使用压力传感技术让污染物排放最小化

使用压力传感技术让污染物排放最小化

召回行动对汽车行业有着意味深长对影响。汽车制造商也在追求如何挽救受损的企业品牌形象和高成本的损失。而另一方面,汽车主的反应是愤怒和不确定的。近年来,关于操纵排放量这类特别重大且轰动的丑闻正在不断的被发掘。政策不断通过新的测试流程来回应这类丑闻所产生的负面影响。

在过去两年内,汽车工业真正引发了召回危机。在美国,2015年一整年,美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)下令召回5100万的车辆。这个数字远远超过同一年的汽车销售数量,尽管如此所召回的车辆并非所有都和被操纵的尾气排放指数有关。这其中有1100万量汽车涉及大众这个汽车制造商所深陷的“Diesel Gate“丑闻。这其中所涉及的损失是巨大的。

成本压力和日益复杂的车辆内部系统,与高度敏感性的错误和产生的召回行动有关。这种挑战主要通过改进和更可靠的控制系统而满足 – 包括制造商和供应商,以及政府方面负责法律规范监督的机构。因此高规格的测量设备是必要的,它可以在各种条件下提供最精确的结果,从而确保最佳的标准资格(或资格后审)。从此,一个主要的积压需求被打开了。

最好的压力测量技术为最好的内燃机而设计

在燃烧发动机的开发过程中,安装高精度的压力变送器是必需的,这可以对燃烧期间做充分的分析,促进对气缸压力的精确测量,以及进气和排气压力过程的测量。因此绝对压力传感器(气体交换)和高压压力传感器(喷射压力测量)都必须是最高等级,因为,在后面的特定案例中,最小化污染物的潜力是巨大的。在这方面,汽油发动机中的污染微粒可以通过增加注入压力而降低。一些发动机供应商已经着手增加注入压力至350bar,或者甚至更高。

正在研发中的移动化排放测量

“新欧洲行驶循环(NEDC)”作为新的标准,目前正在由国家监管机构尾气的排放进行新标准测量。然而正如我们所设想的一样,测试过程为那些汽车制造厂商提供了足够的空间去影响测量结果,从而可以更好的去优化自己的产品优势,因为汽车的测试过程只是在测试设备中进行,而不是在现实的实际应用场景中。

当操纵排放的丑闻被公布于众,欧盟专家委员会在2015年5月决定,排放测试将从2017年后,必须在实际行驶条件下进行测试 – 被称为真实环境的驾驶排放(RDE)。实验室设备的常规化检查将能够支持,在测试过程中可以预防使用断路装置。测试的车辆将在一个开放的轨道上进行检查,从而可以进行各类可变条件下的测试。此外,随机制动和加速程序也将纳入测试项目。

挑战新的机遇-采用模块化的压力传感器解决方案

真实环境驾驶排放(RDE)的过程显然对汽车制造厂商的技术部署做到了明显的挑战。在优化过的内燃机排放指数中,最初的重点落在了绝对和相对压力测量上。考虑到新的测量程序,这些都需要在广泛的温度范围内可靠地运行。无论是在深冬或夏季的高度,测量值必须绝对可靠,以反映最真实的排放指数。事实证明,在高压环境下操作可以有效的减少排放指数。出于这个原因,高压力环境也必须可以进行测试。事实上压力传感技术在移动场景中可以达到无故障运行。

标准的解决方案其实是无法实现这些目标。甚至这些目标就是问题的一部分。个体的挑战需要定制化解决方案。还需要有精确,以及足够灵活性,并能够在不同场景中可靠地运行的仪器。只有遵循这样的原理才可以更好的达到成本和精度之间的效率最大化。很显然,模块化系统会是这种情况下的最佳理想。在与汽车制造商的协调过程中,定制化方案可以适应个体需求,从而提供高度可靠的结果。这是在新发动机的研发过程中一个特别的优势,因为定制化可以既直接亦迅速的进行。

近30年以来 – 我们的客户一直在做日常的测量工作。作为为客户提供模块化测量系统的领先制造商,我们可以在短期内提供量身定制的压力测量方案,并且与汽车制造商进入无缝链接的合作模式。从传感测量的角度来看,我们认为,在节能环保发动机的开发过程中,并不存在阻碍创新以及在真实环境的实际条件下测试的各类障碍。

将增压压力映射到小型涡轮发动机上是成功的关键

将增压压力映射到小型涡轮发动机上是成功的关键

为了满足世界各地越来越严格的排放法规,OEM厂商正转向小型的火花点火内燃机。虽然这些小型发动机消耗的燃料更少,排放也明显更低,但它们需要增压进气系统才能达到驾驶者期望的现代乘用车的性能。

这些小型涡轮发动机的驾驶性能必须至少等于他们的自然吸气等量的性能。这需要在发动机低速时充分增压,而不需要在高速时耗尽蒸汽,这只能通过一个复杂的增压控制系统来实现。

这些强制增压内燃机的主要问题是精确控制在不同增压压力下接近化学计量值的空气燃料比。低速时,这些发动机在中等到高负荷下容易发生爆震。

现代压力控制系统

控制涡轮侧旁路是增压控制的最简单形式。

一旦达到特定的增压压力,部分废气流就会通过旁路绕过涡轮。弹簧加载膜片通常操作废液门,根据增压压力开启或关闭旁路。

近来,制造商已经转向改变涡轮形状来调节增压压力。这种可变的几何形状允许涡轮流动截面的变化,以匹配发动机的运行参数。

在发动机低转速时,通过关闭导叶来减小流动截面。增压压力和发动机扭矩增加的结果更高的压降之间的涡轮进口和出口。在从低速加速时,叶片打开并适应相应的发动机要求。

通过调节每个工作点的涡轮流动截面,可以优化废气能量,从而使涡轮增压器的效率和发动机的效率都高于旁路控制。

今天,电子增压调节系统越来越多地应用于现代火花点火汽油发动机。与只能作为满载压力限制器的纯气动控制相比,灵活的增压压力控制可以实现最佳的部分负载增压压力设置。

叶片的操作受到可调控制压力,而不是增压的影响。

仿真降低了生产和研发成本

面对过多的复杂变量,制造商在设计和测试阶段转向了仿真。

小型化涡轮增压发动机需要克服的一个重大障碍是,离心式压缩机在高增压压力下稳定运行的范围太窄。

建立有效的仿真模型的唯一方法是通过广泛的实地测试。这种试验主要是在气候实验室的发动机测功器上进行的。

在大开和部分节气门时,会记录以下压力信息:

  • 进气歧管压力
  • 增压
  • 气压

当然,所有这些都与发动机温度(冷却液和油)集成,以获得发动机在整个发动机转速范围内的性能表现。

在测试过程中,工程师注意到任何性能异常都是很重要的,因为特定发动机转速下的排气脉冲等事件可能会产生驻波,从而在某个临界频率激发叶轮,从而降低涡轮的寿命,甚至导致灾难性故障。

因此,压缩机和涡轮的压力测量性能对于建立精确的外推模型进行仿真是至关重要的。

一个好的仿真工具在压力测试完成后可以节省OEM厂商在测功机和道路测试中的时间和金钱。

起落架液压测试

起落架液压测试

想象一下,你正在驾驶者自己的飞机,巡航在美好的一天当中。

此时你正接近机场跑道并打开起落架的液压装置开关,进行着陆准备。突然,出现一个低压警报,起落架将无法正常打开。此时此刻你危在旦夕!在你急促的呼吸下的可能会对设计该液压系统对工程师颇有微词。其实,我们就是被抱怨的工程师,那位想象出来的飞行员是我们的客户。他们应该有一个可靠和完美的着陆,不是吗?因此,这极其考验我们所设计的液压系统,但该如何设计呢?我们需要全面的从细节,配件和设计做详细的计划。然而,至少有一点可以通过我们的努力而保证,那就是液压试验!我们将测试所有的细节,然后尝试损坏系统,并再次测试!所以很自然的,我们需要一个压力传感器在微调所有细节后,能够持续准确地记录液压系统中的情况。有一个传感器可以准确的做到这些要求,本文的其余部分,我们将一起探索STS高精度压力变送器ATM.1ST。

当我们开始开发液压压力测量方案,首先必须确定要收集的确切数据。大家都知道,在液压系统中“压力”是一个很宽泛的术语,并且自身而言几乎没有什么实际性质的意义。这里是指蓄能器压力,泵输出压力,调节器压力或者安全压力吗?这取决于你怎么理解,但幸运的是STS已经开发出一系列压力变送器,可在任何形式的子组件中收集数据。STS高精度压力变送器 ATM.1ST按照模块化和适应性的方法而设计。作为工程师,可以择优挑选传感器每个子组件的特性和功能,以确保每个部件都是完美适合应用环境,同时可以解决迎刃而解测试过程中遇到的问题。

现在让我们一起来拆解这些传感器模块。首先,我们可以为传感器选择几乎每一个部分的材料,以保证传感器的强度和耐久性。例如,基于爆破压力和一些对其他因素的承受力,可以选择由不锈钢或钛构成的壳体和换能器,并且也可以根据液压设置的特点来确定选择方案。

然而,我们的材料选择不限定于所述的壳体,也可以为传感器挑选密封材料。在这个模块中,可以选择的内容包括氟橡胶,三元乙丙橡胶,全氟醚橡胶和丁腈橡胶。自然而言,液压流体将贯穿整个起落架系统;因此,一旦我们确定密封材料,就可以保证与贯穿整个系统功能的流体之间有最佳的交互。另一个在测试设置中需要保持一致的因素是压力传感器的总体精度。幸运的是,STS的 ATM.1ST产品线的高精度传感器充分体现了产品在这方面的特点。并且通过0.25%,0.1%和0.05%FS充分确保数据收集在整个测试过程中是既准确又相一致。

最后两个模块的选择是有关起落架测试过程中的电气工艺连接。在电气的世界,我们可以选择FEP,PUR和PE线,以及各种不同的连接器。针对连接的过程,我们谨慎并且周到的提供了各种类型的隔膜,DIN等。虽然不同组合的绝对数量似乎远远的超过其表面价值,但是它们所组装出的压力传感器保证了测试环境可以在一个正常的情况下完成。

现在,让我们回到起落架测试中。当开发和测试液压系统时候,实现完美的起落架操作将需要系统内的几个不同位置的数据参数。如上所述,我们有一个累加器,可以充当各种各样的阻尼装置来平滑系统中的压力变量。当然,我们的工程师需要明确的知道这些变量属性。因此,这似乎是一个测试传感器的最佳位置!

在维持压力方面,校准器正好属于这个范畴之内。由于存在阀门的打开和关闭或系统中的任何不规则性所导致的压力波动,校准器可以确保系统压力保持在规定范围之内。再强调一次,这是另一个起落架开发过程中,值得关注的重要组件,我们现在有足够的资源为起落系统选择一个完全定制的压力传感器,这个目标通过精确的测量和安装便捷的电气连接器来实现。

做一下总结,我们的任务是通过严格的测试课程,以建立一个可靠的起落架系统。然而,这种原理的液压系统中组件和传感器的潜在位置是极其多样化的。值得庆幸的是,STS已经研发出了 ATM.1ST 压力传感器,可以让我们对传感器几乎所有的方面,有着近乎绝对的控制;包括材料,准确性,密封,和电气连接器。长话短说女士们,先生们,这种高精度的传感器,使我们能够设计一个精简和可靠的测试过程,其中我们的测试传感器是配合安装,而并不是去控制安装。

GDI发动机面临着减少颗粒排放和提高性能的压力

GDI发动机面临着减少颗粒排放和提高性能的压力

到2025年,预计将有4000万台汽油直喷式(GDI)发动机售出,但令人惊讶的是,这些发动机排放的有害细颗粒物比燃油喷射(PFI)发动机,甚至比配备微粒过滤器的最新重型柴油都要多。

市场的潜在增长意味着GDI的微粒排放,尽管与未经过滤的柴油相比较低,但现在正受到监管机构和制造商的密切关注。

为了减少有害排放和提高整体性能,工程师们正在研究新的燃烧设计和工程概念,包括提高燃料压力、替代燃料和尾气排放控制等。

福特迪尔伯恩研发创新中心的化学工程和排放技术负责人Matti Maricq表示,将燃料直接注入汽缸,可以实现清洁燃烧,减少燃料浪费,并提供更大的动力。

在这个过程中,汽油被直接喷在燃烧室最热的地方(而不是在进气口),可更彻底,均匀和稀薄的燃烧。

更清洁的燃烧GDIs释放有害的微粒

但由于燃料不完全挥发、部分富油区以及活塞和气缸表面的“润湿”,GDI发动机会产生不必要的颗粒物。大多数排放通常发生在冷启动和预热阶段的高负荷瞬态条件下,但这可能会根据负载、驱动循环阶段和驾驶员需求而变化。

虽然“环保”批评人士仍对所谓的“发动机管理”方法持怀疑态度,认为与排气过滤器相比,这些方法并不可靠,但大多数OEM厂商和零部件供应商预计,燃烧设计和工程变革将更具成本效益,而且同样有效。

目前的发展表明,更高的燃油压力(可能达到40MPa)以及新的超精密喷油器将极大地改善未来的GDI系统。为了进一步优化系统,工程师们还将继续改进喷油器的定时、匹配、计量和雾化。

SAE最近发布的一项研究表明,燃油系统压力的增加可以改善混合气的均匀性,减少叶尖扩散火焰,从而显著降低GDi发动机均匀燃烧时的颗粒物排放。

此外,在燃料压力为20 MPa至40 MPa时,进气电荷运动增强,颗粒物排放进一步减少。

从燃烧数据可以看出,燃油压力的增加对减少燃烧排放、提高燃油消耗有显著影响。

然而,对于GDI系统来说,在设计和测试阶段正确测量共轨(CR)内燃料的压力是非常重要的,这样ECU就可以相应地进行映射。

CR燃料压力的测量是降低颗粒物排放的关键

直接喷射压力是用传感器测量的,信号用来确定泵的转速或体积。

大多数直接喷射系统在系统的低侧使用压阻式压力传感器。当施加压力时,硅晶片元件产生可测量的电压,随着压力的增加而增加。

在高压侧,传感器通常在电阻桥上使用金属薄膜。当施加压力时,电桥产生电阻的变化,从而导致施加电压的变化。电子控制模块(ECM)将电压转换为计算压力,一般在±2%的精度范围内。

为了保持适当的压力,ECM脉冲低压泵。该系统通常有一个调节器,没有回路。一些系统甚至在线路中集成了温度传感器,用于计算燃料的密度,这样燃料的修整就可以根据燃料中的能量量进行调整。

为了确保精确测量线路压力,重要的是要使用高精度压力传感器来绘制所有发动机和负载条件下CR内的压力。这一过程中的任何错误都可能导致CR压力的不正确调节,从而导致严重的异常,如当高负荷增加燃油供给时,CR平均压力超过喷油器设计压力时,就会产生汽缸清洗。

此外,随着协调驾驶循环的引入,OEM将面临新的压力,以满足监管机构设定的排放目标,而GDI火花点火发动机将处于新一代绿色技术的前沿。然而,为了满足即将出台的法规,这项技术需要减少颗粒物排放,主要是通过对CR燃料压力的精确控制。

轮胎制造过程中的压力测量技术

轮胎制造过程中的压力测量技术

每年,全球制造的轮胎超过10亿只。 因此,这是天然橡胶最大的消费项目。为了使这种天然材料成形且具有耐久性,高压和高温是必要的。只要用对了技术,轮胎制造毫无压力。

那些认为轮胎制造只是一个简单的过程,只需将原料变成圆形是错误的。 在现代轮胎生产中,许多单独的部件结合在一起,保障驾驶人舒适性和安全性。

轮胎制造

轮胎的原材料的制造因生产商而异,也会因为轮胎的类型不同而有所变化。 在这里可以使用超过40种不同的原料,包括天然橡胶,炭黑,硫磺等。 各种材料在极高的温度下糅合在一起, 然后将该混合物的长度拉伸并在冷却时进一步加工。

 使用该混合物制作轮胎的各个层。 这里也会使用其他材料,例如轮胎中橡胶覆盖的钢网,这层钢网用来稳定轮胎并增加转弯力。 轮胎的其它部件包括胎体,胎圈,胎面,侧壁,填料和内衬也要使用这种混合物来制作。

轮胎的各个层在轮胎成型机中集合在一起。 这些版本被称为空白轮胎或“绿色轮胎”。

空白轮胎到成品轮胎

在下一步骤中,将空白轮胎插入硫化压机中。 在这一环节中,各个轮胎部件被硫化在一起,然后材料达到其所需的统一弹性。 为了实现硫化,将“空白轮胎”放入压力机中,在额定压力和高温下进行“烘焙”。

在这个过程中,橡胶囊从压机内部膨胀并在压力作用下被向外压入模具中。这就是轮胎轮廓的制作。这个环节的温度达到180℃,并且可能出现超过24巴的压力。名声卓著的各大轮胎制造商使用STS制造的 ATM 传感器监测这种吹塑压力。

仅使用高性能压力传感器进行硫化

由于高温、蒸汽和高压力的存在,制造轮胎的环境十分艰苦严苛。 因此需要一种压力变送器,它可以在高温下监测轮胎制造中产生的压力且经久耐用。这种情况必须要使用 ATM 系列的变送器。 它们的高精度、可靠性和出色的长期稳定性,以及其紧凑富有弹性的设计,为轮胎制造商高效作业提供了保证。尤其是,它们在测试和抗爆破压力中的杰出质量可避免在制造中出现高昂的停工期。 此外,这些压力变送器可以很轻松地在现场重新校准。