汽油發(fā)動(dòng)機的傳感器全面介紹
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今天，傳感器已是無(wú)處不大。在動(dòng)力系統中，有用來(lái)測定各種流體溫度和壓力(如進(jìn)氣溫度、氣道壓力、冷卻水溫和燃油噴射壓力等)的傳感器；有用來(lái)確定各部分速度和位置的傳感器(如車(chē)速、節氣門(mén)開(kāi)度、凸輪軸、曲軸、變速器的角度和速度、排氣再循環(huán)閥(EGR)的位置等)；還有用于測量發(fā)動(dòng)機負荷、爆震、斷火及廢氣中含氧量的傳感器；確定座椅位置的傳感器；在防抱死制動(dòng)系統和懸架控制裝置中測定車(chē)輪轉速、路面高差和輪胎氣壓的傳感器；保護前排乘員的氣囊，不僅需要較多的碰撞傳感器和加速度傳感器，還需要乘員位置、體重等傳感器來(lái)保證其及時(shí)和準確的工作。
面對制造商提供的側量、頂置式氣囊以及更精巧的側置頭部氣囊，還要增加傳感器。隨著(zhù)研究人員用防撞傳感器(測距雷達或其他測距傳感器)來(lái)判斷和控制汽車(chē)的側向加速度、每個(gè)車(chē)輪的瞬時(shí)速度及所需的轉矩，使制動(dòng)系統成為汽車(chē)穩定性控制系統的一個(gè)組成部分。
總之，老式的油壓傳感器和水溫傳感器是彼此獨立的，由于有著(zhù)明確的最大值或最小值的限定，其中一些傳感器的實(shí)際作用就相當于開(kāi)關(guān)。隨著(zhù)傳感器向電子化和數字化方向發(fā)展，它們的輸出值將得到更多的相關(guān)利用。為此，制造商們正在開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)更好的傳感器。下面介紹一些一些這方面的新產(chǎn)品。
離子檢測系統
三菱(Mitsubishi電子公司)正在開(kāi)發(fā)一種車(chē)用離子檢測系統。這個(gè)系統能夠通過(guò)檢測離子來(lái)監控發(fā)動(dòng)機每個(gè)氣缸的燃燒情況。當可燃混合氣持續燃燒時(shí)，在燃燒峰面附近就會(huì )發(fā)生電離現象。把一個(gè)帶偏壓的測頭放入氣缸，就可以測出與電離狀況相關(guān)的離子流。
這個(gè)能反映發(fā)動(dòng)機各種燃燒狀況的信息控制系統由帶測頭的火花塞、裝有測試附件的點(diǎn)火線(xiàn)圈及一套處理離子流信號的電子模塊構成，它可以判別每個(gè)缸的點(diǎn)火、燃燒及爆震情況。進(jìn)一步的功能將是對發(fā)動(dòng)機的混合氣狀況加以監控，即根據離子流所顯示的燃燒情況來(lái)控制每個(gè)缸的空燃比。
快速起動(dòng)的氧傳感器
冷車(chē)運轉時(shí)的發(fā)動(dòng)機所排放的CO和HC是最多的，這就要求氧傳感器盡快起動(dòng)進(jìn)入閉環(huán)控制狀態(tài)。NGK火花塞有限公司研制出一種新型氧傳感器，它能在15s內達到閉環(huán)控制。通過(guò)縮小加熱區和降低阻抗，改進(jìn)了傳感器的加熱裝置。由于采用新材料和新的溫控系統，使加熱器的壽命與現有類(lèi)型相近，改善了低溫特性。
側滑傳感器
博世公司開(kāi)發(fā)一種雙向傳感器，它是由采用壓電晶體的線(xiàn)性加速度計組合而成。這樣的組合更有利于傳感器的設置、信號處理和封裝。這種傳感器有兩個(gè)經(jīng)過(guò)顯微加工的信號發(fā)生器并各自對應著(zhù)所測加速度方向的基準面，對應于某個(gè)基準面的獨立信號就能測出相應的作用力。而很高的品質(zhì)因數Q值使傳感器的封裝可以在常壓下進(jìn)行。
壓電諧振式角速度傳感器
三菱電子公司開(kāi)發(fā)的這種傳感器為玻璃一硅一玻璃結構，其諧振部分是一個(gè)用浸蝕法制成的硅梁。通過(guò)外置振蕩器激發(fā)，其諧振頻率約為4KHz。梁的厚度與硅片相同，它的寬度和長(cháng)度通過(guò)浸蝕加工來(lái)決定。硅梁和玻璃支架的連接采用了真空下的陽(yáng)極焊接工藝，以確保其固有頻率變化很小。
角速度的變化可根據硅梁振動(dòng)頻率變化引起的梁兩側玻璃支架上金屬電極間的電容變化值測出。傳感器電路由電容電壓(C—V)轉換器和同步解調器構成。C—V轉換器是一個(gè)轉換電容的比較器(ASIC)。當測量范圍在±200°/s時(shí)，非線(xiàn)性為±1%。
高壓傳感器
Denso公司開(kāi)發(fā)一種浸入式高壓傳感器。這些傳感器可用來(lái)檢測機油、液壓系統、汽油以及空調制冷劑的壓力，如制動(dòng)器的液壓控制系統、怠速下的空調機壓縮器和動(dòng)力轉向泵、燃油控制系統、懸架控制系統以及自動(dòng)變速器中的液壓換擋系統。這些系統的壓力變化在2～20MPa，而傳感器可耐壓38MPa。
這種傳感器使用一種樹(shù)脂膠而不是通常使用的金屬和玻璃來(lái)封裝，以形成足夠大的油分子通道，實(shí)現了外型和元件間封尺寸的優(yōu)化設計。包括壓力感應元件和放大電路在內的所有元件都集中在一塊芯片上。
直熱式檢測裝置
GM研發(fā)中心正在試驗使用一種直熱式檢測系統來(lái)抑制后排末成年人座椅(RFIS)處的側量氣囊展開(kāi)。將乘員席表面的溫度與駕駛員座椅表現溫度加以對比，若兩者不同且與預定值差異較大，則氣囊的展開(kāi)就會(huì )受到抑制。乘員席的溫度由安置在座椅表面的熱敏電阻來(lái)測定，可采用直熱式或非直熱式熱敏電阻。
實(shí)際上這種抑制系統可采用多種檢測方式，當直熱式探測器的工作不夠可靠時(shí)，可采用其他方式來(lái)提高該系統的可靠性。曾有人建議配置別的傳感器，如測量體重、電容、振動(dòng)，使用超聲波、微波、光學(xué)及紅外線(xiàn)等。還有人建議為一個(gè)抑制系統配置多種檢測裝置，使其工作更加可靠。
機油粘度傳感器
何時(shí)更換機油一般是根據廠(chǎng)家規定的時(shí)間或里程來(lái)進(jìn)行。少數廠(chǎng)家采用了更先進(jìn)的方式，通過(guò)記錄發(fā)動(dòng)機轉速和溫度來(lái)計算換油間隔。Lucas Varity公司正在研制一種壓電振動(dòng)式粘度傳感器，其工作原理與振動(dòng)式粘度計相近——振子(球型、片狀或棒式)在受到粘滯阻尼時(shí)其振頻會(huì )發(fā)生衰變。因此，依靠不同形狀的振子，就可以測出粘度和密度的一些參數。有一種振動(dòng)式粘度計的振子是石英棒，它能被激發(fā)扭振，通過(guò)測量與液體粘度相對應的振幅和諧振頻寬，就可以確定粘度(準確地說(shuō)應是粘度和密度的綜合值)?？梢?jiàn)，振動(dòng)式粘度計是通過(guò)測量液體所傳遞的切變波形來(lái)確定粘度的一種裝置。然而，由于傳感元件與液體的接觸處切變波形會(huì )產(chǎn)生畸變而導致測試值與液體的對應關(guān)系較差。
粘度傳感器設置了一種界面來(lái)改善傳感元件與液體之間的接觸關(guān)系，其原理與我們熟知的應用于生物醫學(xué)和海洋船舶上的超聲波換能器相似。
傳感器的核心是一個(gè)壓電轉換器，在它兩側施加電壓時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生切向運動(dòng)。電極是用金屬蒸發(fā)沉積法布置在壓電晶體表面，然后整體涂上一層絕緣層。
一臺掃頻儀通過(guò)振蕩器所產(chǎn)生的交變電壓來(lái)確定傳感元件的諧振頻率。因為在諧振時(shí)，傳感元件的電阻達到最大值，隨著(zhù)液體粘度的變化，這個(gè)蜂值也相應變化，并通過(guò)峰值檢測電路轉化為電壓信號。
絕緣層的厚度根據所測粘度的范圍來(lái)確定，因為從液體界面處反射回來(lái)的切變波必須被絕緣層全部吸收，所以絕緣層的厚度大約是四分之一個(gè)波長(cháng)。
磁敏式速度傳感器
SST技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)了一種一體化的傳感器，它是把高磁阻(GMR)材料與半導體裝置合為一體的磁敏式速度傳感器。高磁阻材料的特點(diǎn)是隨磁場(chǎng)的變化其電阻值也發(fā)生變化。半導體裝置是由制作在同一塊BICMOS電路板上的信號處理器和電壓調節器所構成。先將高磁阻材料噴鍍BICMOS板基上，采用光刻腐蝕工藝將其制成電阻，通過(guò)鋁箔把其連入BICMOS電路，再周邊鍍上一層合金以聚集磁力線(xiàn)。
這種傳感器是雙極型結構，通過(guò)電平轉換輸出一個(gè)方波形脈沖信號，其輸出頻率與軟磁信號輪齒的回轉頻率是相同的，而勵磁機構是一塊永久磁鐵。由于傳感器的信號處理電路是直流耦合式，所以可處理零速狀態(tài)。而其具有高靈敏度使之在較大氣隙下也能工作。
采用上述技術(shù)的ABS傳感器具有零速處理、輸出信號在兩電平之間變化的雙極型結構，脈沖頻率與信號輪齒或磁極的回轉頻率相同的特點(diǎn)。在允許溫度和工作頻率范圍內，其頻寬比為(50±10)%，輪齒模數2.5時(shí)，氣隙特性可達3mm。
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