一款实用新型真空控制传感器的研制

翁桃林，陈贵宏

（上海汽车乘用车分公司技术中心SMTC，上海 210061）

近几十年来，随着全球汽车工业的迅猛发展，汽车在人们日常生活中已经越来越普及。汽车普及的同时，全球空气污染问题越发严重。汽车所造成的污染除了交通扬尘外，主要就是尾气排放。随着近年来环境问题的日趋严重，各国都制订了相关的汽车排放标准，这对各国汽车工业是一个巨大的冲击，因此研制开发和应用汽车废气再循环系统迫在眉睫。

汽车废气再循环系统 （EGR）是对汽车行驶时产生的尾气进行再循环处理，从而减少汽车的空气污染，达到国家规定的排放要求。国外汽车厂家对汽车废气再循环系统研制较早，并有相应的产品投入使用。而我们国内在这方面起步虽然较晚，但越来越多的汽车厂家开始投入人力、物力和财力研制开发汽车废气再循环系统及相关系统的产品。我公司研制开发的实用新型真空控制传感器就是用于汽车废气再循环系统 （EGR）中，是作为汽车废气再循环系统中的一个控制单元，它是通过对汽车尾气压力的监测来控制传感器的输出。下面就我公司研制开发的真空控制传感器做详细介绍。

1 真空控制传感器的功能特点

本文介绍的实用新型真空控制传感器，是我公司为克莱斯勒公司一款车型研制开发并配套生产的产品。它是通过对输入的汽车尾气压力进行监测，当汽车尾气压力达到一定的数值时，传感器内部隔膜动作，堵塞与大气相通的输出接口，从而使传感器的输出口通过管道与输入相连通，使输出状态由正常的大气压力变为有一定压力的真空，再送入下一级系统，来推动下一级系统正常工作。同时在传感器内部增加了手动开关控制结构，可以根据车辆状况手动调节系统的正常工作状态。该真空控制传感器的具体功能如图1所示。

该真空控制传感器是一种隶属气压传感器类的产品，但与气压传感器有很大的区别。传统的气压传感器的功能是当输入的气体压力达到一定数值时，推动机械触点闭合，使电路接通。而我公司研制开发的真空控制传感器内部有两个触点，这两个触点都是膜片式的、柔性的，当压力达到一定数值时，它具有良好的接触性能，保证传感器能稳定地工作，克服了以往气压传感器存在的零件锈蚀、接触电阻大、容易出现接触不良等问题，品质更加稳定可靠。另一个创新之处是在气压传感器基础上，其内部增加了手动电器控制部分，利用通电线圈的磁效应，来控制传感器输出口的状态。本传感器外型为全塑产品，其结构紧凑、美观，较之以往的气压传感器设计更合理，性能更可靠。下面就真空控制传感器所具有的特点进行介绍。

1）自动控制 传感器内部起控制作用的零部件——隔膜的动作是随着汽车行驶产生的尾气压力大小而变化的。正常情况下，没有尾气输入，隔膜呈自由状态，两边感受的气体分别为大气压力与尾气压力。当汽车尾气的压力达到一定的数值时，推动隔膜向上动作，堵塞与大气相连通的输出接口，这时传感器的输入与输出口相通，使输出口产生一定数值的真空，数值大小与输入相近，输出的真空去控制下一级系统的正常工作。

2）手动控制 在传感器内部增加了手动控制传感器工作的回路，达到人工根据需求来调节传感器的工作状态。当控制开关接通时，电源电压通过接插件加到传感器内部的电磁线圈中，根据磁电效应，使内部的密封板吸合，堵塞输入真空接口，从而切断真空通道，使传感器不能正常工作。当控制开关断开后，磁电效应消失，内部的密封板恢复到正常状态，真空通道连通，传感器正常工作。

3）密封性要求 由于传感器输入输出均为气体，如正常工作时与大气相通的话，就会影响传感器输入输出的正常数值，故传感器对产品的密封性要求比较高。传感器对密封性有要求的有：隔膜安装位置处、输入接口电磁线圈处以及3个输入输出口与系统的连接处。

2 结构组成及工作原理

2.1 真空控制传感器的结构

该真空控制传感器的结构主要由接头、外壳、密封板、线圈带芯管总成、隔膜、大小弹簧、过滤器和上盖等组成。

图2即为真空控制传感器总成图，左边为传感器结构剖视图，其中传感器接头与传感器外壳之间通过超声波焊接；右边为传感器后视图。

图2中A口接输入真空，是发动机工作时产生的真空压力信号，通常为恒定的数值。B口为真空传感器输出压力信号。C口通入汽车尾气，为汽车尾气送来的压力信号。K向为传感器电器接口，内部线圈引出脚1、2之间通过开关与整车电源电路及相关元器件连接。

2.2 真空控制传感器的工作原理

1）在没有汽车尾气输入和电器控制的情况下，密封板总成和隔膜总成在大、小弹簧的支撑下，处于不工作状态，此时不论A口输入多大压力的真空，B口始终与外界大气压相通，输出为大气压数值，不受输入的控制，EGR系统也处于不工作状态。

2）当手动控制开关使传感器电器接口1、2之间接入+13.5V电压时，电压通过线圈时，根据电磁感应定律，产生一定的磁场，和芯管 （纯铁材料）作用，起到电磁铁的作用。在磁场的作用下使密封板总成动作，中间的硅橡胶部分堵塞住芯管的通气孔，切断气路，使A口输入的真空无法传送进入。此时不论汽车尾气加多大的压力，也不论A口输入多大压力真空，B口始终无输出真空，为正常大气压。内部过滤器的作用是滤去大气中的杂质。

3）当传感器电器接口不接入电源电压时，C口输入汽车尾气；当压力达到一定的数值，因为气压的影响隔膜向上动作，克服弹簧的压力与管座接触，堵塞管座，此时B口与外界大气压断开，与A口相通，A口的真空通过气路传输到B口，从而使B口有输出，数值略低于A口数值 （输出B口有一个Φ0.5的小孔与大气相连）。传感器输出真空送到下一级，从而实现控制下一级的动作。

2.3 技术参数及测试参数

真空控制传感器总成的技术参数及测试参数：①输入真空数值为-50～51.7kPa；②当隔膜通入正压为18.6～22kPa时，传感器渗漏量为0～20sccm；③隔膜动作的正压为19.5～21.7kPa时，隔膜耐温性达+230℃；④产品密封性检查压力为-90kPa；⑤线圈通电工作电压为+13.5±0.5 V， 线圈电阻为1 350±20 Ω； ⑥传感器输出为真空和大气压力两种状态。

3 研制过程

众所周知，汽车的使用条件非常恶劣，温度变化大，振动剧烈，这就对汽车产品提出很高的要求。真空控制传感器总成安装在发动机周围，要求其密封性能要好，具有不渗油、耐高温、耐较高的压力等性能，这给我们设计研制该产品带来很大的困难。因此我们在设计研制该产品初期，花费了很大的精力在消化吸收进口图纸、标准和样件上，对提出的研制方案，不断地修改，最终确定适合我国国情的切实可行的研制方案。

因该产品是真空输入和真空输出，稍微的漏气对输出的真空数值即产生很大的影响，故对其密封性能要求很严格，这给外壳组合的超声波焊接提出了很高的要求。经过很长时间的调研，发现普通材料焊头根本满足不了这些要求，最终采用进口材料制造的焊头，保证其焊接寿命和使用要求。经过大量的焊接试验，使得外壳组合的焊接品质得到保证，生产趋于稳定，其密封性能达到了该产品技术标准的各项要求。另通过对外壳组合和上盖等塑料件之间的配合尺寸进行多次模具修正，使隔膜总成压配后，结合处的隔膜渗漏量达到指标的要求。

隔膜总成是真空控制传感器的重要部分，其品质的好坏直接关系到真空控制传感器能否正常工作，因此在研制时特别给予重视。通过查阅大量标准和有关资料，对之进行解剖分析，得出研制方案。为了确保该产品的品质，供应商选择了中外合资厂家制造，采用进口原料制作，并对其耐高温性能进行了大量的试验。研制成功后，其主要性能柔软性、耐温度性能均达到国际标准的要求，并很好满足该产品的使用要求。

该产品的装配工艺相对来说较复杂，为了保证产品的品质，装配过程采用多种专用的工装夹具和校验设备，以保证其产品总成的性能要求。其装配工艺大致如图3所示。

在装配过程中，为了保证产品品质，我们购买了进口的绕线机和超声波焊接机，工装夹具的材料也采用进口原料，再配有密封性、总成终检校验台对之进行100%的密封性能和产品性能的测试，以保证外壳组合的性能和产品总成的性能满足产品的要求，严格保证该产品品质。

另我公司在研制开发过程中，通过对其进口产品标准的消化、吸收，并根据我国的实际情况和相关行业标准的有关规定，在不低于进口标准的前提下，制定了适合我国国情的真空控制传感器的技术条件和试验方法的相关标准。

4 实际应用

经过近一年的试制周期的研制开发，我公司在攻克了众多技术难点后，完成了该产品的最终试制，相应的品质体系文件工作也已完成。产品经本公司和客户的试验室全性能试验，其性能均达到设计的要求。研制出的产品经装车使用，效果良好，其性能达到了克莱斯勒汽车的使用要求。现已批量生产，稳定供货，其品质也达到用户的要求，为公司创造了良好的经济效益。

该实用新型真空控制传感器作为汽车尾气收集系统中的一个重要组成部分，属环保类产品，在目前我国汽车行业还未推广使用。目前我公司已获得了该产品的实用新型国家专利，专利号为ZL 2009 2 0257253.1。相信随着我国对汽车尾气排放的严格要求，该产品将得到广泛的应用，应该有很好的发展前景。

［1］陈家瑞.汽车构造［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］杨帆.传感器技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2008. （编辑李翩）