一种发动机尾气检测系统及方法与流程

1.本技术实施例涉及尾气后处理技术领域，尤其涉及一种发动机尾气检测系统及方法。


背景技术：

2.汽车尾气中的二氧化碳、硫化物、氮氧化物等能产生温室效应、臭氧层破坏和酸雨等大气环境问题。因而，汽车的尾气排放必须符合国标排放新标准。
3.氧化还原器、颗粒物捕获器、选择性催化器、三元催化器等一系列组合技术路线被集成应用于尾气后处理总成，净化发动机尾气。为了保证尾气后处理总成对尾气的净化效果，需要传感器实时检测气体和液体的成分及成分的含量。现有技术是对不同类型传感器均配置信号处理模块，因而造成数据负荷大、处理效率低及数据可靠性问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种发动机尾气检测系统及方法，可以显著降低电子控制单元的软硬件负荷，提高信号处理的准确度与可靠性。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种发动机尾气检测系统，所述系统包括控制器、多个传感器和信号处理模块，其中，所述多个传感器分别与所述控制器和所述信号处理模块相连接；
6.所述控制器，用于将所述多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态；
7.所述多个传感器，用于在对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值；
8.所述信号处理模块，用于获取所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值，将所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值，并将所述物理量值传输至数据总线。
9.进一步的，所述信号处理模块还用于：获取所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值之后，判断是否需要将所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值转化为对应的物理量值，若是，则将所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值。
10.进一步的，所述系统还包括电源管理组件，所述电源管理组件分别与所述信号处理模块和所述控制器相连接，其中：所述电源管理组件，用于为所述信号处理模块和所述控制器供电，并为所述信号处理模块和所述控制器提供浪涌抑制、防反接和静电保护。
11.进一步的，所述多个传感器至少包括：正负温度特性的气体温度传感器、热电偶型的气体温度传感器、基于电势型效应的气体浓度传感器、液体温度传感器、液体液位传感器、液体浓度传感器和液体压力传感器等。
12.进一步的，所述系统还包括故障诊断模块，所述故障诊断模块与所述信号处理模
块相连接，其中：所述故障诊断模块，用于根据所述物理量值判断所述传感器或所述信号处理模块是否存在故障，并确定所述故障的类型。
13.进一步的，所述系统还包括传感器外壳，设置在所述传感器的外侧，其中：所述传感器外壳，用于将所述发动机尾气和所述传感器中的敏感元件进行隔离。
14.进一步的，所述系统还包括尿素罐，其中：所述尿素罐，用于存储所述发动机尾气中的液体。
15.第二方面，本技术实施例提供了一种发动机尾气检测方法，该方法包括：
16.通过控制器将所述多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态；
17.通过多个传感器并在多个传感器对应的工作状态下，检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值；
18.通过信号处理模块获取所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值，将所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值，并将所述物理量值传输至数据总线。
19.进一步的，获取所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值之后，判断是否需要将所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值转化为对应的物理量值，若是，则将所述每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值。
20.进一步的，通过电源管理组件为所述信号处理模块和所述控制器供电，并为所述信号处理模块和所述控制器提供浪涌、反接和静电保护。
21.本技术实施例提供了一种发动机尾气检测系统及方法，该系统包括控制器、多个传感器和信号处理模块，其中，多个传感器分别与控制器和信号处理模块相连接；控制器，用于将多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态；多个传感器，用于在对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值；信号处理模块，用于获取每个传感器检测的对应成分的电气特征值，将每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值，并将物理量值传输至数据总线。本技术通过将多个传感器与信号处理模块相连接，并通过信号处理模块将多个传感器所检测到的对应成分的电气特征值转化为物理量值。本技术可以显著降低电子控制单元的软硬件负荷，提高信号处理的准确度与可靠性。
22.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
23.附图用于更好地理解本方案，不构成对本技术的限定。其中：
24.图1为本技术实施例提供的一种发动机尾气检测系统的第一结构示意图；
25.图2为本技术实施例提供的控制器的电路示意图；
26.图3为本技术实施例提供的一种发动机尾气检测系统的第二结构示意图；
27.图4为本技术实施例提供的信号处理模块的电路示意图；
28.图5为本技术实施例提供的电源管理组件的电路示意图；
29.图6为本技术实施例提供的一种发动机尾气检测方法的流程示意图。
具体实施方式
30.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.实施例一
32.图1为本技术实施例提供的一种发动机尾气检测系统的第一结构示意图，本实施例可适用于对发动机尾气进行检测的情况。
33.参见图1，发动机尾气检测系统包括控制器110、多个传感器120和信号处理模块130，其中，多个传感器120分别与控制器110和信号处理模块130相连接。具体的，
34.控制器110，用于将多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态。
35.多个传感器120，用于在对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值。
36.信号处理模块130，用于获取每个传感器检测的对应成分的电气特征值，将每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值，并将物理量值传输至数据总线。其中，数据总线包括但不限于控制器局域网(controller area network，can)总线、单边半字传输协议(single edge nibble transmission protocol，sent)总线、flex ray总线。
37.在本实施例中，控制器110以多个传感器120相连接，用于调节并维持每个传感器120的工作状态。例如，气体温度传感器需要在某一温度区间或某一脉冲集下对发动机尾气中的气体温度进行检测，因而可以通过控制器110将该气体温度传感器调节并维持在某一温度区间或某一脉冲集。其中，脉冲集是指多个具有周期特性的脉冲波，优选地，脉冲波为方波。
38.如图2为控制器的电路示意图，其中，控制器110包含由m5、m6、m7和m8组合构成的高/低/高低边功率放大组件、由m1、m2、m3和m4构成的逻辑控制输入组件、由m9、m10、m11和m12构成的功率输出组件。优选地，以m5与m6构成的高低边功率放大组件，本实施例不限定功率放大器的组合形式；单高低边逻辑输入组件具有死区时间，如死区时间大于2ms；功率输出组件中m9与m10配对或m9与m12配对。
39.具体的，控制器110可以通过至少一路闭环热功率输出反馈控制电路单元，由高端、低端、高低端组合的功率放大组件控制控制器110输出功率大小，从而将多个传感器120中每一个传感器调节并维持在对应的某一温度区间或某一脉冲集。
40.可选的，信号处理模块130还可以与控制器110相连接，为控制器110提供设置热功率输出的逻辑值。
41.需要说明的是，本技术中的发动机尾气(某些气体成分和某些液体成分)是指原发动机尾气经过尾气后处理总成处理之后的发动机尾气。本技术的目的是检测经过尾气后处理总成处理之后的发动机尾气，检测该发动机尾气中的中是否符合国标排放标准。当然，该发动机尾气不仅包含属于原发动机尾气中气体成分和液体成分，还包含用于尾气后处理总成为了消除发动机尾气中特定气体组份所使用的液体，还包含经过尾气后处理总成处理之后产生的不属于原发动机尾气的新的气体成分和新的液体成分。
42.在本实施例中，发动机尾气中包含某些气体成分和某些液体成分。每个传感器中包含可以检测某一气体成分或某一液体成分的敏感元件。通过控制器110将多个传感器120中的每个传感器分别调节至对应的工作状态之后，多个传感器120在对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值。其中，气体成分包括但不限于氮、氧、硫、氨、一氧化碳、烷等；液体成分包括但不限于尿素溶液等；电气特征值包括但不限于温度、液位、压力、电阻、电流、电压、频率、占空比、幅值等。
43.其中，多个传感器120至少包括：正负温度特性的气体温度传感器、热电偶型的气体温度传感器、基于电势型效应的气体浓度传感器、基于能斯特效应的气体浓度传感器、液体温度传感器、液体液位传感器、液体浓度传感器和液体压力传感器等。其中，基于电势型效应的气体浓度传感器用于检测氨、烷等气体浓度；基于能斯特效应的气体浓度传感器用于通过检测氧离子浓度为间接检测氧化物、氮氧化物、硫化物等气体浓度。
44.可选的，传感器120可以放置在尾气后处理成中如氧化还原器、颗粒物捕获器、选择性催化器和三元催化器等组件的前面、中间或后面。
45.在本实施例中，多个传感器120在对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值之后，通过线束将电气特征值传输至信号处理模块130。信号处理模块130接收多个传感器120传输的电气特征值，并将电气特征值分别转换成对应的物理量值，最后通过通讯单元将物理量值传输至数据总线，以使车载控制器通过数据总线获取发动机尾气的气体成分和物理成分的物理量值。其中，信号处理模块130可以同时处理多路相同或不同类型电气特征值。
46.优选的，信号处理模块130可以先将电气特征值转化为信号处理模块中处理器可识别的电学信号，再通过处理器将电学信号转化为物理量值。其中，电学信号包含但不限于电压模拟量、电平值、串行外设接口(serial peripheral interface，spi)数据值、互积分电路(inter-integrated circuit，i2c)数据值、脉冲边缘值等；物理量值包含但不限于二氧化碳、硫化物、氮氧化物等含量值。
47.可以理解的是，信号处理模块130可以将多个电气特征值相结合，进行处理之后，得到一个物理量值。例如，基于能斯特效应的气体浓度传感器检测氢氧根离子浓度的电气特征值，基于电势型效应的气体浓度传感器检测氨根离子浓度的电气特征值，然后通过信号处理模块130处理之后，得到氨气的物理量值。
48.可选的，信号处理模块130可以是具有逻辑运算能力的控制器，如数字信号处理(digital signal processing，dsp)、微控制单元(microcontroller unit，mcu)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)。
49.可选的，信号处理模块130还可以对电气特征值进行滤波、标定或格式转换等处理操作。
50.本实施例提供的一种发动机尾气检测系统，该发动机尾气检测系统包括控制器、多个传感器和信号处理模块。本技术通过控制器将多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态；通过多个传感器检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值；通过信号处理模块将每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值，并将物理量值传输至数据总线。本技术通过将多个传感器与信号处理模块相连接，并通过信号处理模块将多个传感器所检测到的对应成分的电气特征值转化为物理量值。采用本技术的系
统可以解决现有技术的数据负荷大、处理效率低及数据可靠性等问题，可以显著降低电子控制单元的软硬件负荷，提高信号处理的准确度与可靠性。
51.实施例二
52.图3为本技术实施例提供的一种发动机尾气检测系统的第二结构示意图。本技术实施例是在上述实施例的基础上进行优化，具体优化为：增加了对信号处理模块130的处理过程进行详细的解释说明，以及增加了电源管理组件140、故障诊断模块150、传感器外壳160和尿素罐。
53.参见图3，发动机尾气检测系统包括控制器110、多个传感器120、信号处理模块130、电源管理组件140、故障诊断模块150和传感器外壳160。具体的，
54.控制器110，用于将多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态。
55.多个传感器120，用于在对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值。
56.信号处理模块130，还用于获取每个传感器检测的对应成分的电气特征值之后，判断是否需要将每个传感器检测的对应成分的电气特征值转化为对应的物理量值，若是，则将每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值。
57.电源管理组件140，用于为信号处理模块和控制器供电，并为信号处理模块和控制器提供浪涌抑制、防反接和静电保护。
58.故障诊断模块150，用于根据物理量值判断传感器或信号处理模块是否存在故障，并确定故障的类型。
59.传感器外壳160，用于将发动机尾气和传感器中的敏感元件进行隔离。
60.可选的，尿素罐，用于存储发动机尾气中的液体成分。
61.其中，电源管理组件140分别与控制器110和信号处理模块130相连接；故障诊断模块150与信号处理模块130相连接；传感器外壳160设置在传感器的外侧。
62.在本实施例中，对于检测发动机尾气中的气体温度、液体温度、液体液位和液体压力等而言，获取对应传感器的电气特征值(如温度值、液位值和压力值)之后，该电气特征值便是本技术所想要的物理量值(如温度值、液位值和压力值)，无需再将该电气特征值转化为物理量值。对于检测气体浓度和液体浓度等而言，获取对应传感器的电气特征值(如电阻值、电流值、电压值)之后，还需通过信号处理模块130将该电气特征值转化为物理量值(如二氧化碳、硫化物、氮氧化物等含量值)。
63.优选的，电气特征值转化为物理量值的具体过程可以是：信号处理模块130可以先将电气特征值转化为信号处理模块中处理器可识别的电学信号，再通过处理器将电学信号转化为物理量值。其中，电学信号包含但不限于电压模拟量、电平值、spi数据值、i2c数据值、脉冲边缘值等。
64.如图4所示为信号处理模块的电路示意图，其中，信号处理模块130可以包括至少一个多路开关k1、至少一个滤波器k2、模拟前端模块l1和收发一体模块l2。具体的，滤波器k2为一阶滤波器，截止频率《20hz。模拟前端模块l1为具有信号滤波、信号放大和数模转换等至少两个功能或其组合的电路模块。模拟前端模块l1包含至少两个滤波器(如k3、k4)、至少两个放大器(如k5、k6)、增益调节器件(如k7、k8、k9、k10和k11)、差模滤波器(如k12)和delta-∑型的adc(如k13)。优选地，至少两个滤波器为一阶滤波器，截止频率《25hz；增益调
节器件的增益满足：1+2k7/k11；adc具有》12bits精度。收发一体模块l2包含发送器(如k14)、信号发生器(如k15)、接收器(如k16)、增益放大器(如k17)、数模转换器(如k18)和比较器(如k19)。优选地，发送器的信号频率《2mhz，脉冲个数《10个，增益放大器的增益放大倍数《15。
65.在本实施例中，发动机尾气检测系统中还包含电源管理组件140，电源管理组件140中可以包括电源保护电路及电源转换电路。其中，电源转换电路与发动机尾气检测系统中的其余模块(如控制器110、信号处理模块130、故障诊断模块150等)相连接，提供稳定的供电功率；电源保护电路与车载电源或车载控制器电源连接，可以提供浪涌抑制、防反接和静电保护等功能，以避免影响发动机尾气检测系统中的其余模块。
66.如图5所示为电源管理组件的电路示意图，其中，电源管理组件140包括电路保护器件(如j1、j2)、功率调节器件(如j3)和电压调节器件(如j4、j5)。具体地，电路保护器件可以实现浪涌、反接、静电保护功能。功率调节器件可以实现直流电压斩波功能。电压调节器件可以实现输出电压采样反馈功能。
67.在本实施例中，故障诊断模块150可以根据物理量值判断传感器120或信号处理模块130是否存在故障，并确定故障的类型，例如短路、断路、、欠压、过热、过流以及接插件错接等导致的故障。本技术对故障诊断模块的诊断过程不进行限定，可以使用现有技术中的诊断技术进行故障诊断。
68.在本实施例中，传感器外壳160的封装可以是密闭结构也可以是非密闭结构，其中，如果传感器外壳160为密闭结构外壳，那么可以将发动机尾气中的气体成分和液体成分与传感器中的敏感元件进行物理隔绝。特别地，如果传感器外壳160为非密闭结构外壳，那么可以将发动机尾气中的气体成分与传感器中的敏感元件产生气体交换作用。本技术不限定传感器外壳160的封装是密闭结构还是非密闭结构，可以根据实际应用情况进行设置。其中，传感器外壳160与敏感元件产生的电气特征值具有绝缘作用。
69.可选的，发动机尾气检测系统还包括线束，是控制器110、多个传感器120、信号处理模块130、电源管理组件140和故障诊断模块150之间的连接方式，还可以用于数据信号的传输。
70.本实施例提供的一种发动机尾气检测系统，该发动机尾气检测系统包括控制器、多个传感器、信号处理模块、电源管理组件、故障诊断模块和传感器外壳。本技术通过控制器将多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态；通过多个传感器检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值；通过信号处理模块判断是否需要将每个传感器检测的对应成分的电气特征值转化为对应的物理量值，若是，则将每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值；通过电源管理组件为系统中的其余模块提供稳定的供电功率，并提供浪涌抑制、防反接和静电保护；通过故障诊断模块判断传感器或信号处理模块是否存在故障，并确定故障的类型；通过传感器外壳将发动机尾气和传感器中的敏感元件进行隔离。采用本技术的系统可以解决现有技术的数据负荷大、处理效率低及数据可靠性等问题，可以显著降低电子控制单元的软硬件负荷，提高信号处理的准确度与可靠性。
71.实施例三
72.图6为本技术实施例提供的一种发动机尾气检测方法的流程示意图。本实施例可适用于对发动机尾气进行检测的情况。该方法可以由本技术任意实施例提供的发动机尾气
检测系统来执行。
73.参考图6，本实施例的方法包括但不限于如下步骤：
74.s310、通过控制器将多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态。
75.在本技术实施例中，控制器以多个传感器相连接。控制器可以调节并维持每个传感器的工作状态。例如，气体温度传感器需要在某一温度区间或某一脉冲集下对发动机尾气中的气体温度进行检测，因而可以通过控制器将该气体温度传感器调节并维持在某一温度区间或某一脉冲集。
76.s320、通过多个传感器并在多个传感器对应的工作状态下，检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值。
77.在本技术实施例中，发动机尾气中包含某些气体成分和某些液体成分。每个传感器中包含可以检测某一气体成分或某一液体成分的敏感元件。通过控制器将多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态之后，多个传感器在对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值。其中，气体成分包括但不限于氮、氧、硫、氨、一氧化碳、烷类；液体成分包括但不限于尿素溶液等；电气特征值包括但不限于温度、液位、压力、电阻、电流、电压、频率等。
78.s330、通过信号处理模块获取每个传感器检测的对应成分的电气特征值，将每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值，并将物理量值传输至数据总线。
79.在本技术实施例中，多个传感器在对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值之后，通过线束将电气特征值传输至信号处理模块。信号处理模块接收多个传感器传输的电气特征值，并将电气特征值分别转换成对应的物理量值，最后通过通讯单元将物理量值传输至数据总线，以使车载控制器通过数据总线获取发动机尾气的气体成分和物理成分的物理量值。其中，信号处理模块可以同时处理多路相同或不同类型电气特征值。
80.可选的，获取每个传感器检测的对应成分的电气特征值之后，判断是否需要将每个传感器检测的对应成分的电气特征值转化为对应的物理量值，若是，则将每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值。
81.在本技术实施例中，对于检测发动机尾气中的气体温度、液体温度、液体液位和液体压力等而言，获取对应传感器的电气特征值(如温度值、液位值和压力值)之后，该电气特征值便是本技术所想要的物理量值(如温度值、液位值和压力值)，无需再将该电气特征值转化为物理量值。对于检测气体浓度和液体浓度等而言，获取对应传感器的电气特征值(如电阻值、电流值、电压值)之后，还需通过信号处理模块将该电气特征值转化为物理量值(如二氧化碳、硫化物、氮氧化物等含量值)。
82.优选的，电气特征值转化为物理量值的具体过程可以是：信号处理模块可以先将电气特征值转化为信号处理模块中处理器可识别的电学信号，再通过处理器将电学信号转化为物理量值。其中，电学信号包含但不限于电压模拟量、电平值、spi数据值、i2c数据值、脉冲边缘值等。
83.可选的，通过电源管理组件为信号处理模块和控制器供电，并为信号处理模块和控制器提供浪涌、反接和静电保护。
84.在本技术实施例中，发动机尾气检测系统中还包含电源管理组件，电源管理组件中可以包括电源保护电路及电源转换电路。其中，电源转换电路与发动机尾气检测系统中的其余模块(如控制器、信号处理模块、故障诊断模块等)相连接，提供稳定的供电功率；电源保护电路与车载电源或车载控制器电源连接，可以提供浪涌抑制、防反接和静电保护等功能，以避免影响发动机尾气检测系统中的其余模块。
85.本实施例提供的技术方案，通过控制器将多个传感器中的每个传感器分别调节至对应的工作状态；通过多个传感器并在多个传感器对应的工作状态下检测发动机尾气中的对应成分的电气特征值；通过信号处理模块获取每个传感器检测的对应成分的电气特征值，将每个传感器检测的对应成分的电气特征值分别转换成对应的物理量值，并将物理量值传输至数据总线。本技术通过将多个传感器与信号处理模块相连接，并通过信号处理模块将多个传感器所检测到的对应成分的电气特征值转化为物理量值。本技术可以解决现有技术的数据负荷大、处理效率低及数据可靠性等问题，可以显著降低电子控制单元的软硬件负荷，提高信号处理的准确度与可靠性。
86.注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本技术不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术实施例进行了较为详细的说明，但是本技术实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本技术的范围由所附的权利要求范围决定。