宋 偉

（南京依維柯汽車有限公司產(chǎn)品工程部，江蘇 南京 211806）

壓差傳感器在柴油商用車上的應(yīng)用研究

宋 偉

（南京依維柯汽車有限公司產(chǎn)品工程部，江蘇 南京 211806）

壓差傳感器是為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制“再生”觸發(fā)時(shí)間需要而設(shè)計(jì)的一種傳感器。本文結(jié)合柴油商用車排放的特點(diǎn)，采用厚膜陶瓷電容式壓力傳感器為壓差傳感器，并應(yīng)用到柴油商用車上，取得了很好的效果。

壓差傳感器；柴油機(jī)；商用車

柴油機(jī)為了達(dá)到國Ⅴ、國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)要求，常用方法是在汽車尾氣排放部分安裝顆粒捕集器，捕捉尾氣中排放的顆粒物。但是，廢氣排放通道會(huì)隨著捕集到顆粒的積聚而被漸漸堵塞。清除這些積聚顆粒的方法是提高尾氣的溫度，促使催化劑反應(yīng)，從而使積聚的顆粒燃燒并氣化。這個(gè)清潔過程被稱為“再生”過程，如果“再生”過程太頻繁，會(huì)增加燃油消耗量；相反間隔太長(zhǎng)，則可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞或顆粒捕集器失效。因而，選擇合理的“再生”觸發(fā)時(shí)間是有效提升顆粒物捕集的關(guān)鍵。

壓差傳感器就是為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制“再生”觸發(fā)時(shí)刻需要而設(shè)計(jì)的一種傳感器。壓差傳感器是通過測(cè)量捕集器前后通道的壓力差，將壓力差信號(hào)送至ECU，ECU根據(jù)該壓力差判斷捕集器中顆粒的積聚程度，決定“再生”觸發(fā)時(shí)刻及額外燃料注入量。同時(shí)，ECU還可以通過控制EGR閥、電子節(jié)氣門的開度來提高尾氣溫度。顆粒捕集器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 壓差傳感器介紹

為了保護(hù)環(huán)境，減少大氣污染，中國預(yù)計(jì)2020年實(shí)施汽車國Ⅵ排放要求。為了保證以上排放法規(guī)的落實(shí)，國家環(huán)保部頒布了HJ437標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車車載診斷（OBD）系統(tǒng)的技術(shù)要求。法規(guī)中確認(rèn)了壓差傳感器的監(jiān)控要求、具體技術(shù)參數(shù)和出現(xiàn)故障所采取的措施等。強(qiáng)制要求壓差傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顆粒捕集器的前后端壓力，通過壓差值來判斷顆粒捕集器是否發(fā)生燒結(jié)或者堵塞，并通過其他溫度傳感器精確判斷產(chǎn)生原因。

圖1 顆粒捕集器結(jié)構(gòu)圖

基于厚膜陶瓷電容式壓力傳感器是凱維力科公司生產(chǎn)的一種壓差傳感器。其技術(shù)原理在于使用變隙式工作原理制成感壓元件，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。蓋板和膜片均為陶瓷制品（主要化學(xué)成分為Al2O3），通過厚膜絲網(wǎng)印刷工藝將鈀銀電極漿料（Pd-Ag電極）印刷在蓋板和膜片上；利用環(huán)形低溫玻璃將陶瓷蓋板和彈性膜片電極粘接成一體，經(jīng)烘干和高溫?zé)Y(jié)便形成了一個(gè)非充液空氣介質(zhì)的電容器，其電容量由電容面積和兩極間的間隙決定。電極初始間隙由燒結(jié)的玻璃體控制，當(dāng)感壓元件的彈性膜片受到外加壓力時(shí)，彈性膜片產(chǎn)生形變，使電極間隙減小，引起感壓元件電容量的變化，電容的變化量與壓力大小成比例。該壓差傳感器通過檢測(cè)感壓元件的電容值變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出至ECU，使ECU能夠?qū)崟r(shí)得知顆粒捕集器中顆粒捕捉情況，進(jìn)行處理。

圖2 厚膜陶瓷電容式壓力傳感器

2 壓差傳感器在商用車排放控制中的應(yīng)用

壓差傳感器的使用首先需要進(jìn)行標(biāo)定，一般使用整車內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定設(shè)備對(duì)壓差傳感器進(jìn)行標(biāo)定，壓差傳感器的標(biāo)定工作是整車OBD標(biāo)定的組成部分。本文選用南京依維柯公司的一款A(yù)50國Ⅴ排放的客車，對(duì)其壓差傳感器進(jìn)行相關(guān)標(biāo)定。其發(fā)動(dòng)機(jī)為2.8 L的SOFIM8140.43E5，最大功率為100 kW/3 600 r/min，后處理采用顆粒捕集器DPF。該車裝配的是凱維力科公司的PE604-5015型壓差傳感器，由發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元供5±0.25 V電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，測(cè)量范圍是相對(duì)大氣壓力0～1bar，測(cè)量信號(hào)輸出電壓范圍為0.5～4.5 V。工作溫度-30～135℃。其特性曲線如圖3所示。

首先根據(jù)車載診斷（OBD）系統(tǒng)法規(guī)描述的要求，對(duì)壓差傳感器相關(guān)故障進(jìn)行標(biāo)定，具體要求見表1。

圖3 壓差傳感器特性曲線

2.1 壓差傳感器的特性標(biāo)定

激活與壓差傳感器相對(duì)應(yīng)的ECU針腳，并根據(jù)壓差傳感器的特性曲線，標(biāo)定ECU軟件中壓差傳感器特性值，標(biāo)定后的曲線如圖4所示。

圖4 標(biāo)定后的壓差傳感器曲線

2.2 壓差傳感器OBD診斷功能的標(biāo)定

為了實(shí)現(xiàn)壓差傳感器對(duì)電源和對(duì)搭鐵短路故障的監(jiān)測(cè)，根據(jù)壓差傳感器的電氣特性，對(duì)傳感器的高/低閾值、故障確認(rèn)及治愈時(shí)間進(jìn)行了標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果見表2和表3。

表2 DPF移除和堵塞監(jiān)控條件

表3 DPF移除和堵塞故障確認(rèn)和治愈時(shí)間

2.3 壓差傳感器OBD診斷功能的驗(yàn)證

為保證以上標(biāo)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要按如下方法對(duì)標(biāo)整車進(jìn)行驗(yàn)證。

1）對(duì)電源短路故障的模擬：使用導(dǎo)線將壓差傳感器的信號(hào)端與供電端連通，3 s后DFC_PPMCatSRCMax故障報(bào)出，同時(shí)MIL燈（曲線1）點(diǎn)亮，空擋急加速和急減速過程中無限扭現(xiàn)象出現(xiàn)。具體如圖5所示。

圖5 對(duì)電源短路故障的模擬示例

2）對(duì)搭鐵短路故障的模擬：使用導(dǎo)線將壓差傳感器的信號(hào)端與搭鐵端連通，3 s后DFC_PPMCatSRCMin故障報(bào)出，同時(shí)MIL燈（曲線1）點(diǎn)亮，空擋急加速和急減速過程中無限扭現(xiàn)象出現(xiàn)。具體如圖6所示。

圖6 對(duì)搭鐵短路故障的模擬示例

2.4 標(biāo)定驗(yàn)證

采用整車在底盤測(cè)功機(jī)上運(yùn)行OBD循環(huán)的方式對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。樣車運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，壓差傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)DPF壓差的測(cè)量。DPF的壓差在標(biāo)定的限值之內(nèi)，壓差最小值為3.7 hPa，壓差最大值為244.2 hPa。在測(cè)試過程中未出現(xiàn)誤報(bào)DPF移除和DPF堵塞故障的現(xiàn)象。完成對(duì)壓差傳感器的標(biāo)定之后，將該傳感器裝車進(jìn)行驗(yàn)證。首先根據(jù)HJ437—2008《車載壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車車載診斷（OBD）系統(tǒng)技術(shù)要求》，在整車臺(tái)架上進(jìn)行8 h測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)任何問題。接著進(jìn)行15 000 km的一般公路和16 000 km的城市工況道路試驗(yàn)，全程顆粒捕集器可以自動(dòng)完成再生，無任何問題。證明該壓差傳感器可以完全滿足整車狀態(tài)的需求，為以后批量使用提供了有力的證明。

圖7 測(cè)試結(jié)果

3 總結(jié)

壓差傳感器直接決定了國Ⅴ汽車排放是否達(dá)標(biāo)?，F(xiàn)在中國市場(chǎng)的壓差傳感器仍然被國外公司所壟斷，80%的產(chǎn)品來自森薩塔公司、凱維力科公司和博世公司。本文針對(duì)商用柴油車的特點(diǎn)，介紹了壓差傳感器在該車上的應(yīng)用，特別是標(biāo)定過程，可以為類似車輛的壓差傳感器的使用提供參考。

［1］ 吳長(zhǎng)水，于世濤 ，楊時(shí)威，等.電控柴油機(jī)ECU軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2007（1）：48-51.

［2］ HJ473—2008，車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車車載診斷（OBD）系統(tǒng)技術(shù)要求［S］.

［3］ 萬桂芹，秦肖肖.DPF再生技術(shù)的分析和研究［J］.輕型汽車技術(shù)，2013（3）：5-9.

［4］ 張輝.轎車柴油機(jī)微粒捕集器工作過程數(shù)值模擬及再生控制策略研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2011.

The Application Study on Differential Pressure Sensor in Diesel Vehicle

SONG Wei
（Product Engineering Department， Nanjing Iveco Co.， Ltd.， Nanjing 211806， China）

The differential pressure sensor is a kind of sensor which is designed to realize the accurate control of the“regeneration” trigger time. Based on characteristics of diesel vehicle emission， thick coating ceramics capacitive pressure sensor is used， and the application on diesel vehicles is successful.

differential pressure sensor； diesel vehicle； commercial vehicle

U463.6

A

1003-8639（2017）12-0029-03

2017-05-15；

2017-10-27

宋偉（1984-），男，江蘇如皋人，工程師，主要從事動(dòng)力總成和新能源系統(tǒng)開發(fā)。

（編輯 凌 波）