MEMS 传感器监控燃油性能

全球气温上升和人口增加导致各国制定了全球燃油经济性和排放标准指南。据美国环境保护署称，交通运输占温室气体排放量的最大部分 (29%)，其中轻型乘用车占 59%。当前的企业平均燃油经济性 (CAFE) 标准要求到 2025 年公司所有轻型车辆产品的乘用车平均达到 23km/L (54.5m/g)。值得注意的是，这个标准是整个车队的平均水平，并不要求每辆轻型车都达到这个燃油经济性水平。

制定这一目标是为了推动该行业在汽车发展方面取得长足进步，以积极遏制温室气体排放，它在两个领域对原始设备制造商 (OEM) 的发展产生了冲击波。一些公司大力投资电动汽车 (EV)，而另一些公司则专注于通过废热回收或其他渐进式发动机改进来改进内燃机 (ICE)。围绕电动汽车和自动驾驶汽车 (AV) 的兴奋推动了新原始设备制造商的市场渗透。尽管如此，EV 和 AV 的大规模商业化仍存在固有的挑战，这为 ICE 技术创造了机会。

原始设备制造商转向微机电系统 (MEMS) 传感器，以开始解决 ICE 燃油经济性的增量改进问题。该博客探讨了工程师如何使用 MEMS 传感器来提高燃油经济性和排放。

燃油经济性和排放

工程师们正在开发 MEMS 传感器以提高燃油经济性。这些传感器已用于自动启动/停止，在车辆处于静止状态时停止燃烧反应。从历史上看，此功能仅导致城市交通的增量改善（大约 10%）。这一结果意味着车辆运行的位置对性能有很大影响。

MEMS 传感器为提高燃油经济性提供的最显着优势是空燃比的自动调节。该应用推动了 ICE 汽车市场对 MEMS 传感器的需求。MEMS 传感器记录流向发动机的气流，并被动调整空气/燃料混合物以达到化学计量（完整）成分的目标，空气与燃料的质量比大约为 14:1。有害排放物与燃料的完全燃烧成反比；燃烧效率越高，车辆排放的有害排放物就越少。

用于发动机性能的 MEMS 传感器的另一个子应用是氮氧化物 (NOx) 控制。MEMS 传感器可以控制 NOx，这是一种不需要的不完全燃烧产物，其浓度随温度升高而增加，但可以监测和调节压力（图 1). 压力和温度也直接相关。因此，当压力传感器读取到会导致燃烧室温度超过氮氧化物形成水平 (1371°C) 的水平时，它会向发动机发送信号以降低压力。调节空气/燃料可将燃烧室温度降至所需水平。NOx 通常在稀燃料混合物中形成，因为反应中有大量空气可以完全燃烧碳链。这种情况可以防止燃烧产生的热量消耗热能，从而使多余的空气加热燃烧室。

结论

工程师们已经使用 MEMS 传感器来监测和指示发动机状况，但他们也在增强这些应用以解决燃油经济性和排放问题。在电动汽车推动市场需求的同时，不断改进传统内燃机技术的愿望在短期内推动了 MEMS 创新。

Adam Kimmel 作为执业工程师、研发经理和工程内容撰写人拥有近 20 年的经验。他在垂直市场（包括汽车、工业/制造、技术和电子）中创建白皮书、网站副本、案例研究和博客文章。Adam 拥有化学和机械工程学位，是工程和技术内容写作公司 ASK Consulting Solutions, LLC 的创始人和负责人。

审核编辑黄宇