【導讀】國六汽車(chē)排放標準可謂耳熟能詳，它是國家第六階段機動(dòng)車(chē)污染物排放標準。旨在減少壓燃式及氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機汽車(chē)排氣對環(huán)境的污染，保護生態(tài)環(huán)境，保障人體健康。國六標準分為A和B兩個(gè)階段，A標準2020年7月執行，B標準2023年7月執行。B標準更為嚴苛，也催生了燃油蒸汽的需求。
國六汽車(chē)排放標準對蒸發(fā)污染物排放進(jìn)行了更加嚴格的規范，是目前全球最嚴格的尾氣排放標準之一。該標準的實(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。
配合國六汽車(chē)排放標準，相關(guān)部門(mén)也出臺了相應的汽車(chē)污染物排放測量方法。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？
由于儲存溫度和儲存時(shí)間的變化，作為汽車(chē)燃油存儲裝置的油箱可產(chǎn)生一些碳氫化合物蒸汽，即蒸發(fā)污染物。為此，國家針對油箱蒸發(fā)污染物制定了一致性測量與試驗標準。
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量方法（中國第六階段）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《測量辦法》）對蒸發(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）系統損失的碳氫化合物蒸汽，包括燃油箱呼吸損失（換氣損失），即由于燃油箱內溫度變化排放的碳氫化合物，以及熱浸損失，汽車(chē)行駛一段時(shí)間以后，靜置汽車(chē)燃油系統排放的碳氫化合物。
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 )使油箱內壓力急劇增大，甚至出現脹破的情況。
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。通常油箱內汽油蒸汽壓力達到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)生負壓，將碳罐中吸附的燃油送入發(fā)動(dòng)機燃燒。由于碳罐中油氣少，油箱壓力也比較小，所以純燃油車(chē)使用常壓油箱就能滿(mǎn)足國六規定的蒸發(fā)污染物排放標準。
高壓油箱承受的壓力為35～40kPa，強度提升了很多，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，是因為其長(cháng)距離行駛主要依靠電池和電機，發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)頻率較低。而碳罐的沖洗是靠發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣歧管的吸氣作用實(shí)現的，所以發(fā)動(dòng)機不啟動(dòng)碳罐就會(huì )很快達到極限吸附量，導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(chǎng)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壓外，其設計也有所不同。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)機熄火，油箱隔離閥就一直處于關(guān)閉狀態(tài)，使高壓油箱內的汽油蒸汽無(wú)法進(jìn)入碳罐，避免汽油蒸汽溢出。
理論上講，在國六排放測試中，插電混動(dòng)必須將電量充至最高，然后才能進(jìn)行蒸發(fā)污染物排放測試。所以在測試過(guò)程中發(fā)動(dòng)機基本不啟動(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)國六排放測試。
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)的碳罐能重新恢復吸附能力，就要對其飽和度進(jìn)行檢測，并提醒ECU對碳罐進(jìn)行脫附（啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機對碳罐中的油氣進(jìn)行燃燒），使之重新恢復吸附能力。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)機長(cháng)時(shí)間不工作時(shí)，不會(huì )延長(cháng)油氣揮發(fā)時(shí)間，導致活性碳罐吸附油氣飽和而溢出，造成排放超標。
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，其主要作用是監測燃油系統中的壓力變化，并配合ECU算法進(jìn)行燃油蒸發(fā)系統泄露診斷，將過(guò)多的油氣供給碳罐吸附或發(fā)動(dòng)機燃燒。
納芯微近期推出的采用MEMS工藝的汽車(chē)級壓差傳感器模組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，采用先進(jìn)的MEMS微加工工藝設計制造，通過(guò)汽車(chē)級信號調理芯片對貴金屬MEMS芯體輸出進(jìn)行校準和補償，能將0～±5kPa/±35kPa/±100kPa的壓力信號轉換為可自定義輸出范圍（0～5V）的模擬輸出信號。
NSPGM2新結構示意圖
MEMS差壓壓力芯體（NSP1832）采用貴金屬雙焊盤(pán)結構設計以及增強穩定性的屏蔽層技術(shù)，能夠兼容油氣環(huán)境，符合汽車(chē)級AEC-Q103 Grade 0標準。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獨立封裝讓設計更加靈活。
NSPGM2系列模組適用于增強型EVAP（燃油蒸發(fā)排放控制系統）的低壓/高壓燃油蒸汽壓力傳感器（FTPS），典型安裝位置是EVAP系統碳罐或油箱。
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，以及混動(dòng)車(chē)/新能源車(chē)真空助力系統（VBS）、DPF尾氣壓差傳感器等。
納芯微汽車(chē)級壓差傳感器模組NSPGM2解決挑戰
NSPGM2系列模組具有高精度寬溫范圍（-40℃～130℃全溫范圍內精度優(yōu)于±2.5%F.S.）、高線(xiàn)性度、穩定性好、無(wú)需校準、100%溫度補償等特性。它采用車(chē)規級標準，供電電壓高達18V，支持反壓-24V/過(guò)壓28V保護，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定性。
該系列模組獨特的貴金屬焊盤(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；陶瓷凸臺設計對安裝應力不敏感；1.62V～5.5V適配各種油氣、氮氧腐蝕性氣體環(huán)境。模組出廠(chǎng)均經(jīng)過(guò)預校準，具備出廠(chǎng)調零功能，且支持客戶(hù)端多次校準；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內量程可定制，支持模擬比例/絕對輸出，且輸出曲線(xiàn)可定制，令傳統車(chē)常壓油箱壓力（4kPa～7kPa）及混動(dòng)車(chē)高壓油箱壓力（35kPa～40kPa）檢測易如反掌；還能應用于剎車(chē)真空度助力（0～-100kPa）壓力檢測等多種壓力應用場(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)反壓保護能力。
納芯微擁有自主研發(fā)的MEMS設計與封裝技術(shù)以及多壓力溫度點(diǎn)自動(dòng)化批量標定技術(shù)，有助于更好地保證交付，降低客戶(hù)供應鏈風(fēng)險。據了解，納芯微下一代高集成燃油蒸汽傳感器也在規劃中。
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