寬域氧傳感器性能檢測系統(tǒng)的研制

姜禮義++周曉++陳千偉

摘 要：隨著汽車寬域氧傳感器的普遍應(yīng)用，對其性能檢測要求也提出了更高要求。基于寬域氧傳感器工作原理和標(biāo)準(zhǔn)要求，研制了寬域氧傳感器性能檢測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)通過控制配氣濃度比例來調(diào)整過量空氣系數(shù)，檢測氧傳感器在不同過量空氣系數(shù)下產(chǎn)生的泵電流。經(jīng)驗證，檢測結(jié)果重復(fù)性較高，能夠準(zhǔn)確反映傳感器性能優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：寬域氧傳感器；性能檢測系統(tǒng)；過量空氣系數(shù)；泵電流

中圖分類號：TH89 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0084-01

1 概述

隨著環(huán)保要求提高和汽車排放法規(guī)的嚴(yán)格落實，傳統(tǒng)的開關(guān)型氧傳感器已不能滿足高排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，它只能顯示混合氣濃稀兩種狀態(tài)而不能顯示濃稀的程度，取而代之的是控制精度更高的寬域氧傳感器。

寬域氧傳感器是在傳統(tǒng)氧傳感器的基礎(chǔ)上增加一個泵電池改進而成，通過控制器控制泵電池工作，使氧泵進或泵出測試腔來調(diào)節(jié)感應(yīng)電動勢Us在0.45V，調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生的泵電流大小和方向可以精確反映過量空氣系數(shù)。

根據(jù)寬域氧傳感器工作原理及QC/T 803-2017《車用氧傳感器》標(biāo)準(zhǔn)要求研制一套檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過控制配氣濃度比例來調(diào)整過量空氣系數(shù)λ，檢測寬域氧傳感器在大氣狀態(tài)下及λ=3.0～0.6范圍內(nèi)的泵電流Ip值，按照標(biāo)準(zhǔn)要求來評價氧傳感器的性能優(yōu)劣[1-3]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

寬域氧傳感器性能檢測系統(tǒng)的硬件部分主要包括中央控制系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)等構(gòu)成，其硬件框圖如圖1所示。

（1）配氣系統(tǒng)：主要由30%濃度CO儲氣罐、氣體微流量控制閥、混合氣罐、氣體成分分析儀等組成，控制進氣成分及比例；

（2）加熱系統(tǒng)：共分為三級加熱，第一級與第二級加熱為兩臺4kW加熱功率的管式電阻爐，第三級加熱為一臺10kW管式電阻爐，各加熱爐之間由高溫合金管連接；

（3）檢測系統(tǒng)：德國ETAS公司生產(chǎn)的Lambda Meter ES63空燃比分析儀采集λ值，美國Keithley公司生產(chǎn)的DMM7510萬用表采集Ip值；

（4）尾氣處理系統(tǒng)：主要由尾氣處理裝置、氣體泄漏預(yù)警裝置和大型排風(fēng)設(shè)備組成[4-5]。

2.2 軟件設(shè)計

軟件程序采用C#語言編寫，主要包括主程序、CAN通訊模塊、溫度控制模塊、配氣控制模塊、采集計算模塊等。

（1）溫度控制模塊：根據(jù)氧傳感器自身溫度電壓信號，利用溫度控制對氧傳感器加熱絲進行溫度控制，保持其溫度在750℃的工作溫度；

（2）配氣控制模塊：通過控制各配氣進氣閥的開閉步長和等待時間來調(diào)整配氣濃度比例及變化速率，達到控制λ的目的；

（3）采集計算模塊：采集λ值和Ip值，然后通過CAN通訊模塊發(fā)送到計算機進行處理，顯示相關(guān)曲線及數(shù)據(jù)結(jié)果，生成測試報告。

3 系統(tǒng)驗證

為了驗證寬域氧傳感器檢測系統(tǒng)的檢測功能，采用同一只氧傳感器進行三次重復(fù)性能試驗，并對結(jié)果進行比對分析。

3.1 試驗過程

（1）將一只寬域氧傳感器安裝固定在檢測夾具處，檢查安裝密封性，防止試驗氣體泄漏；

（2）啟動設(shè)備，將30%濃度CO儲氣瓶的輸出壓力調(diào)節(jié)至0.2MPa；

（3）開啟加熱爐，使加熱系統(tǒng)升溫至350℃；

（4）打開檢測軟件，設(shè)定30%濃度CO氣體的進氣閥打開步長為5，等待時間為10s（初始為全閉狀態(tài)）；設(shè)定空氣的進氣閥關(guān)閉步長為10，等待時間為5s（初始為全開狀態(tài)）；

（5）點擊“開始”進行試驗，先采集λ=∞（大氣狀態(tài)）時的Ip值，然后采集λ從3.0遞減至0.6過程中的Ip值，并在檢測界面繪制相關(guān)曲線；

（6）試驗完成后點擊“報表”，生成測試報告如圖2所示。

3.2 結(jié)果分析

采用同一只寬域氧傳感器，在相同的條件下按照3.1試驗過程進行三次重復(fù)試驗，采集其在λ=∞、1.7、1和0.8時的Ip值（見表1）。經(jīng)過分析計算得出其偏差值均未超過5%，表明檢測系統(tǒng)檢測重復(fù)性較好，穩(wěn)定性較高。

4 結(jié)語

本文中根據(jù)寬域氧傳感器的工作原理和QC/T 803-2017《車用氧傳感器》標(biāo)準(zhǔn)要求研制了一套檢測系統(tǒng)。試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠檢測出寬域氧傳感器在不同過量空氣系數(shù)下的泵電流值，檢測結(jié)果具有較好的重復(fù)性，能夠準(zhǔn)確反映傳感器性能優(yōu)劣。該系統(tǒng)不僅滿足寬域氧傳感器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的檢測要求，還可提供產(chǎn)品在整個過量空氣系數(shù)變化過程中的泵電流數(shù)據(jù)用于質(zhì)量分析。

參考文獻

[1]李曉麗.寬域氧傳感器控制器設(shè)計與評測[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2017，（2）：120-123.

[2]QC/T 803-2017，車用氧傳感器[S].

[3]張欣，郭林福，劉建華，等.一種車用氣體燃料發(fā)動機的寬域氧傳感器控制器：CN101260838[P].2008.

[4]姜耀華，顧明，曹陽，等.基于寬域氧傳感器的發(fā)動機空燃比測試系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，（12）：124-126.

[5]馬凡華，馬文華.一種發(fā)動機寬域氧傳感器泵電流的控制及采集電路：CN201320712566.8[P].2014.endprint