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簡介 隨著汽車行業燃油經濟性的要求日益提高以及排放標準越來越嚴格，越來越多的系統應用到汽車當中，例如進氣/尾氣管理系統、燃油蒸汽管理系統、剎車助力系統、柴油顆粒濾清系統等。這些系統都需要借助壓力傳感器快速準確獲得的壓力信息來確定系統的狀態和下一步的動作。 邁來芯公司在壓力傳感器的研發和生產上積累了多年的經驗，其集成的壓力傳感器系列能夠根據客戶應用的要求提供不同工作模式、不同量程范圍的芯片。邁來芯將MEMS工藝和CMOS工藝集成到同一個芯片上，實現了從壓力傳感到信號處理整個流程的單芯片解決方案。 應用 本文主體部分針對幾種典型的應用進行了簡要介紹，并推薦了適合該應用的邁來芯相應的壓力傳感器芯片。 1. 進氣/尾氣管理系統 汽車引擎管理系統需要在適當的時間噴射適量的燃油到氣缸中，這樣可以使得燃油充分有效的燃燒，達到最佳的燃燒效率，減小污染。引擎管理器的ECU做決定是基于一系列的傳感器信號的，例如曲軸位置、凸輪軸位置、空氣流量、進氣歧管溫度、進氣歧管壓力等。其中進氣歧管壓力傳感器是一個工作在絕壓模式的壓力傳感器，ECU根據該壓力信號計算需要噴射的燃油量，使得燃燒過程獲得最佳的空燃比。MLX90808-1和MLX90810適合于這樣的應用(滿量程范圍為100KPa左右)，可以提供準確的進氣歧管壓力信息。有些車輛搭載了渦輪增壓系統，進氣歧管在渦輪增壓器之后，這會使進氣歧管中的壓強高達約400KPa。MLX90808-2可以用于帶有渦輪增壓系統的進氣歧管壓力檢測。為了減少氮氧化物的排放，有些車輛搭載了EGR(Exhaust Gas Recirculation, 廢氣再循環)系統。EGR系統將一小部分廢氣引入進氣歧管，由于廢氣具有惰性會延緩燃燒過程，燃燒速度將會放慢，燃燒最高溫度降低，燃燒室中的壓力形成過程放慢，從而減少氮氧化物的產生。由于廢氣溫度高并且含有多種有腐蝕性的物質，因此搭載了EGR系統的車輛對進氣歧管壓力傳感器提出了更高的介質兼容性要求。 圖1. 引擎管理系統示意圖 2. 燃油蒸汽管理系統 由于燃油的揮發是碳氫排放的主要原因之一，在美國一些州的法令中強制要求對汽車的燃油蒸汽進行管理。在加油站給汽車加油時燃油蒸汽會直接排放到大氣中，這樣既不環保又浪費了燃油。搭載燃油蒸汽管理系統汽車的油箱蒸汽通過分離閥經管道進入活性炭罐，活性炭罐中的活性炭多孔且表面積很大，可吸附大量燃油蒸汽分子。活性炭罐與引擎的進氣歧管相連，當引擎運轉在進氣沖程時時，活塞運動使進氣歧管產生低壓，在進氣歧管低壓吸力作用下，空氣從活性炭罐中經過，將活性炭罐中吸附的燃油蒸汽分子送入引擎燃燒，使之得到充分應用，活性炭罐中活性炭的吸附能力得到恢復。燃油蒸汽管理系統中需要微壓傳感器(表壓模式)來檢測燃油蒸汽是否有泄露，邁來芯公司的MLX90807-0適合這種微壓強(例如滿量程5KPa)的應用。 圖2. 燃油蒸汽管理系統示意圖 3. 剎車助力系統 真空剎車助力器是真空助力伺服制動系統的核心部件，利用引擎進氣歧管的真空和大氣壓的壓差進行剎車助力。如圖所示是一個真空助力器的示意圖，在剎車未踩下時，氣室膜片隔板將真空助力器分為的兩個腔是連通的，通過真空單向閥接到引擎的進氣歧管，兩個氣室均為真空。踩下剎車制動踏板時，氣室膜片隔板移動，空氣閥打開，真空閥關閉，氣室的前腔為真空，氣室的后腔與大氣相連。兩個腔之間的壓力差作用在氣室膜片隔板上，相當于增加了剎車制動力，制動力通過制動主缸推桿傳到制動主缸，實現剎車功能。 如果剎車助力系統出現漏氣現象，會造成在剎車時氣室前后腔的壓差很小甚至消失，剎車助力系統失效，造成制動距離增加，制動困難等。另外燃油直噴系統和起停系統的搭載使得汽車進氣歧管的真空度降低，就需要安裝真空泵提供真空來源以滿足剎車助力系統的要求。在上述兩種情況下都有必要增加一個壓力傳感器來監測氣室前后腔之間的壓力差是否合適，如有漏氣則應啟動相應的警告系統，如果真空度不夠則應通知ECU啟動真空泵提供額外的真空。MLX90809是一款專門針對該應用設計的壓力傳感器，可工作在100KPa滿量程的差壓/表壓模式，適合剎車助力系統的應用。 圖3. 剎車助力器示意圖 圖4. MLX90809芯片 4. 柴油尾氣濾清系統 由于柴油引擎的物理特性，其排放的廢氣中除了一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物以外還有一些微小的顆粒物，這些顆粒物是造成黑煙的主要原因。為了滿足排放要求，減少環境污染，越來越多的柴油引擎都搭載了柴油顆粒濾清系統(DPF, Diesel Particulate Filter)。柴油引擎燃燒產生的尾氣經過柴油顆粒濾清器時，濾清器的多孔系統會捕捉其中的顆粒，當柴油尾氣顆粒不斷在濾清器中累積就會造成濾清器飽和甚至堵塞，因此需要對濾清器進行再生。通過一個差壓傳感器檢測濾清器進氣口和出氣口之間的壓差，當壓差高于設定的閾值時認為濾清器達到飽和，ECU控制提高引擎溫度，引擎排放出高溫尾氣以燃燒存儲在濾清器中的顆粒，完成濾清器的再生。MLX90807-1可以測量40KPa到200KPa的差壓，適合該應用。由于尾氣溫度高，并且含有多種有腐蝕性的氣體和顆粒，需要考慮介質兼容性的問題。 圖5. 柴油顆粒濾清系統示意圖 5. 以天然氣/液化石油氣為燃料的系統 由于天然氣/液化石油氣價格相對便宜，排氣污染小，安全可靠，車輛改裝簡單，一些產天然氣/液化石油氣的國家和地區越來越多的使用天然氣/液化石油氣作為燃料。在保留原車供油系統的情況下，增加一套專用的天然氣/液化石油氣裝置，形成“雙燃料汽車”。壓縮天然氣/液化石油氣被儲存在鋼瓶中，通過減壓閥和壓力調節器將鋼瓶中的高壓燃氣送到燃燒室與空氣充分混合后燃燒為汽車提供動力。通過兩個壓力傳感器分別監測燃氣和進氣歧管中空氣的壓力可以更好的控制空燃比，達到最佳的燃燒狀態，提高燃料的經濟性，減少污染。MLX90808-2芯片可以工作于絕壓模式，測量400KPa滿量程的絕壓，適合于監測燃氣和進氣歧管的壓力。 邁來芯除了提供集成式的壓力傳感器以外還提供汽車等級的信號處理芯片，例如MLX90320、MLX90328，在一些高壓、惡劣介質的壓力環境可以考慮采用信號處理芯片跟陶瓷/金屬傳感頭配合使用的解決方案，例如空調冷媒壓力傳感器、機油壓力傳感器、變速箱壓力傳感器、剎車油壓傳感器、高壓共軌壓力傳感器等應用。 |
