专利名称：一种氧传感器故障监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及;f企测领域，特别涉及一种氧传感器的故障监测装置。
背景技术：
随着汽车工业的发展，汽车尾气所带来的环境污染问题日益严重。因此， 有效地控制汽车尾气，减少其对环境污染已成为当今重要的研究课题之一。 许多汽车在发动机排;改系统中装有三元催化转换器，以降低排放污染。空燃 比一旦偏离理i仑空燃比(14.7: 1)，三元催化剂对CO， HC和NOx的净化能力 急剧下降。故在排气管中安装氧传感器检测进入三元催化转换装置的排气气 体状态，才艮据排气中的氧浓度测定空燃比，向电子控制单元(ECU)发出反々贵 信号，以控制空燃比收敛于理论值。所以为了使装有三元催化转换装置的发 动机达到最佳的排气净化性能，必须把混合气的空燃比控制在理论空燃比附 近很窄的范围内。氧传感器是使用三元催化转换装置发动机上必不可少的传 感器。
目前在汽车上设置的氧传感器在使用的过程中很容易发生故障。但是，氧 传感器出现故障时车辆使用者也不能及时的发现，从而造成燃料的浪费和环 境的污染。
现有检测氧传感器的方法一般是拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电 路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束 插头，在发动机运转中，使用具有低量程(通常为2V)和高阻抗(内阻大于10MQ) 的指针型万用表测量从引出线上反馈电压，检查电压表指针能否在0-lV之间 来回摆动，记下10s内电压奉指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反々赍电压将在0.45V上下不断变化，10s内反馈电压的变 化次数应不少于8次。如果少于8次，则说明氧传感器存在问题。
上述检测办法需要车辆送入相应的检测机构人工观察电压表指针的摆动 次数进行检测，并不能实时地对氧传感器进行监测，从而容易造成燃料的浪 费和环境的污染。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种氧传感器故障监测装置，可实 时监测氧传感器的状态。
为实现上述目的，本实用新型是这样实现的
一种氧传感器故障监测装置包括滤波单元、^t分单元、控制单元和输出 单元；滤波单元的输入端与氧传感器相连接，其输出端与微分单元的一端相 连接，微分单元的另一端连接至控制单元，控制单元根据微分单元釆集的信 号，控制输出单元输出故障信息。
更进一步，该监测装置还包括连接至微分单元与控制器之间的整形单元及 可产生标准电压信号的电源管理电路，电源管理电路将上述电压信号传送至 整形单元和控制单元。
由于氧传感器正常工作时，其输出电压在一定的范围之间不断变化，且氧 传感器通过PID调节产生反馈信号，以控制发动机达到最佳运行状态。通常， 氧传感器正常工作时其反馈信号每10秒钟内变化8次以上。若氧传感器输出电 压变化过緩或电压保持不变，即反馈信号每10秒钟内少于8次或者不保持在高 电位或低电位，则表明氧传感器存在故障。
根据上述原理，本实用新型通过滤波单元将氧传感器提供的信号中的高频 成分及噪声信号过滤掉，再经微分单元将氧传感器杂乱的信号转化成脉冲信 号，由控制单元接收微分单元提供的脉冲信号并进行定时计数，将在规定的 时间内的计数到的脉沖信号数量与控制单元中预存的标准数量进行比较，若小于标准数量，则表明氧传感器存在故障，控制单元输出故障信息给输出单 元，以方便实时监测。相比于现有技术，本实用新型利用简单、较少的硬件 资源完成对氧传感器的实时监测，提高了检测效率，并通过输出单元显示氧 传感器的故障信息，及时提示车辆使用者更换故障的氧传感器，从而提高了 燃料的利用效率并且减小了对环境的污染。
图1为本实用新型 一 实施例电路原理图2为本实用新型的监测装置与氧传感器的电路连接图3为本实用新型第二实施例的电路原理图4为图2所示实施例的电路连接图5为图4所示实施例装配示意图。
本实用新型的目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做 进一步说明。
具体实施方式
参照图1至图2，提出本实用新型第一实施例， 一种氧传感器故障监测装 置1包括滤波单元10、微分单元20、控制单元30和输出单元40;滤波单元10的 输入端连接至氧传感器2相连接，其输出端连接至微分单元20的输入端，微分 单元20的输出端连接至控制单元30，控制单元的输出端与输出单元40连接。
滤波单元10用于将接收到的来自氧传感器2的反馈信号中的高频部分信 号以及噪声信号过滤掉；滤波单元可以采用本领域技术人员常用的滤波电路， 本实施例中为低通滤波器。经滤波单元10处理过的信号送入至微分电路20 中，微分电路20将由滤波单元10滤波后的氧传感器反馈信号转化成脉沖信 号，并将该信号送入控制单元30，控制单元30接收微分单元20提供的脉沖信号并进行定时计数，将在规定的时间内的计数到^脉沖信号数量与控制单
元30中预存的标准数量进行比较，若小于标准数量，则表明氧传感器2存在 故障，控制单元30输出故障信息给输出单元40。具体地说，因为氧传感器每 10秒钟内变化8次以上。若氧传感器输出电压变化过緩或电压保持不变，即 反馈信号每10秒钟内少于8次或者不保持在高电位或低电位，则表明氧传感 器存在故障。所以控制单元预先设定规定时间为IO秒钟，标准数量为8。当 在IO秒钟内计数到的方波信号个数小于8,则判断氧传感器存在故障，产生 输出信息至输出单元40。输出单元40可以是为LED、液晶显示模块或者电 子控制单元(ECU)的一种或者多种。相应的故障信息可以包括由光、声、 文字、图案所组成的一种或多种，以提醒车辆使用者及时维护或更换氧传感 器，从而提高了燃料的利用效率并且减小了对环境的污染。
请参照图4，本实用新型第二实施例是基于第一实施例提出的一种氧传感 器故障监测装置，根据氧传感器提供的反馈信息获取其是否存在故障的状态 信息，使得车辆使用者可实时监测，及时维护。
该氧气故障监测装置I包括滤波单元IO、；微分单元20、控制单元30和输出 单元40、整形单元50、电源管理电路60;滤波单元10的输入端连接至氧传感 器2相连接，其输出端连接至微分单元20的输入端，#:分单元20的输出端连接 至整形单元40的输入端，整形单元50的另一输入端与电源管理电路60相连接， 整形电路50的输出端连接至控制单元30，控制单元30输出端与输出单元40连 接。
滤波单元IO、；微分单元20、输出单元40的作用与第一实施例中的滤波单 元IO、；微分单元20、输出单元40的作用一致，再次不赘述。
电源管理电路60为整形单元50提供所需要的标准电压信号。整形单元50 接收来自微分单元20输出的脉沖信号及电源管理电路60输出的标准电压信 号，从而将脉沖信号转换成方波信号后送入控制单元30,控制单元30对方波 信号进行定时计数，将在规定的时间内的计数到的脉冲信号数量与控制单元30中预存的标准数量进行比较，若小于标准数量，则表明氧传感器2存在故 障，控制单元30输出故障信息给输出单元40。
请一并参阅图4，图4为第二实施例的具体电路图。氧传感器提供的反馈 信号Vo经过由电容C1、电阻R1与电容C2串联组成的滤波单元10的滤波后 送至由电阻R2、 R3、 R8及OP运放器构成的微分电路20。其中，OP运放器 的正极输入端4妄地，负才及输入端连接电阻R2、 R8的一端，电阻R2的另一端 接地，R8的另一端连接至OP运放器的输出端，OP运放器的输出端还连接有 电阻R3。 二级管Dl连接与电阻R3和与非门Ul的输入端之间，与非门Ul 的另一输入端连接至OP运放器的输出端。与非门Ul的输出端与电源管理电 路的输出端及非门U2的输入端相连接，非门U2和与非门Ul的一输入端之 间连接有电阻R4。 二级管D1、与非门U1、非门U2以及电阻R4构成了整形 单元60，由非门U2送出的整形单元60的方波信号送至控制单元30。本实施 例中，控制单元30为型号为89C51的单片机，单片机对接收到的方波信号进 行定时计数。如果方波信号在规定的时间内的变化次数小于预先存储在单片 机中的规定次数，说明氧传感器存在故障，单片机会发出故障信息至氧传感 器故障指示灯LED和/或ECU,通过LED的亮灭或者ECU的其他提示模式 提醒车辆使用者需更换氧传感器；若方波信号在规定的时间内的变化次数大 于或等于规定的次数，说明氧传感器的工作正常。单片机不发出任何信号。
为了增加本实用新型的氧传感器故障监测装置的可靠性和稳定性，在本实
施例中单片机采用平均值法来处理接收到的方波信号并根据该信号输出故障 信息。具体地说，单片机不是每隔10s就进行判断氧传感器是否正常，而是 以10s为时间单位，每隔3 ~ 5个时间单位的统计到的方波信号个数数值进行 平均。如果平均值小于7.5，即认定氧传感器出现故障，这时单片机产生输出 信息发送给氧传感器故障指示灯LED和或ECU。
因为在汽车启动和结束时，氧传感器的工作会发生异常，所以，本实施例的监测装置为提高监测的可靠性，在汽车刚开始的几秒中之内，通过在单片 机设置相应的定时程序控制监测装置不工作，即在汽车启动到氧传感器正常 工作的时间内，本监测装置不对氧传感器的工作状况进行判断，而是待氧传 感器正常工作后(因氧传感器要达到一定的温度才能正常工作，氧传感器到 正常工作的时间也就是汽车发动后汽车尾气和氧传感器内置的加热装置升温
的时间)才开始进4亍监测判断。
本实用新型的氧传感故障监测装置直接安装在已有的氧传感器外部或者
是集成在氧传感器内部来实现对氧传感器故障的监测报警功能。请参阅图5， 本实用新型的氧传感故障监测装置1的电路板上各元器件布置好后，在其根 部涂敷上一层硅胶，以防止由于车辆在行驶过程中的震动，导致各元器件的 引脚断裂。电路板可以装在一由重量较轻的铝合金或者镁合金制成的基体上， 电路板的上、下两侧布置上耐高温的橡胶垫，以达到电路板与基体绝缘、防 止金属部件接触到电路板而造成短路以及防止外界水、油等进入电路板内部， 造成电路板短路或腐蚀等效果，最后通过螺丝100、 100，将基体和盖板固定， 从而将本监测装置安装至氧传感器2的外部。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专 利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程 变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型 的专利保护范围内。
权利要求1、一种氧传感器故障监测装置，其特征在于，该装置包括滤波单元、微分单元、控制单元和输出单元；滤波单元的输入端与氧传感器相连接，其输出端与微分单元的一端相连接，微分单元的另一端连接至控制单元，控制单元根据微分单元采集的信号，控制输出单元输出故障信息。
2、 根据权利要求l所述的监测装置，其特征在于，所述输出单元为发光 二极管和或电子控制单元。
3、 根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述故障信息为光、 声、文字、图案中的一种或多种。
4、 根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述装置还包括整形 单元及可产生标准电压信号的电源管理电路，整形单元连接至微分单元与控 制器之间，电源管理电路将上述电压信号传送至整形单元和控制单元。
5、 根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述滤波单元为低通 滤波电3各。
6、 根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于，控制单元优选为单片机。
专利摘要本实用新型提供一种氧传感器故障监测装置，该装置包括滤波单元、微分单元、控制单元和输出单元；滤波单元的输入端与氧传感器相连接，其输出端与微分单元的一端相连接，微分单元的另一端连接至控制单元，控制单元根据微分单元采集的信号，控制输出单元输出故障信息。本氧传感器故障监测装置直接安装在车辆的氧传感器上，可实时监测氧传感器状态。
文档编号G01N27/407GK201269862SQ200820212159
公开日2009年7月8日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者杨青春, 陈大军 申请人:比亚迪股份有限公司