大家好，我是【廣州工控傳感★科技】傳感器事業部，張工。

近些年來有關降低汽油和柴油發動機排放和油耗的環境友好標準和出現的全球要求，需要創新性的燃燒方案，以便能夠對進氣濕度進行閉環監測。進氣濕度、溫度和壓力是發動機管理的三個關鍵參數。它允許用戶在污染物排放、油耗和發動機功率之間實時找到平衡點。

簡介

TRICAN進氣傳感器是由一種濕度、溫度和壓力組合的傳感器。現成傳感器一舉解決了汽車集成約束、性能和可靠問題。進氣口濕度控制表明，濕度比與最大壓力、發動機扭矩和氮氧化物排放成反比。
排放標準正逐年變得更加嚴格；如圖1所示，柴油發動機的氮氧化物排放須低于 80mg/km [1]。

進氣濕度控制是優化車輛空氣/燃油混合物協調并減少廢氣排放的關鍵技術之一。

設備描述

TRICAN進氣傳感器由塑料外殼、四針連接器和PCBA組成。濕度傳感器接觸通過 PTFE膜進入的氣流，PTFE膜允許濕的空氣進入傳感器，防止傳感器受到液體污染物或灰塵污染。
TRICAN傳感器，針對高濕度和高溫環境進行了優化。得益于濕度感應元件附近的加熱器，防污染能力增強，且冷凝后可快速回收。

濕度和溫度信號上采用信號調節階段可允許其傳遞數字輸出。壓力傳感器 ASIC 與傳感器微控制器通信。傳感器具有自我診斷功能，會發生像短路、開路或超出范圍這樣的診斷狀態。

傳感器輸出

TRICAN傳感器與另一個外部傳感器配合，支持系統級可信度診斷的雙向通信。其數字輸出按照J1939，可根據（CAN 幀）配置 CAN2.0。

TRICAN提供相對濕度、特定濕度和露點（如果需要）。并且還測量空氣溫度和進氣壓力，如圖4所示。

• 相對濕度 (RH) 是給定溫度下水蒸氣部分壓力與水的平衡蒸汽壓力之比。
• 特定濕度 (Sh) 是水蒸氣質量與潮濕氣塊的總質量之比。
• 露點 (DP) 是空氣冷卻從而變得充滿水蒸氣的必需溫度。進一步冷卻后，就會凝結成液態水。
• 就精度、魯棒性、響應和回收時間而言，在上下電極之間，夾著一薄層介電聚合物。介電容量與測量的濕度成正比。其在傳感器上的位置有助于冷凝后快速回收，同時，能夠有效防止污染物。

規范和性能

該傳感器通過自診斷功能提供數字輸出。其工作溫度范圍為-40°C至+105°C，濕度范圍為 0% 至 100%。三個TRICAN版本可滿足不同的電源：5V、12V和24V。

濕度傳感器特征

TRICAN 應用

TRICAN 傳感器適用于需要監控濕度、壓力和溫度且精度高和響應時間快的各種應用。主要應用包括：

柴油和汽油發動機管理

一個不爭的事實是，濕度會影響進氣密度，進而影響燃燒 [3、4]。EGR 回路會增加進氣的濕度。濕度、溫度和壓力傳感器可促進性能提升和油耗優化。它具有以下優點：

• 噴射調適
• 點火定時 調適
• 監控 EGR 冷凝以防止減少氣缸壽命
• 減少氮氧化物 排放
• EGR 回路控制 優化

天然氣發動機管理

在天然氣發動機中，最大可獲得功率是進氣濕度的函數。精益燃燒發動機中精確的空氣/燃油比至關重要。

相比傳統天然氣發動機，過量的空氣可降低燃燒溫度，進而使氮氧化物排放量減少一半。當氧氣過量時，燃燒效率更高，因為同樣量的燃油可產生更高的功率。

精益燃燒限值是濕度的函數，必須實時調適才能：

• 提高效率
• 減少氮氧化物排放、爆震和失火

實際氮氧化物

由于去除了上游的氮氧化物傳感器，實際氮氧化物估算中增添了高成本節約一項。主要優點之一是：即使在冷啟動條件下，TRICAN 的精度也很高。一半的行駛循環排放產生于冷啟動期間，而在此期間，至少 20 分鐘氮氧化物傳感器無法高效工作。在這些特定條件下，排放量最高，因此需要特定方案。

此外，如將進氣管的溫度和壓力傳感器換成 TRICAN 傳感器，則能進一步降低成本。

濕度對內燃機的影響

如上一節所述，進氣濕度在最大壓力 [2]、扭矩和污染物排放方面影響發動機效率。下一節會提到有關Renault K4M-700四缸汽油發動機的一項實驗研究，從中可以看出特定濕度對發動機扭矩和排放氣體的影響 [5、6]。

濕度對發動機扭矩的影響

由于燃燒速度降低，當特定濕度增加時，氣缸最大壓力會降低。如圖9所示，當特定濕度因最大壓力降低而從10g/kg增加至40g/kg時，發動機扭矩會降低 5.5%。對于特定濕度為 15g/kg 的情況，如果測量間隔為5g/kg，則發動機扭矩將下降1%。