翁桃林，陳貴宏

（上海汽車乘用車分公司技術(shù)中心SMTC，上海 210061）

近幾十年來，隨著全球汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)越來越普及。汽車普及的同時，全球空氣污染問題越發(fā)嚴(yán)重。汽車所造成的污染除了交通揚塵外，主要就是尾氣排放。隨著近年來環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，各國都制訂了相關(guān)的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，這對各國汽車工業(yè)是一個巨大的沖擊，因此研制開發(fā)和應(yīng)用汽車廢氣再循環(huán)系統(tǒng)迫在眉睫。

汽車廢氣再循環(huán)系統(tǒng) （EGR）是對汽車行駛時產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行再循環(huán)處理，從而減少汽車的空氣污染，達(dá)到國家規(guī)定的排放要求。國外汽車廠家對汽車廢氣再循環(huán)系統(tǒng)研制較早，并有相應(yīng)的產(chǎn)品投入使用。而我們國內(nèi)在這方面起步雖然較晚，但越來越多的汽車廠家開始投入人力、物力和財力研制開發(fā)汽車廢氣再循環(huán)系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)的產(chǎn)品。我公司研制開發(fā)的實用新型真空控制傳感器就是用于汽車廢氣再循環(huán)系統(tǒng) （EGR）中，是作為汽車廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中的一個控制單元，它是通過對汽車尾氣壓力的監(jiān)測來控制傳感器的輸出。下面就我公司研制開發(fā)的真空控制傳感器做詳細(xì)介紹。

1 真空控制傳感器的功能特點

本文介紹的實用新型真空控制傳感器，是我公司為克萊斯勒公司一款車型研制開發(fā)并配套生產(chǎn)的產(chǎn)品。它是通過對輸入的汽車尾氣壓力進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)汽車尾氣壓力達(dá)到一定的數(shù)值時，傳感器內(nèi)部隔膜動作，堵塞與大氣相通的輸出接口，從而使傳感器的輸出口通過管道與輸入相連通，使輸出狀態(tài)由正常的大氣壓力變?yōu)橛幸欢▔毫Φ恼婵眨偎腿胂乱患壪到y(tǒng)，來推動下一級系統(tǒng)正常工作。同時在傳感器內(nèi)部增加了手動開關(guān)控制結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)車輛狀況手動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。該真空控制傳感器的具體功能如圖1所示。

該真空控制傳感器是一種隸屬氣壓傳感器類的產(chǎn)品，但與氣壓傳感器有很大的區(qū)別。傳統(tǒng)的氣壓傳感器的功能是當(dāng)輸入的氣體壓力達(dá)到一定數(shù)值時，推動機(jī)械觸點閉合，使電路接通。而我公司研制開發(fā)的真空控制傳感器內(nèi)部有兩個觸點，這兩個觸點都是膜片式的、柔性的，當(dāng)壓力達(dá)到一定數(shù)值時，它具有良好的接觸性能，保證傳感器能穩(wěn)定地工作，克服了以往氣壓傳感器存在的零件銹蝕、接觸電阻大、容易出現(xiàn)接觸不良等問題，品質(zhì)更加穩(wěn)定可靠。另一個創(chuàng)新之處是在氣壓傳感器基礎(chǔ)上，其內(nèi)部增加了手動電器控制部分，利用通電線圈的磁效應(yīng)，來控制傳感器輸出口的狀態(tài)。本傳感器外型為全塑產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊、美觀，較之以往的氣壓傳感器設(shè)計更合理，性能更可靠。下面就真空控制傳感器所具有的特點進(jìn)行介紹。

1）自動控制 傳感器內(nèi)部起控制作用的零部件——隔膜的動作是隨著汽車行駛產(chǎn)生的尾氣壓力大小而變化的。正常情況下，沒有尾氣輸入，隔膜呈自由狀態(tài)，兩邊感受的氣體分別為大氣壓力與尾氣壓力。當(dāng)汽車尾氣的壓力達(dá)到一定的數(shù)值時，推動隔膜向上動作，堵塞與大氣相連通的輸出接口，這時傳感器的輸入與輸出口相通，使輸出口產(chǎn)生一定數(shù)值的真空，數(shù)值大小與輸入相近，輸出的真空去控制下一級系統(tǒng)的正常工作。

2）手動控制 在傳感器內(nèi)部增加了手動控制傳感器工作的回路，達(dá)到人工根據(jù)需求來調(diào)節(jié)傳感器的工作狀態(tài)。當(dāng)控制開關(guān)接通時，電源電壓通過接插件加到傳感器內(nèi)部的電磁線圈中，根據(jù)磁電效應(yīng)，使內(nèi)部的密封板吸合，堵塞輸入真空接口，從而切斷真空通道，使傳感器不能正常工作。當(dāng)控制開關(guān)斷開后，磁電效應(yīng)消失，內(nèi)部的密封板恢復(fù)到正常狀態(tài)，真空通道連通，傳感器正常工作。

3）密封性要求 由于傳感器輸入輸出均為氣體，如正常工作時與大氣相通的話，就會影響傳感器輸入輸出的正常數(shù)值，故傳感器對產(chǎn)品的密封性要求比較高。傳感器對密封性有要求的有：隔膜安裝位置處、輸入接口電磁線圈處以及3個輸入輸出口與系統(tǒng)的連接處。

2 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

2.1 真空控制傳感器的結(jié)構(gòu)

該真空控制傳感器的結(jié)構(gòu)主要由接頭、外殼、密封板、線圈帶芯管總成、隔膜、大小彈簧、過濾器和上蓋等組成。

圖2即為真空控制傳感器總成圖，左邊為傳感器結(jié)構(gòu)剖視圖，其中傳感器接頭與傳感器外殼之間通過超聲波焊接；右邊為傳感器后視圖。

圖2中A口接輸入真空，是發(fā)動機(jī)工作時產(chǎn)生的真空壓力信號，通常為恒定的數(shù)值。B口為真空傳感器輸出壓力信號。C口通入汽車尾氣，為汽車尾氣送來的壓力信號。K向為傳感器電器接口，內(nèi)部線圈引出腳1、2之間通過開關(guān)與整車電源電路及相關(guān)元器件連接。

2.2 真空控制傳感器的工作原理

1）在沒有汽車尾氣輸入和電器控制的情況下，密封板總成和隔膜總成在大、小彈簧的支撐下，處于不工作狀態(tài)，此時不論A口輸入多大壓力的真空，B口始終與外界大氣壓相通，輸出為大氣壓數(shù)值，不受輸入的控制，EGR系統(tǒng)也處于不工作狀態(tài)。

2）當(dāng)手動控制開關(guān)使傳感器電器接口1、2之間接入+13.5V電壓時，電壓通過線圈時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，產(chǎn)生一定的磁場，和芯管 （純鐵材料）作用，起到電磁鐵的作用。在磁場的作用下使密封板總成動作，中間的硅橡膠部分堵塞住芯管的通氣孔，切斷氣路，使A口輸入的真空無法傳送進(jìn)入。此時不論汽車尾氣加多大的壓力，也不論A口輸入多大壓力真空，B口始終無輸出真空，為正常大氣壓。內(nèi)部過濾器的作用是濾去大氣中的雜質(zhì)。

3）當(dāng)傳感器電器接口不接入電源電壓時，C口輸入汽車尾氣；當(dāng)壓力達(dá)到一定的數(shù)值，因為氣壓的影響隔膜向上動作，克服彈簧的壓力與管座接觸，堵塞管座，此時B口與外界大氣壓斷開，與A口相通，A口的真空通過氣路傳輸?shù)紹口，從而使B口有輸出，數(shù)值略低于A口數(shù)值 （輸出B口有一個Φ0.5的小孔與大氣相連）。傳感器輸出真空送到下一級，從而實現(xiàn)控制下一級的動作。

2.3 技術(shù)參數(shù)及測試參數(shù)

真空控制傳感器總成的技術(shù)參數(shù)及測試參數(shù)：①輸入真空數(shù)值為-50～51.7kPa；②當(dāng)隔膜通入正壓為18.6～22kPa時，傳感器滲漏量為0～20sccm；③隔膜動作的正壓為19.5～21.7kPa時，隔膜耐溫性達(dá)+230℃；④產(chǎn)品密封性檢查壓力為-90kPa；⑤線圈通電工作電壓為+13.5±0.5 V， 線圈電阻為1 350±20 Ω； ⑥傳感器輸出為真空和大氣壓力兩種狀態(tài)。

3 研制過程

眾所周知，汽車的使用條件非常惡劣，溫度變化大，振動劇烈，這就對汽車產(chǎn)品提出很高的要求。真空控制傳感器總成安裝在發(fā)動機(jī)周圍，要求其密封性能要好，具有不滲油、耐高溫、耐較高的壓力等性能，這給我們設(shè)計研制該產(chǎn)品帶來很大的困難。因此我們在設(shè)計研制該產(chǎn)品初期，花費了很大的精力在消化吸收進(jìn)口圖紙、標(biāo)準(zhǔn)和樣件上，對提出的研制方案，不斷地修改，最終確定適合我國國情的切實可行的研制方案。

因該產(chǎn)品是真空輸入和真空輸出，稍微的漏氣對輸出的真空數(shù)值即產(chǎn)生很大的影響，故對其密封性能要求很嚴(yán)格，這給外殼組合的超聲波焊接提出了很高的要求。經(jīng)過很長時間的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)普通材料焊頭根本滿足不了這些要求，最終采用進(jìn)口材料制造的焊頭，保證其焊接壽命和使用要求。經(jīng)過大量的焊接試驗，使得外殼組合的焊接品質(zhì)得到保證，生產(chǎn)趨于穩(wěn)定，其密封性能達(dá)到了該產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的各項要求。另通過對外殼組合和上蓋等塑料件之間的配合尺寸進(jìn)行多次模具修正，使隔膜總成壓配后，結(jié)合處的隔膜滲漏量達(dá)到指標(biāo)的要求。

隔膜總成是真空控制傳感器的重要部分，其品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到真空控制傳感器能否正常工作，因此在研制時特別給予重視。通過查閱大量標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)資料，對之進(jìn)行解剖分析，得出研制方案。為了確保該產(chǎn)品的品質(zhì)，供應(yīng)商選擇了中外合資廠家制造，采用進(jìn)口原料制作，并對其耐高溫性能進(jìn)行了大量的試驗。研制成功后，其主要性能柔軟性、耐溫度性能均達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的要求，并很好滿足該產(chǎn)品的使用要求。

該產(chǎn)品的裝配工藝相對來說較復(fù)雜，為了保證產(chǎn)品的品質(zhì)，裝配過程采用多種專用的工裝夾具和校驗設(shè)備，以保證其產(chǎn)品總成的性能要求。其裝配工藝大致如圖3所示。

在裝配過程中，為了保證產(chǎn)品品質(zhì)，我們購買了進(jìn)口的繞線機(jī)和超聲波焊接機(jī)，工裝夾具的材料也采用進(jìn)口原料，再配有密封性、總成終檢校驗臺對之進(jìn)行100%的密封性能和產(chǎn)品性能的測試，以保證外殼組合的性能和產(chǎn)品總成的性能滿足產(chǎn)品的要求，嚴(yán)格保證該產(chǎn)品品質(zhì)。

另我公司在研制開發(fā)過程中，通過對其進(jìn)口產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的消化、吸收，并根據(jù)我國的實際情況和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，在不低于進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)的前提下，制定了適合我國國情的真空控制傳感器的技術(shù)條件和試驗方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 實際應(yīng)用

經(jīng)過近一年的試制周期的研制開發(fā)，我公司在攻克了眾多技術(shù)難點后，完成了該產(chǎn)品的最終試制，相應(yīng)的品質(zhì)體系文件工作也已完成。產(chǎn)品經(jīng)本公司和客戶的試驗室全性能試驗，其性能均達(dá)到設(shè)計的要求。研制出的產(chǎn)品經(jīng)裝車使用，效果良好，其性能達(dá)到了克萊斯勒汽車的使用要求?，F(xiàn)已批量生產(chǎn)，穩(wěn)定供貨，其品質(zhì)也達(dá)到用戶的要求，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

該實用新型真空控制傳感器作為汽車尾氣收集系統(tǒng)中的一個重要組成部分，屬環(huán)保類產(chǎn)品，在目前我國汽車行業(yè)還未推廣使用。目前我公司已獲得了該產(chǎn)品的實用新型國家專利，專利號為ZL 2009 2 0257253.1。相信隨著我國對汽車尾氣排放的嚴(yán)格要求，該產(chǎn)品將得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)該有很好的發(fā)展前景。

［1］陳家瑞.汽車構(gòu)造［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］楊帆.傳感器技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008. （編輯李翩）