让发动机更环保: 降低柴油机排放的传感器技术

2010-02-24 17:22:00来源: FCN

      减少二氧化碳排放是当今汽车领域最热门的话题。欧盟委员会最近宣布到2012年获得更安全更环保汽车的路线图。汽车消费者购买方式中的明显变化也证实,消费者想要能满足自己个人与专业需求的有最高燃料效能汽车。通过混合燃料技术等进展,汽车制造商正在推出降低二氧化碳排放的新款汽车。另外还有一些技术也致力于这一目标,如Blue Motion、Econetic和Efficient Dynamics。

  柴油发动机的污染率高于汽油动力汽车,这也是一个事实。尤其是,柴油微粒对人体有伤害,会造成肺部不适、癌症和心脏疾病。老式柴油发动机会排放出较大可见微粒,像黑烟一样,而新型发动机排放的微粒一般很小,无法用肉眼看到。

  为使这些排放更清洁,汽车制造商建立了柴油微粒过滤器(diesel particulate filters,DPF)。自1980年以来,这些过滤器已用于越野车,从1996年起用于某些普通汽车。现在DPF可以捕获低至2.5微米的柴油煤烟微粒,因此将微粒排放从60%降低到7%。DPF采用多孔陶瓷材料,最终会饱和,需要清洗和再生。作这种维护时需要将DPF加热到+600℃以上的排气温度。为了达到这种高于正常的温度,ECU(电控单元)会暂时延缓喷油,并限制吸气。这时传感器就成为关键的控制元件:通过用压力传感器测量过滤器上的压降,就可以确定开始再生过程的最有效时点。

接口实现

  以柴油过滤模块为例,我们在 DPF中安装了一个采用传统压敏电阻元件的压差传感器。这个传感器检查一个较小的压力范围,一般为0至15psi。一只传感器接口IC(如Melexis 公司的MLC90320 CMOS模拟传感器接口)连接在传感器的输出端,构成一个阻性Wheatstone桥式电路。这个接口可将电阻的小变化电压(通常是数毫伏)转换为相当大的输出电压变动。采用这种结构,电路就能够比较过滤器前、后的压力信号(图1)。接口芯片对传感器的信号作放大和校正,将其变换为ECU能够识别的值。当 DPF饱和时,接口会探测到在过滤器前、后的信号之间有一较大的压力差。接口IC对这一差值作放大和补偿,传给ECU。这个过程可以使传感器接口控制检测元件与ECU之间的通信,保证过滤器的连续正常工作。

传感器接口

  在上述例子中,压敏电阻检测元件连接到传感器接口的输入端,它对信号作增益与偏移的补偿,以确定有经过良好校准的输出信号。此外,在不同的粗调阶段采用3位和10位数模转换器(DAC),这种特殊接口的输出架构中采用了另外一片10位DAC,能够对输出变化范围作精确的校准(图2)。

  

[1] [2]

关键字:柴油发动机  二氧化碳排放  DPF  ECU  传感器接口

编辑:Frank 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2010/0224/article_1728.html
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