降低柴油發(fā)動機排放的傳感器技術(shù)
為使這些排放更清潔,汽車制造商建立了柴油微粒過濾器(diesel particulate filters,DPF)。自1980年以來,這些過濾器已用于越野車,從1996年起用于某些普通汽車?,F(xiàn)在DPF可以捕獲低至2.5微米的柴油煤煙微粒,因此將微粒排放從60%降低到7%。DPF采用多孔陶瓷材料,最終會飽和,需要清洗和再生。作這種維護時需要將DPF加熱到+600℃以上的排氣溫度。為了達到這種高于正常的溫度,ECU(電控單元)會暫時延緩噴油,并限制吸氣。這時傳感器就成為關(guān)鍵的控制元件:通過用壓力傳感器測量過濾器上的壓降,就可以確定開始再生過程的最有效時點。
減少二氧化碳排放是當(dāng)今汽車領(lǐng)域最熱門的話題。歐盟委員會最近宣布到2012年獲得更安全更環(huán)保汽車的路線圖。汽車消費者購買方式中的明顯變化也證實,消費者想要能滿足自己個人與專業(yè)需求的有最高燃料效能汽車。通過混合燃料技術(shù)等進展,汽車制造商正在推出降低二氧化碳排放的新款汽車。另外還有一些技術(shù)也致力于這一目標(biāo),如Blue Motion、Econetic和Efficient Dynamics。
柴油發(fā)動機的污染率高于汽油動力汽車,這也是一個事實。尤其是,柴油微粒對人體有傷害,會造成肺部不適、癌癥和心臟疾病。老式柴油發(fā)動機會排放出較大可見微粒,像黑煙一樣,而新型發(fā)動機排放的微粒一般很小,無法用肉眼看到。
為使這些排放更清潔,汽車制造商建立了柴油微粒過濾器(diesel particulate filters,DPF)。自1980年以來,這些過濾器已用于越野車,從1996年起用于某些普通汽車。現(xiàn)在DPF可以捕獲低至2.5微米的柴油煤煙微粒,因此將微粒排放從60%降低到7%。DPF采用多孔陶瓷材料,最終會飽和,需要清洗和再生。作這種維護時需要將DPF加熱到+600℃以上的排氣溫度。為了達到這種高于正常的溫度,ECU(電控單元)會暫時延緩噴油,并限制吸氣。這時傳感器就成為關(guān)鍵的控制元件:通過用壓力傳感器測量過濾器上的壓降,就可以確定開始再生過程的最有效時點。
降低柴油發(fā)動機排放的傳感器技術(shù)
接口實現(xiàn)
以柴油過濾模塊為例,我們在 DPF中安裝了一個采用傳統(tǒng)壓敏電阻元件的壓差傳感器。這個傳感器檢查一個較小的壓力范圍,一般為0至15psi。一只傳感器接口IC(如Melexis 公司的MLC90320 CMOS模擬傳感器接口)連接在傳感器的輸出端,構(gòu)成一個阻性Wheatstone橋式電路。這個接口可將電阻的小變化電壓(通常是數(shù)毫伏)轉(zhuǎn)換為相當(dāng)大的輸出電壓變動。采用這種結(jié)構(gòu),電路就能夠比較過濾器前、后的壓力信號。接口芯片對傳感器的信號作放大和校正,將其變換為ECU能夠識別的值。當(dāng) DPF飽和時,接口會探測到在過濾器前、后的信號之間有一較大的壓力差。接口IC對這一差值作放大和補償,傳給ECU。這個過程可以使傳感器接口控制檢測元件與ECU之間的通信,保證過濾器的連續(xù)正常工作。
傳感器接口
在上述例子中,壓敏電阻檢測元件連接到傳感器接口的輸入端,它對信號作增益與偏移的補償,以確定有經(jīng)過良好校準(zhǔn)的輸出信號。此外,在不同的粗調(diào)階段采用3位和10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC),這種特殊接口的輸出架構(gòu)中采用了另外一片10位DAC,能夠?qū)敵鲎兓秶骶_的校準(zhǔn)。
除了前端粗調(diào)增益級(front-end coarse gain stages)的兩個DAC以外,MLX90320傳感器接口的架構(gòu)還在輸出級有一個額外的10位DAC,以保證精確校準(zhǔn)
設(shè)備的架構(gòu)可以容易地檢測出數(shù)毫伏的傳感器輸出,并獲得4V的精準(zhǔn)輸出范圍。為確保接口芯片的順利補償調(diào)節(jié),我們增加了一個粗略的補償校正,用于補償檢測元件的大偏移變化,并使用了可調(diào)的10位補償。在考慮溫度問題時,傳感器接口也可以連接到內(nèi)部或外部溫度傳感器。
不過,如果應(yīng)用中傳感器周圍溫度與接口周圍溫度不同,則最好只用一個外接溫度傳感器。將外接電阻連接到用于調(diào)整偏置和增益的溫度鏈上,接口就可以在必要時完成精確的10位溫度測量。這樣可以將外接溫度傳感器盡量靠近壓力傳感器安裝。
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