MEMS 傳感器監(jiān)控燃油性能

全球氣溫上升和人口增加導(dǎo)致各國制定了全球燃油經(jīng)濟(jì)性和排放標(biāo)準(zhǔn)指南。據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署稱，交通運(yùn)輸占溫室氣體排放量的最大部分 (29%)，其中輕型乘用車占 59%。當(dāng)前的企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性 (CAFE) 標(biāo)準(zhǔn)要求到 2025 年公司所有輕型車輛產(chǎn)品的乘用車平均達(dá)到 23km/L (54.5m/g)。值得注意的是，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是整個(gè)車隊(duì)的平均水平，并不要求每輛輕型車都達(dá)到這個(gè)燃油經(jīng)濟(jì)性水平。

制定這一目標(biāo)是為了推動(dòng)該行業(yè)在汽車發(fā)展方面取得長(zhǎng)足進(jìn)步，以積極遏制溫室氣體排放，它在兩個(gè)領(lǐng)域?qū)υ荚O(shè)備制造商 (OEM) 的發(fā)展產(chǎn)生了沖擊波。一些公司大力投資電動(dòng)汽車 (EV)，而另一些公司則專注于通過廢熱回收或其他漸進(jìn)式發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)來改進(jìn)內(nèi)燃機(jī) (ICE)。圍繞電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛汽車 (AV) 的興奮推動(dòng)了新原始設(shè)備制造商的市場(chǎng)滲透。盡管如此，EV 和 AV 的大規(guī)模商業(yè)化仍存在固有的挑戰(zhàn)，這為 ICE 技術(shù)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

原始設(shè)備制造商轉(zhuǎn)向微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 傳感器，以開始解決 ICE 燃油經(jīng)濟(jì)性的增量改進(jìn)問題。該博客探討了工程師如何使用 MEMS 傳感器來提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放。

燃油經(jīng)濟(jì)性和排放

工程師們正在開發(fā) MEMS 傳感器以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。這些傳感器已用于自動(dòng)啟動(dòng)/停止，在車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)停止燃燒反應(yīng)。從歷史上看，此功能僅導(dǎo)致城市交通的增量改善（大約 10%）。這一結(jié)果意味著車輛運(yùn)行的位置對(duì)性能有很大影響。

MEMS 傳感器為提高燃油經(jīng)濟(jì)性提供的最顯著優(yōu)勢(shì)是空燃比的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該應(yīng)用推動(dòng)了 ICE 汽車市場(chǎng)對(duì) MEMS 傳感器的需求。MEMS 傳感器記錄流向發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流，并被動(dòng)調(diào)整空氣/燃料混合物以達(dá)到化學(xué)計(jì)量（完整）成分的目標(biāo)，空氣與燃料的質(zhì)量比大約為 14:1。有害排放物與燃料的完全燃燒成反比；燃燒效率越高，車輛排放的有害排放物就越少。

用于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的 MEMS 傳感器的另一個(gè)子應(yīng)用是氮氧化物 (NOx) 控制。MEMS 傳感器可以控制 NOx，這是一種不需要的不完全燃燒產(chǎn)物，其濃度隨溫度升高而增加，但可以監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)壓力（圖 1). 壓力和溫度也直接相關(guān)。因此，當(dāng)壓力傳感器讀取到會(huì)導(dǎo)致燃燒室溫度超過氮氧化物形成水平 (1371°C) 的水平時(shí)，它會(huì)向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)送信號(hào)以降低壓力。調(diào)節(jié)空氣/燃料可將燃燒室溫度降至所需水平。NOx 通常在稀燃料混合物中形成，因?yàn)榉磻?yīng)中有大量空氣可以完全燃燒碳鏈。這種情況可以防止燃燒產(chǎn)生的熱量消耗熱能，從而使多余的空氣加熱燃燒室。

結(jié)論

工程師們已經(jīng)使用 MEMS 傳感器來監(jiān)測(cè)和指示發(fā)動(dòng)機(jī)狀況，但他們也在增強(qiáng)這些應(yīng)用以解決燃油經(jīng)濟(jì)性和排放問題。在電動(dòng)汽車推動(dòng)市場(chǎng)需求的同時(shí)，不斷改進(jìn)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的愿望在短期內(nèi)推動(dòng)了 MEMS 創(chuàng)新。

Adam Kimmel 作為執(zhí)業(yè)工程師、研發(fā)經(jīng)理和工程內(nèi)容撰寫人擁有近 20 年的經(jīng)驗(yàn)。他在垂直市場(chǎng)（包括汽車、工業(yè)/制造、技術(shù)和電子）中創(chuàng)建白皮書、網(wǎng)站副本、案例研究和博客文章。Adam 擁有化學(xué)和機(jī)械工程學(xué)位，是工程和技術(shù)內(nèi)容寫作公司 ASK Consulting Solutions, LLC 的創(chuàng)始人和負(fù)責(zé)人。

審核編輯黃宇