細數汽車發動機控制系統中的傳感器及應用解密

近年來，隨著汽車智能化、電子化、小型化和輕型化，汽車對傳感器的需求已經成為眾多行業中之最。發動機控制系統用傳感器是整個汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發動機的電子控制單元（ECU）提供發動機的工作狀況信息，供ECU對發動機工作狀況進行精確控制，以提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。

溫度傳感器

溫度傳感器主要用于檢測發動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。

溫度傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。

已實用化的產品有熱敏電阻式溫度傳感器（通用型-50℃～130℃，精度1.5%，響應時間10ms；高溫型600℃～1000℃，精度5%，響應時間10ms）、鐵氧體式溫度傳感器（ON/OFF型，-40℃～120℃，精度2.0%）、金屬或半導體膜空氣溫度傳感器（-40℃～150℃，精度2.0%、5%，響應時間20ms）等。

壓力傳感器

壓力傳感器主要用于檢測氣缸負壓、大氣壓、渦輪發動機的升壓比、氣缸內壓、油壓等。吸氣負壓式傳感器主要用于吸氣壓、負壓、油壓檢測。

汽車使用壓力傳感器應用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）。電容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓，測量范圍20～100kPa，具有輸入能量高，動態響應特性好、環境適應性好等特點；壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設溫度補償電路，但適應于大量生產；LVDT式壓力傳感器有較大的輸出，易于數字輸出，但抗干擾性差；SAW式壓力傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數字輸出等特點，用于汽車吸氣閥壓力檢測，能在高溫下穩定地工作，是一種較為理想的傳感器。

流量傳感器

流量傳感器主要用于發動機空氣流量和燃料流量的測量。空氣流量的測量用于發動機控制系統確定燃燒條件、控制空燃比、起動、點火等。

空氣流量傳感器有旋轉翼片式（葉片式）、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。旋轉翼片式（葉片式）空氣流量計結構簡單，測量精度較低，測得的空氣流量需要進行溫度補償；卡門渦旋式空氣流量計無可動部件，反映靈敏，精度較高，也需要進行溫度補償；熱線式空氣流量計測量精度高，無需溫度補償，但易受氣體脈動的影響，易斷絲；熱膜式空氣流量計和熱線式空氣流量計測量原理一樣，但體積少，適合大批量生產，成本低。空氣流量傳感器的主要技術指標為：工作范圍0.11～103立方米/min，工作溫度-40℃～120℃，精度≤1%。燃料流量傳感器用于檢測燃料流量，主要有水輪式和循環球式，其動態范圍0～60kg/h，工作溫度-40℃～120℃，精度±1%，響應時間小于10ms。

位置和轉速傳感器

位置和轉速傳感器主要用于檢測曲軸轉角、發動機轉速、節氣門的開度、車速等。

目前汽車使用的位置和轉速傳感器主要有交流發電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式等，其測量范圍0°～360°，精度±0.5°以下，測彎曲角達±0.1 。

車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉的、也有敏感動力傳動軸轉動的，還有敏感差速從動軸轉動的。當車速高于100km/h時，一般測量方法誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器，測速范圍0.5～250km/h，重復精度0.1%，距離測量誤差優于0.3%。

氣體濃度傳感器

氣體濃度傳感器主要用于檢測車體內氣體和廢氣排放。

其中，最主要的是氧傳感器，實用化的有氧化鋯傳感器（使用溫度-40℃～900℃，精度1%）、氧化鋯濃差電池型氣體傳感器（使用溫度300℃～800℃）、固體電解質式氧化鋯氣體傳感器（使用溫度0℃～400℃，精度0.5%），另外還有二氧化鈦氧傳感器。和氧化鋯傳感器相比，二氧化鈦氧傳感器具有結構簡單、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強的特點。

爆震傳感器

爆震傳感器用于檢測發動機的振動，通過調整點火提前角控制和避免發動機發生爆震。

可以通過檢測氣缸壓力、發動機機體振動和燃燒噪聲等三種方法來檢測爆震。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃～125℃，頻率范圍為5～10kHz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處，其靈敏度可達200mV/g，在振幅為0.1g～10g范圍內具有良好線性度。

發布于2018-11-06