MEMS 傳感器監(jiān)控燃油性能

全球氣溫上升和人口增加導致各國制定了全球燃油經濟性和排放標準指南。據美國環(huán)境保護署稱，交通運輸占溫室氣體排放量的最大部分 (29%)，其中輕型乘用車占 59%。當前的企業(yè)平均燃油經濟性 (CAFE) 標準要求到 2025 年公司所有輕型車輛產品的乘用車平均達到 23km/L (54.5m/g)。值得注意的是，這個標準是整個車隊的平均水平，并不要求每輛輕型車都達到這個燃油經濟性水平。

制定這一目標是為了推動該行業(yè)在汽車發(fā)展方面取得長足進步，以積極遏制溫室氣體排放，它在兩個領域對原始設備制造商 (OEM) 的發(fā)展產生了沖擊波。一些公司大力投資電動汽車 (EV)，而另一些公司則專注于通過廢熱回收或其他漸進式發(fā)動機改進來改進內燃機 (ICE)。圍繞電動汽車和自動駕駛汽車 (AV) 的興奮推動了新原始設備制造商的市場滲透。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 技術創(chuàng)造了機會。

原始設備制造商轉向微機電系統(tǒng) (MEMS) 傳感器，以開始解決 ICE 燃油經濟性的增量改進問題。該博客探討了工程師如何使用 MEMS 傳感器來提高燃油經濟性和排放。

燃油經濟性和排放

工程師們正在開發(fā) MEMS 傳感器以提高燃油經濟性。這些傳感器已用于自動啟動/停止，在車輛處于靜止狀態(tài)時停止燃燒反應。從歷史上看，此功能僅導致城市交通的增量改善（大約 10%）。這一結果意味著車輛運行的位置對性能有很大影響。

MEMS 傳感器為提高燃油經濟性提供的最顯著優(yōu)勢是空燃比的自動調節(jié)。該應用推動了 ICE 汽車市場對 MEMS 傳感器的需求。MEMS 傳感器記錄流向發(fā)動機的氣流，并被動調整空氣/燃料混合物以達到化學計量（完整）成分的目標，空氣與燃料的質量比大約為 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)動機性能的 MEMS 傳感器的另一個子應用是氮氧化物 (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物，其濃度隨溫度升高而增加，但可以監(jiān)測和調節(jié)壓力（圖 1). 壓力和溫度也直接相關。因此，當壓力傳感器讀取到會導致燃燒室溫度超過氮氧化物形成水平 (1371°C) 的水平時，它會向發(fā)動機發(fā)送信號以降低壓力。調節(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，因為反應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生的熱量消耗熱能，從而使多余的空氣加熱燃燒室。

結論

工程師們已經使用 MEMS 傳感器來監(jiān)測和指示發(fā)動機狀況，但他們也在增強這些應用以解決燃油經濟性和排放問題。在電動汽車推動市場需求的同時，不斷改進傳統(tǒng)內燃機技術的愿望在短期內推動了 MEMS 創(chuàng)新。

Adam Kimmel 作為執(zhí)業(yè)工程師、研發(fā)經理和工程內容撰寫人擁有近 20 年的經驗。他在垂直市場（包括汽車、工業(yè)/制造、技術和電子）中創(chuàng)建白皮書、網站副本、案例研究和博客文章。Adam 擁有化學和機械工程學位，是工程和技術內容寫作公司 ASK Consulting Solutions, LLC 的創(chuàng)始人和負責人。

審核編輯黃宇