传感器在汽车发动机中的应用

【摘 要】在本文中，首先简单地介绍了传感器技术，展望了发动机用传感器的发展趋势，然后重点分析了传感器技术在汽车发动机中的应用，包括油粘度传感器、进气压力传感器和空气流量传感器，可以看到传感器技术在当今的汽车发动机特别是其中的电子控制单元扮演了重要的角色。

【关键词】传感器技术；汽车发动机；介绍；趋势；应用

引言

信息技术和电子技术的发展在很大程度上促进了汽车电子化智能化程度不断提高，传统中使用的完全的机械系统在解决一些和汽车功能要求紧密相关的问题时显现出了不足的地方，人们研制出新型的电子控制系统来对这些问题进行改善，也正是在这样的背景下，各式各样的传感器开始出现在当今的汽车工业中。

1、传感器技术背景

1.1 传感器技术介绍

传感器指的是能感受规定的被测量（包括物理量、化学量和生物量等），并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，一般由敏感元件（Sensing Element）和转换元件（Transduction Element）构成。随着信息科学与微电子技术。尤其是微机技术和网络通信技术的飞速发展，现代的传感器往往和微处理器、微型计算机及通信技术相结合，传感器的概念因而得以进一步的扩充（如智能传感器、无线传感器网络等）。

1.2 应用于汽车发动机中传感器技术的发展趋势

实现更低排放、噪声以及油耗的汽车发动机是整个汽车工业界发展的主要趋势，而汽车发动机中的电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）在这其中发挥着至关重要的作用，电子控制单元对整个汽车发动机进行电子化和智能化的控制。电子控制系统的建立是基于汽车发动机运行中各种信息数据的采集，这项工作就是由分布在发动机各个部分中的传感器完成的。

传统的中汽车发动机用传感器一般表现出体积大、可靠性低和精度不足等缺点。这在很大程度上限制了汽车发动机技术进一步的发展，由此可以预计的是，今后汽车发动机中应用的传感器会朝着将微型、集成度高、智能化的目标发展，同时还要具备较高的稳定性、可靠性以及鲁棒性：（1）微型化：汽车发动机中的电子控制单元的功能会越来越丰富，这就需要更多更先进的传感器为中心提供详细可靠的数据，所以对传感器体积控制的要求也就越来越高。现代新材料技术及其加工技术的发展（如MEMS技术），实现汽车发动机用微型传感器成为可能并得以广泛的应用（例如硅加速传感器、纳米磁敏传感器等）。这些新型传感器可以促进汽车发动机电子控制系统的成本并大幅提高系统性能；（2）高精度、高可靠性：石油资源的加速消耗和高居不下的汽车油价也对汽车发动机的发展提出更高的要求，人们致力于研发出大功率、低排放及低油耗的汽车发动机，实现这个目标需要高精度、可靠性的传感器作为技术保障，从而使得汽车发动机能够工作在最佳的状态状况；（3）智能化：信息科学技术和电子技术的进步，将数字信号处理引入到新型的传感器中，不同于传统中仅靠模拟信号和系统来完成单一的功能，智能化的传感器将采集到的模拟信号转换为数字信号，再由后端的微型计算机对数据进行处理和分析，这样整个系统的功能更加强大，而汽车发动机电子控制系统的操作也简单、人性化，同时可以实现很高程度的集成。

2 传感器技术在汽车发动机中的应用

2.1 油粘度传感器

汽车发动机中机油更换的频率通常参照生产厂家的规定或是汽车的里程数，当今的汽车工业界也有部分生产商采用新型的技术方法（例如记录发动机转速、温度等参量）计算汽车发动机油更换的周期。

英国的Lucas Varity公司（前Kelsey-Hayes公司）研制的压电振动式油粘度传感器，就可以协助用户来计算汽车发动机油更换的周期。这种传感器的工作原理与振动式粘度计相似，都是利用振子在受到粘滞阻尼时振动频率发生衰变的原理来进行工作，这样通过测量计算振子的相关物理参量，就可以得到粘度和密度的这些关心的数据。在这种压电振动式油粘度传感器中，引入了一种特殊的物质界面来改善传感器中敏感元件和被测量液体间的接触关系。该油粘度传感器的关键模块由压电转换器构成，其主要原理是，在这个模块的两端引入外加电压，则会发生相应的切向运动。再通过特殊的设备感知振荡器中产生的交变电压从而计算出整个敏感元件的谐振频率。敏感元件发生谐振时，其电阻阻值达到峰值，而被测量液体粘度的变化会使得这个最大值也进行改变，最后一个特殊的峰值检测电路把上述参量转化为电压信号，经过相应的处理后就可以得到想要测量的值。

2.2 进气压力传感器

进气压力传感器应用于汽车发动机中来控制喷油量的大小，整个汽车发动机种的基本喷油量数值的大小根据进气压力传感器的输出信号，再由发动机上止点处的传感器计算得企鹅车发动机转速信号和三维数值图而最终得到。进气压力传感器的主要组成部分包括压力传感器和混合集成电路信号放大电路。

进气压力传感器的工作原理如下，汽车发动机中的真空室和进气管的压力差形成应力，这个应力使得真空室与进气管间的硅片发生变形，从而其电阻的阻值也发生相应的变化，这样就可以测量出进气的压力。计算燃油喷射量时，通常采用空气流量计法。先进的进气压力传感器具有体积小、安装方便、可靠性高等特点，同时因为通道阻力较小，能够得到较高的输出信号。

2.3 空气流量传感器

空气流量传感器应用在汽车发动机中一般用来检测发动机进气量的大小。该传感器把进气量的数值转换为相应的电信号，然后电子控制单元获得数据进行分析计算喷油量以及发动机的点火时间。

应用于电喷汽车发动机系统上的空气流量传感器常见的类型包括体积流量型和质量流量型。而体积流量型传感器中又可以分为卡尔曼涡旋式、叶片式和量心式等，质量流量型传感器一般包括热线式和热膜式两种类型。质量流量型传感器的整体性能相对而言更为优秀，其成本也较为高。目前，市场上一些中高端的汽车发动机中都采用了热膜式空气质量流量传感器。

3.结束语

传感器作为整个电子控制系统中信息的感知“器官”，在汽车工业今后的发展中必定会发挥越来越大的作用，而随着微电子技术和信息科学技术的进一步发展，以其为基础的电子控制系统在汽车上发动机中的应用也会更加广泛，而汽车发动机传感器所带来的巨大的市场需求和利益驱动，也会促进汽车发动机传感器技术的不断改进和完善。

参考文献

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