降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)濾器(diesel particulate filters,DPF)。自1980年以來(lái),這些過(guò)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(huì)飽和,需要清洗和再生。作這種維護(hù)時(shí)需要將DPF加熱到+600℃以上的排氣溫度。為了達(dá)到這種高于正常的溫度,ECU(電控單元)會(huì)暫時(shí)延緩噴油,并限制吸氣。這時(shí)傳感器就成為關(guān)鍵的控制元件:通過(guò)用壓力傳感器測(cè)量過(guò)濾器上的壓降,就可以確定開(kāi)始再生過(guò)程的最有效時(shí)點(diǎn)。
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(huì)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(fèi)者購(gòu)買方式中的明顯變化也證實(shí),消費(fèi)者想要能滿足自己個(gè)人與專業(yè)需求的有最高燃料效能汽車。通過(guò)混合燃料技術(shù)等進(jìn)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(dòng)機(jī)的污染率高于汽油動(dòng)力汽車,這也是一個(gè)事實(shí)。尤其是,柴油微粒對(duì)人體有傷害,會(huì)造成肺部不適、癌癥和心臟疾病。老式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)排放出較大可見(jiàn)微粒,像黑煙一樣,而新型發(fā)動(dòng)機(jī)排放的微粒一般很小,無(wú)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(guò)濾器(diesel particulate filters,DPF)。自1980年以來(lái),這些過(guò)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(huì)飽和,需要清洗和再生。作這種維護(hù)時(shí)需要將DPF加熱到+600℃以上的排氣溫度。為了達(dá)到這種高于正常的溫度,ECU(電控單元)會(huì)暫時(shí)延緩噴油,并限制吸氣。這時(shí)傳感器就成為關(guān)鍵的控制元件:通過(guò)用壓力傳感器測(cè)量過(guò)濾器上的壓降,就可以確定開(kāi)始再生過(guò)程的最有效時(shí)點(diǎn)。
降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的傳感器技術(shù)
接口實(shí)現(xiàn)
以柴油過(guò)濾模塊為例,我們?cè)?DPF中安裝了一個(gè)采用傳統(tǒng)壓敏電阻元件的壓差傳感器。這個(gè)傳感器檢查一個(gè)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(gè)阻性Wheatstone橋式電路。這個(gè)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(dòng)。采用這種結(jié)構(gòu),電路就能夠比較過(guò)濾器前、后的壓力信號(hào)。接口芯片對(duì)傳感器的信號(hào)作放大和校正,將其變換為ECU能夠識(shí)別的值。當(dāng) DPF飽和時(shí),接口會(huì)探測(cè)到在過(guò)濾器前、后的信號(hào)之間有一較大的壓力差。接口IC對(duì)這一差值作放大和補(bǔ)償,傳給ECU。這個(gè)過(guò)程可以使傳感器接口控制檢測(cè)元件與ECU之間的通信,保證過(guò)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(cè)元件連接到傳感器接口的輸入端,它對(duì)信號(hào)作增益與偏移的補(bǔ)償,以確定有經(jīng)過(guò)良好校準(zhǔn)的輸出信號(hào)。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(jí)(front-end coarse gain stages)的兩個(gè)DAC以外,MLX90320傳感器接口的架構(gòu)還在輸出級(jí)有一個(gè)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(cè)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(bǔ)償調(diào)節(jié),我們?cè)黾恿艘粋€(gè)粗略的補(bǔ)償校正,用于補(bǔ)償檢測(cè)元件的大偏移變化,并使用了可調(diào)的10位補(bǔ)償。在考慮溫度問(wèn)題時(shí),傳感器接口也可以連接到內(nèi)部或外部溫度傳感器。
不過(guò),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(gè)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(shí)完成精確的10位溫度測(cè)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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