高级汽车发动机中传感器技术介绍…………森萨塔电子技术
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额外燃料注入量。
•燃油喷射
•ECU
•涡轮增ຫໍສະໝຸດ Baidu器
•温度传感器
•DPS传感器
•OCC
•颗粒
•图5 尾气颗粒捕集器的连续“再生”技术
应用DPS输出的颗粒捕集器两端的压力差信号，ECU能够高 效率地选择“重生”时刻，进行尾气排放管理。运行很好的尾气处理 系统，如图所示的CRT+EGR系统，能够减少废气中的颗粒达70%90%，CO 和HC达90%，及 NOx 达40-60%。(数据来自： S.Chatterjee 和 J. Matterhey: Catalytic Emission Control for Heavy
高级汽车发动机中传感 器技术介绍…………森
萨塔电子技术
2020年8月1日星期六
•主要内容
1 前言 2 发动机运行环境 3 传感器技术应用
3.1 微电子机械系统（MEMS）技术 3.2 硅应变片技术 4 信号处理与封装
•1 前 言
• 当今世界各国对环境保护的日益重视，对汽车排放的要求越来
越严格。国家环保总局公布了轻型汽车第III、IV号排放标准，并从 2007年7月1日起实施国III标准。另一方面，随着汽车产业的进步，对 汽车的运行、安全等综合性能提出了更高的要求。为此，各种先进技 术不断地应用于发动机的各个环节中，如改进发动机结构、实施精确 的电控燃油喷射及采用尾气后处理技术等等。
•2 发动机运行环境
• 尽管经过了空气滤清器的净化，进气歧管中的环境依然非常复杂 ，从外界进入的空气中可能随气候的不同含有不同程度的水汽，经过 长时间工作的滤清器进入的灰尘；中间环节有油箱蒸汽排放进入的油 气；进气阀门开闭会产生反向气流，特别是采用EGR的系统中尤为如 此；同时，从尾气通道经EGR系统进入的尾气颗粒也是必须考虑的。 尾气后处理系统中，除了各种废气、微粒外，高温环境也对传感器提 供严格的要求。
• 这些技术中，性能可靠的高精度传感器必须的前提保证。整个发 动机系统中，各种各样的传感器达几十种之多，以柴油机共轨发动机 系统为例：
•BAP
•Air •Filter •Delta P
•1 •Air
• Filter
柴油机应用传感器 (电控共轨)
•Diesel •Part.Fil. •Gage/Abso
•Pres.
•4 •EBP
•10
•Knock
•CPS
•11
•EOP •EOP+T •EO Sw.
•Urea •Tank
•Pressure •sense point
•Pressure •Sensors
•Sensors •Others
•
上述共轨系统中，各种可能涉及的传感器包括： 1.大气压力
传感器 2. 空气滤清器压差传感器 3. 歧管绝压/温度传感器, 空气流
•Pres.
•Diesel •Part.Fil. •Delta P
•NOx
•5
•6
•NH3
•2
•O2
•Catalyst
•Diesel •Part. •Filter
•NST •SCR
•Muffler
•MAF •MAF+T
•Humidity
•MAP
•MAP+T •Boost
•3
•Low •Pres. Fuel
a) 进气歧管绝对压力传感器MAP (Manifold Absolute Pressure)
• 以森萨塔科技的进气歧管绝对压力传感器TMAP为例，该传感 器的压力测量单元MAP部分基于MEMS技术的压阻效应原理，采用 三维集成电路工艺，在同一硅片上进行特定晶向的微机械加工，生 成分别受拉和受压的四个应变电阻，构成全惠斯顿检测电桥，成为 集应力敏感与力电转换检测于一体的压力感应模块，如图 3 所示。
•Pump
•8 •Pres.+T
•Common •Rail
•Pressure
•9
•Turb o •EGR
•dP •EGR Valve
•Inj •Pump
•Fuel Tank •Low Pressure
•Fuel Pump
•Crankcase
•12 •Pressure
•SCR
•Urea
•7
•Injection
•扭矩 %
•100
•80
•60
•40
•20 •0 •1000
•2000
•汽油发动机，可变气门 1.6 l, 100 hp
•自然进气柴油机 2.0 l, 72 hp
•3000 •4000 •5000 •速度rpm
•6000
•7000
•图1 发动机不同工况时的
•
反向气流
•图2 EGR阀中的尾气颗粒
•3 传感器技术应用
•3.1 微电子机械系统技术MEMS (Micro Electro-mechanical System)
• 微电子机械系统(MEMS)技 术是建立在微米/纳米技术基础 上对晶元进行设计、加工、制 造、测量和控制的技术。
• 由于其小尺寸、低功耗和 低成本的优点，被广泛应用与 汽车传感器领域。目前，先进 的进气歧管压力传感器、压差 传感器与空气流量传感器都采 用了MEMS技术。
Duty Diesel Engines)
• DPS的MEMS技术与MAP基本相同，主要的区别是MAP 的基模与感应模块之间有一块密闭的真空区域，而DPS的基模 上有孔隙使得气体压力能够到达感应层，测量两个不同环境中 气体的压力差。
•+ΔR
•绝对压力
•硅基底参杂电阻 •-ΔR
•保护凝胶 •引线
•感应模块
•图3 MEMS压力感应模块
•基模
•图4 感应原理
• b) 压差传感器DPS (Differential Pressure Sensor)
•EGR 阀
• 压差传感器主要用于尾 气后处理系统中测量颗粒捕 集器两端的压差，供ECU选 择合适的“再生触发”时机及
器，氧传感器，湿度传感器，NOx传感器，NH3传感器等等。
• 本文主要针对高级发动机系统中，随着高压喷射、EGR循环、 尾气后处理等技术的应用而引入的高性能传感器，结合森萨塔传感 器介绍了基于MEMS技术的进气歧管绝对压力传感器、空气质量流 量传感器及压差传感器，以及基于硅应变片技术的高油压传感器。
量传感器 4. EGR压差传感器，排气背压传感器 5,6. DPF压差传感器
7. SCR 尿素喷射压力传感器 8. 低压油泵压力传感器 9.共轨压力传
感器 10. 缸内压力传感器 11.发动机机油压力及温度传感器12. 曲轴
箱压力传感器。以及油门踏板位置传感器，转速传感器，曲轴位置
传感器，加速踏板位置传感器，冷却液温度传感器，进气温度传感
•燃油喷射
•ECU
•涡轮增ຫໍສະໝຸດ Baidu器
•温度传感器
•DPS传感器
•OCC
•颗粒
•图5 尾气颗粒捕集器的连续“再生”技术
应用DPS输出的颗粒捕集器两端的压力差信号，ECU能够高 效率地选择“重生”时刻，进行尾气排放管理。运行很好的尾气处理 系统，如图所示的CRT+EGR系统，能够减少废气中的颗粒达70%90%，CO 和HC达90%，及 NOx 达40-60%。(数据来自： S.Chatterjee 和 J. Matterhey: Catalytic Emission Control for Heavy
高级汽车发动机中传感 器技术介绍…………森
萨塔电子技术
2020年8月1日星期六
•主要内容
1 前言 2 发动机运行环境 3 传感器技术应用
3.1 微电子机械系统（MEMS）技术 3.2 硅应变片技术 4 信号处理与封装
•1 前 言
• 当今世界各国对环境保护的日益重视，对汽车排放的要求越来
越严格。国家环保总局公布了轻型汽车第III、IV号排放标准，并从 2007年7月1日起实施国III标准。另一方面，随着汽车产业的进步，对 汽车的运行、安全等综合性能提出了更高的要求。为此，各种先进技 术不断地应用于发动机的各个环节中，如改进发动机结构、实施精确 的电控燃油喷射及采用尾气后处理技术等等。
•2 发动机运行环境
• 尽管经过了空气滤清器的净化，进气歧管中的环境依然非常复杂 ，从外界进入的空气中可能随气候的不同含有不同程度的水汽，经过 长时间工作的滤清器进入的灰尘；中间环节有油箱蒸汽排放进入的油 气；进气阀门开闭会产生反向气流，特别是采用EGR的系统中尤为如 此；同时，从尾气通道经EGR系统进入的尾气颗粒也是必须考虑的。 尾气后处理系统中，除了各种废气、微粒外，高温环境也对传感器提 供严格的要求。
• 这些技术中，性能可靠的高精度传感器必须的前提保证。整个发 动机系统中，各种各样的传感器达几十种之多，以柴油机共轨发动机 系统为例：
•BAP
•Air •Filter •Delta P
•1 •Air
• Filter
柴油机应用传感器 (电控共轨)
•Diesel •Part.Fil. •Gage/Abso
•Pres.
•4 •EBP
•10
•Knock
•CPS
•11
•EOP •EOP+T •EO Sw.
•Urea •Tank
•Pressure •sense point
•Pressure •Sensors
•Sensors •Others
•
上述共轨系统中，各种可能涉及的传感器包括： 1.大气压力
传感器 2. 空气滤清器压差传感器 3. 歧管绝压/温度传感器, 空气流
•Pres.
•Diesel •Part.Fil. •Delta P
•NOx
•5
•6
•NH3
•2
•O2
•Catalyst
•Diesel •Part. •Filter
•NST •SCR
•Muffler
•MAF •MAF+T
•Humidity
•MAP
•MAP+T •Boost
•3
•Low •Pres. Fuel
a) 进气歧管绝对压力传感器MAP (Manifold Absolute Pressure)
• 以森萨塔科技的进气歧管绝对压力传感器TMAP为例，该传感 器的压力测量单元MAP部分基于MEMS技术的压阻效应原理，采用 三维集成电路工艺，在同一硅片上进行特定晶向的微机械加工，生 成分别受拉和受压的四个应变电阻，构成全惠斯顿检测电桥，成为 集应力敏感与力电转换检测于一体的压力感应模块，如图 3 所示。
•Pump
•8 •Pres.+T
•Common •Rail
•Pressure
•9
•Turb o •EGR
•dP •EGR Valve
•Inj •Pump
•Fuel Tank •Low Pressure
•Fuel Pump
•Crankcase
•12 •Pressure
•SCR
•Urea
•7
•Injection
•扭矩 %
•100
•80
•60
•40
•20 •0 •1000
•2000
•汽油发动机，可变气门 1.6 l, 100 hp
•自然进气柴油机 2.0 l, 72 hp
•3000 •4000 •5000 •速度rpm
•6000
•7000
•图1 发动机不同工况时的
•
反向气流
•图2 EGR阀中的尾气颗粒
•3 传感器技术应用
•3.1 微电子机械系统技术MEMS (Micro Electro-mechanical System)
• 微电子机械系统(MEMS)技 术是建立在微米/纳米技术基础 上对晶元进行设计、加工、制 造、测量和控制的技术。
• 由于其小尺寸、低功耗和 低成本的优点，被广泛应用与 汽车传感器领域。目前，先进 的进气歧管压力传感器、压差 传感器与空气流量传感器都采 用了MEMS技术。
Duty Diesel Engines)
• DPS的MEMS技术与MAP基本相同，主要的区别是MAP 的基模与感应模块之间有一块密闭的真空区域，而DPS的基模 上有孔隙使得气体压力能够到达感应层，测量两个不同环境中 气体的压力差。
•+ΔR
•绝对压力
•硅基底参杂电阻 •-ΔR
•保护凝胶 •引线
•感应模块
•图3 MEMS压力感应模块
•基模
•图4 感应原理
• b) 压差传感器DPS (Differential Pressure Sensor)
•EGR 阀
• 压差传感器主要用于尾 气后处理系统中测量颗粒捕 集器两端的压差，供ECU选 择合适的“再生触发”时机及
器，氧传感器，湿度传感器，NOx传感器，NH3传感器等等。
• 本文主要针对高级发动机系统中，随着高压喷射、EGR循环、 尾气后处理等技术的应用而引入的高性能传感器，结合森萨塔传感 器介绍了基于MEMS技术的进气歧管绝对压力传感器、空气质量流 量传感器及压差传感器，以及基于硅应变片技术的高油压传感器。
量传感器 4. EGR压差传感器，排气背压传感器 5,6. DPF压差传感器
7. SCR 尿素喷射压力传感器 8. 低压油泵压力传感器 9.共轨压力传
感器 10. 缸内压力传感器 11.发动机机油压力及温度传感器12. 曲轴
箱压力传感器。以及油门踏板位置传感器，转速传感器，曲轴位置
传感器，加速踏板位置传感器，冷却液温度传感器，进气温度传感