全球氣溫上升和人口增加導(dǎo)致各國制定了全球燃油經(jīng)濟性和排放標(biāo)準(zhǔn)指南。據(jù)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(dāng)前的企業(yè)平均燃油經(jīng)濟性 (CAFE) 標(biāo)準(zhǔn)要求到 2025 年公司所有輕型車輛產(chǎn)品的乘用車平均達到 23km/L (54.5m/g)。值得注意的是，這個標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)濟性水平。

制定這一目標(biāo)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(lǐng)域?qū)υ荚O(shè)備制造商 (OEM) 的發(fā)展產(chǎn)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(nèi)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(shè)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(shù)創(chuàng)造了機會。

原始設(shè)備制造商轉(zhuǎn)向微機電系統(tǒng) (MEMS) 傳感器，以開始解決 ICE 燃油經(jīng)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(jīng)濟性和排放。

燃油經(jīng)濟性和排放

工程師們正在開發(fā) MEMS 傳感器以提高燃油經(jīng)濟性。這些傳感器已用于自動啟動/停止，在車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時停止燃燒反應(yīng)。從歷史上看，此功能僅導(dǎo)致城市交通的增量改善（大約 10%）。這一結(jié)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(jīng)濟性提供的最顯著優(yōu)勢是空燃比的自動調(diào)節(jié)。該應(yīng)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(diào)整空氣/燃料混合物以達到化學(xué)計量（完整）成分的目標(biāo)，空氣與燃料的質(zhì)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(yīng)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(chǎn)物，其濃度隨溫度升高而增加，但可以監(jiān)測和調(diào)節(jié)壓力（圖 1). 壓力和溫度也直接相關(guān)。因此，當(dāng)壓力傳感器讀取到會導(dǎo)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(diào)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(yīng)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(chǎn)生的熱量消耗熱能，從而使多余的空氣加熱燃燒室。

結(jié)論

工程師們已經(jīng)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(yīng)用以解決燃油經(jīng)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(nèi)燃機技術(shù)的愿望在短期內(nèi)推動了 MEMS 創(chuàng)新。

Adam Kimmel 作為執(zhí)業(yè)工程師、研發(fā)經(jīng)理和工程內(nèi)容撰寫人擁有近 20 年的經(jīng)驗。他在垂直市場（包括汽車、工業(yè)/制造、技術(shù)和電子）中創(chuàng)建白皮書、網(wǎng)站副本、案例研究和博客文章。Adam 擁有化學(xué)和機械工程學(xué)位，是工程和技術(shù)內(nèi)容寫作公司 ASK Consulting Solutions, LLC 的創(chuàng)始人和負責(zé)人。

審核編輯黃宇