CN101670778B

CN101670778B - 混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN101670778B
Application number: CN 200910035429
Authority: CN
Inventors: 孙岩; 姜林; 刘亮; 黄然; 王晔
Original assignee: Yapp Automotive Parts Co Ltd
Current assignee: Yapp Automotive Parts Co Ltd
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-09-28
Also published as: CN101670778A

Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统及控制方法，燃油箱的顶壁上安装有温度传感器和压力传感器，油位传感器安装在燃油箱内，控制阀连通燃油箱与碳罐，温度传感器、压力传感器及油位传感器分别接入电子控制单元的信号输入端，电子控制单元与发动机信号连接，电子控制单元采集到油蒸汽的温度、压力及体积参数后，计算出每次向碳罐排放油蒸汽质量并进行累计，累计量超过设定值时，指令发动机清洗碳罐，清洗完毕后将油蒸汽累计量归零，进入下一个累积周期。该燃油蒸汽控制系统及控制方法，能够很好地适应混合动力汽车采用外插式充电，及时启动发动机清洗碳罐，避免油蒸汽排放污染。

Description

混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车燃油系统制造领域，特别涉及一种混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统，本发明还涉及一种混合动力汽车燃油蒸汽的控制方法。

背景技术

混合动力汽车是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式，动力性好，排放量低。随着石油供应的日趋紧缺、价格持续上涨和环境污染的日益加剧，混合动力汽车凭借其节能、环保的优点日渐成为业界关注的焦点。按照两种不同能量的搭配比例不同，混合动力车辆有四种类型，即：微混合、轻度混合、全混合、外电源插座充电混合。

由于汽油易挥发，其饱和蒸汽压较大，在较高的环境温度下往往能够达到70KPa甚至到1bar，容易造成塑料燃油箱变形。为了使燃油箱中的燃油蒸汽压力得到降低，传统的混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统及控制方法，采取使燃油箱顶部连通压力控制阀，压力控制阀的排出口通往碳罐或油气吸收装置，当燃油箱中的燃油蒸汽超过一定压力时，打开压力控制阀，使箱体内的燃油蒸汽不断被碳罐或油气吸收装置吸收，从而降低燃油箱内部的压力。由于燃油箱中的汽油仍然继续不断进行蒸发，经过一段时间以后，再次达到一定的压力，迫使压力控制阀再次打开，碳罐或油气吸收装置再次对燃油蒸汽进行吸收，使箱体内部的压力降低。如此反复，碳罐或油气吸收装置会逐渐趋于饱和，无法继续吸收燃油蒸汽，这时需要开启发动机对碳罐进行清洗。

外插充电式混合动力汽车由于采用外插式充电，可能使发动机长期处于关闭状态，不能及时对碳罐进行清洗，在这期间由于燃油箱中的燃油蒸汽超过一定压力，使箱体压力控制阀打开，并不断被碳罐或油气吸收装置吸收，导致碳罐可能处于饱和状态，无法继续吸收燃油蒸汽，会导致燃油蒸汽排放到外界环境产生污染。

为改善以上状况，目前的混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统，采用金属油箱或者厚壁塑料油箱来提高油箱的可承载压力，从而将大部分油蒸汽保存在燃油箱中，减少油蒸汽碳氢化合物向碳罐的排放。但是采用高承载力的油箱，在较长时间内仍然有汽油蒸汽向碳罐排放，最终导致碳罐吸收饱和，从而导致环境的污染，而且由于燃油箱内部承载压力变化较大，可能导致材料疲劳失效，对油箱寿命产生负面影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统，当碳罐接近饱和时，能够及时启动汽车发动机清洗碳罐，脱附碳罐内的碳氢化合物。

为解决该技术问题，本发明的技术方案为，提供一种混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统，包括燃油箱、油位传感器及碳罐，油位传感器位于燃油箱内，燃油箱的顶部与碳罐通过管路相连通，该管路上设有控制阀，该燃油蒸汽控制系统还设有测量燃油蒸汽温度和压力的温度传感器、压力传感器及电子控制单元，电子控制单元根据油蒸汽压力、温度、体积参数计算排向碳罐的油蒸汽质量并进行累计，温度传感器和压力传感器分别安装在燃油箱的顶壁上，温度传感器、压力传感器及油位传感器分别接入电子控制单元的信号输入端，电子控制单元根据排放的油蒸汽质量与设定值比较，发出信号控制汽车发动机启动清洗碳罐。

控制阀可以为压力控制阀。在燃油箱内的油蒸汽压力大于设定值时，压力控制阀自动打开，使油蒸汽排向碳罐；当油蒸汽压力小于设定值时，压力控制阀自动切断。

控制阀还可以为电磁阀，该电磁阀由电子控制单元控制其通断。电子控制单元控制电磁阀的通断使压力控制更加灵活，在加油过程中，可以打开电磁阀，使油蒸汽排向碳罐。

所述温度传感器与压力传感器可以集成在一个模块内。这样不但可以缩小体积，还可以减少燃油箱上的开孔。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种混合动力汽车控制燃油蒸汽的方法，当碳罐接近饱和时，能够及时启动汽车发动机清洗碳罐，脱附碳罐内的碳氢化合物。

为解决该技术问题，本发明的技术方案为，提供一种混合动力汽车控制燃油蒸汽的方法，包括以下步骤：(1)通过温度传感器测量出燃油箱内燃油蒸汽的温度；通过压力传感器测量出燃油箱内燃油蒸汽的压力；通过油位传感器测量出燃油箱内的油位；(2)将燃油蒸汽的温度、压力参数及燃油的油位参数传输至电子控制单元，电子控制单元根据油位计算出燃油箱内燃油蒸汽的体积；(3)根据燃油蒸汽压力、温度、体积参数的变化，电子控制单元计算得出油箱向碳罐排出的油蒸汽质量，并对每次排放的油蒸汽质量进行累计；(4)将油蒸汽的累计排放质量与设定值进行比较，当累计质量大于等于设定值时，电子控制单元发出报警信号，并发出清洗指令给汽车发动机；(5)汽车发动机接受清洗指令后启动，对碳罐进行充分的脱附清洗，清洗完毕后汽车发动机关闭；(6)电子控制单元将油蒸汽累积质量归零，进入下一个累积周期。

在本发明的燃油蒸汽控制系统和控制燃油蒸汽的方法中，从油位传感器提供的油位信号可以得到油蒸汽的体积，电子控制单元获取油蒸汽的温度、压力、体积的参数后，计算出每次开启控制阀排至碳罐的油蒸汽的质量并进行累计，及时报警并向汽车发动机发出指令对碳罐进行清洗，避免碳罐饱和及燃油蒸汽排放到外界环境产生污染，且可向发动机提供一定浓度的汽油蒸汽以提高燃油的利用效率。

附图说明

图1为本发明中燃油蒸汽控制系统第一种实施例的示意图。

图2为本发明中燃油蒸汽控制系统第二种实施例的示意图。

图中：1燃油箱、2油位传感器、3温度传感器、4压力传感器、5电子控制单元、6翻转切断阀、7a压力控制阀、7b电磁阀、8发动机、9碳罐。

具体实施方式

图1所示为本发明燃油蒸汽控制系统的第一种实施例，该混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统包括燃油箱1、安装在燃油箱1顶壁上的温度传感器3、压力传感器4和翻转切断阀6，油位传感器2位于燃油箱内。压力控制阀7a的一端与翻转切断阀6相连通，另一端与碳罐9相连通，当燃油箱1倒置时，翻转切断阀6将燃油箱1与压力控制阀7a的通路切断。温度传感器3、压力传感器4及油位传感器2分别接入电子控制单元5的信号输入端，电子控制单元5可发出信号控制汽车发动机8启动。温度传感器3可以采用热敏电阻传感器或车载温度传感器，压力传感器4可以采用OBD II传感器，也可以将温度传感器与压力传感器可以集成在一个模块内。

电子控制单元5根据油位计算出燃油箱内燃油蒸汽的体积，并对采集到的油蒸汽温度、压力及体积参数数值的变化进行识别、记录、计算和存储，将每次排放出的燃油蒸汽的质量进行累加。当油蒸汽的累计质量达到碳罐9接近饱和时，如达到碳罐容量的80％时，电子控制单元5发出报警信号，并提示汽车发动机8对碳罐9进行脱附，脱附可以控制在适当时机例如下次汽车启动时，可以采取传统的发动机清洗或其他独立于发动机的方式清洗。

碳罐9的脱附清洗过程应该是充分的，根据碳罐的容积大小，通入数倍于其容积的空气进行清洗，清洗后向发动机8供应含一定汽油浓度的空气，并在完全清洗结束时关闭发动机。然后将所有的采集信息和计算归零，重新进入下个周期的程序监测和电子控制单元累积计算，如此周而复始地进行。

图2所示为本发明燃油蒸汽控制系统的第二种实施例，该实施例将第一种实施例中的压力控制阀7a改为采用电磁阀7b，由电子控制单元5控制其通断，其余与第一种实施方法相同。采用电磁阀7b使得压力控制更加灵活。本方式可用于北美的车载加油蒸汽回收系统，即ORVR系统，在加油过程中，可以打开电磁阀7b向碳罐排放油蒸汽，电子控制系统通过油量变化和当时的压力和温度计算出油蒸汽质量，用于控制碳罐的清洗。该实施方式还可以将电磁阀7b安装于碳罐的排放口处，燃油箱的上部与碳罐进口直接连通。

该燃油蒸汽控制系统可用于外插式混合动力汽车上，也可以用于其它类型的混合动力汽车上。

本发明还提供了一种混合动力汽车控制燃油蒸汽的方法，包括以下步骤：(1)通过温度传感器测量出燃油箱内燃油蒸汽的温度；通过压力传感器测量出燃油箱内燃油蒸汽的压力；通过油位传感器测量出燃油箱内的油位；(2)将燃油蒸汽的温度、压力参数及燃油的油位参数传输至电子控制单元，电子控制单元根据油位计算出燃油箱内燃油蒸汽的体积；(3)根据燃油蒸汽压力、温度、体积的变化，电子控制单元计算得出油箱排出的油蒸汽质量，并对每次排放的油蒸汽质量进行累计；(4)将油蒸汽的累计排放质量与设定值进行比较，当累计质量达到设定值时，电子控制单元发出报警信号，并发出清洗指令给汽车发动机；(5)汽车发动机接受清洗指令后启动，对碳罐进行充分的脱附清洗，清洗完毕后汽车发动机关闭；(6)电子控制单元将油蒸汽累积质量归零，进入下一个累积周期。

该控制燃油蒸汽的方法可用于汽车的行驶状态、停车状态及加油状态。

被碳罐有效吸附的油蒸汽质量的采集和计算是本发明的技术核心，也是程序监测的理论基础，根据密度方程和理想气体状态方程：

ρ＝m/V

PV＝nRT

式中：ρ为蒸汽密度，m为油蒸汽质量，V为油蒸汽体积，P为油箱内部蒸气压，R为气体常数，其值为8.314J/(mol.k)；T为绝对温度。

控制阀的某次开启和关闭后，燃油箱内部油蒸汽的损失即为被碳罐所吸收的油蒸汽，燃油箱中的油蒸汽体积为即时的油蒸汽空间。

设燃油箱内排放前的油蒸汽压力、体积、温度分别为P₁、V₁、T₁，排出燃油箱的油蒸汽压力、体积、温度分别为P’、V’、T’，排放后燃油箱内的油蒸汽压力、体积、温度分别为P₂、V₂、T₂；则

P’V’/T’＝P₁V₁/T₁-P₂V₂/T₂

此式可变换为：

V’＝(P₁V₁/T₁-P₂V₂/T₂)T’/P’

温度传感器可测出油蒸汽在排放前后温度的具体数值，可近似认为没有变化，即T₁＝T’＝T₂，则：

V’＝(P₁V₁-P₂V₂)/P’

而被排除的油蒸汽压力P’和剩余的油蒸汽压力P₂几乎是相同的，由此可以得出排出箱体的油蒸汽体积V’的具体数值：

V’＝(P₁V₁-P₂V₂)/P₂

此时的油箱中由于这次控制阀开启和关闭排出的燃油蒸汽质量即可求出：

m_n＝V’×ρ

控制阀关闭后的即时油蒸汽密度ρ由电子控制单元从存储空间中相对应的特征曲线中调出，密度的影响因素为压力P和温度T，并由电子控制单元执行该计算过程。

至此可以判断出一个周期内的燃油蒸汽的质量损失，电子控制单元继续执行下个周期的监控和程序计算过程，并进行累加运算，直至累计油蒸汽质量大于设定值时，发出清洗指令。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统，包括燃油箱、油位传感器及碳罐，油位传感器位于燃油箱内，燃油箱的顶部与碳罐通过管路相连通，该管路上设有控制阀，其特征在于，该燃油蒸汽控制系统还设有测量燃油蒸汽温度和压力的温度传感器、压力传感器及电子控制单元，电子控制单元根据油蒸汽压力、温度、体积参数计算排向碳罐的油蒸汽质量并进行累计，温度传感器和压力传感器分别安装在燃油箱的顶壁上，温度传感器、压力传感器及油位传感器分别接入电子控制单元的信号输入端，电子控制单元根据排放的油蒸汽质量与设定值比较，发出信号控制汽车发动机启动清洗碳罐。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统，其特征在于，所述控制阀为压力控制阀。

3.根据权利要求1所述的混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统，其特征在于，所述控制阀为电磁阀，该电磁阀由电子控制单元控制其通断。

4.根据权利要求1、2或3所述的混合动力汽车的燃油蒸汽控制系统，其特征在于，所述温度传感器与压力传感器集成在一个模块内。

5.一种采用权利要求1所述的系统控制燃油蒸汽的方法，包括以下步骤：

(1)通过温度传感器测量出燃油箱内燃油蒸汽的温度；通过压力传感器测量出燃油箱内燃油蒸汽的压力；通过油位传感器测量出燃油箱内的油位；

(2)将燃油蒸汽的温度、压力参数及燃油的油位参数传输至电子控制单元，电子控制单元根据油位计算出燃油箱内燃油蒸汽的体积；

(3)根据燃油蒸汽压力、温度、体积参数的变化，电子控制单元计算得出油箱向碳罐排出的油蒸汽质量，并对每次排放的油蒸汽质量进行累计；

(4)将油蒸汽的累计排放质量与设定值进行比较，当累计质量大于等于设定值时，电子控制单元发出报警信号，并发出清洗指令给汽车发动机；

(5)汽车发动机接受清洗指令后启动，对碳罐进行充分的脱附清洗，清洗完毕后汽车发动机关闭；

(6)电子控制单元将油蒸汽累积质量归零，进入下一个累积周期。