納芯微壓差傳感器助力解決汽車(chē)排放問(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)。

▋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(mǎn)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(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(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)。

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。

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(xiàn)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(chǎng)均經(jīng)過(guò)預(yù)校準(zhǔn)，具備出廠(chǎng)調(diào)零功能，且支持客戶(hù)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(xiàn)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(hù)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。?

審核編輯：劉清