讓發(fā)動(dòng)機更環(huán)保: 降低柴油機排放的傳感器技術(shù)

減少二氧化碳排放是當今汽車(chē)領(lǐng)域最熱門(mén)的話(huà)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(chē)的路線(xiàn)圖。汽車(chē)消費者購買(mǎi)方式中的明顯變化也證實(shí)，消費者想要能滿(mǎn)足自己個(gè)人與專(zhuān)業(yè)需求的有最高燃料效能汽車(chē)。通過(guò)混合燃料技術(shù)等進(jìn)展，汽車(chē)制造商正在推出降低二氧化碳排放的新款汽車(chē)。另外還有一些技術(shù)也致力于這一目標，如Blue Motion、Econetic和Efficient Dynamics。

　　柴油發(fā)動(dòng)機的污染率高于汽油動(dòng)力汽車(chē)，這也是一個(gè)事實(shí)。尤其是，柴油微粒對人體有傷害，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(chē)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(chē)，從1996年起用于某些普通汽車(chē)?，F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。作這種維護時(shí)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(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)。

接口實(shí)現

　　以柴油過(guò)濾模塊為例，我們在 DPF中安裝了一個(gè)采用傳統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（通常是數毫伏）轉換為相當大的輸出電壓變動(dòng)。采用這種結構，電路就能夠比較過(guò)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 DPF飽和時(shí)，接口會(huì )探測到在過(guò)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(gè)過(guò)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(guò)濾器的連續正常工作。

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(guò)良好校準的輸出信號。此外，在不同的粗調階段采用3位和10位數模轉換器（DAC），這種特殊接口的輸出架構中采用了另外一片10位DAC，能夠對輸出變化范圍作精確的校準（圖2）。