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降低柴油機(jī)排放的傳感器技術(shù)

作者: 時間:2016-12-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
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(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)動機(jī)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(jī)會排放出較大可見微粒,像黑煙一樣,而新型發(fā)動機(jī)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?,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(hù)時需要將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。

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MLC90320CMOS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(圖1)。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)(圖2)。







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(圖3)。這樣可以將外接溫度傳感器盡量靠近壓力傳感器安裝。





可編程箝位

傳感器接口的另一個獨有性質(zhì)是它能夠在低輸出電平和高輸出電平時實現(xiàn)可編程箝位。箝位可確保傳感器探測最低和最高輸出電平的能力,并且ECU能夠檢查出傳感器的輸出是否在一個可接受范圍內(nèi)。此外,我們例子中的傳感器接口還集成了故障檢測,因此適用于一系列汽車應(yīng)用。當(dāng)它檢測到內(nèi)、外故障時,用此器件就能夠探測出檢測元件的不良連接。

如果芯片從傳感器收到一個不正確的輸入電平,如低于1.5V或高于3.5V,則可能有對地或電源的短路,IC將產(chǎn)生一個超出箝位電平范圍的輸出電平。ECU從而檢測出了該事件。這款專用接口IC能夠通過實際連接器對傳感器接口作編程。包含檢測元件和接口的模塊被裝在一個外殼內(nèi),只有應(yīng)用管腳連接到模塊的外面。沒必要增加其它的通信線,因為輸出腳既可以作模擬輸出腳,也可以作通信腳。通過短路檢測,IC就知道用戶正在請求管腳用于通信。為確保在短路時內(nèi)存參數(shù)不會發(fā)生變化,這個檢測基于一種特定的時序動作。此外,接口芯片包含一個鎖定EEPROM的選項,以避免意外地改變已校準(zhǔn)的器件。實際上,通過采用接口的輸出,我們可以與芯片通信,用用戶定義的特性校正EEPROM中的參數(shù)。

現(xiàn)有用于校準(zhǔn)接口的評估板。這些板包括了與接口通信所需全部硬件、伴隨軟件,以及生產(chǎn)軟件。生產(chǎn)軟件可以控制所有必需的生產(chǎn)設(shè)備,并與設(shè)備通信,以快速校準(zhǔn)數(shù)百件樣品。

結(jié)束語

傳感器接口在汽車中無處不在。它們將傳感器信號轉(zhuǎn)換為可讀的格式,并同時過濾掉干擾性外部成份,以確保發(fā)送準(zhǔn)確的信息。我們可在共軌系統(tǒng)(commonrail)、懸掛和變速系統(tǒng)以及HVAC應(yīng)用、噴油噴汽系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制、剎車防抱死系統(tǒng),以及汽車的很多其它地方發(fā)現(xiàn)各種類型的傳感器。它們應(yīng)用如此廣泛,人們幾乎可以它們忘掉。了解它們的性能,能夠促進(jìn)將這些不可替代的產(chǎn)品用于越來越多應(yīng)用中。


關(guān)鍵詞: 柴油機(jī)傳感器排

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