CN103796861B - 用于混合动力车辆燃料系统的通风设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通风设备，该通风设备包括：1）第一腔部（I），该第一腔部包括第一通道（1）和常闭的封闭装置（F），其中所述第一通道可以分别与吸收罐的出口和大气连接，所述常闭的封闭装置通常是关闭的，但可以打开以开放所述第一通道（1）；2）第二腔部（II），该第二腔部包括第二通道（2）和常开的封闭装置（O），其中所述第二通道可以与吸收罐的入口和燃料箱连接，所述常开的封闭装置通常是打开的，但可以关闭，以封闭所述第二通道（2），该第二通道（2）与所述第一通道（1）分隔，并在所述设备内部相互不联通；3）一个或一对SPD（正压和负压安全）阀门，所述阀门位于所述第一通道（1）之中或固定在所述第一通道（1）的旁路上，以能够在所述封闭装置（F）关闭并且在所述通道两侧分别存在正压或负压的时候在所述第一通道（1）的端部之间建立连接。本发明还涉及一种燃料系统和一种混合动力车辆，该燃料系统装备有所述设备，该混合动力车辆则包括所述燃料系统。

Description

用于混合动力车辆燃料系统的通风设备

技术领域

本发明涉及用于混合动力车辆的燃料系统的通风设备，以及装备了这种设备的燃料系统和集成了这种燃料系统的混合动力车辆。

背景技术

通常，混合动力车辆指的是联合使用热力发动机和电力发动机的车辆。

混合动力车辆的一般运行原理在于，根据不同运行模式，要么使电力发动机运行，要么使热力发动机运行，要么使电力发电机和热力发电机同时运行。

一种特别的原理如下：

-在静止阶段（在该阶段中，车辆不动），这两个发动机都停止；

-在起步阶段，由电力发动机确保车辆开始移动，直到更高的速度（25或30km/h）；

-当达到更高的速度时，由热力发动机接替运行；

-在大加速度的情况下，同时使用两个发动机，这允许其具有等同于同一功率、甚至更高功率的发动机的加速度；

-在减速和制动阶段，动能被用于对电池充电（要注意的是，市场上不是所有的现有混合动力发动机都具有该功能）。

根据该原理，热力发动机不是持续运行，因此，不能正常确保碳 罐（活性炭过滤器，其避免向大气重新排放燃料蒸汽）的净化阶段，这是因为在该净化阶段时，可能被预热的空气在碳罐中循环以使碳罐再生（即解吸吸附在碳罐中的燃油蒸汽，该空气随后进入发动机以在那里被燃烧。

因此，为了避免无用地填充碳罐，通常阻塞燃料箱与碳罐之间的联通；因此导致这些车辆的燃料箱通常处于压强下（通常，在大约300-400mbar之间的压强下），这通常是通过位于通风阀之后的功能元件实现的，该运行元件经常被称为燃料箱隔离阀（英文为“Fuel Tank Isolation Valve，”缩写FTIV），且该功能元件阻止容器在除了填充情况之外的通风（除气）。该元件通常包括两个安全阀门（校准于容器使用的上下最大压强）和用于在填充之前使燃料箱处于大气压强的控制部件（pilotage），该控制部件通常为电气部件。

事实上，FTIV在系统中的定位造成实际问题：

-如果该FTIV被置于碳罐的上游，其避免在碳罐净化时吸入来自于燃料箱的蒸汽，但是相反地，FTIV将燃料系统切断为两个区域，这使得由车载诊断系统（英文为“On Board Diagnosis，”缩写OBD）的调节所规定的测试更加困难；

-如果该FTIV被置于碳罐的下游，情况则相反，该FTIV有助于OBD，但是不阻止吸入燃料箱的蒸汽；

虽然对碳罐的蒸汽吸附（charge）来说，这两个定位之间没有区别（因为即使在下游定位，考虑到没有流量，即使碳罐连接到燃料箱，碳罐也不会吸附燃油蒸汽）。

该问题的一个解决方案在于使用两个分隔的阀门，一个常闭，但是在填充时打开以允许通风，另一个则在碳罐净化时使碳罐和燃料箱断开连接。例如在美国专利US6,167,920和US7,448,367中描述了这种解决方法，但是该解决方案成本高，并通常要求借助于电子设备。 而机械的控制部件可以提高解决方案的可靠性/稳定性、并且由于没有电子设备，还可以简化解决方案，并降低其成本。

发明内容

本发明旨在解决这些问题并且提供一种简化的构造，其允许借助唯一一个通风设备（甚至唯一一个阀门）且不需要借助电子设备。

本发明基于使用一种设备，该设备同时与填充管道联通（以探测填充）和与燃料箱、吸收罐及大气联通（以允许填充燃料箱时的通风以及其压强调节，同时避免向大气重新排放燃料蒸汽）联通，其中与吸收罐的连接是双重的：即同时在吸收罐的上游和下游连接，以结合这两种定位的优点而没有其缺点。

因此，本发明涉及一种通风设备，其包括：

1）第一腔部I，其包括第一通道1和常闭的封闭装置F，其中所述通道能够分别与吸收罐的出口和大气连接，所述常闭的封闭装置F通常是关闭的，但能够打开以开放第一通道1；

2）第二腔部II，其包括第二通道2和封闭装置O，其中所述通道能够分别与吸收罐的入口和燃料箱连接，而所述封闭装置O通常是打开的，但能够关闭以封闭第二通道2，该第二通道2与第一通道1分隔，并且在设备内部互不联通；

3）一个或一对SPD（正压和负压安全）阀门，其位于第一通道1之中或固定在第一通道1的旁路上，以在封闭装置F关闭并且通道的两侧分别具有过压或负压时，能够在所述通道1的两个端部之间建立连接。

“通风设备”指的是一个或多个彼此连接的凹元件，所述元件可以被插入到燃料系统的通风回路中，并且可以被燃料蒸汽穿过。

为此，该设备包括两个腔部I、II，即两个各自限定内体积的壁（这两个壁不一定必须是一体的），该两个内体积分别包括第一和第二通道1、2，即包括入口和出口的子体积，这些子体积由隔断限定以迫使燃料蒸汽根据压强差从入口向出口流通或者反向流通。

虽然两个内体积可以彼此联通和/或包括共有部分，两个通道1、2却是彼此隔离的（在设备内部不彼此联通）。

优选地，腔部I、II集成在共同的箱盒中。优选地，腔部是基于塑料材料的。

优选地，腔部I、II在通道1、2的端部处包括连接件或端件，这用于有助于其与上述元件和/或与连接到这些元件的管线直接连接。这些连接件/端件优选地与腔部的壁是一体的。当腔部I、II集成到由塑料制成的共同的箱盒中时，这些端件优选地是与该箱盒一体地模制的，并优选地通过注射模制。

合适的塑料材料有聚酰胺（PA）和如POM（聚氧甲烯）的聚甲醛树脂，这些材料容易注射。

根据本发明，腔部I、II中的通道1、2每个都装配有封闭装置，即通常包括一个活动元件的装置，其中所述活动元件根据其位置不同，允许要么开放要么封闭所述通道。这些装置可以包括浮子（例如在本申请人到专利申请WO2007/085585中描述的圆锥形浮子，为此，其中内容通过引用包括在本发明中）、膜或者隔膜等，或者其他任何要么通过机械致动要么通过气动致动（流体的压强）的活动元件。该元件优选地为膜（隔膜）。

符合本发明的设备还包括一个或一对SPD阀门，以使得燃料箱的内压强维持在确定的运行范围内。这种阀门为本领域技术人员所已知，并且通常包括阀塞（例如滚珠）和弹簧（或者其他对阀塞的运动施加对抗的机械阻力的元件），该弹簧的标定适于使其只从一个给定 的压强阈值才开始收缩和释放阀塞。根据该弹簧/阀塞组件的朝向，其允许确保正压或负压下的安全。

根据本发明，所述一个或一对SPD阀门位于第一通道1之中或固定在第一通道1的旁路上。所谓“旁路”，指的是在通道1被封闭装置封闭处的上游某点和下游某点之间建立联通的通道1’。

本发明还涉及配有如上所述通风设备的燃料系统，该燃料系统为此包括：

1）吸收罐，该吸收罐在其出口处与第一通道1的一个端部连接，通道1的另一端部则与大气联通；所述吸收罐在其入口处与第二通道2的一个端部连接；

2）与第二通道2的另一端部连接的燃料箱，所述燃料箱包括填充管道，该填充管道与第一通道1的常闭的封闭装置F连接，以使得在检测到填充时允许该封闭装置F打开。

“吸收罐”通常指的是包含吸收燃料蒸汽的物质的腔部，其中所述物质通常是活性炭。吸收罐的作用在于避免将燃料蒸汽释放到大气中。该腔部包括入口和出口，来自于燃料箱的蒸汽由所述入口进入，而燃料蒸汽被净化后的空气则可以从所述出口排出。要注意的是，当燃料箱处于负压时，来自于大气的空气从吸收罐的出口流向其入口。

本发明所用于的燃料可以是汽油、柴油、生物燃料等，并且酒精含量可以为0至100%。

“燃料箱”或“管道”指的是空心体，这些空心体是通常金属的，或者是通过塑料材料模制和/或共挤出获得的，分别用于存储燃料和填充燃料的存储体积。

上文使用的术语“连接”通常指的是直接固定在连接管线上或通过连接管线来联接。通常，连接通过管线完成。与通风设备的入口和 出口的连接通常通过管线实现，所述管线事实上是允许燃料蒸汽和空气通过的空心管。相反，填充管道与第一通道1的常闭的封闭装置F的连接通常通过称为传输管线的管线来实现，所述传输管线的目的在于传输填充管道的打开/关闭信号。

该传输可以是：

1）机械的，因此传输管线优选地包含缆线，该缆线致动（打开/关闭）封闭装置；

2）气动的，因此传输管线优选地承受压强。该压强的产生被用于造成封闭装置移动，或者相反地阻止封闭装置的任何移动。该解决方法在尺寸确定（头部处体积大，在该处必须设置用于类似活塞部件的位置）和最终用户（如果要压缩活塞，使管塞恢复原位或重新关闭活门的潜在困难）方面都具有困难。另外，在施加压强使封闭装置关闭的情况下，必须长期保证该压强，并且这要考虑如环境温度或压强等的外部参数。因此，优选地与上述原理相反，而仅在想要打开封闭装置时对管线施加压强。事实上，加压是很短的（一次填充的时间），压强指定值的容差可以更大；

3）磁性的和/或电气的，但是这恰恰涉及在本发明的范围内希望避免的成本高的解决方法。

因为这些不同的原因，所以优选机械解决方法，尤其是在某些车辆上从车辆的驾驶位置使用缆线来打开填充活门已经被证明是有效的。

在符合本发明的燃料系统中，在吸收罐的入口和第二通道2的一个端部之间的连接管线优选地包括接头/连接件或T形部分，以允许接入通向发动机进气管的管线，其中所述管线优选地设有允许净化吸收罐的阀门。替代地，吸收罐可以直接配置有第三吸管（其也允许接入通向发动机进气管的管线），这种情况在实际中非常常见。

在该变型中，第二通道2的常开的封闭设备O可以（电）磁地与发动机控制单元（英文为“Engine Control Unit”，缩写ECU，也称为行车电脑）连接，以在净化吸收罐时关闭第二通道2。然而，根据一个优选的变型，腔部II（要么直接地、要么通过与第一通道1联通的孔）与大气联通，以使得当净化阀门打开时，在第二通道中产生的负压在常开的封闭装置O的两侧产生压强差，并且重新关闭所述封闭装置，由此封闭了第二通道2并由此阻止吸入燃料箱的蒸汽。

附图说明

本发明以非限制性的方式在图1至图3中示出，这些附图描述了某些优选的变型。图1特别地示出了符合本发明的燃料系统；图2示出了符合本发明的通风设备；图3示出了所述设备的机械致动的一个优选变型。

具体实施方式

图1的燃料系统包括燃料箱3，该燃料箱设有填充管道4、泵/计量模块5和通风阀门（本领域技术人员已知的FLVV——即注油限位通气阀6，以及ROV——即翻车阀6’），所述通风阀门安装在通风管线7上并且与该通风管线联通，所述通风管线7从燃料箱3通向符合本发明的通风设备8（在该图上示意地示出，但是在图2中详细地示出）中的通道2的一端。该系统还包括吸收罐9，从该吸收罐发出两条通向通风设备8的管线：其中一条管线上固定有OBD装置10，并且该管线与设备8中第一通道1的一端连接；另一条管线与设备8的第二通道2的一端连接，并且该管线包括接头/连接件或T形部分19，从该T形部分或接头/连接件发出一条与发动机进气管（未示出）相连接的管线，该管线设有用于吸收罐的净化阀门（vanne）20。

图1的燃料系统还包括称为“信号管线”的管线11，其从通风设备8回溯到进油管4的头部。这条管线向设备8、特别是向该设备中通常为关闭的阻塞装置F传输活门和/阀塞的打开/关闭信号。

最后，图1的燃料系统还包括从进油管4的头部发出的、通向燃料箱3的蒸汽顶的管线，该管线的作用在于允许做某些国家（如美国）的法规要求的OBD测试，其中所述进油管的头部是OBD测试范围中的一部分。

图2（原理示意图，其中没有示出隔膜的致动设备）详细示出了通风设备8，该设备包括：

1）上腔部I，其设有隔膜F，该隔膜的（默认）作用在于，除了在实施燃料箱填充时以外，持续关闭在大气和吸收罐之间的第一通道1；

2）下腔部II，该腔部也设有隔膜O，该隔膜默认是打开的，但是其作用在于，在净化吸收罐时关闭在燃料箱和吸收罐之间的第二通道2；

3）一对过压泄放（英文为“overpressure relief”，缩写OPR）/负压泄放（英文为“underpressure relief”，缩写UPR）阀门，或者一对SPD，用于保证燃料箱的安全并避免内压强过高。可以考虑的整定值（非限制性地）为：[-90mbar,+150mbar]、[-200mbar,+200mbar]、[-150mbar,+350mbar]等。

图2所示的通风设备8以以下方式运行：

在静态通风（汽车停止）和动态通风（汽车移动）运行下，第一通道1被隔膜F关闭。如果内压强达到OPR的压强阈值，OPR阀门打开。因此，空气流的路径如下：从燃料箱流向设备8的端件2A，以进入通道2；从通道2的端件2B离开设备；进入吸收罐（图2中未示出），蒸汽被吸附在吸收罐中；离开吸收罐，以通过通道1的吸管1B进入设备8；经过OPR以通过端件1A离开设备8并且可能地经过空气过滤器而后排入大气。如果压强达到UPR的压强阈值，空气流的路径当然是一样的，但是方向相反。

当净化吸收罐时，净化阀门（在该图上未示出）打开并且产生负压（通常大约为-200mbar至-400mbar），该负压特别地经由向着发动机进气管的连接端件2B’达到上腔部I和下腔部II。在上腔室I中，达到UPR的压强阈值，该UPR打开，空气开始重新进入。在下腔室II中，隔膜O压在其底座上。实际上，隔膜在其上下表面之间承受压强差，一旦下腔部II上方区域（隔膜的上方）借助于将该区域连接到（处于大气压的）通道1的小开孔13而处于大气压并且该腔部II下方区域（隔膜的下方）处于负压时，该压强差就使得隔膜向下移动。

通过下腔部II中的通道2的关闭，燃料箱暂时与吸收罐断开连接，这避免在净化吸收罐时吸入来自于燃料箱的蒸汽。

至于填充时的运行则如下：作为填充的开端，使用者打开活门，并拉开阀塞。这两个事件中的一个被用于通过连接件1C来致动上腔室的隔膜F。隔膜F因此上升，并使得上腔部I中的通道1开放。因此气流的路径如下：通过端件2A从燃料箱进入设备8；从端件2B出来，以进入吸收罐，蒸汽被困在该吸收罐中；从吸收罐出来，通过端件1A进入设备8中；在可能地经过空气过滤器之后排入大气。在填充过程的最后，阀塞被放回原位，而活门则被关闭。这两个事件中的一个造成隔膜F回到原位（并且被维持在该位置上）。

由此清晰可见，在该运行例中，腔部I处于吸收罐的下游，而腔部II则处于吸收罐上游。起到FTIV首要作用（在填充情况以外封闭排气管线）的腔部是下游腔部I。上游腔部II则用于避免在净化吸收罐的时候吸入来自于燃料箱的蒸汽。

图3示出了将缆线14用作封闭装置F的致动器。该选择会意味着某些设计限制：

1）该缆线最好牵拉致动，而非推动致动，以确保缆线不卡在其套管中；

2）必须保证致动缆线的力不过大（以免不方便最终使用者），也不过小（以保证设备8的密封性）。

为了解决上述限制，在示出的变型中设置了双重杠杆臂系统：在缆线14的两端处，两个杠杆臂14’、14’’允许：

-使得缆线14被牵拉地滑动；

-减小最终使用者施加的力，并保证设备8在燃料系统中产生的内压强下还保持密封地关闭。

图3中的箭头示出了活门打开/阀塞取出时的运动：置于设备8中的弹簧15因此可以放松，并由此致动杆16，该杆向上拉隔膜F。在缆线的另一端部处，杆17向外驱动按钮18。当阀塞回位或活门关闭时，使用者按压按钮18。该按钮致动位于进油管头部中的杠杆臂14’，该臂本身牵拉缆线14。在缆线14的另一端部处，该缆线牵拉杠杆臂14’’，该杠杆臂则向下推杆16，由此压缩弹簧并重新向下推隔膜，由此关闭通道1。

Claims (10)

1.一种通风设备，该通风设备包括：

1)第一腔部(I)，该第一腔部包括第一通道(1)和常闭的封闭装置(F)，其中所述第一通道能够分别与吸收罐的出口和大气连接，所述常闭的封闭装置通常是关闭的，但能够打开以开放所述第一通道(1)；

2)第二腔部(II)，该第二腔部包括第二通道(2)和常开的封闭装置(O)，其中所述第二通道能够与吸收罐的入口和燃料箱连接，所述常开的封闭装置通常是打开的，但能够关闭以封闭所述第二通道(2)，所述第二通道(2)与所述第一通道(1)分隔，并在所述设备内部相互不联通；

3)一个或一对正压和负压安全阀门，所述阀门位于所述第一通道(1)之中或固定在所述第一通道(1)的旁路上，以能够在所述封闭装置(F)关闭并且在所述通道的两侧分别存在过压或负压的时候在所述第一通道(1)的端部之间建立连接。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述腔部(I、II)集成在共同的箱盒中。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述腔部(I、II)在所述通道(1、2)端部处包括连接件或端件，这些端件与所述箱盒一体地通过塑料材料注射来模制。

4.如上述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述封闭装置(F、O)包括隔膜。

5.一种燃料系统，所述燃料系统装备有如上述权利要求中任一项所述的设备，并且包括：

1)吸收罐，该吸收罐通过其出口处与所述第一通道(1)的一端连接，所述通道(1)的另一端则与大气联通，所述吸收罐通过其入口与所述第二通道(2)的一端连接；

2)燃料箱，该燃料箱与所述第二通道(2)的另一端连接，所述燃料箱包括填充管道，该填充管道与所述第一通道(1)的常闭的封闭装置(F)连接，以使得在检测到填充时打开所述封闭装置(F)。

6.如权利要求5所述的燃料系统，其中，所述填充管道与所述第一通道(1)的常闭的封闭装置(F)的连接通过称为传输管线的管线来实现，其中所述传输管线传输所述填充管道打开/关闭的信号。

7.如权利要求6所述的燃料系统，其中，所述传输是机械的，其中，所述传输管线内含有缆线，该缆线打开/关闭所述封闭装置(F)。

8.如权利要求6或7所述的燃料系统，该系统包括在所述吸收罐的入口和所述第二通道(2)的一端之间的连接管线，该连接管线包括允许接入通向发动机进气管的管线的连接件/接头或T形部分，该管线设有允许净化所述吸收罐的阀门。

9.如权利要求8所述的燃料系统，其中，所述第二通道(2)的常开的封闭装置(O)直接地或经由与所述第一通道(1)联通的开孔地与大气联通。

10.一种混合动力车辆，该混合动力车辆装备有如权利要求5至9中任一项所述的燃料系统。