纳芯微压差传感器助力解决汽车排放问题携手打赢“蓝天白云保卫战”

发表时间:2023-09-14 19:14:45    文章出处:产品中心

  国六汽车排放标准可谓耳熟能详,它是国家第六阶段机动车污染物排放标准。旨在减少压燃式及气体燃料点燃式发动机汽车排气对环境的污染,保护生态环境,保障人体健康。国六标准分为A和B两个阶段,A标准2020年7月执行,B标准2023年7月执行。B标准更为严苛,也催生了燃油蒸汽的需求。

  国六汽车排放标准对蒸发污染物排放进行了更加严格的规范,是目前全球最严格的尾气排放标准之一。该标准的实施也将推动技术方案的改进,加快汽车零部件的更新换代。

  配合国六汽车排放标准,有关部门也出台了相应的汽车污染物排放测量方法。我们先来了解一下有关部门在这方面的相关规定,再来看看怎么样才能解决燃油蒸汽从汽车油箱外溢的问题。

  由于储存温度和储存时间的变化,作为汽车燃油存储装置的油箱可产生一些碳氢化合物蒸汽,即蒸发污染物。为此,国家针对油箱蒸发污染物制定了一致性测量与试验标准。

  生态环境部2016年12月颁布,2020年7月开始实施的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(以下简称《测量办法》)对蒸发污染物的定义是:汽车排气管排放之外,从汽车燃料(汽油)系统损失的碳氢化合物蒸汽,包括燃油箱呼吸损失(换气损失),即由于燃油箱内气温变化排放的碳氢化合物,以及热浸损失,汽车行驶一段时间以后,静置汽车燃油系统排放的碳氢化合物。

  汽油是极易挥发性液体,在28℃开放条件下,仅需20分钟就能挥发55%。如果油箱完全密封,汽油挥发后又会使油箱内压力急剧增大,甚至会出现胀破的情况。

  目前,汽车油箱可大致分为常压和高压两种类型,一般普通燃油车只需使用常压油箱,承受内压在-3至15kPa之间。为了尽最大可能避免燃油蒸汽外泄,燃油蒸发控制管理系统中都会有碳罐,它通过管路连接油箱顶部,利用油气控制阀将挥发的汽油蒸汽挤压到碳罐中。通常油箱内汽油蒸汽压力达到4-7kPa时,油气控制阀就会打开,让汽油蒸汽进入碳罐。

  碳罐内部有大量活性炭,能够吸附燃油蒸汽,经气体过滤后通过呼吸口排到大气中,以实现油箱压力均衡。车辆启动后,连接进气歧管的另一管路产生负压,将碳罐中吸附的燃油送入发动机燃烧。由于碳罐中油气少,油箱压力也比较小,所以纯燃油车使用常压油箱就能满足国六规定的蒸发污染物排放标准。

  高压油箱承受的压力为35~40kPa,强度提升了很多,周围配套的管路,如加油盖、加油管路、蒸发管路的耐压要求也更高。除了材质和管路的耐压值更高,还增加了由ECU管理的FTIV阀,智能化程度更高。

  插电混动车之所以要使用高压油箱,是因为其长距离行驶主要是依靠电池和电机,发动机启动频率较低。而碳罐的冲洗是靠发动机进气歧管的吸气作用实现的,所以发动机不启动碳罐就会很快达到极限吸附量,导致一部分汽油蒸汽通过碳罐的大气口外溢。

  为此,汽车厂商为插电混动开发了高压油箱。高压油箱除了能承受更高内压外,其设计也不一样。在高压油箱连接碳罐的管路之间增加了油箱隔离阀(FTIV)。只要发动机熄火,油箱隔离阀就长期处在关闭状态,使高压油箱内的汽油蒸汽没办法进入碳罐,避免汽油蒸汽溢出。

  理论上讲,在国六排放测试中,插电混动必须将电量充至最高,然后才能进行蒸发污染物排放测试。所以在测试过程中发动机基本不启动,碳罐得不到冲洗,所以使用常压油箱的插电混动车型较难通过国六排放测试。

  顺便说一下,活性碳罐不能饱和,一定要有一定的脱附能力(又称清洗能力),才可能正真的保证汽油蒸汽不会通过碳罐的大气口外溢。为了使处于吸附饱和状态的碳罐能重新恢复吸附能力,就要对其饱和度进行仔细的检测,并提醒ECU对碳罐进行脱附(开启发动机对碳罐中的油气进行燃烧),使之重新恢复吸附能力。纳芯微NSPAS3系列绝压传感器就是一种碳罐脱附压力传感器,能轻松实现上述功能。

  事实上,除了使用高压油箱更好地积攒挥发出来的油气,还一定要采用高压燃油蒸汽传感器,以保证插电混动车在发动机长时间不工作时,不会延长油气挥发时间,导致活性碳罐吸附油气饱和而溢出,造成排放超标。

  要做到这一点,将需要用燃油蒸汽压力传感器。这种传感器既能够适用于低压油箱,也能够适用于高压油箱,其最大的作用是监测燃油系统中的压力变化,并配合ECU算法进行燃油蒸发系统泄露诊断,将过多的油气供给碳罐吸附或发动机燃烧。

  纳芯微近期推出的采用MEMS工艺的汽车级压差传感器模组NSPGM2系列,可以为解决以上问题助一臂之力。

  NSPGM2系列基于硅压阻效应,使用先进的MEMS微加工工艺设计制造,通过汽车级信号调理芯片对贵金属MEMS芯体输出进行校准和补偿,能将0~±5kPa/±35kPa/±100kPa的压力信号转换为可自定义输出范围(0~5V)的模拟输出信号。

  MEMS差压压力芯体(NSP1832)采用贵金属双焊盘结构设计以及增强稳定性的屏蔽层技术,能够兼容油气环境,符合汽车级AEC-Q103 Grade 0标准。其特有的陶瓷基板封装工艺使该模组能够耐油汽等介质腐蚀,MEMS独立封装让设计更加灵活。

  NSPGM2系列模组适用于增强型EVAP(燃油蒸发排放控制管理系统)的低压/高压燃油蒸汽压力传感器(FTPS),典型安装的地方是EVAP系统碳罐或油箱。

  此外,该产品还可用于曲轴箱通风压力传感器(KPS)等燃油动力系统,以及混动车/新能源车真空助力系统(VBS)、DPF尾气压差传感器等。

  NSPGM2系列模组具有高精度宽温范围(-40℃~130℃全温范围内精度优于±2.5%F.S.)、高线性度、稳定性高、无需校准、100%温度补偿等特性。它采用车规级标准,供电电压高达18V,支持反压-24V/过压28V保护,可承受3x过载压力和5x爆破压力,具有较高的可靠性与稳定性。

  该系列模组独特的贵金属焊盘MEMS搭配陶瓷基板封装耐温150℃,陶瓷背面贴装耐油气、尾气腐蚀;陶瓷凸台设计对安装应力不敏感;1.62V~5.5V适配各种油气、氮氧腐蚀性气体环境。模组出厂均经过预校准,具备出厂调零功能,且支持客户端多次校准;模组封装可移植性好,简单易用。

  NSPGM2系列模组还支持定制化,0~±5kPa/±35kPa/±100kPa内量程可定制,支持模拟比例/绝对输出,且输出曲线可定制,令传统车常压油箱压力(4kPa~7kPa)及混动车高压油箱压力(35kPa~40kPa)检测易如反掌;还能应用于刹车线kPa)压力测试等多种压力应用场景。

  相比市场上的已有产品,纳芯微NSPGM2系列差压模组的响应时间更快,功耗更低,同时具有更高的精度和更宽的工作时候的温度范围,以及更优异的过反压保护能力。

  纳芯微拥有自主研发的MEMS设计与封装技术和多压力温度点自动化批量标定技术,有助于更好地保证交付,降低客户供应链风险。据了解,纳芯微下一代高集成燃油蒸汽传感器也在规划中。


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