自供電無線氧傳感器的制作方法

本發明涉及一種汽車氧傳感器，更確切的說，本發明涉及一種自供電無線氧傳感器。

背景技術：

氧傳感器是電噴發動機控制系統中關鍵的傳感部件，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據此修正燃油的噴射量，使發動機實際空燃比接近理論空燃比，在取得較好的經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保化發展具有重大意義。

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

汽車節能與環保是當前社會最為關注的問題之一，充分利用發動機尾氣能量是實現汽車節能環保的重要手段，同時，減少發動機線束布置也能夠實現發動機的優化設計。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是發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，適當減少發動機線束，為氧傳感器的進一步優化設計提供指導。

為解決以上技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的：

本發明所述的自供電無線氧傳感器，包括溫差發電裝置、集成穩壓電路、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、無線發射裝置、無線接收裝置，其特征在于：

所述的溫差發電裝置包括熱電模塊、壓緊裝置、散熱肋片、排氣管道；

所述的溫差發電裝置、集成穩壓電路、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、無線發射裝置相連；

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

所述的集成穩壓電路、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，所述的溫差發電裝置利用發動機高溫尾氣與外界空氣之間的溫度差來實現熱能到電能的轉化，溫差發電裝置產生的電能經過集成穩壓電路、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，所述的集成穩壓電路是由運算放大器組成的同相輸入恒壓源，通過調節可調電阻能夠改變輸出電壓值，穩定由溫差變化造成的溫差發電裝置輸出電壓波動，進而給超級電容蓄能裝置穩壓充電。

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升降壓斬波電路設計的，升壓降壓DC/DC電路穩定超級電容蓄能裝置的輸出電壓，用于匹配負載需求。

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，經信號采集裝置處理，再通過無線發射裝置將氧濃度信號發出，汽車ECU通過無線接收裝置獲得氧濃度信號。

與現有技術相比本發明的有益效果是：

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

2.本發明所述的自供電無線氧傳感器利用無線發射與接收裝置實現了氧濃度信號的傳輸，一定程度上減少了發動機線束布置，節約了發動機生產成本，同時減少了空間占用，為發動機優化設計提供便利。

3.本發明所述的自供電無線氧傳感器實現了氧傳感器的模塊化設計，有利于氧傳感器的生產與采購，有利于氧傳感器在發動機上的布置與使用。

附圖說明

圖1為本發明所述的自供電無線氧傳感器的工作流程示意圖；

圖2為本發明所述的自供電無線氧傳感器的溫差發電裝置主視圖上的全剖視圖；

圖3為本發明所述的自供電無線氧傳感器的溫差發電裝置左視圖上的全剖視圖；

圖4為本發明所述的自供電無線氧傳感器的集成穩壓電路示意圖；

圖5為本發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

以下結合附圖對本發明作詳細的描述：

參閱圖1，本發明所述的自供電無線氧傳感器包括溫差發電裝置1、集成穩壓電路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、無線發射裝置7、無線接收裝置8。

溫差發電裝置1、集成穩壓電路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、無線發射裝置7相連；信號采集裝置6分別和氧傳感器5、無線發射裝置7相連，無線接收裝置8和汽車ECU相連。

參閱圖2與圖3，所述的溫差發電裝置1布置在發動機排氣管上，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的形狀為半圓環形，所用材料為碲化鉍合金半導體材料，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，其中集成穩壓電路2輸出電壓U_OUT＝(1+R_f/R₁)·U_Z，R_f是可調電阻，R₁為定值電阻，U_Z為穩壓管穩定電壓，可通過調節R_f的值改變集成穩壓電路2輸出電壓U_OUT的值，因此集成穩壓電路2為連續可調的恒壓源。

參閱圖5，所述的升壓降壓DC/DC電路4是基于Buck-Boost升降壓斬波電路設計的，升壓降壓DC/DC電路4控制系統的電壓采集單元對負載電壓變化進行實時采樣，系統采樣反饋電壓后與基準電壓進行比較，然后經PID調節器調節，輸出結果與三角波信號比較，調制產生所需PWM(Pulse width modulation脈寬調劑)脈沖的占空比，PWM電路產生相應占空比的PWM脈沖控制功率開關管Q的通斷。在開關管Q導通，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，實現負載電壓的穩定；在開關管Q截止，二極管VD導通期間，電感L把前一階段貯存的能量釋放給電阻R和電容C，以此來實現負載電壓的穩定。而且開關管Q導通時間越長，電源輸入給負載的能量也越多，因此升壓降壓DC/DC電路4輸出電壓U_OUT也越高；同理，開關管Q導通時間越短，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，發動機在工作過程中，尾氣的溫度不是恒定的，導致熱電模塊9熱端和冷端之間的溫差時刻發生變化，進一步引起溫差發電裝置1輸出電壓不穩定，集成穩壓電路2能夠使溫差發電裝置1輸出電壓保持穩定。

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，導致超級電容蓄能裝置3的輸出電壓不穩定。升壓降壓DC/DC電路4能夠使超級電容蓄能裝置3的輸出電壓保持穩定。

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

氧傳感器5在獲得氧濃度信號后，經信號采集裝置6處理，通過無線發射裝置7向無線接收裝置8發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，溫差發電裝置1產生的電能經過集成穩壓電路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、無線發射裝置7供電，維持氧傳感器5、信號采集裝置6、無線發射裝置7的正常工作，氧傳感器5采集尾氣中的氧濃度信息，經信號采集裝置6處理，通過無線發射裝置7向無線接收裝置8發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。