传感器应用有效促进发动机排放和节能水平的提高 森萨塔电子技术 上海 有限公司技术经理赵国峰 概述 不断升级的法规推动汽车技术进步 欧V要求尾气颗粒减少到5mg km 欧VI要求NOx在欧V的基础上减少68 达到80mg km 为减少温室气体排放 达到东京协议的目标 欧盟决定到2012年注册的所有乘用车的平均CO2排放量应当不超过120g km 采取措施促使顾客购买省油车辆 修订指令1999 94 EC 并促使成员国根据车辆的CO2排放征税 当前的能源危机使得公众的节能环保意识不断提高 节能与减少CO2排放 增加使用柴油发动机车辆的比例 开发燃烧更为稀薄的GDI系统 引入HCCI CAI系统避免动力损失 采用变排量燃油泵系统采用变排量发动机油泵系统怠速控制优化其它系统 引入start stop系统引入变排量AC系统 减排节能与传感器的应用 减少排放DieselNOx PM高压共轨系统 Sensata CRPandPossibleP Tsensors DPS降低CO2排放浓度稀薄燃烧GDI系统 Sensata GDIsensorsHCCI和CAI系统 Sensata CPSandCPOS节约动力EKP系统的应用压力传感器对发动机怠速控制的优化 共轨压力 温度传感器的应用 共轨系统与其它系统最大的区别就是加压过程与喷射过程是彼此完全独立的 它对满足不同应用要求的喷射过程具有很强的适应性 是发展具有高动态反应性能的经济型发动机的基础 1高压泵 2高压油轨 3ECU 4喷油嘴 为了满足最少排放的最优燃烧 必须精确地喷射燃油 需要一个压力传感器实时检测油轨中燃油的压力 将来 温度测量功能会集成到压力传感器上用来监油轨中的测燃油温度以获得更好的控制效果 为了满足越来越高的排放标准 油轨压力有不断增加的趋势 目前 共轨系统的压力范围为160MPa 240MPa 将来会达到200MPa 300MPa 共轨系统中 每一次喷射过程的初期会出现压力波动 温度 压力和密度是影响波动幅度的主要原因 当一个喷射过程完成后 其产生的压力波动会影响下次喷射过程的燃油量 压力主要影响波形的相位 温度和密度则影响所喷的油量 喷射过程中燃油温度对喷油量的影响 喷射过程中油轨压力对喷油量的影响 利用燃油压力和温度信号 系统能够评估前一个喷油过程产生的影响 实时修正下一次喷射过程的喷射时间 使压力波对喷油量的影响得到补偿 Formationofpressurewaveduringtheinjectionscontrol 汽油机供油系统中的LFS EKP LFS EKP TypicalFuelSystem燃油泵始终保持恒速运行油管中的压力保持恒定多余的燃油经回油管返回油箱On DemandFuelSystem 压力传感器监测油箱与喷油系统之间油管中的压力传感器的压力信号用于控制可变速燃油泵油泵根据不同情况控制输送到油轨中的燃油量消除回油管 BenefitsofOn DemandFuelSystem 降低燃油泵动力消耗 从而减少燃油消耗 GM 0 2MPG 1 延长油泵寿命 50 100 improvementcitedbysomecustomers 极端驱动条件下保证充足的燃油供给 i e coldstart 可实施GDI系统 VW GM DCX 发动机中燃油变少可降低的蒸发排放 Ford 可实施动力消耗管理 Mercedes VAG BMW 监测过压峰值 基本上与汽油发动机供油系统相同 但是 柴油发动机供油系统总是有一个回油管 用于冷却润滑和目的 一些客户在回油管中应用压力传感器 柴油机供油系统中的LFS EKP 废气排放通道会随着捕集到颗粒的积聚而被渐渐堵塞 清除这些积聚颗粒的方法是在通道的某个位置或直接在尾气中注入额外的燃油来提高废气的温度 在捕集器中存在催化剂时 废气的高温足以使积聚的颗粒燃烧并气化 这个清洁过程被称为 再生 过程 这个过程中有一个问题 再生 过程太频繁 会增加耗油量 间隔太长 则会降低发动机性能 因而 选择合理的 再生 触发时刻显得非常重要 压差传感器DPS在柴油机系统中的应用 运行得很好的尾气处理系统 能够减少废气中的颗粒达70 90 数据来自 S Chatterjee和J Matterhey CatalyticEmissionControlforHeavyDutyDieselEngines 压差传感器可用于测量捕集器前后通道的尾气压力差 ECU根据该压力差判断捕集器中颗粒的积聚程度 决定 再生 触发时刻及额外燃料注入量 目的 实现燃烧闭环控制低排放实现HCCI增加动力 提高安全性燃油经济性降低噪音实时诊断喷射误差补偿发动机一致性补偿替代爆震传感器和曲轴位置传感器 TypicalCylinderPressureCurve 缸压传感器CPS CPOS在发动机中的应用 Drivers Tier2BIN5 EUVI MaindriverforOEMs Emissionlaws 基于缸压传感器CPS的应用正在上升短期 ImprovedCombustion VW Audi GM Toyota Nissan DCX CylinderBalancing FordUS 长期 HCCI VW Audi DCX Volvo GM Sensata缸压传感器第一个实现批量生产基于MSG技术的高精度 2 fullscale 传感器应用 减少动力消耗 怠速调节阀IACValve 怠速工况过多燃油损耗 空调系统只有开 关信号 怠速时排放过多冷却风扇 多速 温度传感器延时反应 不能随着空调负载变化而变化 监测空调冷媒压力 反馈至发动机ECU利用压力传感器 压力传感器作用 减少油耗 降低排放优化风扇运行降低发动机负载缓慢泄漏监测 压力开关缺点 发动机怠速对空调系统的动态调节 IdleAirControlValve PressureSensor Evaporator ExpansionValve Compressor Condenser PWM Multi SpeedCoolingFan APT Receiver 由于对于系统压力的上升不能实时响应 空调系统为压力开关的发动机在空调打开 压缩机开始运转 时迅速被拉低200 250转 而后ECU得到负荷发生变化后降转速拉升至900多转 而后逐渐的稳定在超过标准怠速50 100转的怠速转速上 而使用压力传感器后由于ECU会根据空调系统压力及时平衡发动机负载 在空调压缩机开始运转时只有极小的转速波动后迅速调整为正常怠速转速 由此可以看出 无论是空调系统是否打开 使用压力传感器都能控制发动机在较低的怠速转速下工作 其对整车降低油耗的作用也是显而易见的 液压助力转向系统中 基于压力传感器同样可实现类似的动态补气过程 优化发动机运行状态 提高节能效果 使用压力开关时 ECU必须按照最大的作用压力标定 转向过程中 怠速变化可达300rpm 450rpm 而压力传感器可以输出管路中的实时压力信息 使得ECU可以实时调节发动机进气 发动机怠速对动力转向的动态调节 Benefit 利用压力传感器的动力转向系统 在工作时可降低怠速平均达50rpm 根据车型的不同 可节约相当于2 10 的燃料 改善了发动机的驱动性能 需要进一步优化怠速控制系统的情况 减少飞轮质量 稀薄燃烧发动机 DI 较低的转速以满足排放法规的要求 Noise Vibration Harshness Switch Sensor 不同情况下压力开关与压力传感器的比较 谢谢