CN100453793C - 用于内燃机的燃油系统蒸汽管理装置 - Google Patents

用于内燃机的燃油系统蒸汽管理装置 Download PDF

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Abstract

一种用于内燃机的燃油系统蒸汽管理装置，包括具有至少三个可以流过流体的开口和至少三个不同稳定位置的电子控制机电阀，在该稳定位置中至少两个开口流体连通，其中一个位置确保燃油箱和蒸汽回收系统间的完全流体流通，而其它两个位置分别确保该蒸汽回收系统与发动机间的完全和部分连通，所述阀包括：具有至少三个孔(3，4，10)的固定外壳(1)；绕着轴(9)旋转的内旋转部分(2)，该部分包括足够的孔，这些孔与所述外壳的孔一起限定阀的所述至少三个开口；以及-电驱动系统，被电子控制器控制，并能通过使内旋转部分(2)绕其轴(9)旋转而将阀从一个位置切换至另一位置。包括该阀的燃油系统蒸汽管理装置。

Description

用于内燃机的燃油系统蒸汽管理装置
相关申请
本发明要求于2003年12月15日提交的美国专利申请第60/529,105号的优先权。
技术领域
本发明涉及电子控制的机电阀以及包括该阀的燃油系统蒸汽管理装置。
背景技术
电子控制阀是熟知的，并经常用于象汽车和飞机发动机和燃油系统蒸汽管理的多个技术领域。这些阀通常具有两个或三个开口。当这些阀为了具有更紧凑和简单的设计而共用至少一个开口时，用三通阀代替两个单独的两通阀使用是有利的。然而，这种阀通常只具有两个状态(其中每个将三个开口中两个连接起来)。
例如，美国专利6,382,191披露了燃油箱压力控制系统，其包括电子控制阀组件，该组件或者能仅仅连接燃油箱和滤罐(用于在正常操作和补给燃油过程中的燃油箱的通风)，或者仅仅连接滤罐和发动机(用于清除和燃烧吸附在该滤罐上的燃油蒸汽)。该系统在滤罐与发动机连接时关闭了燃油箱和滤罐间的连通，防止了过多的空气/燃料混合物进入发动机，因此防止了未燃烧的碳氢化合物出现。用在这里的阀组件可以由两个单独的两通阀组成，或者只是一个单独的三通阀。选择两个单独的两通阀具有这样的优点：能够选择性地和渐进地控制冲洗流，同时便利地打开和关闭箱体的通风阀。选择常规的单个的三通阀并没有此功能，但却有紧凑和设计简单的优势。
发明内容
因此，本发明的目的是提供能够在正常操作和补给燃油过程中控制箱体通风和滤罐清洗(即，回收的燃油蒸汽从滤罐进入发动机)的电子控制机电阀，该阀提供紧凑和简单的设计，同时为了具有中间冲洗流(purge flow)而允许有至少一个中间位置(状态)。
因此本发明涉及用于内燃机的燃油系统蒸汽管理装置，包括一个电子控制机电阀，该阀具有至少三个可以流过流体的开口和至少三个不同稳定位置，在该稳定位置中至少两个开口流体连通，其中一个位置确保燃油箱和蒸汽回收系统间的完全流体流通，而其它两个位置分别确保该蒸汽回收系统与发动机间的完全和部分连通，所述阀包括：
-包括至少三个孔的固定外壳；
-绕着轴旋转的内旋转部分，具有足够的孔，这些孔与所述外壳的孔一起限定阀的所述至少三个开口；以及
-电驱动系统，被电子控制器控制，并能通过使内部分绕其轴旋转而将阀从一个状态切换至另一状态。
该集成阀以径向方式设计，使得系统简单、紧凑。此外，它不仅允许两种传统的状态-将三个开口中的每两个完全连接，而且至少允许另外一个，例如只允许三个开口中的两个部分连通。
本集成阀的其他优点是：低成本——该阀取代两个单独的阀和相关的管路系统，减少了零件数，因此降低了使用该阀的系统的成本。
低噪音产品——该阀不必使用脉冲宽度调节以控制流体流量，因而产生较小的噪音，对于装配有螺线管执行机构(后者根据发动机控制装置(ECU)旋动此阀使其打开或关闭，以改变流量限制，这经常导致不期望的噪音)的阀来说情况更是如此。
数控功能——在绝大多数情况下很容易将数控装置集成到微处理器中。
根据本发明的阀可以是任何材料(或材料的结合)的。它可以部分或完全由金属和/或塑料制成。优选包括聚缩醛树脂，还可以至少在其部分表面包括聚乙烯，此种情况是为了通过焊接至聚乙烯燃油箱而将其固定。可选择地，它可以机械固定(通过钉子、螺丝......)于燃料发送装置法兰。
根据本发明的阀具有固定外壳和内旋转部分。该内旋转部分通常基本是圆柱形，圆柱体的轴对应该部分的旋转轴。固定外壳的形状不太严格，但通常也是基本上圆柱形的。“基本上圆柱形”是指其主体部分是圆柱形，其并不排除延伸在该通常圆柱形外面的部件和/或附件(就外壳而言，像例如电连接和流体的连接接头)。
固定外壳包括：至少三个流体可以流动通过其中的口(或孔)，所述孔与内旋转部分的足够的孔一起限定至少三个开口或通道，流体可以通过该通道进入该阀或从该阀出去。根据一些实施例，该阀可以包括允许更多流体连通可能性的第四、甚至第五开口。在这种情况下，在阀的某个或某些状态，可以有两个以上的开口进入流体连通(状态)。
上述孔和开口可以具有任何形状和在外壳和内部分中的任何位置。这些形状和位置通常与将要与开口相连的流体管线的形状和位置相适应。
根据本发明的阀具有至少三个稳定的位置，即不连续的位置，在这些位置时至少两个开口流体连通，并且阀响应电子控制器控制的电驱动系统而从一个位置切换到另一个位置。这三个位置是有利的，因为其中的两个允许至少两个开口之间完全流体连通，而第三个位置只允许两个开口之间部分流体连通。为了在两个既定开口之间具有多于一个部分流体连通，还可以有一个以上的中间位置。此外，该阀还可以包括其他的关闭位置，其中上述三个开口中都不流体连通，该状态通过适宜的缺省(default)机构(像例如弹簧)维持，该机构能保证系统在失去电能时是关闭的。
在本发明的一个具体实施例中，电驱动系统包括至少三个固定在固定外壳上的线圈和至少一个固定在内旋转部分上的磁体，该线圈被连接至能向其供能(即，响应来自电子控制器的信号而产生电流并使之流过该线圈)的电发生器。在这种情况下，阀的每个位置都与被供能并吸引该磁体的给定线圈相关。在一些时候，取决于与阀相连的流体管线的几何形状和/或位置，为了允许从阀的一种位置到另一位置的更快的切换，可以有利地使用至少两个磁体，并且为了在发动机和滤罐之间的部分连通，可以使用期望数量的位置。根据本发明的另一具体实施例，电驱动系统包括单独的致动器(电机)，置于阀的上方，它旋转阀的内部分，并且响应来自电子控制器的信号而将阀置于给定位置。这时，在阀体上可能需要具有多个位置反馈传感器。这些传感器用于确定内旋转件相对于外固定件的位置。
在该部分由外部电源(如上所解释的)旋转的情况下，还有，对于使用先前解释的线圈系统，在断电(其中该部件的方位未被记录)的情况下，使用这些传感器是有益的。
当上述阀用于发动机(更具体地说，即内燃机)的蒸汽管理装置的燃油系统时，尤其是用于类似于上面提及的美国专利所描述的装置中时具有好很的效果。在此情况下，阀的一种位置确保燃油箱和蒸汽回收系统间的完全的流体连通，而其它位置则分别确保蒸汽回收系统和发动机间的完全和部分连通。蒸汽回收系统通常是活性炭滤罐，其通过允许油箱通风(在包括注入燃油的正常操作过程中)的蒸汽排出管线吸收来自油箱的碳氢化合物，而不将碳氢化合物送入大气。吸收在滤罐中的碳氢化合物被定期送往发动机去燃烧，发送的数量取决于发动机的旋转速度并用根据本发明的阀计量。该数量从发动机被关闭(和当仅仅燃油箱和滤罐处于完全连通时)时的零，到当发动机以正常速度转动(和当只有滤罐和发动机处于完全连通)时的最大值，并经过当发动机以怠速转动(和只有滤罐和发动机处于部分连通)时的中间数量。
经常出现在燃料系统蒸汽管理装置中的另一特征是，燃油箱和加注管之间的蒸汽连通。在很多情况下，它起三个作用。首先，它允许燃油箱中的蒸汽循环进入加注管并重新液化，这样将加油过程中的蒸汽产生量最小化。其次，它在密闭性检查诊断中在燃油箱和加注管之间起着连接通道的作用。最后，在碰撞情况下，经常依靠加注口盖通过过压阀来释放碰撞后带来的压力。也是基于这个原因，在燃油箱和加注管之间需要开通。如果在所述阀上安装至少一个另外的开口，以与延伸向加注管的蒸汽循环管线连接，则使用根据本发明的阀也能够解决这一问题。
然而在当今，已经有了限制蒸汽循环管线尺寸的势头，以控制在加油过程中进入加注管的蒸汽的量，进而将逸入大气的量最小化。这会在燃料补给功能和压力释放功能间造成矛盾。因此，现在通常优选既具有大直径的蒸汽循环管线(为了不限制的蒸汽循环进入加注管)，又具有小直径的管线，以在加油过程中具有限制的蒸汽循环流量。可选择地，可以只有一个蒸汽循环管线，但是进入它的入口或者可以通过大直径的开口，或者通过较小直径的开口。因此，在优选的实施例中，使用了上述的阀，其包括至少五个开口，分别用于连接至燃油箱、滤罐、发动机、通往蒸汽循环管线的大直径通道和通往该(或另一个)蒸汽循环管线的小直径通道，对这些要流体连通的开口的管理是由电子控制器执行。然而，具有至少两个开口是有利的，用于连接至燃油箱以便将通风和蒸汽循环功能分开，即，一个开口用于建立与滤罐的流体连通，另外一个用于建立与加注管的连通。在这种阀中，在阀的某一或某些位置，两个以上的开口可以是流体流通的。
具体实施方式
将通过图1至图9详细解释本发明的一些优选的具体实施例。图1至图4涉及双功能三通阀，它能用在燃油系统蒸汽管理装置中，既用于在加油和正常操作过程中给燃油箱通风，也用于清洗(冲洗)滤罐。图5示出使用该阀的整个蒸汽管理系统。图6至图8涉及三功能六开口的阀，除了确保通风和加油外，还确保蒸汽循环功能。图9示出使用该阀的整个蒸汽管理系统。
图1中示出了根据本发明第一具体实施例的阀的基本部件。这些部件包括固定外壳1和绕着轴9旋转的内旋转部分2。固定外壳有三个开口。大开口3与蒸汽回收滤罐流体连接。从阀的侧面出口的开口4与发动机的进气歧管流体连接。从阀的底部出口的开口5与液体蒸汽分离器流体连接，后者与燃料储存箱流体连接。在内旋转部分2中设有活动的流体通道6，通道6具有三个孔(在凹槽的每一端各有一个6’，与该凹槽垂直，另一个6”在凹槽中)。
在图1所示的位置中，活动通道6造成发动机进气歧管和燃料系统蒸汽管理装置的蒸汽回收滤罐之间的流体连通。通过向三个线圈7中的第一个供能(激励)并吸引两个固定在它上面的磁体8中的一个(与其相靠近的那个)而将内旋转部分2定位在该位置。
图2示出了处于关闭状态的阀，任何开口之间都没有流体连通。该状态(位置)靠弹簧(未示出)维持，该弹簧确保该系统在失去能量的情况下关闭。此外，该状态将用在驾驶过程中以防止燃料污染蒸汽回收滤罐。
图3示出在蒸汽回收滤罐和燃料储存箱之间有流体连通状态下的阀。该状态通过向环形线圈供能并吸引与其相靠近的磁体而得以维持，与图1中的一样。
图4示出在蒸汽回收滤罐和发动机进气歧管之间有限制的流体连通状态下的阀。同样，该状态通过向环形线圈供能并吸引与其相靠近的磁体而得以维持。
图5示出整个蒸汽管理系统的框图，包括在图1-4中示出的阀9，燃料储存箱10、发动机进气歧管11、蒸汽回收滤罐12、流体连通管13，并且在阀9和燃料储存箱10之间通过液/气鉴别器(discriminator)14流体连通。此外，还示出了电连接线15。该电连接线用于接收来自发动机控制模块的确定阀的位置(状态)的信号，然后该信号被在阀上的集成信号调节器处理。示出的电连接线15还可以由许多电源和一个接地线构成，以向适当的线圈供能，使阀适当地发挥作用。电连接线15的第三方面是，它可以与一个单独的燃料系统处理器连接。在发动机进气歧管和阀之间需要一个单向止回阀(未示出)，以消除发动机减速后回流的可能性。
图6至图8示出的第二实施例的阀也像第一实施例的阀一样具有四个位置，其中三个被示出。它包括类似于图1至图4中的阀的元件，采用相同的编号(但未全部示出)，还有其它元件：一个大直径的通往蒸汽循环线的开口10，一个小直径的通往蒸汽循环线的开口11和另外一个通向燃油箱的开口12；它还包括另外一个用于将燃油箱开口12与蒸汽循环开口10、11中任一个相连接的活动通道13。
图6示出如下定位的阀：在蒸汽回收滤罐和燃料储存箱之间有着流体连通。该位置通过向线圈供能并吸引与其相靠近的磁体(两个都未示出)而得以维持。在该位置，蒸汽循环线在燃油箱和加油管之间处于有限制的连通，以控制在加油过程中被再次引入加油管的蒸汽的量。
图7示出处于“关闭位置”的阀，在这种位置意味着：在燃油箱、滤罐和发动机进气歧管之间没有流体连通。然而在该位置，在燃油箱和加油管之间通过大直径蒸汽循环线而有着完全的连通，以预备密闭性诊断或碰撞情况。该位置靠弹簧(未示出)维持，该弹簧确保该系统在失去能量的情况下关闭。此外，该位置将在驾驶过程中用于防止燃料污染蒸汽回收滤罐。
图8示出如下定位的阀：在蒸汽回收滤罐和发动机进气歧管之间有着流体连通。在该状态下，在燃油箱和加油管之间没有流体连通。该位置可以改变(正如第一实施例所示，通过使用提供至少一个中间位置的至少一个附加线圈)，以便为了发动机在给定时间内能够处理的冲洗蒸汽的量作调节。
图9示出整个其中处理系统的框图，包括图6至图8示出的阀1、燃料储存箱2、发动机进气歧管3、蒸汽回收滤罐4、流体连通管线5，并且在阀1和燃料储存箱2之间的流体连通是通过液/气鉴别器6进行。蒸汽循环线8被示出根据阀的位置而选择性地与燃料储存箱2和进料管9蒸汽连通。另外示出了电连接线7。该电连接线用于接收来自发动机控制模块的确定阀的位置的信号，该信号后来通过阀上的集成信号调节器被处理。该电连接线7还可以由许多电源和一个接地线构成，以向适当的线圈供能，使阀适当地发挥作用。电连接线7的第三方面是，它可以与一个单独的燃料系统处理器连接。注意，在发动机进气歧管和阀之间需要一个单向止回阀，以消除发动机减速后回流的可能性。

Claims (8)

1.一种用于内燃机的燃油系统蒸汽管理装置，包括电子控制的机电阀，所述阀具有至少三个可以流过流体的开口和至少三个不同的稳定位置，在该稳定位置时至少两个开口流体连通，其中一个位置确保燃油箱和蒸汽回收系统之间的完全流体流通，而其它两个位置分别确保该蒸汽回收系统与发动机之间的完全和部分连通，所述阀包括：
-包括至少三个孔的固定外壳；
-绕着轴旋转的内旋转部分，其包括足够的孔，这些孔与所述外壳的孔一起限定阀的所述至少三个开口；以及
-电驱动系统，由电子控制器控制，并能通过使所述内旋转部分绕其轴旋转而将所述阀从一个位置切换至另一位置。
2.根据权利要求1所述的燃油系统蒸汽管理装置，其特征在于，包括另外的关闭位置，在该位置时，上述三个开口均不流体连通，该位置由适宜的能够确保系统在失去电能的情况下关闭的缺省机构维持。
3.根据权利要求1或2所述的燃油系统蒸汽管理装置，其特征在于，所述电驱动系统包括至少三个固定在所述固定外壳上的线圈和至少一个固定在所述内旋转部分上的磁体，所述线圈被连接至能向它们供能的电发生器，以致阀的每个位置都与被供能并吸引所述磁体的给定线圈相关，所述供能为响应来自电子控制器的信号而产生电流并使之流过该线圈。
4.根据权利要求1所述的燃油系统蒸汽管理装置，其特征在于，所述电驱动系统包括至少两个磁体。
5.根据权利要求1或2所述的燃油系统蒸汽管理装置，其特征在于，所述电驱动系统包括置于阀上方的电机，该电机旋转阀的所述内旋转部分，并且响应来自所述电子控制器的信号而将其置于给定位置。
6.根据权利要求1所述的燃油系统蒸汽管理装置，其特征在于，所述阀包括至少一个连接至延伸向加油管的蒸汽循环管线的另外的开口。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀包括至少5个开口，分别被连接至所述燃油箱、滤罐、发动机、通往蒸汽循环管线的大直径通道和通往该蒸汽循环管线或另一个蒸汽循环管线的小直径通道。
8.根据权利要求1所述的燃油系统蒸汽管理装置，其特征在于，包括被连接至所述燃油箱的第二开口。
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