本發(fā)明涉及一種汽車氧傳感器，更確切的說，本發(fā)明涉及一種自供電無線氧傳感器。

背景技術(shù)：

氧傳感器是電噴發(fā)動機控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的傳感部件，它通過檢測排氣中氧的含量，向電子控制單元(ECU)反饋信號，ECU據(jù)此修正燃油的噴射量，使發(fā)動機實際空燃比接近理論空燃比，在取得較好的經(jīng)濟性和動力性的情況下，能夠有效減少汽油機氮氧化物的排放，進而滿足日益苛刻的排放要求，因此氧傳感器的改進對汽車的環(huán)?；l(fā)展具有重大意義。

模塊化是當(dāng)前汽車發(fā)展的一個主流趨勢，模塊化設(shè)計可減少構(gòu)成汽車的零部件，簡化制造工藝，利于國際化生產(chǎn)與采購，能有效地降低汽車生產(chǎn)成本。氧傳感器模塊化設(shè)計是汽車模塊化設(shè)計的重要組成環(huán)節(jié)，有著不可替代的作用。

汽車節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)前社會最為關(guān)注的問題之一，充分利用發(fā)動機尾氣能量是實現(xiàn)汽車節(jié)能環(huán)保的重要手段，同時，減少發(fā)動機線束布置也能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機的優(yōu)化設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是發(fā)明一種自供電無線氧傳感器，充分利用汽車尾氣攜帶的能量，適當(dāng)減少發(fā)動機線束，為氧傳感器的進一步優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器，包括溫差發(fā)電裝置、集成穩(wěn)壓電路、超級電容蓄能裝置、升壓降壓DC/DC電路、氧傳感器、信號采集裝置、無線發(fā)射裝置、無線接收裝置，其特征在于：

所述的溫差發(fā)電裝置包括熱電模塊、壓緊裝置、散熱肋片、排氣管道；

所述的溫差發(fā)電裝置、集成穩(wěn)壓電路、超級電容蓄能裝置、升壓降壓DC/DC電路依次相連，升壓降壓DC/DC電路的輸出端分別和氧傳感器、信號采集裝置、無線發(fā)射裝置相連；

所述的信號采集裝置分別和氧傳感器、無線發(fā)射裝置相連，無線接收裝置和汽車ECU相連；

所述的集成穩(wěn)壓電路、超級電容蓄能裝置、升壓降壓DC/DC電路、氧傳感器、信號采集裝置、無線發(fā)射裝置封裝在一起，組成氧傳感器模塊。

自供電無線氧傳感器，其特征在于，所述的熱電模塊安裝在排氣管道的外表面上，熱電模塊的熱端和排氣管道的外表面緊密貼合，熱電模塊的冷端上安裝有散熱肋片，熱電模塊的形狀為半圓環(huán)形，尺寸和排氣管道相匹配。

自供電無線氧傳感器，其特征在于，所述的熱電模塊所用材料為碲化鉍合金半導(dǎo)體材料。

自供電無線氧傳感器，其特征在于，所述的氧傳感器模塊通過壓緊裝置、散熱肋片、排氣管道上的螺紋孔安裝到排氣管道內(nèi)部，同時對熱電模塊進行壓緊，壓緊裝置、散熱肋片、排氣管道上的螺紋孔的尺寸取決于氧傳感器。

自供電無線氧傳感器，其特征在于，所述的溫差發(fā)電裝置利用發(fā)動機高溫尾氣與外界空氣之間的溫度差來實現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)化，溫差發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能經(jīng)過集成穩(wěn)壓電路、超級電容蓄能裝置、升壓降壓DC/DC電路分別為氧傳感器、信號采集裝置、無線發(fā)射裝置供電。

自供電無線氧傳感器，其特征在于，所述的集成穩(wěn)壓電路是由運算放大器組成的同相輸入恒壓源，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻能夠改變輸出電壓值，穩(wěn)定由溫差變化造成的溫差發(fā)電裝置輸出電壓波動，進而給超級電容蓄能裝置穩(wěn)壓充電。

自供電無線氧傳感器，其特征在于，所述的升壓降壓DC/DC電路是基于Buck-Boost升降壓斬波電路設(shè)計的，升壓降壓DC/DC電路穩(wěn)定超級電容蓄能裝置的輸出電壓，用于匹配負(fù)載需求。

自供電無線氧傳感器，其特征在于，所述的氧傳感器獲取氧濃度信號后，經(jīng)信號采集裝置處理，再通過無線發(fā)射裝置將氧濃度信號發(fā)出，汽車ECU通過無線接收裝置獲得氧濃度信號。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器由溫差發(fā)電裝置進行供電，降低了傳感器能耗。

2.本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器利用無線發(fā)射與接收裝置實現(xiàn)了氧濃度信號的傳輸，一定程度上減少了發(fā)動機線束布置，節(jié)約了發(fā)動機生產(chǎn)成本，同時減少了空間占用，為發(fā)動機優(yōu)化設(shè)計提供便利。

3.本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器實現(xiàn)了氧傳感器的模塊化設(shè)計，有利于氧傳感器的生產(chǎn)與采購，有利于氧傳感器在發(fā)動機上的布置與使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器的工作流程示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器的溫差發(fā)電裝置主視圖上的全剖視圖；

圖3為本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器的溫差發(fā)電裝置左視圖上的全剖視圖；

圖4為本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器的集成穩(wěn)壓電路示意圖；

圖5為本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器的升壓降壓DC/DC電路示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述：

參閱圖1，本發(fā)明所述的自供電無線氧傳感器包括溫差發(fā)電裝置1、集成穩(wěn)壓電路2、超級電容蓄能裝置3、升壓降壓DC/DC電路4、氧傳感器5、信號采集裝置6、無線發(fā)射裝置7、無線接收裝置8。

溫差發(fā)電裝置1、集成穩(wěn)壓電路2、超級電容蓄能裝置3、升壓降壓DC/DC電路4依次相連，升壓降壓DC/DC電路4的輸出端分別和氧傳感器5、信號采集裝置6、無線發(fā)射裝置7相連；信號采集裝置6分別和氧傳感器5、無線發(fā)射裝置7相連，無線接收裝置8和汽車ECU相連。

參閱圖2與圖3，所述的溫差發(fā)電裝置1布置在發(fā)動機排氣管上，利用高溫尾氣與外界空氣之間的溫度差進行發(fā)電，主要包括熱電模塊9、壓緊裝置10、散熱肋片11、排氣管道12。熱電模塊9的形狀為半圓環(huán)形，所用材料為碲化鉍合金半導(dǎo)體材料，熱電模塊9的熱端和排氣管道12的外表面相接觸，冷端上安裝有散熱肋片11。

所述的集成穩(wěn)壓電路2、超級電容蓄能裝置3、升壓降壓DC/DC電路4、氧傳感器5、信號采集裝置6、無線發(fā)射裝置7封裝在一起，組成氧傳感器模塊13。氧傳感器模塊13通過壓緊裝置10、散熱肋片11、排氣管道12上的螺紋孔安裝到排氣管道12內(nèi)部，同時對熱電模塊9進行壓緊。

熱電模塊9的尺寸取決于排氣管道12的尺寸，壓緊裝置10、散熱肋片11、排氣管道12的螺紋孔和氧傳感器5的尺寸相配合。

參閱圖4，所述的集成穩(wěn)壓電路2是由運算放大器組成的同相輸入恒壓源，其中集成穩(wěn)壓電路2輸出電壓U_OUT＝(1+R_f/R₁)·U_Z，R_f是可調(diào)電阻，R₁為定值電阻，U_Z為穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓，可通過調(diào)節(jié)R_f的值改變集成穩(wěn)壓電路2輸出電壓U_OUT的值，因此集成穩(wěn)壓電路2為連續(xù)可調(diào)的恒壓源。

參閱圖5，所述的升壓降壓DC/DC電路4是基于Buck-Boost升降壓斬波電路設(shè)計的，升壓降壓DC/DC電路4控制系統(tǒng)的電壓采集單元對負(fù)載電壓變化進行實時采樣，系統(tǒng)采樣反饋電壓后與基準(zhǔn)電壓進行比較，然后經(jīng)PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，輸出結(jié)果與三角波信號比較，調(diào)制產(chǎn)生所需PWM(Pulse width modulation脈寬調(diào)劑)脈沖的占空比，PWM電路產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM脈沖控制功率開關(guān)管Q的通斷。在開關(guān)管Q導(dǎo)通，二極管VD截止期間，升壓降壓DC/DC電路4輸入電壓U_in向電感L輸入能量，靠濾波電容C維持升壓降壓DC/DC電路4輸出電壓U_OUT基本不變，實現(xiàn)負(fù)載電壓的穩(wěn)定；在開關(guān)管Q截止，二極管VD導(dǎo)通期間，電感L把前一階段貯存的能量釋放給電阻R和電容C，以此來實現(xiàn)負(fù)載電壓的穩(wěn)定。而且開關(guān)管Q導(dǎo)通時間越長，電源輸入給負(fù)載的能量也越多，因此升壓降壓DC/DC電路4輸出電壓U_OUT也越高；同理，開關(guān)管Q導(dǎo)通時間越短，升壓降壓DC/DC電路4輸出電壓U_OUT越低。

參閱圖1、圖2、圖3與圖4，發(fā)動機在工作過程中，尾氣的溫度不是恒定的，導(dǎo)致熱電模塊9熱端和冷端之間的溫差時刻發(fā)生變化，進一步引起溫差發(fā)電裝置1輸出電壓不穩(wěn)定，集成穩(wěn)壓電路2能夠使溫差發(fā)電裝置1輸出電壓保持穩(wěn)定。

參閱圖1與圖5，所述的超級電容蓄能裝置3在放電時，兩端電壓會隨放電的進行而不斷下降，導(dǎo)致超級電容蓄能裝置3的輸出電壓不穩(wěn)定。升壓降壓DC/DC電路4能夠使超級電容蓄能裝置3的輸出電壓保持穩(wěn)定。

參閱圖1、圖2、圖3、圖4與圖5，溫差發(fā)電裝置1產(chǎn)生的電能經(jīng)過集成穩(wěn)壓電路2進行穩(wěn)壓，進而為超級電容蓄能裝置3進行穩(wěn)壓充電，升壓降壓DC/DC電路4使超級電容蓄能裝置3的輸出電壓保持穩(wěn)定，為氧傳感器5、信號采集裝置6、無線發(fā)射裝置7提供穩(wěn)定的輸入電壓。

氧傳感器5在獲得氧濃度信號后，經(jīng)信號采集裝置6處理，通過無線發(fā)射裝置7向無線接收裝置8發(fā)射氧濃度的無線信號，然后無線接收裝置8將接收到的氧濃度信號反饋給汽車ECU,進而為修正燃油噴射量提供參考。

自供電無線氧傳感器的工作原理：

參閱圖1、圖2、圖3、圖4與圖5，溫差發(fā)電裝置1產(chǎn)生的電能經(jīng)過集成穩(wěn)壓電路2、超級電容蓄能裝置3、升壓降壓DC/DC電路4分別為氧傳感器5、信號采集裝置6、無線發(fā)射裝置7供電，維持氧傳感器5、信號采集裝置6、無線發(fā)射裝置7的正常工作，氧傳感器5采集尾氣中的氧濃度信息，經(jīng)信號采集裝置6處理，通過無線發(fā)射裝置7向無線接收裝置8發(fā)射氧濃度的無線信號，然后無線接收裝置8將接收到的氧濃度信號反饋給汽車ECU。