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納芯微壓差傳感器助力解決汽車(chē)排放問(wèn)題,攜手打贏“藍(lán)天白云保衛(wèi)戰(zhàn)”

發(fā)布時(shí)間:2023-09-21 來(lái)源:納芯微 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】國(guó)六汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)可謂耳熟能詳,它是國(guó)家第六階段機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。旨在減少壓燃式及氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)排氣對(duì)環(huán)境的污染,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,保障人體健康。國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)分為A和B兩個(gè)階段,A標(biāo)準(zhǔn)2020年7月執(zhí)行,B標(biāo)準(zhǔn)2023年7月執(zhí)行。B標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)苛,也催生了燃油蒸汽的需求。


國(guó)六汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蒸發(fā)污染物排放進(jìn)行了更加嚴(yán)格的規(guī)范,是目前全球最嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)之一。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施也將推動(dòng)技術(shù)方案的改進(jìn),加快汽車(chē)零部件的更新?lián)Q代。


配合國(guó)六汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)部門(mén)也出臺(tái)了相應(yīng)的汽車(chē)污染物排放測(cè)量方法。我們先來(lái)了解一下有關(guān)部門(mén)在這方面的相關(guān)規(guī)定,再來(lái)看看如何解決燃油蒸汽從汽車(chē)油箱外溢的問(wèn)題。


什么是蒸發(fā)污染物?


由于儲(chǔ)存溫度和儲(chǔ)存時(shí)間的變化,作為汽車(chē)燃油存儲(chǔ)裝置的油箱可產(chǎn)生一些碳?xì)浠衔镎羝?,即蒸發(fā)污染物。為此,國(guó)家針對(duì)油箱蒸發(fā)污染物制定了一致性測(cè)量與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。


生態(tài)環(huán)境部2016年12月頒布,2020年7月開(kāi)始實(shí)施的《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第六階段)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《測(cè)量辦法》)對(duì)蒸發(fā)污染物的定義是:汽車(chē)排氣管排放之外,從汽車(chē)燃料(汽油)系統(tǒng)損失的碳?xì)浠衔镎羝ㄈ加拖浜粑鼡p失(換氣損失),即由于燃油箱內(nèi)溫度變化排放的碳?xì)浠衔?,以及熱浸損失,汽車(chē)行駛一段時(shí)間以后,靜置汽車(chē)燃油系統(tǒng)排放的碳?xì)浠衔铩?/p>


常壓油箱與高壓油箱


汽油是極易揮發(fā)性液體,在28℃開(kāi)放條件下,僅需20分鐘就能揮發(fā)55%。如果油箱完全密封,汽油揮發(fā)后又會(huì)使油箱內(nèi)壓力急劇增大,甚至出現(xiàn)脹破的情況。


目前,汽車(chē)油箱可以分為常壓和高壓兩種類(lèi)型,一般普通燃油車(chē)只需使用常壓油箱,承受內(nèi)壓在-3至15kPa之間。為了避免燃油蒸汽外泄,燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)中都會(huì)有碳罐,它通過(guò)管路連接油箱頂部,利用油氣控制閥將揮發(fā)的汽油蒸汽擠壓到碳罐中。通常油箱內(nèi)汽油蒸汽壓力達(dá)到4-7kPa時(shí),油氣控制閥就會(huì)打開(kāi),讓汽油蒸汽進(jìn)入碳罐。


碳罐內(nèi)部有大量活性炭,能夠吸附燃油蒸汽,經(jīng)氣體過(guò)濾后通過(guò)呼吸口排到大氣中,以實(shí)現(xiàn)油箱壓力均衡。車(chē)輛啟動(dòng)后,連接進(jìn)氣歧管的另一管路產(chǎn)生負(fù)壓,將碳罐中吸附的燃油送入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。由于碳罐中油氣少,油箱壓力也比較小,所以純?nèi)加蛙?chē)使用常壓油箱就能滿足國(guó)六規(guī)定的蒸發(fā)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。


高壓油箱承受的壓力為35~40kPa,強(qiáng)度提升了很多,周?chē)涮椎墓苈?,如加油蓋、加油管路、蒸發(fā)管路的耐壓要求也更高。除了材質(zhì)和管路的耐壓值更高,還增加了由ECU管理的FTIV閥,智能化程度更高。


插電混動(dòng)車(chē)之所以要使用高壓油箱,是因?yàn)槠溟L(zhǎng)距離行駛主要依靠電池和電機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻率較低。而碳罐的沖洗是靠發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的吸氣作用實(shí)現(xiàn)的,所以發(fā)動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)碳罐就會(huì)很快達(dá)到極限吸附量,導(dǎo)致一部分汽油蒸汽通過(guò)碳罐的大氣口外溢。


為此,汽車(chē)廠商為插電混動(dòng)開(kāi)發(fā)了高壓油箱。高壓油箱除了可以承受更高內(nèi)壓外,其設(shè)計(jì)也有所不同。在高壓油箱連接碳罐的管路之間增加了油箱隔離閥(FTIV)。只要發(fā)動(dòng)機(jī)熄火,油箱隔離閥就一直處于關(guān)閉狀態(tài),使高壓油箱內(nèi)的汽油蒸汽無(wú)法進(jìn)入碳罐,避免汽油蒸汽溢出。


理論上講,在國(guó)六排放測(cè)試中,插電混動(dòng)必須將電量充至最高,然后才能進(jìn)行蒸發(fā)污染物排放測(cè)試。所以在測(cè)試過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)基本不啟動(dòng),碳罐得不到?jīng)_洗,所以使用常壓油箱的插電混動(dòng)車(chē)型較難通過(guò)國(guó)六排放測(cè)試。


順便說(shuō)一下,活性碳罐不能飽和,必須具有一定的脫附能力(又稱(chēng)清洗能力),才能保證汽油蒸汽不會(huì)通過(guò)碳罐的大氣口外溢。為了使處于吸附飽和狀態(tài)的碳罐能重新恢復(fù)吸附能力,就要對(duì)其飽和度進(jìn)行檢測(cè),并提醒ECU對(duì)碳罐進(jìn)行脫附(啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)碳罐中的油氣進(jìn)行燃燒),使之重新恢復(fù)吸附能力。納芯微NSPAS3系列絕壓傳感器就是一種碳罐脫附壓力傳感器,可以實(shí)現(xiàn)上述功能。


除了高壓油箱,高壓燃油蒸汽傳感器也不可忽略


事實(shí)上,除了使用高壓油箱更好地積攢揮發(fā)出來(lái)的油氣,還必須采用高壓燃油蒸汽傳感器,以保證插電混動(dòng)車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不工作時(shí),不會(huì)延長(zhǎng)油氣揮發(fā)時(shí)間,導(dǎo)致活性碳罐吸附油氣飽和而溢出,造成排放超標(biāo)。


要做到這一點(diǎn),將需要使用燃油蒸汽壓力傳感器。這種傳感器既可以用于低壓油箱,也可以用于高壓油箱,其主要作用是監(jiān)測(cè)燃油系統(tǒng)中的壓力變化,并配合ECU算法進(jìn)行燃油蒸發(fā)系統(tǒng)泄露診斷,將過(guò)多的油氣供給碳罐吸附或發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。


納芯微近期推出的采用MEMS工藝的汽車(chē)級(jí)壓差傳感器模組NSPGM2系列,可以為解決上述問(wèn)題助一臂之力。


NSPGM2系列基于硅壓阻效應(yīng),采用先進(jìn)的MEMS微加工工藝設(shè)計(jì)制造,通過(guò)汽車(chē)級(jí)信號(hào)調(diào)理芯片對(duì)貴金屬M(fèi)EMS芯體輸出進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償,能將0~±5kPa/±35kPa/±100kPa的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為可自定義輸出范圍(0~5V)的模擬輸出信號(hào)。


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NSPGM2新結(jié)構(gòu)示意圖


MEMS差壓壓力芯體(NSP1832)采用貴金屬雙焊盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及增強(qiáng)穩(wěn)定性的屏蔽層技術(shù),能夠兼容油氣環(huán)境,符合汽車(chē)級(jí)AEC-Q103 Grade 0標(biāo)準(zhǔn)。其特有的陶瓷基板封裝工藝使該模組能夠耐油汽等介質(zhì)腐蝕,MEMS獨(dú)立封裝讓設(shè)計(jì)更加靈活。


NSPGM2系列模組適用于增強(qiáng)型EVAP(燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng))的低壓/高壓燃油蒸汽壓力傳感器(FTPS),典型安裝位置是EVAP系統(tǒng)碳罐或油箱。


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燃油蒸汽壓力傳感器安裝位置


此外,該產(chǎn)品還可用于曲軸箱通風(fēng)壓力傳感器(KPS)等燃油動(dòng)力系統(tǒng),以及混動(dòng)車(chē)/新能源車(chē)真空助力系統(tǒng)(VBS)、DPF尾氣壓差傳感器等。


納芯微汽車(chē)級(jí)壓差傳感器模組NSPGM2解決挑戰(zhàn)


NSPGM2系列模組具有高精度寬溫范圍(-40℃~130℃全溫范圍內(nèi)精度優(yōu)于±2.5%F.S.)、高線性度、穩(wěn)定性好、無(wú)需校準(zhǔn)、100%溫度補(bǔ)償?shù)忍匦浴K捎密?chē)規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),供電電壓高達(dá)18V,支持反壓-24V/過(guò)壓28V保護(hù),可承受3x過(guò)載壓力和5x爆破壓力,具有較高的可靠性與穩(wěn)定性。


該系列模組獨(dú)特的貴金屬焊盤(pán)MEMS搭配陶瓷基板封裝耐溫150℃,陶瓷背面貼裝耐油氣、尾氣腐蝕;陶瓷凸臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)安裝應(yīng)力不敏感;1.62V~5.5V適配各種油氣、氮氧腐蝕性氣體環(huán)境。模組出廠均經(jīng)過(guò)預(yù)校準(zhǔn),具備出廠調(diào)零功能,且支持客戶端多次校準(zhǔn);模組封裝可移植性好,簡(jiǎn)單易用。


NSPGM2系列模組還支持定制化,0~±5kPa/±35kPa/±100kPa內(nèi)量程可定制,支持模擬比例/絕對(duì)輸出,且輸出曲線可定制,令傳統(tǒng)車(chē)常壓油箱壓力(4kPa~7kPa)及混動(dòng)車(chē)高壓油箱壓力(35kPa~40kPa)檢測(cè)易如反掌;還能應(yīng)用于剎車(chē)真空度助力(0~-100kPa)壓力檢測(cè)等多種壓力應(yīng)用場(chǎng)景。


相比市場(chǎng)上的已有產(chǎn)品,納芯微NSPGM2系列差壓模組的響應(yīng)時(shí)間更快,功耗更低,同時(shí)具有更高的精度和更寬的工作溫度范圍,以及更優(yōu)異的過(guò)反壓保護(hù)能力。


納芯微擁有自主研發(fā)的MEMS設(shè)計(jì)與封裝技術(shù)以及多壓力溫度點(diǎn)自動(dòng)化批量標(biāo)定技術(shù),有助于更好地保證交付,降低客戶供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)了解,納芯微下一代高集成燃油蒸汽傳感器也在規(guī)劃中。



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