一种车载发动机积碳监测系统的制作方法

本发明涉及汽车检测技术领域，具体涉及一种基于闭环电喷汽车氧传感器反馈电压分析法的车载发动机积碳监测系统。

背景技术：

由于受燃油品质、道路行驶条件、驾驶人驾驶习惯等多种因素的影响，汽车在行驶运行过程中总会或快或慢的产生积碳，随着发动机积碳的逐渐增多,发动机的动力性和燃油经济性逐渐变差，严重地影响了汽车运行的整体性能。然而，积碳通常产生于发动机喷油器、气门、火花塞、活塞顶以及节气门体、进气道、EGR阀等处，这些部位往往不易被观察。驾驶员很难了解这些部位的积碳情况，只有在积碳较严重影响到车辆正常运行或在维修人员强烈建议下才进行积碳的清除，而此时由于积碳积累较多不易被清除，且积碳较严重还有可能会引发其他电子设备故障。目前汽车上还没有配备可以监测发动机积碳情况及提醒驾驶员清除积碳的预警系统。

实验分析知，当发动机积碳积累较多时，积碳不断地吸收和释放燃油，影响了混合气调整周期，使混合气向极稀和极浓的程度变化，氧传感器的反馈电压值的变化幅度变大、周期变长。以大众车为例，一般情况下氧传感器的反馈电压在0.3V—0.7V间变化，其周期在10s内会有8次极大值和极小值的交替变化，当气缸内特别是气门产生积碳后，氧传感器反馈电压波动变大，比如由原来的0.3V—0.7V变成0.2V—0.8V，且其周期变化频率会降低。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明的目的是提供一种适用于闭环电喷汽车的车载发动机积碳监测预警系统。

为了解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案，结合附图说明如下：

一种车载发动机积碳监测系统，该系统包括：

发动机冷却液温度传感器，用于采集发动机冷却液温度信息，并将发动机冷却液温度信息经由信号采集与处理单元处理后发送给AT89S51单片机；

加速踏板位置传感器，用于采集发动机加速踏板位置信息；并将此信息经由信号采集与处理单元处理后发送给AT89S51单片机，判断发动机是否处于怠速工况或急加速工况；

氧传感器，用于采集氧传感器反馈电压信息，并将此信息经由信号采集与处理单元处理后发送给AT89S51单片机；

计时器，用于记录发动机启动运行时长及踩踏加速踏板过程时长信息；并将此信息发送给AT89S51单片机，用于判断发动机运行时长是否满足要求，同时配合加速踏板位置传感器判断汽车是否处于急加速状态；

信号采集与处理单元，用于将发动机冷却液温度传感器采集的发动机冷却液温度信息、加速踏板位置传感器采集的加速踏板位置信息、氧传感器采集的氧传感器反馈电压信息进行预处理，并将处理后的信息传送给AT89S51单片机；

AT89S51单片机，用于接收来自信号采集与处理单元预处理后的发动机冷却液温度信息、加速踏板位置信息、氧传感器反馈电压信息和计时器传来的发动机启动运行时长及踩踏加速踏板过程时长信息；通过分析处理各传感器和计时器信息，判断发动机积碳状况，同时存储数据，并控制指示灯或显示屏和蜂鸣器发出积碳报警；

指示灯或显示屏和蜂鸣器，用于接收来自AT89S51单片机的控制指令，发出灯光、文字及声音报警；

所述发动机冷却液温度传感器、加速踏板位置传感器、氧传感器均与信号采集与处理单元相连；

所述信号采集与处理单元、计时器、指示灯或显示屏、蜂鸣器均与AT89S51单片机相连。

一种车载发动机积碳监测系统，该系统AT89S51单片机控制方法包括以下步骤：

步骤一、加速踏板位置传感器、发动机冷却液温度传感器、氧传感器分别将加速踏板位置、发动机冷却液温度、氧传感器反馈电压值等信息经由信号采集与处理单元处理后发送给AT89S51单片机，计时器将发动机启动运行时长及踩踏加速踏板过程时长信息发送给AT89S51单片机；AT89S51单片机根据接收到的传感器和计时器信息确定发动机处于稳定怠速工况或急加速工况时，判断发动机运行时长是否达到60S，冷却液温度是否达到80℃；如果判断结果为是，则记录氧传感器反馈电压值，转步骤二；如果判断结果为否，则返回继续监测判断；

步骤二、分别采集记录发动机稳定怠速和急加速工况一定时段内氧传感器反馈电压平均极大值和平均极小值并求取这四个值中最大值和最小值同时记录10s内氧传感器反馈电压周期变化的次数m，即极大值与极小值交替变化的次数；

步骤三、查找单片机中是否存储有上次记录的氧传感器反馈电压最大值U_max及最小值U_min历史数据，该数据U_max、U_min用于与本次记录的数据据V_max、V_min进行比较；如果存在所需数据，转步骤四；如果不存在所需数据，则转步骤五；

步骤四、将本次记录的数据V_max、V_min分别与历史数据U_max、U_min进行比较，令|V_max-U_max|、|V_min-U_min|均小于设定值；如果|V_max-U_max|、|V_min-U_min|均小于设定值，转步骤六；如果不满足|V_max-U_max|、|V_min-U_min|均小于设定值，则剔除该次的检测值，转步骤二；

步骤五、若由于单片机中氧传感器反馈电压最大值U_max和最小值U_min的历史数据被清除导致无所需数据U_max、U_min，此时如果本次记录的数值V_max、V_min均处于合理范围内，转步骤六；如果本次记录的数值V_max、V_min并非均处于合理范围内，则剔除该次的检测值，转回步骤二；

步骤六、判断是否满足条件：本次所记录的数据最大值V_max>报警极限值、最小值V_min<报警极限值、10s内氧传感器变化周期次数m<报警极限值；如果完全满足上述条件，则单片机向指示灯或显示屏和蜂鸣器发出积碳报警指令，并生成发动机积碳故障码；如果不满足上述条件，则将本次所记录的数据最大值V_max以及最小值V_min存入单片机中，成为最新历史数据，并转回步骤二。

步骤四所述设定值设定为0.2V。

步骤五所述V_max、V_min的合理范围设定为0V-1V。

步骤六所述最大值V_max的报警极限值设定为0.9V；最小值V_min的报警极限值设定为0.1V；10s内氧传感器变化周期次数m的报警极限值设定为8次。

所述指示灯或显示屏以及蜂鸣器接收到AT89S51单片机发出的积碳报警指令后，安装于控制面板上的积碳报警指示灯点亮或显示屏弹出诸如“请清理发动机积碳”的闪烁字样，同时蜂鸣器发出报警提示音。

所述的发动机积碳故障码以及存储的氧传感器反馈电压历史数据，在发动机积碳清理后需进行清除。

本发明的技术效果是：

1、本发明提供了一种车载发动机积碳监测系统，使驾驶人能够及时了解发动机积碳情况并对发动机积碳进行清理，防止因发动机积碳严重导致油耗增加、动力下降、电子或机械部件损坏等问题。

2、本发明为汽车维修人员判断发动机积碳提供了有效依据，为分析因发动机积碳引起的相关故障提供了方便。

3、本发明可有效避免汽车维修人员对发动机积碳进行检测时拆解机械部件的繁琐过程，同时也可有效避免因拆卸操作不当引起的相关故障。

附图说明

图1为本发明一种车载发动机积碳监测系统的系统框架图；

图2为本发明实施例AT89S51单片机的控制流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作详细的描述：

参阅图1，一种车载发动机积碳监测系统，该系统包括：发动机冷却液温度传感器、加速踏板位置传感器、氧传感器、信号采集与处理单元、计时器、AT89S51单片机、指示灯或显示屏、蜂鸣器。所述的发动机冷却液温度传感器、加速踏板位置传感器、氧传感器均与信号采集与处理单元相连；所述信号采集与处理单元、计时器、指示灯或显示屏、蜂鸣器均与AT89S51单片机相连。

发动机冷却液温度传感器，用于采集发动机冷却液温度信息，并将发动机冷却液温度信息经由信号采集与处理单元处理后发送给AT89S51单片机；AT89S51单片机根据此信息判断发动机暖机过程是否结束。

加速踏板位置传感器，用于采集发动机加速踏板位置信息，并将此信息经由信号采集与处理单元处理后发送给AT89S51单片机；AT89S51单片机根据此信息，判断发动机是否处于怠速工况，并结合计时器记录的踩踏加速踏板过程时长信息判断车辆是否处于急加速工况。

氧传感器，用于采集氧传感器反馈电压信息，并将此信息经由信号采集与处理单元处理后发送给AT89S51单片机；AT89S51单片机根据此信息分析判断节气门积碳情况。

计时器，用于记录发动机启动运行时长及踩踏加速踏板过程时长信息；并将此信息发送给AT89S51单片机，用于判断发动机运行时长是否满足要求，同时配合加速踏板位置传感器判断汽车是否处于急加速状态。

信号采集与处理单元，用于将发动机冷却液温度传感器采集的发动机冷却液温度信息、加速踏板位置传感器采集的加速踏板位置信息、氧传感器采集的氧传感器反馈电压信息进行预处理，并将处理后的信息传送给AT89S51单片机。

AT89S51单片机，用于接收来自信号采集与处理单元预处理后的发动机冷却液温度信息、加速踏板位置信息、氧传感器反馈电压信息和计时器传来的发动机启动运行时长及踩踏加速踏板过程时长信息；通过分析处理各传感器和计时器信息，判断发动机积碳状况，同时存储数据，并控制指示灯或显示屏和蜂鸣器发出积碳报警。

指示灯或显示屏和蜂鸣器，用于接收来自AT89S51单片机的控制指令；当发动机积碳达到极限值时，AT89S51单片机控制指示灯或显示屏和蜂鸣器分别发出灯光或文字及声音报警。

参阅图2，一种车载发动机积碳监测系统，其AT89S51单片机控制方法包括以下步骤：

步骤一、车辆启动后，加速踏板位置传感器、发动机冷却液温度传感器、氧传感器分别将加速踏板位置、发动机冷却液温度、氧传感器反馈电压等信息经由信号采集与处理单元预处理后发送给AT89S51单片机，计时器将发动机启动运行时长及踩踏加速踏板过程时长信息发送给AT89S51单片机；当发动机处于稳定怠速工况或急加速工况时，判断发动机运行时长是否达到60S，冷却液温度是否达到80℃；如果判断结果均为是，则单片机开始记录氧传感器反馈电压值，转步骤二；如果判断结果为否，则返回继续监测判断；

步骤二、分别采集发动机稳定怠速工况和急加速工况一定时段内氧传感器反馈电压的极大值(峰值)和极小值(谷值)，并分别求其平均极大值和平均极小值进一步求取其最大值和最小值同时记录10s内氧传感器反馈电压周期变化次数m；

步骤三、判断单片机中是否存有上次记录的氧传感器反馈电压最大值U_max及最小值U_min的历史数据；如果存有所需数据，转步骤四；如果不存在所需数据，则转步骤五；

步骤四、分别比较本次记录的氧传感器反馈电压最大值V_max和最小值V_min与上次所测的氧传感器反馈电压最大值U_max和最小值U_min的差值；如果|V_max-U_max|<设定值、|V_min-U_min|<设定值，其设定值为0.2V，转步骤六；如果不满足|V_max-U_max|<设定值且|V_min-U_min|<设定值，则剔除该次的检测值，转回步骤二；

步骤五、判断本次记录的氧传感器反馈电压最大值V_max和最小值V_min是否均在正常范围内，其正常范围设定为0V-1V；如果判断结果为是，转步骤六；如果判断结果为否，则剔除该次的检测值，转回步骤二；

步骤六、判断本次所记录的氧传感器反馈电压最大值V_max和最小值V_min是否达到积碳报警极限值，同时判断步骤二中记录的10s内氧传感器电压周期变化次数m是否达到积碳报警极限值，即判断是否有V_max>积碳报警极限值、V_min<积碳报警极限值、m<积碳报警极限值，其中最大值V_max的积碳报警极限值设定为0.9V，最小值V_min的积碳报警极限值设定为0.1V，10s内氧传感器电压周期变化次数m的积碳报警极限值设定为8次；如果判断均为是，则单片机向指示灯或显示屏和蜂鸣器发出积碳报警指令，使指示灯点亮或显示屏弹出提示清理积碳的字样、蜂鸣器发出故障提示音，同时生成并存储发动机积碳故障码；如果判断结果非均为是，则将本次所记录的氧传感器反馈电压最大值V_max和最小值V_min存入AT89S51单片机中，并转回步骤二循环检测。

发动机积碳故障码以及存储的氧传感器反馈电压历史数据，在发动机积碳清理后需进行清除。