柴油與傳感器

降低柴油發動機排放的傳感器技術

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今汽車領域最熱門的話題。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需求的有最高燃料效能汽車。通過混合燃料技術等進展，汽車制造商正在推出降低二氧化碳排放的新款汽車。另外還有一些技術也致力于這一目標，如Blue Motion、Econetic和Efficient Dynamics。

　　柴油發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。老式柴油發動機會排放出較大可見微粒，像黑煙一樣，而新型發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。

降低柴油發動機排放的傳感器技術

　　接口實現

　　以柴油過濾模塊為例，我們在 DPF中安裝了一個采用傳統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（通常是數毫伏）轉換為相當大的輸出電壓變動。采用這種結構，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 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，以確定有經過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。

除了前端粗調增益級（front-end coarse gain stages）的兩個DAC以外，MLX90320傳感器接口的架構還在輸出級有一個額外的10位DAC，以保證精確校準

　　設備的架構可以容易地檢測出數毫伏的傳感器輸出，并獲得4V的精準輸出范圍。為確保接口芯片的順利補償調節，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部或外部溫度傳感器。

　　不過，如果應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。