedback thick or thin of the mixed gas, as the air-fuel ratio can not be feedbacked accurately,so the Universal Exhaust

Gas Oxygen sensor (UEGO) come into being.The output signal can accurately

feedback the air-fuel ratio of the mixed gas to improve ECU's control accuracy,

maximize the role of catalytic converters to reduce harmful gas emissions.This

study is about the hardware of Universal Exhaust Gas Oxygen sensor controller

based on TMS320F28335DSP, which includes the following components:

pump current control section, the temperature control section, the sensor

heating section and the pump current measurement section,its current and

temperature need to be controlled during its word time. In addition,the DSP'

reset circuit,clock circuit and power circuit must be designed to meet the

control requirement.

Key words: Universal Exhaust Gas Oxygen sensor；air-fuel ratio；oxygen sensor controller；UEGO

1 引言

1.1 问题的引出

氧传感器是汽车发动机燃油反馈控制系统的重要部件，在空燃比控制中有着非

常重要的作用。氧化锆型氧传感器的工作范围是在λ=1附近产生一个跳跃性的输出电压变化，一旦超出此范围，其反应性能便降低。当发动机需要作稀混合或浓混合

控制时，这一类型的氧传感器便无法胜任了，使得发动机的燃油控制不能十分精确[1]

。随着人们环保意识的日渐加深和对汽车尾气排放要求的不断提高，传统的开关型氧传感器已不能满足高排放标准的要求，因为它只能定性的知道气体的浓稀，而不知道浓稀的程度；且应用开关型氧传感器的发动机空燃比控制系统，只能以当量空燃比值为目标进行反馈，线性宽域氧传感器（Universal Exhaust Oxygen Sensor,简称UEGO）就在这种情况下诞生了。它通过检测发动机尾气排放中的氧含量，并向电子控制单元(ECU)输送相应的电压信号，反映空气燃油混合比的稀浓。ECU根据氧传感器传送的实际混合汽浓稀反馈信号而相应调节喷油脉宽，使发动机运行在最佳空燃(λ=1)状态，从而为催化转换器的尾气处理创造理想的条件。如果混合汽太浓(λ<1)，必须减少喷油量，如果混合汽太稀(λ>1)，则要增加喷油量。它可以在很宽的空燃比范围内（λ=0.65--2.4）提供准确的空燃比值，提高汽车发动机电控单元ECU

的控制精度，最大限度的发挥三元催化器的作用，降低废气中的有害成分[2]

。宽域

型氧传感器由于其特殊的结构，必须配合控制器方能使用。当其配合单独的控制器时，可以组成便携式空燃比分析仪，成为发动机测控平台的一台重要仪器。

1.2 国内外研究现状

国外已将宽域型氧传感器（UEGO）传感器用于汽油机的燃烧控制系统中，如大众、奥迪、沃尔沃等。目前市场上使用最多是日本 Horiba 公司的空燃比分析仪MEXA-700λ，测量精度高，功能十分强大，但价格昂贵，人民币10 万左右，并且只能使用市场上罕见的专用UEGO 传感器，动态响应时间80ms，在汽车高转速或工况突变情况下，其动态性能还有待提高。美国的ECM4800R 空燃比仪的动态响应时间为150ms。现在国内也开展了UEGO 控制器的相关研究。西华大学交通与汽车工程学院利用德国Bosch 公司针对其LSU 系列UEGO 传感器开发的CJ125 控制芯片，开发UEGO