专利名称：车用三元催化转化器的车载监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于汽车电子技术领域，尤其是涉及一种车用三元催化转化器的车载监控系统。
背景技术：
三元催化转化器的开发应用在降低汽车排放中起到了重要作用。但由于受到发动机的技术状况、燃料和润滑油的质量、燃料不完全燃烧、催化器工作温度过高、化学中毒等因素的影响，三元催化转化器容易发生失活、中毒等现象，从而导致三元催化转化器转化效率下降，直至失效。为了向驾驶员及时反馈排放控制系统技术状况的信息，目前许多车上都安装了车载诊断系统。车载诊断系统中催化转化器工作效率监控方法有双碳氢传感器监控方法、双温度传感器监控方法和双氧传感器监控方法。近几年来，随着电喷发动机的普及，采用双氧传感器法来监控三元催化转化器的工作效率是目前汽车上运用最广泛、最有效的一种方法。 双氧传感器监控方法是通过检测位于三元催化转化器上游和下游的氧传感器的输出电压信号来进行三元催化转化器工作效率的监控，目前的方法是通过对比三元催化转化器的储氧能力和三元催化转化器的标定阀值，来诊断三元催化转化器的工作状态。如果计算出的三元催化转化器的储氧能力超出了阈值范围，判定三元催化转化器失效。按下式计算三元催化转换器的储氧能力OSC = f空气质量流量X稀混合气(λ -1) X dt根据传统方法，为了测量三元催化转化器的储氧能力，三元催化转化器必须经历一个完整测试循环。首先为浓偏差工况，以移走三元催化转化器中储存的氧。一旦浓偏差过程结束，发动机在一定的空气质量流量率状态和过量空气系数1.1至1.15下工作。较稀的排气填充三元催化转化器，直到达到氧储存平衡状态。当氧填充三元催化转化器时，积分进入和排出转换器的氧总量，从而确定三元催化转化器的储氧能力。当尾气和排气空燃比测量值大致相同时，三元催化转化器已经在氧吸收和脱附之间达到平衡，计算结束。测试循环时进入三元催化转化器中的氧总量
，评估件束
=(0.232)CJ :K 叫-树测试循环时排出三元催化转化器中的氧总量
，评估件束
02out=(0232)C\mAM{TPA-l^公式中，C是转换常数，0. 232代表空气中氧气的质量比，AM为空气质量流量，FGa 为三元催化转化器前排气的过量空气系数，三元催化转化器后尾气的过量空气系数。 进入和排出三元催化转化器的氧含量差值就是这个三元催化转化器的储氧量。将此结果与三元催化转化器的标准储氧能力进行比较，判定该三元催化转化器是否失效。该方法虽然能够测量三元催化转化器的储氧能力、判断三元催化转化器是否失效，但它的切入将影响正常的空燃比控制，对排放产生影响。而且，现有技术中的车用三元催化转化器的车载监控系统还存在着结构复杂、实现成本高的缺陷和不足。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、使用操作便捷、经济实用的车用三元催化转化器的车载监控系统。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于包括信号采集和处理电路、接在信号采集和处理电路输入端的A/D转换电路、以及接在信号采集和处理电路输出端的故障指示灯电路和故障报警电路，所述A/D转换电路的输入端与分别安装在三元催化转化器上游和下游的前氧传感器和后氧传感器相接。上述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述信号采集和处理电路包括单片机，所述A/D转换电路集成在所述单片机内部。上述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述单片机为芯片 C8051F350。上述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于包括给芯片 C8051F350、故障指示灯电路和故障报警电路提供稳定电压的稳压电路，所述稳压电路由芯片Ii^981、极性电容C7和C8构成，所述芯片LP2981的引脚1和引脚3以及极性电容C7的正极均与车内的5V电源输出端VCC相接，所述芯片Ii^981的引脚5与极性电容C8的正极相接且为稳压电路的输出端VCC1，所述稳压电路的输出端VCCl与芯片C8051F350、故障指示灯电路和故障报警电路相接，所述芯片Ii^981的引脚2、极性电容C7的负极和极性电容 C8的负极均接地。上述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述信号采集和处理电路包括用于实现芯片C8051F350与计算机连接的计算机接口电路和用于实现芯片 C8051F350复位的复位电路；所述计算机接口电路由具有十个引脚的接插件P13构成，所述接插件P13的引脚4与芯片C8051F350的引脚11相接，所述接插件P13的引脚7与芯片 C8051F350的引脚12相接，所述接插件P13的引脚2、引脚3和引脚9均接地；所述复位电路由按键Si、电阻R4和R5、以及电容C13和C14构成，所述电阻R4的一端与芯片C8051F350 的引脚12相接，所述电阻R4的另一端与电容C13的一端、电容C14的一端、电阻R5的一端和按键Sl的一端相接，所述电容C13的另一端、电容C14的另一端和按键Sl的一端均接地， 所述电阻R5的另一端与车内的5V电源输出端VCC相接。上述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述芯片C8051F350 的引脚1和引脚2通过具有两个引脚的接插件Pl分别与前氧传感器和后氧传感器相接； 所述芯片C8051F350的引脚9和引脚22均接地，所述芯片C8051F350的引脚10通过电感 Ll与稳压电路的输出端VCCl相接，所述芯片C8051F350的引脚21与稳压电路的输出端 VCCl相接，所述稳压电路的输出端VCCl与地之间接有相互并联的电容ClO和Cll ；所述芯片C8051F350的引脚23通过电阻R7与故障指示灯电路和故障报警电路相接。上述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述故障指示灯电路由LED指示灯、三极管Ql和电阻R6构成，所述三极管Ql的基极通过电阻R7与芯片 C8051F350的引脚23相接，所述三极管Ql的集电极与LED指示灯的负极相接，所述LED指示灯的正极与电阻R6的一端相接，所述三极管Ql的发射极接地，所述电阻R6的另一端与稳压电路的输出端VCCl相接。上述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述故障报警电路由无源蜂鸣器Bell和三极管Q2构成，所述三极管Q2的基极通过电阻R7与芯片C8051F350 的引脚23相接，所述三极管Q2的发射极与无源蜂鸣器Bell的正极相接，所述三极管Q2的集电极与稳压电路的输出端VCCl相接，所述无源蜂鸣器Bell的负极接地。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、本实用新型所述的车用三元催化转化器的车载监控系统包括信号采集和处理电路、接在信号采集和处理电路输入端的A/D转换电路、以及接在信号采集和处理电路输出端的故障指示灯电路和故障报警电路，电路结构简单且设计合理，实现成本低，经济实用。2、本实用新型三元催化转化器的车载监控系统在车中的安装方便，是全自动化的监控系统，使用操作便捷。3、本实用新型数据处理速度快且数据处理能力强、提高了对三元催化转化器监控的可靠性和精度，能够有效地对三元催化器进行实时监控，避免漏报，且不会对排放造成影响，实用价值高，使用效果好，便于推广使用。综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、使用操作便捷、经济实用，数据处理速度快且数据处理能力强、精确度高、实用价值高，不会对排放造成影响，解决了现有技术中的监控方法影响正常的空燃比控制且对排放产生影响的缺陷和不足，使用效果好，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的电路框图。图2为本实用新型的电路原理框图。图3为本实用新型的电路原理图。图4为采用本实用新型进行车用三元催化转化器监控的方法流程图。附图标记说明1-信号采集和处理电路；1-1-单片机；1-2-计算机接口电路；1-3-复位电路；2-A/D转换电路；3_故障指示灯电路；4-故障报警电路；5-前氧传感器；6-后氧传感器；7-稳压电路。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括信号采集和处理电路1、接在信号采集和处理电路1 输入端的A/D转换电路2、以及接在信号采集和处理电路1输出端的故障指示灯电路3和故障报警电路4，所述A/D转换电路2的输入端与分别安装在三元催化转化器上游和下游的前氧传感器5和后氧传感器6相接。如图2所示，本实施例中，所述信号采集和处理电路1包括单片机1-1，所述A/D转换电路2集成在所述单片机1-1内部。所述单片机1-1为芯片C8051F350，具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F350是真正能独立工作的片上系统， 集成了对位8通道ADC和8位2通道DAC，是模拟和计算密集型应用的理想选择。所述信号采集和处理电路1还包括给芯片C8051F350、故障指示灯电路3和故障报警电路4提供稳定电压的稳压电路7，结合图3，所述稳压电路7由芯片Ii^981、极性电容C7和C8构成，所述芯片Ii^981的引脚1和引脚3以及极性电容C7的正极均与车内的5V电源输出端VCC 相接，所述芯片Ii^981的引脚5与极性电容C8的正极相接且为稳压电路7的输出端VCC1， 所述稳压电路 的输出端VCCl与芯片C8051F350、故障指示灯电路3和故障报警电路4相接，所述芯片Ii^981的引脚2、极性电容C7的负极和极性电容C8的负极均接地。如图2所示，本实施例中，所述信号采集和处理电路1还包括用于实现芯片 C8051F350与计算机连接的计算机接口电路1_2和用于实现芯片C8051F350复位的复位电路1-3 ；结合图3，所述计算机接口电路1-2由具有十个引脚的接插件P13构成，所述接插件 P13的引脚4与芯片C8051F350的引脚11相接，所述接插件P13的引脚7与芯片C8051F350 的引脚12相接，所述接插件P13的引脚2、引脚3和引脚9均接地；所述复位电路1-3由按键Si、电阻R4和R5、以及电容C13和C14构成，所述电阻R4的一端与芯片C8051F350的引脚12相接，所述电阻R4的另一端与电容C13的一端、电容C14的一端、电阻R5的一端和按键Sl的一端相接，所述电容C13的另一端、电容C14的另一端和按键Sl的一端均接地，所述电阻R5的另一端与车内的5V电源输出端VCC相接。结合图3，本实施例中，所述芯片C8051F350的引脚1和引脚2通过具有两个引脚的接插件Pl分别与前氧传感器5和后氧传感器6相接；所述芯片C8051F350的引脚9和引脚22均接地，所述芯片C8051F350的引脚10通过电感Ll与稳压电路7的输出端VCCl相接，所述芯片C8051F350的引脚21与稳压电路7的输出端VCCl相接，所述稳压电路7的输出端VCCl与地之间接有相互并联的电容ClO和Cll ；所述芯片C8051F350的引脚23通过电阻R7与故障指示灯电路3和故障报警电路4相接。结合图3，本实施例中，所述故障指示灯电路3由LED指示灯、三极管Ql和电阻R6 构成，所述三极管Ql的基极通过电阻R7与芯片C8051F350的引脚23相接，所述三极管Ql 的集电极与LED指示灯的负极相接，所述LED指示灯的正极与电阻R6的一端相接，所述三极管Ql的发射极接地，所述电阻R6的另一端与稳压电路7的输出端VCCl相接。结合图3，本实施例中，所述故障报警电路4由无源蜂鸣器Bell和三极管Q2构成， 所述三极管Q2的基极通过电阻R7与芯片C8051F350的引脚23相接，所述三极管Q2的发射极与无源蜂鸣器Bell的正极相接，所述三极管Q2的集电极与稳压电路7的输出端VCCl 相接，所述无源蜂鸣器Bell的负极接地。结合图4，采用本实用新型进行车用三元催化转化器监控的方法，包括以下步骤步骤一、前氧传感器5和后氧传感器6所输出电压信号的实时采集和处理由A/D 转换电路2对所述前氧传感器5实时所输出的电压信号Vtffi和后氧传感器6实时所输出的电压信号Vtjs依次进行A/D转换，再由信号采集和处理电路1对经A/D转换电路2处理后的电压信号Vtffi和Vtjs进行采集，其中，t为采样时间；[0043]步骤二、判断前氧传感器5和后氧传感器6是否已开始有效工作信号采集和处理电路1将其采集到的电压信号VttJ和Vtjs的周期与幅值与预先存储在其中的前氧传感器5 和后氧传感器6正常工作时所输出的电压信号周期与幅值的变化范围进行对比，当采集到的信号的周期与幅值落入预先存储的信号周期与幅值的变化范围内时，说明前氧传感器5 和后氧传感器6已开始有效工作；否则，说明前氧传感器5和后氧传感器6还未开始有效工作，返回步骤301 ；步骤三、判断三元催化转化器是否正常工作，其判断过程如下301、当前氧传感器5和后氧传感器6开始有效工作后，信号采集和处理电路1对
一个空燃比控制循环内后氧传感器6所输出的电压信号Vtjs进行积分运算，即力，
其中，、为前氧传感器5所输出的电压信号Vtffi达到第一个波峰时的时间，t2为前氧传感器 5所输出的电压信号Vtffi达到第二个波峰时的时间，、 t2为一个空燃比控制循环，χ为在 、时刻前氧传感器5位置处的尾气流动到后氧传感器6位置处所需要的时间；302、信号采集和处理电路1对步骤301中积分运算所得的结果在一个空燃比控制循环内进行平均，得到后氧传感器6在一个空燃比控制循环内所输出的电压信号Vtjs的平
- rt2+x
均值即 Kjb= (L VtpJt) / Ct2-O；
tja ‘ h + x303、信号采集和处理电路1计算后氧传感器6所输出的电压信号Vtjs与步骤302 中所述的平均值G之间的偏差的绝对值/A「7Y = |^g-G|;304、信号采集和处理电路1在一个空燃比控制循环内对步骤303中计算所得的偏
^t2 +X
差的绝对值INTt进行积分运算得到诊断值INTi = INTtdt ；
J tx + x305、重复所述步骤301 304，信号采集和处理电路1计算N个空燃比控制循环内的诊断值INTi，并计算得出N个诊断值的平均值P，其中，N为自然数；306、信号采集和处理电路1将步骤305中计算得到的N个诊断值的平均值P与所监控的三元催化转化器的标定值进行比较，若N个诊断值的平均值P大于标定值，则判断三元催化转换器存在故障；若N个诊断值的平均值P小于标定值，则判断三元催化转换器工作正常，返回步骤301 ；步骤四、发出故障报警信号当判断得出三元催化转换器存在故障时，所述信号采集和处理电路1输出相应的控制信号给故障指示灯电路3和故障报警电路4，控制故障指示灯电路3点亮，同时控制故障报警电路4发出报警信号。本实施例中，步骤301中所述的χ为0. Is 0. 3s。χ的精确值与发动机转速、负荷等因素有关，本实用新型进行了简化处理，X值取为0. Is 0. 3s。具体工作时，前氧传感器5和后氧传感器6所输出的电压信号通过接插件Pl输入到单片机C8051F350中的A/D转换电路2中，A/D转换电路2完成前氧传感器5和后氧传感器6所输出的电压信号的A/D转换，单片机C8051F350再依次按照步骤二和步骤三中的方法对信号进行分析处理后，判断出三元催化转换器的工作状态，当判断得出三元催化转换器存在故障时，单片机C8051F350的引脚23输出高电平，三极管Ql和Q2导通，控制故障指示灯电路3点亮，同时控制故障报警电路4发出报警信号；当单片机C8051F350判断得出三元催化转化器工作正常时，单片C8051F350的机脚23输出低电平，三极管Ql和Q2截止，控制故障指示灯电路3和故障报警电路4不工作。综上所述，本实用新型提高了对三元催化转化器监控的可靠性和精度，能够有效地对三元催化器进行实时监控，避免漏报，且不会对排放造成影响，实用价值高。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于包括信号采集和处理电路 (1)、接在信号采集和处理电路(1)输入端的A/D转换电路O)、以及接在信号采集和处理电路(1)输出端的故障指示灯电路C3)和故障报警电路G)，所述A/D转换电路( 的输入端与分别安装在三元催化转化器上游和下游的前氧传感器( 和后氧传感器(6)相接。
2.按照权利要求1所述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述信号采集和处理电路(1)包括单片机(1-1)，所述A/D转换电路( 集成在所述单片机(1-1) 内部。
3.按照权利要求2所述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述单片机(1-1)为芯片C8051F350。
4.按照权利要求3所述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于包括给芯片C8051F350、故障指示灯电路(3)和故障报警电路⑷提供稳定电压的稳压电路(7)， 所述稳压电路(7)由芯片Ii^981、极性电容C7和C8构成，所述芯片LP2981的引脚1和引脚3以及极性电容C7的正极均与车内的5V电源输出端VCC相接，所述芯片Ii^981的引脚 5与极性电容C8的正极相接且为稳压电路(7)的输出端VCC1，所述稳压电路(7)的输出端 VCCl与芯片C8051F350、故障指示灯电路(3)和故障报警电路(4)相接，所述芯片Ii^981 的引脚2、极性电容C7的负极和极性电容C8的负极均接地。
5.按照权利要求4所述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述信号采集和处理电路(1)包括用于实现芯片C8051F350与计算机连接的计算机接口电路 (1-2)和用于实现芯片C8051F350复位的复位电路(1_3)；所述计算机接口电路(1_2)由具有十个引脚的接插件P13构成，所述接插件P13的引脚4与芯片C8051F350的引脚11相接，所述接插件P13的引脚7与芯片C8051F350的引脚12相接，所述接插件P13的引脚2、 引脚3和引脚9均接地；所述复位电路(1-3)由按键Si、电阻R4和R5、以及电容C13和C14 构成，所述电阻R4的一端与芯片C8051F350的引脚12相接，所述电阻R4的另一端与电容 C13的一端、电容C14的一端、电阻R5的一端和按键Sl的一端相接，所述电容C13的另一端、电容C14的另一端和按键Sl的一端均接地，所述电阻R5的另一端与车内的5V电源输出端VCC相接。
6.按照权利要求5所述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述芯片C8051F350的引脚1和引脚2通过具有两个引脚的接插件Pl分别与前氧传感器(5)和后氧传感器(6)相接；所述芯片C8051F350的引脚9和引脚22均接地，所述芯片C8051F350 的引脚10通过电感Ll与稳压电路(7)的输出端VCCl相接，所述芯片C8051F350的引脚21 与稳压电路(7)的输出端VCCl相接，所述稳压电路(7)的输出端VCCl与地之间接有相互并联的电容ClO和Cll ；所述芯片C8051F350的引脚23通过电阻R7与故障指示灯电路(3) 和故障报警电路(4)相接。
7.按照权利要求6所述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述故障指示灯电路(3)由LED指示灯、三极管Ql和电阻R6构成，所述三极管Ql的基极通过电阻 R7与芯片C8051F350的引脚23相接，所述三极管Ql的集电极与LED指示灯的负极相接，所述LED指示灯的正极与电阻R6的一端相接，所述三极管Ql的发射极接地，所述电阻R6的另一端与稳压电路(7)的输出端VCCl相接。
8.按照权利要求6所述的车用三元催化转化器的车载监控系统，其特征在于所述故障报警电路(4)由无源蜂鸣器Bell和三极管Q2构成，所述三极管Q2的基极通过电阻R7与芯片C8051F350的引脚M相接，所述三极管Q2的发射极与无源蜂鸣器Bell的正极相接， 所述三极管Q2的集电极与稳压电路(7)的输出端VCCl相接，所述无源蜂鸣器Bell的负极接地。
专利摘要本实用新型公开了一种车用三元催化转化器的车载监控系统，包括信号采集和处理电路、接在信号采集和处理电路输入端的A/D转换电路、以及接在信号采集和处理电路输出端的故障指示灯电路和故障报警电路，所述A/D转换电路的输入端与分别安装在三元催化转化器上游和下游的前氧传感器和后氧传感器相接。本实用新型结构简单、设计合理、使用操作便捷、经济实用，数据处理速度快且数据处理能力强、精确度高、实用价值高，不会对排放造成影响，使用效果好，便于推广使用。
文档编号F01N11/00GK202170825SQ201120269460
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者席海华, 应江婷, 彭明, 朱敏, 杨彬彬, 范例, 邱兆文, 陈明星 申请人:长安大学