汽车进排气系统传感器的发展与应用论文.docx
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汽车进排气系统传感器的发展与应用论文
哈尔滨华德学院
毕业设计（论文）开题报告
专业车辆工程
学生夏阳
学号1140271208
班号1402711
指导教师侯丹
开题日期2017年9月7日
2017年9月6日
说明
一、开题报告应包括下列主要内容：
1．通过学生对课题题目和课题研究现状、选题的目的和意义论述，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求。
2．进度计划是否切实可行。
3．是否具备毕业设计所要求的基础条件。
4．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施。
5．主要参考文献。
二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。
三、开题报告要求学生认真填写，由开题答辩组和指导教师填写意见、签字后，统一交所在分院保存，以备检查。
指导教师评语：
指导教师：
年月日
开题答辩组审查意见：
组长：
组员：
年月日
一、课题题目和课题研究现状
1.课题题目
汽车进排气系统传感器的发展与应用
2.课题研究现状
汽车进排气系统的传感器在国内外得到了很高的重视，因为进排气系统是发动机必不可少的系统，可以直接影响到发动机的工作状态。
而汽车行业是目前国际上应用传感器最大的市场之一，从世界各国公布的专利情况来看，各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家，都很重视汽车传感器的研制和生产。
而进排气系统中的各个传感器的申报专利数，在汽车所有传感器中名列前茅，这反映了进排气系统中各个传感器的技术难度和各国的重视程度。
所以进排气系统中的传感器的市场前景非常广阔，对这些传感器的研究也成为了热点。
二、选题的目的和意义
1.选题的目的
在本次论文中将重点描述传感器汽车进排气系统上的功用，进一步的了解进排气系统中都有哪些类型传感器与它们的结构原理，以便于能够更加了解汽车发动机运行过程中会出现的一些状况与信息。
2.选题的意义
我们都知道，发动机是汽车的心脏，而进气系统则是发动机的动脉，进气系统的合理性直接影响发动机的性能、寿命，从而影响整车的性能、寿命，所以在进气系统中安装传感器可以反映出发动机的工作状态。
而排气系统主要是排放发动机工作时所排出的废气，所以在排气系统中安装传感器可以有效的减少废气污染。
所以对进排气系统中传感器的研究具有非常重要的意义。
3、课题的基本内容
随着传感器技术的不断更新，智能化、集成化和多功能化将成为汽车传感器的发展趋势。
当今汽车行业中，传感器成为了汽车电子控制系统中的重要组成部分。
其中进排气系统中的传感器可以反映出发动机的运作状态，是发动机重要的电子控制系统。
本篇论文主要阐述了汽车进排气系统中的传感器的结构作用以及发展趋势。
四、研究方案及预期达到的目标
1.研究方法
（1）实践分析法：
根据文献资料和数据了解研究对象，进一步分析来源与整个系统的要求。
（2）文献检索法
（3）调查研究法
2.目的
了解发动机进排气系统以及进排气系统中各个传感器的工作原理及结构组成。
五、为完成课题已具备和所需的条件
对选题做了充分的研究，并结合在校期间的实验课进行了分析和总结，翻阅了大量书籍找到了相关数据加以论证。
6、预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施
对各个类型的传感器的结构以及种类认识不足，希望能够通过与老师的沟通和在收集资料的过程中能够进一步的了解，以便更好地开展论文内容。
七、进度安排
2017年8月21日——9月7日：
确定论文题目方向并开始收集资料撰写开题报告
2017年9月8日——9月29日：
整合收集的资料，构筑论文大纲
2017年10月9日——10月27日：
根据查找到的资料开始撰写论文，并对撰写过程中遇到的问题进行分析，确定解决方案进行修改，为论文中期检查做准备。
2017年10月30日——11月24日：
完成论文初稿部分并向指导老师寻求意见，对论文进行进一步的完善。
2017年11月25日——12月10日：
整理论文并最终定稿，熟悉论文内容准备答辩。
8、参考文献
[1]吴建平.传感器原理及应用[M].机械工业出版社，2016年版
[2]胡向东.传感器与检测技术[M].机械工业出版社，2013年版
[3]张洪润.传感器技术大全[M].北京航空航天大学出版社，2007年版
[4]赵方庚.车用传感器技术发展趋势[J];汽车维修与保养;2011年01期;38-40
[5]孙路弘.发动机电控系统[M].电子工业出版社，2009年版
[6]毛峰.汽车车身电控技术[M].机械工业出版社，2010年版
[7]赵良红.汽车底盘电控技术[M].机械工业出版社，2012年版
[8]高兰恩，黄芳.汽车导航技术及应用[M].电子工业出版社，2015年版
九、备注
哈尔滨华德学院
毕业设计（论文）开题报告
汽车进排气系统传感器的发展与应用
专业车辆工程
学生夏阳
学号1140271208
班号1402711
指导教师侯丹
开题日期2017年9月7日
2017年9月6日
摘要
车用传感器发展趋势未来汽车电子传感器的发展方向，主要是新结构、新材料和新工艺的应用，总的发展趋势是多功能化、集成化、智能化、轻便化，其目标是高性能、高可靠性、低成本。
汽车进排气系统的传感器在国内外得到了很高的重视，因为进排气系统是发动机必不可少的系统，可以直接影响到发动机的工作状态。
而汽车行业是目前国际上应用传感器最大的市场之一，当今汽车行业中，传感器成为了汽车电子控制系统中的重要组成部分。
其中进排气系统中的传感器可以反映出发动机的运作状态，是发动机重要的电子控制系统。
本篇论文主要阐述了汽车进排气系统中的传感器的结构作用以及发展趋势。
关键词：
进排气系统；传感器；发展应用
Abstract
Thecarwiththedevelopmentdirectionofautomobileelectronicsensorsensordevelopmenttrendinthefuture,mainlynewstructure,applicationofnewmaterialsandnewtechnology,thegeneraldevelopmenttrendismulti-functional,integrated,intelligent,portable,withthegoalofhighperformance,highreliabilityandlowcost.Sensorofautomobileexhaustsystemhasbeenhighlyvaluedathomeandabroad,becausethesystemofengineintakeandexhaustsystemisessential,candirectlyaffecttheengineworkingcondition.Theautomobileindustryisoneofthelargestapplicationsensormarketsintheworldtoday,theautomotiveindustrytoday,thesensorhasbecomeanimportantpartoftheautomotiveelectroniccontrolsystemintheexhaustsystem.Thesensorcanreflecttheoperationstateoftheengine,theelectroniccontrolsystemofengineisimportant.Thisthesismainlyexpoundsthestructureeffectofcarsensorintheexhaustsystemandthetrendofdevelopment.
Keywords:
Intakeandexhaustsystem;Sensor;DevelopmentandApplication
目录
摘要I
第一章绪论1
1.1引言1
1.2汽车进排气系统传感器发展现状1
1.3国内发展现状2
1.4汽车传感器应用2
1.5选题的目的3
1.6课题研究的意义及主要内容4
1.6.1选题的意义4
1.6.2主要内容4
第二章进排气系统5
2.1进气系统5
2.1.1进气系统功用5
2.1.2进气系统组成5
2.1.3进气歧管和垫的功用7
2.1.4谐振进气系统9
2.1.5可变进气歧管9
2.1.6进气增压系统10
2.2排气系统14
2.2.1排气系统组成14
2.2.2排气系统的三个主要功能15
2.3本章小结19
第三章传感器在汽车上的应用20
3.1传感器在汽车上的应用20
3.1.1温度传感器20
3.1.2压力传感器20
3.1.3位置和转速传感器21
3.1.4气体浓度传感器21
3.1.5爆震传感器21
3.2传感器在车身控制系统的应用22
3.2.1MEMS传感器在汽车上的应用22
3.2.2侧向倾斜角度传感器在汽车上的应用23
3.2.3车用雨量传感器的应用24
3.3车用传感器的作用及性能要求26
3.4本章小结26
第四章进排气系统传感器28
4.1安装在进气系统上的传感器28
4.1.1进气流量传感器28
4.1.2进气压力传感器28
4.1.3进气温度传感器29
4.1.4节气门位置传感器29
4.2安装在排气系统上的传感器29
4.2.1氧传感器在汽车进排气上的应用29
4.2.2排气温度传感器33
4.3本章小结33
第五章汽车进排气系统传感器发展趋势34
结论36
致谢37
参考文献38
第一章绪论
1.1引言
20世纪60年代，汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，它们与仪表或指示灯连接。
进入70年代后，为了治理排放，又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。
80年代，防抱死制动装置和气囊提高了汽车安全性。
今天，传感器已是无处不在。
在动力系统中，有用来测定各种流体温度和压力（如进气温度、气道压力、冷却水温和燃油喷射压力等）的传感器；有用来确定各部分速度和位置的传感器（如车速、节气门开度、凸轮轴、曲轴、变速器的角度和速度、排气再循环阀（EGR）的位置等）；还有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器；确定座椅位置的传感器；在防抱死制动系统和悬架控制装置中测定车轮转速、路面高差和轮胎气压的传感器；保护前排乘员的气囊，不仅需要较多的碰撞传感器和加速度传感器，还需要乘员位置、体重等传感器来保证其及时和准确的工作。
面对制造商提供的侧量、顶置式气囊以及更精巧的侧置头部气囊，还要增加传感器。
随着研究人员用防撞传感器（测距雷达或其她测距传感器）来判断和控制汽车的侧向加速度、每个车轮的瞬时速度及所需的转矩，使制动系统成为汽车稳定性控制系统的一个组成部分。
1.2汽车进排气系统传感器发展现状
汽车进排气系统的传感器在国内外得到了很高的重视，因为进排气系统是发动机必不可少的系统，可以直接影响到发动机的工作状态。
而汽车行业是目前国际上应用传感器最大的市场之一，从世界各国公布的专利情况来看，各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家，都很重视汽车传感器的研制和生产。
而进排气系统中的各个传感器的申报专利数，在汽车所有传感器中名列前茅，这反映了进排气系统中各个传感器的技术难度和各国的重视程度。
所以进排气系统中的传感器的市场前景非常广阔，对这些传感器的研究也成为了热点。
随着汽车行业的快速发展，传感器在汽车上的应用也随之不断扩大，它们在汽车电子稳定性控制系统（包括轮速传感器、陀螺仪以及刹车处理器）、车道偏离警告系统和盲点探测系统（包括雷达、红外线或者光学传感器）各个方面都得到了使用。
由于人们对于安全性、环保性、舒适性、通讯和娱乐的需求日益增长，预计2012年全球汽车传感器市场将从2007年的80亿美元上升到135亿美元，复合年增长率为10.8%。
中国市场是车用传感器发展的沃土，最新调查数据显示，2006年中国汽车传感器的市场销售额达到3.9亿美元，同比增长率为42.8%，2007年-2010年期间中国汽车传感器市场销售额的年度复合增长率将超过35%。
预计2007年市场销售额将达到5.4亿美元，其同比增长率为36.3%;预计2009年市场销售额将接近10.5亿美元，其同比增长率为40.5%;预计2010年市场销售额将超过13.2亿美元，其同比增长率为35.2%[3]。
1.3国内发展现状
我国的汽车传感器由于起步较晚，还没有形成系列化、配套化。
只有零散的产品为化油器配套使用，如曲轴位置、车速传感器采用的是电磁式或霍尔式，存在着准确度、分解能力、信号精度、匹配性、抗干扰性、低速检测、耐环境能力差等问题，而国外同类产品采用的是光电式，不存在上述问题。
总体上讲，国内汽车传感器行业现阶段存在品种少、不配套、性能较落后、抗干扰性差等问题。
许多传感器厂为了增强产品的竞争力，采用与国外同行业进行合资经营的方式，消化吸收国外先进的传感器技术，使产品升级换代，从而逐步发展壮大。
但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器，处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低下的状况。
中国汽车传感器随着汽车大力发展而呈现强劲的增长势头，国内汽车传感器迅速增长起来。
但中国汽车传感器大多被世界跨国公司瓜分，加快汽车电子国产化是汽车电子行业的首要任务。
为了帮助中国汽车传感器行业早日实现多功能化、集成化和智能化，盖世汽车网将于2010年10月举办“2010国际汽车电子应用技术研讨会”，邀请来自国内外的行业专家分享汽车传感器的最新应用技术，预测汽车电子的技术发展动向。
随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，通过新的结构设计和新的原理，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。
1.4汽车传感器应用
汽车传感器应用发展汽车用传感器技术是促进汽车电子化发展的关键技术之一。
车用传感器技术已广泛用于发动机、底盘和车身等各个系统中。
在汽车的各个系统中传感器担负着信息的采集和传输，并由电子控制单元（ECU）对信息进行处理后向执行器发出指令，离合器锁定、油压控制及空调等自动控制提供依据川。
传感器技术决定了汽车是否能实现真正的安全、舒适和智能化，据有关资料报道，一辆汽车一般要装用40-50只各种传感器，其价值约占整个汽车费用的10%左右。
一些新型的传感器也逐渐在汽车中得到了应用，促进了汽车技术的不断发展。
因此、汽车用传感器，已成为世界电子设备市场中增长最快的领域之一。
汽车传感器是汽车电子控制系统的信息源和关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。
传感器在发动机控制系统的应用发动机用传感器作为电控发动机系统的关键部件，是发动机控制系统的信息源。
为了使发动机处于最佳工作状态，发动机传感器对发动机各种状态的信号采集尤为重要。
发动机控制系统必须包括:
最佳点火提前角控制、最佳空燃比控制、怠速控制、废气再循环控制、可变进气控制、二次空气控制、涡轮增压控制、发动机排量控制、自我诊断等等通过发动机用传感器精确采集反映发动机各种状态的信号，并输入到发动机EUC中进行计算，最终由控制器综合控制。
发动机控制系统用传感器种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。
随着现代电子技术的发展，汽车的电子化程度越来越高，特别是电子计算机控制系统在汽车上的应用，使汽车的使用性能得到了明显改善和提高。
但是，由于人们对现代汽车安全、舒适、环保、经济性、动力性及自动化程度等性能要求的逐步提高，使得汽车必须能够实现对各部位进行精密的自动控制，而实现精密控制的第一信号源就是各种各样的传感器。
汽车传感器作为汽车电子计算机控制系统的重要组成部件，其使用数量和技术性能的好坏，直接影响汽车电子控制系统的工作状况。
普通汽车上大约安装几十只传感器，而高级豪华轿车上的传感器数量可达200多只，这些传感器主要分布在汽车各大系统中。
汽车电子化越发达，智能化程度越高，对传感器的依赖性也就越大，因此，传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。
1.5选题的目的
在本次论文中将重点描述传感器汽车进排气系统上的功用，进一步的了解进排气系统中都有哪些类型传感器与它们的结构原理，以便于能够更加了解汽车发动机运行过程中会出现的一些状况与信息。
1.6课题研究的意义及主要内容
1.6.1选题的意义
我们都知道，发动机是汽车的心脏，而进气系统则是发动机的动脉，进气系统的合理性直接影响发动机的性能、寿命，从而影响整车的性能、寿命，所以在进气系统中安装传感器可以反映出发动机的工作状态。
而排气系统主要是排放发动机工作时所排出的废气，所以在排气系统中安装传感器可以有效的减少废气污染。
所以对进排气系统中传感器的研究具有非常重要的意义。
1.6.2主要内容
随着传感器技术的不断更新，智能化、集成化和多功能化将成为汽车传感器的发展趋势。
当今汽车行业中，传感器成为了汽车电子控制系统中的重要组成部分。
其中进排气系统中的传感器可以反映出发动机的运作状态，是发动机重要的电子控制系统。
本篇论文主要阐述了汽车进排气系统中的传感器的结构作用以及发展趋势。
第二章进排气系统
2.1进气系统
2.1.1进气系统功用
发动机工作时，驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度，以此来改变进气量，控制发动机的运转。
进入发动机的空气经空气滤清器滤去尘埃等杂质后，流经空气流量计，沿节气门通道进入动力腔，再经进气歧管分配到各个气缸中;发动机冷车怠速运转时，部份空气经附加空气阀或怠速控制阀绕过节气门进入气缸。
进气系统在发动机工作循环时不断将新鲜空气或可燃混合气送入燃烧室，又将燃烧后的废气排到大气中，保证内燃机连续运转。
2.1.2进气系统组成
2.1.2.1空气滤清器
（1）空气滤清器的组成和功用
空气滤清器组成：
主要由进气口，上壳体，滤芯，下壳体组成，其中滤芯是主要的过滤部分，承担着气体的过滤工作，而机壳是为滤芯提供必要保护的外部结构。
空气滤清器的工作要求是能承担高效率的空气滤清工作，不为空气流动增加过多阻力，并能长时间连续工作。
空气滤清器功用：
滤气空气中的尘埃和杂质，将清洁的空气或（空气与燃油的可燃混合气）送入燃烧室，以减少活塞与气缸套之间、活塞组之间和气门组之间的磨损
（2）空气滤清器的应用领域和作用类型
应用领域：
气滤清器主要应用在气动机械、内燃机械等领域，作用是为这些机械设备提供清洁的空气，以防这些机械设备在工作中吸入带有杂质颗粒的空气而增加磨蚀和损坏的几率。
作用类型：
空气滤清器按照不同的作用形式可以分为二个类型，分别是惯性式空气滤清器、过滤式空气滤清器
1）惯性式空气滤清器
惯性式空气滤清器是以离心力作用作为工作原理。
惯性式空气滤清器在工作时会快速搅动空气，这样由于空气中所含的杂质的密度比空气密度大，因此在杂质随空气转动或转弯时，离心力的惯性作用就会使杂质自然的从空气中分离出来，达到滤清的目的。
2）过滤式空气滤清器
过滤式空气滤清器是以过滤介质为主要过滤手段，当空气通过过滤式空气滤清器时，金属制的滤网或滤纸会阻挡空气中的杂质，并将它们粘在滤芯上，从而实现空气滤清的效果
2.2.1.2节气门
（1）电动节气门的构成
电动节气门的构成大致可分归为一下几个部分：
节流阀、电磁驱动器、电位计、控制器（有的没有，直接由ecu管着），旁通阀。
（2）节气门的作用
节气门上接空气滤清器，下接发动机缸体，被称为是汽车控制空气进入发动机的一道可控阀门，气体进入进气管后会和汽油混合成可燃混合气，从而燃烧做工。
（3）节气门驱动方式
节气门有传统拉线式和电子节气门两种，传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端连接油门踏板，另一端连接节气门连动板而工作。
电子节气门主要通过节气门位置传感器，来根据发动机所需能量，控制节气门的开启角度，从而调节进气量的大小。
（4）节气门故障特征
电动节气门的故障特征分两类：
硬故障和软故障。
1）硬故障指机械损坏。
包括节气门控制单元、节气门电位计、节气门位置传感器等。
2）软故障指脏污，失调。
它包括空气中的灰尘，机油蒸发等。
（5）节气门如何清洗和手工初始化方法
清洗：
首先将固定的金属束环上一点油，以免在拆卸的时候发生滑牙的现象。
拆下节气门软管金属束环，将软管拆掉后，左端就是节气门的位置，拆掉电瓶负极，关闭点火开关，把节气门翻板扳直，往节气门内喷少量“化油器清洗剂”然后用涤纶抹布或者高纺“无纺布”小心擦洗，节气门深处，手够不着的地方可以用夹子夹住抹布小心擦洗。
清洗节气门时可以不拆解，但是一定要把进汽的密封部位清洗干净，怠速马达必须拆下来才能够清洗干净，喷油嘴拆借清洗和免拆各有利弊，一般情况下建议免拆洗，防止出现其他不必要的浪费，比如拆下来后需要更换密封圈或责其他一些垫片的安装，或者在拆装过程中出现漏油，气等现象耽误时间。
清洗完毕以后，再按照刚才拆卸的程序，装好后就要开始节气门的初始化，清洗节气门后，初始化是必须的，因为电脑调节气门开度的时候，是有记忆功能的，因为以前有油泥的堵塞，为了保证进气量，电脑会自动调节节气门的开度，让进气处于正常状态。
手工初始化方法：
第一种是开钥匙第二挡，就是仪表指示全亮的那一挡了，然后等待20秒后，踩油门到底，保持10秒左右后，松油门，关闭点火开关，拔出钥匙，初始化就完成了。
第二种是开钥匙第二挡，保持30秒，然后关闭点火开关，拔出钥匙。
需要注意的是，两种方法做完后，都要等待一段时间，才可以试着打火，一般等待15—20秒即可，然后打火，看看加油是否正常，发动机故障灯是否熄灭，如果一次不成功，就做第二次，一直到成功为止，一般都可以一次成功的，最多二次。
但是根据车子的不同，还原的方法是不一样的，有的车就必须要通过电脑才能完成初始化，如果是那种情况还是建议车主将爱车送到有专业设备的店里去清洗。
2.1.3进气歧管和垫的功用
（1）进气歧管的构造
对于节气门体燃油喷射式发动机，进气歧管指的是节气门体之后到气缸盖进气道之前的进气管路。
它的功用是将空气与燃油的混合气由节气门体分配到各缸进气道。
对于气道燃油喷射式发动机或柴油机，进气歧管只是将洁净的空气分配到各缸进气道。
进气歧管必须将空气—燃油混合气或洁净空气尽可能均匀地分配到各个气缸，为此进气歧管内气体流道的长度应尽可能相等。
为了减小气体流动阻力，提高进气能力，进气歧管的内壁应该光滑。
一般节气门体燃油喷射式发动机的进气歧管由合金铸铁制造，轿车发动机多用铝合金制造。
铝合金进气歧管质量轻、导热性好。
气道燃油喷射式发动机除应用铝合金进气歧管外，近几年来采用复合塑料进气歧管的发动机也日渐增多。
这种进气歧管质量极轻，内壁光滑，无需加工。
分别为铝合金进气管和树脂进气管。
图1铝合金进气管图2树脂进气管
（2）进气歧管的功用
当空气进入节气门后，经过歧管缓冲统后，空气流道就在此分歧了，对应引擎汽缸的数量，将空气分别导入各汽缸中。
以自然进气引擎来说，由于进气歧管位于节气门之后，所以当引擎油门开度小时，汽缸内无法吸
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