進(jìn)氣壓力傳感器檢測(cè)的是節(jié)氣門后方的進(jìn)氣歧管的絕對(duì)壓力，它根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的大小檢測(cè)出歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的變化，然后轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓送至發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)，ECU依據(jù)此信號(hào)電壓的大小，控制基本噴油量的大小。

進(jìn)氣壓力傳感器種類較多，有壓敏電阻式、電容式等。由于壓敏電阻式具有響應(yīng)時(shí)間快、檢測(cè)精度高、尺寸小且安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛用于D型噴射系統(tǒng)中。

工作原理

圖1是壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器與電腦的連接。圖2是壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器的工作原理，圖1中的R是圖2中的應(yīng)變電阻R1、R2、R3、R4，它們構(gòu)成惠斯頓電橋并與硅膜片粘接在一起。硅膜片在歧管內(nèi)絕對(duì)壓力作用下可以變形，從而引起應(yīng)變電阻R阻值的變化，歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力越高，硅膜片的變形越大，從而電阻R的阻值變化也越大。即把硅膜片機(jī)械式的變化轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)，再由集成電路放大后輸出至ECU。

進(jìn)氣壓力傳感器類型

進(jìn)氣壓力傳感器是將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器根據(jù)此信號(hào)計(jì)算基本噴油時(shí)間、確定基本點(diǎn)火提前角等。

壓力傳感器有多種形式，根據(jù)其信號(hào)產(chǎn)生的原理可分為壓電式、半導(dǎo)體壓敏電阻式、電容式、差動(dòng)變壓器式及表面彈性波式等。

1.半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器

(1)半導(dǎo)體壓敏電阻式壓力傳感器測(cè)量原理半導(dǎo)體壓敏電阻式壓力傳感器是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)將壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，其原理如圖8-21所示。

半導(dǎo)體應(yīng)變片是一種受拉或受壓時(shí)其電阻值會(huì)相應(yīng)改變的敏感元件。將應(yīng)變片貼在硅膜片上，并連接成惠斯頓電橋，當(dāng)硅膜片受力變形時(shí)，各應(yīng)變片受拉或受壓而其電阻發(fā)生變化，電橋就會(huì)有相應(yīng)的電壓輸出。[4] (2)壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器的組成如圖8-22所示。傳感器的壓力轉(zhuǎn)換元件中有硅膜片，硅膜片受壓變形會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)。硅膜片的一面是真空，另一面導(dǎo)入進(jìn)氣管壓力，當(dāng)進(jìn)氣管內(nèi)的壓力變化時(shí)，硅膜片的變形量就會(huì)隨之改變，并產(chǎn)生與進(jìn)氣壓力相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。進(jìn)氣壓力越大，硅膜片的變形量也越大，傳感器的輸出壓力也就越大。

半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣管壓力傳感器的線性度好，且具有結(jié)構(gòu)尺寸小、精度髙、響應(yīng)特性好的優(yōu)點(diǎn)。

2.電容式進(jìn)氣壓力傳感器

(1)電容式壓力傳感器的測(cè)量原理電容式壓力傳感器利用膜片構(gòu)成一個(gè)電容值可變的壓力敏感元件，膜片受力變形時(shí)，其電容值相應(yīng)改變，由傳感器測(cè)量電路將與壓力相對(duì)應(yīng)的電容變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。電容式壓力傳感器測(cè)量電路主要有頻率檢測(cè)式和電壓檢測(cè)式兩種，如圖8-23所示。

1)頻率檢測(cè)式：振蕩電路的振蕩頻率隨壓力敏感元件電容值的大小變化而改變，經(jīng)整流、放大后輸出頻率與壓力相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。

2)電壓檢測(cè)式：壓力敏感元件電容值的大小變化，經(jīng)載波與交流放大電路的調(diào)制、檢波電路的解調(diào)后，再經(jīng)濾波電路的濾波，輸出與壓力變化相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。

(2)電容式進(jìn)氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)電容式進(jìn)氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-24所示，氧化鋁膜片與中空的絕緣介質(zhì)構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部為真空的電容式壓力敏感元件，并連接傳感器混合集成電路。傳感器導(dǎo)入進(jìn)氣管的壓力后，氧化鋁膜片在進(jìn)氣壓力的作用下產(chǎn)生變形，使其電容值發(fā)生改變，經(jīng)混合集成電路處理后，輸出與進(jìn)氣壓力變化相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。

相比于起相同作用的進(jìn)氣流量傳感器，進(jìn)氣壓力傳感器對(duì)進(jìn)氣無干擾，安裝位置靈活(可利用真空管的引導(dǎo)，將進(jìn)氣壓力傳感器安裝在遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管的地方)。因此，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)使用進(jìn)氣壓力傳感器的日漸增多。

進(jìn)氣壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

壓力傳感器對(duì)于壓力的測(cè)量采用的是壓力芯片，而壓力芯片在可發(fā)生壓力形變的硅膜片上集成的惠斯通電橋。壓力芯片是壓力傳感器的核心，各大生產(chǎn)壓力傳感器的廠商都有各自的壓力芯片，有的是傳感器廠商直接生產(chǎn)，有的是委外生產(chǎn)的專用芯片(ASC)，再者就是直接購買芯片專業(yè)廠家的通用芯片。傳感器廠商直接生產(chǎn)的芯片或定制的ASC芯片一般都只用在自身產(chǎn)品上，這類芯片集成度高，往往把壓力芯片、放大電路、信號(hào)處理芯片、EMC保護(hù)電路及用于標(biāo)定傳感器輸出曲線的ROM都集成到一塊芯片上，整個(gè)傳感器就是一個(gè)芯片，芯片通過引線和接插件PIN腳相連。

如圖2的壓力傳感器就是將除壓力芯片(Sensorchip)外的其他處理電路集成為Circuitchip，也有的壓力傳感器廠家將兩者完全結(jié)合為一體。

壓力傳感器的這種設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝，其實(shí)就是MEMS技術(shù)(microelectromechanicalsystems的縮寫，即微電子機(jī)械系統(tǒng))的實(shí)際應(yīng)用，MEMS建立在微米/納米技術(shù)(micro/nanotechnology)基礎(chǔ)上的21世紀(jì)前沿技術(shù)，使之對(duì)微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造和控制的技術(shù)。它可將機(jī)械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)部件、電控系統(tǒng)、數(shù)字處理系統(tǒng)集成為一個(gè)整體單元的微型系統(tǒng)。這種微電子機(jī)械系統(tǒng)不但能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部指令采取行動(dòng)。它用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等)相結(jié)合的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器和微系統(tǒng)。MEMS強(qiáng)調(diào)利用先進(jìn)工藝實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng)，突出集成系統(tǒng)的能力。[3]

壓力傳感器就是MEMS技術(shù)的典型代表，另外一個(gè)常用的MEMS技術(shù)是微機(jī)電陀螺儀。目前幾大EMS系統(tǒng)供應(yīng)商，如BOSCH，DENSO，CONTI等公司，都有各自設(shè)計(jì)的專用芯片，結(jié)構(gòu)也類似。優(yōu)點(diǎn)：集成度高，傳感器尺寸小，配合小尺寸的接插件傳感器尺寸很小，便于布置安裝。傳感器內(nèi)部的壓力芯片完全封裝在硅膠中，起到耐腐蝕、耐震動(dòng)等作用，大幅提高傳感器使用壽命。大規(guī)模批量生產(chǎn)成本低，成品率高，性能優(yōu)異。

另有些進(jìn)氣壓力傳感器廠家使用通用的壓力芯片，再通過PCR板將壓力芯片，EMC保護(hù)電路等外圍電路及接插件PIN腳集成，如圖3所示，壓力芯片安裝在PCB板背面，PCB為雙面PCB板。

此類壓力傳感器由于集成度較低，制造物料成本高。PCB板無全密封封裝，零件通過傳統(tǒng)的錫焊工藝集成在PCB板上，存在虛焊風(fēng)險(xiǎn)。在高振動(dòng)，高溫高濕的環(huán)境下，PCB應(yīng)注意保護(hù)，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)高。

進(jìn)氣壓力傳感器輸出特性

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，隨著節(jié)氣門開度的變化，進(jìn)氣歧管內(nèi)的真空度、絕對(duì)壓力以及輸出信號(hào)特性曲線均在變化。

D型噴射系統(tǒng)檢測(cè)的是節(jié)氣門后方進(jìn)氣歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力。節(jié)氣門后方既反映了真空度又反映了絕對(duì)壓力，因而有人認(rèn)為真空度與絕對(duì)壓力是一個(gè)概念，其實(shí)這種理解是片面的。在大氣壓力不變的條件下(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力為101.3kPa)，歧管內(nèi)的真空度越高，反映歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力越低，真空度等于大氣壓力減去歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的差值。而歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力越高，說明歧管內(nèi)的真空度越低，歧管內(nèi)絕對(duì)壓力等于歧管外的大氣壓力減去真空度的差值。即大氣壓力等于真空度和絕對(duì)壓力之和。理解了大氣壓力、真空度及絕對(duì)壓力的關(guān)系后，進(jìn)氣壓力傳感器的輸出特性就明確了。[2]

發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，節(jié)氣門開度越小，進(jìn)氣歧管的真空度越大，歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力就越小，輸出信號(hào)電壓也越小。節(jié)氣門開度越大，進(jìn)氣歧管的真空度越小，歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力就越大，輸出信號(hào)電壓也越大。輸出信號(hào)電壓與歧管內(nèi)真空度的大小呈反比，與歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的大小呈正比。