传感器技术:减少发动机摩擦

随着发动机效率受到前所未有的关注，汽车公司正在探索各种途径来提高性能。由于发动机有一个旋转的动力输出，扭矩是关键的测量指标。

汽车发动机是环保游说团体的最佳选择。毫无疑问，它们是碳积累的主要贡献者。但同样，它们也是现代生活的基础。真正的替代品还需要几十年的时间，所以我们必须让它们尽可能高效。
发动机润滑系统基本上是哑的。它们有一个简单的机械泵，它的大小确保在最坏的操作条件下有足够的油供应。这是典型的怠速热引擎。因此，在其余大部分转速范围内，泵都是超大的，因此，近60%的输出通过安全阀直接倾倒回贮水池。它还将向发动机的每个部分输送相同数量的油，而不管该系统实际需要什么。泵对发动机负载也不敏感，因此轴承将在给定的速度下获得相同的油供应，而不管负载如何。这是一个非常低效的系统。

此外，泵每小时迫使近一吨油通过过滤器，当油是冷的，这需要大量的能量。

考虑到这一点，一家英国大公司要求位于诺福克郡Snetterton的动力总成技术有限公司设计一种智能润滑系统，并分析其对发动机摩擦和寄生损失的影响。他们为该项目建造了一个高度专业化的测试台，由于可靠且可重复地测量驱动扭矩微小变化的准确性是一项关键要求，因此测试台的关键部分是Banbury Sensor Technology公司的TorqSense传感器。

正在测试的发动机是目前生产的柴油发动机，试验台配置为使用6,000rpm 32kW电动机驱动发动机进行机动摩擦测试。

Powertrain的一位主管Andrew Barnes解释说:“我们完全重新设计了发动机润滑系统，并安装了5个电脑控制的油泵(按照我们自己的设计)。每个系统都能够在特定的条件下为发动机的各个部件供油，并且对发动机的运行条件很敏感(例如，我们可以在不同的缸体压力下为机头供油，并在发动机处于高负荷状态时为轴承供油)。”

我们的想法是在各种润滑条件下完整地描述发动机的性能，并得出智能系统的最佳配置，以获得最佳性能。

“汽油和柴油发动机都比二三十年前更清洁，”安德鲁说。“然而，在-40摄氏度到+ 40摄氏度的大范围速度和负载以及环境条件下高效运行的需求仍然是阿基里斯之踵。智能润滑具有不断提高性能的潜力，尽管量化最佳配置是一项艰苦的工作。”
他接着解释说，扭矩传感器对该项目至关重要，因为该测试的目的是测量一系列不同供油策略和油类型对摩擦的影响。因此，摩擦的变化是由发动机的电机驱动扭矩的变化来表示的。

TorqSense传感器特别适合开发工作，因为它们是无线的。“这是一种即装即忘、非接触式的数字传感器，”传感器技术公司的托尼·英厄姆说，“这意味着你不必为每一次新的测量都摆弄连接滑环的线路，而且与数字输出一起可以获得很高的精度。”相邻的射频拾音器向SAW发射无线电波，并收集反射谐振变化，并根据反射波频率的变化识别施加的扭矩。”

TorqSense有效地感知和测量由固定在转轴上的两个表面声波设备(SAW)产生的射频(RF)波，并使用两个由陶瓷压电材料制成的微型SAW(表面放置频率共振梳)将其转换为扭矩测量。SAW被固定在传动轴上，彼此成90度。随着扭矩的增加，梳子按比例膨胀或收缩，以施加扭矩。实际上，梳子的作用类似于应变计，但测量的是谐振频率的变化。相邻的射频拾音器向SAW发射无线电波，同时收集反射谐振的变化，并通过反射波频率的变化来识别施加的扭矩。

目前，动力系统的研究已经进入了放弃试验台，将发动机安装在汽车上，以量化其对燃油经济性的影响的下一阶段。

安德鲁说:“现在的问题是在各种条件下驾驶它，在测试轨道和滚动道路上混合行驶，以建立燃料消耗概况。”