傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

【摘 要】在本文中，首先簡(jiǎn)單地介紹了傳感器技術(shù)，展望了發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器的發(fā)展趨勢(shì)，然后重點(diǎn)分析了傳感器技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用，包括油粘度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器和空氣流量傳感器，可以看到傳感器技術(shù)在當(dāng)今的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特別是其中的電子控制單元扮演了重要的角色。

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù)；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；介紹；趨勢(shì)；應(yīng)用

引言

信息技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展在很大程度上促進(jìn)了汽車電子化智能化程度不斷提高，傳統(tǒng)中使用的完全的機(jī)械系統(tǒng)在解決一些和汽車功能要求緊密相關(guān)的問(wèn)題時(shí)顯現(xiàn)出了不足的地方，人們研制出新型的電子控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行改善，也正是在這樣的背景下，各式各樣的傳感器開始出現(xiàn)在當(dāng)今的汽車工業(yè)中。

1、傳感器技術(shù)背景

1.1 傳感器技術(shù)介紹

傳感器指的是能感受規(guī)定的被測(cè)量（包括物理量、化學(xué)量和生物量等），并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，一般由敏感元件（Sensing Element）和轉(zhuǎn)換元件（Transduction Element）構(gòu)成。隨著信息科學(xué)與微電子技術(shù)。尤其是微機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的傳感器往往和微處理器、微型計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)相結(jié)合，傳感器的概念因而得以進(jìn)一步的擴(kuò)充（如智能傳感器、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等）。

1.2 應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

實(shí)現(xiàn)更低排放、噪聲以及油耗的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是整個(gè)汽車工業(yè)界發(fā)展的主要趨勢(shì)，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）在這其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，電子控制單元對(duì)整個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行電子化和智能化的控制。電子控制系統(tǒng)的建立是基于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中各種信息數(shù)據(jù)的采集，這項(xiàng)工作就是由分布在發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部分中的傳感器完成的。

傳統(tǒng)的中汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器一般表現(xiàn)出體積大、可靠性低和精度不足等缺點(diǎn)。這在很大程度上限制了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，由此可以預(yù)計(jì)的是，今后汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用的傳感器會(huì)朝著將微型、集成度高、智能化的目標(biāo)發(fā)展，同時(shí)還要具備較高的穩(wěn)定性、可靠性以及魯棒性：（1）微型化：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的電子控制單元的功能會(huì)越來(lái)越豐富，這就需要更多更先進(jìn)的傳感器為中心提供詳細(xì)可靠的數(shù)據(jù)，所以對(duì)傳感器體積控制的要求也就越來(lái)越高。現(xiàn)代新材料技術(shù)及其加工技術(shù)的發(fā)展（如MEMS技術(shù)），實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用微型傳感器成為可能并得以廣泛的應(yīng)用（例如硅加速傳感器、納米磁敏傳感器等）。這些新型傳感器可以促進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的成本并大幅提高系統(tǒng)性能；（2）高精度、高可靠性：石油資源的加速消耗和高居不下的汽車油價(jià)也對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展提出更高的要求，人們致力于研發(fā)出大功率、低排放及低油耗的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)需要高精度、可靠性的傳感器作為技術(shù)保障，從而使得汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作在最佳的狀態(tài)狀況；（3）智能化：信息科學(xué)技術(shù)和電子技術(shù)的進(jìn)步，將數(shù)字信號(hào)處理引入到新型的傳感器中，不同于傳統(tǒng)中僅靠模擬信號(hào)和系統(tǒng)來(lái)完成單一的功能，智能化的傳感器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由后端的微型計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，這樣整個(gè)系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的操作也簡(jiǎn)單、人性化，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)很高程度的集成。

2 傳感器技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

2.1 油粘度傳感器

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中機(jī)油更換的頻率通常參照生產(chǎn)廠家的規(guī)定或是汽車的里程數(shù)，當(dāng)今的汽車工業(yè)界也有部分生產(chǎn)商采用新型的技術(shù)方法（例如記錄發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度等參量）計(jì)算汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油更換的周期。

英國(guó)的Lucas Varity公司（前Kelsey-Hayes公司）研制的壓電振動(dòng)式油粘度傳感器，就可以協(xié)助用戶來(lái)計(jì)算汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油更換的周期。這種傳感器的工作原理與振動(dòng)式粘度計(jì)相似，都是利用振子在受到粘滯阻尼時(shí)振動(dòng)頻率發(fā)生衰變的原理來(lái)進(jìn)行工作，這樣通過(guò)測(cè)量計(jì)算振子的相關(guān)物理參量，就可以得到粘度和密度的這些關(guān)心的數(shù)據(jù)。在這種壓電振動(dòng)式油粘度傳感器中，引入了一種特殊的物質(zhì)界面來(lái)改善傳感器中敏感元件和被測(cè)量液體間的接觸關(guān)系。該油粘度傳感器的關(guān)鍵模塊由壓電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，其主要原理是，在這個(gè)模塊的兩端引入外加電壓，則會(huì)發(fā)生相應(yīng)的切向運(yùn)動(dòng)。再通過(guò)特殊的設(shè)備感知振蕩器中產(chǎn)生的交變電壓從而計(jì)算出整個(gè)敏感元件的諧振頻率。敏感元件發(fā)生諧振時(shí)，其電阻阻值達(dá)到峰值，而被測(cè)量液體粘度的變化會(huì)使得這個(gè)最大值也進(jìn)行改變，最后一個(gè)特殊的峰值檢測(cè)電路把上述參量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后就可以得到想要測(cè)量的值。

2.2 進(jìn)氣壓力傳感器

進(jìn)氣壓力傳感器應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中來(lái)控制噴油量的大小，整個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)種的基本噴油量數(shù)值的大小根據(jù)進(jìn)氣壓力傳感器的輸出信號(hào)，再由發(fā)動(dòng)機(jī)上止點(diǎn)處的傳感器計(jì)算得企鵝車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和三維數(shù)值圖而最終得到。進(jìn)氣壓力傳感器的主要組成部分包括壓力傳感器和混合集成電路信號(hào)放大電路。

進(jìn)氣壓力傳感器的工作原理如下，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的真空室和進(jìn)氣管的壓力差形成應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力使得真空室與進(jìn)氣管間的硅片發(fā)生變形，從而其電阻的阻值也發(fā)生相應(yīng)的變化，這樣就可以測(cè)量出進(jìn)氣的壓力。計(jì)算燃油噴射量時(shí)，通常采用空氣流量計(jì)法。先進(jìn)的進(jìn)氣壓力傳感器具有體積小、安裝方便、可靠性高等特點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)橥ǖ雷枇^小，能夠得到較高的輸出信號(hào)。

2.3 空氣流量傳感器

空氣流量傳感器應(yīng)用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中一般用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的大小。該傳感器把進(jìn)氣量的數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，然后電子控制單元獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算噴油量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間。

應(yīng)用于電噴汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上的空氣流量傳感器常見的類型包括體積流量型和質(zhì)量流量型。而體積流量型傳感器中又可以分為卡爾曼渦旋式、葉片式和量心式等，質(zhì)量流量型傳感器一般包括熱線式和熱膜式兩種類型。質(zhì)量流量型傳感器的整體性能相對(duì)而言更為優(yōu)秀，其成本也較為高。目前，市場(chǎng)上一些中高端的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中都采用了熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器。

3.結(jié)束語(yǔ)

傳感器作為整個(gè)電子控制系統(tǒng)中信息的感知“器官”，在汽車工業(yè)今后的發(fā)展中必定會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用，而隨著微電子技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以其為基礎(chǔ)的電子控制系統(tǒng)在汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器所帶來(lái)的巨大的市場(chǎng)需求和利益驅(qū)動(dòng)，也會(huì)促進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善。

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