CN104335025A - 用于确定燃料蒸汽过滤器的保持容量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定用于机动车辆的燃料蒸汽过滤器的保持容量的方法，其中，在温度循环过程中，记录了SHED腔室中的机动车辆的温度分布。根据所述温度分布，计算了关于温度变化的燃料蒸汽容积流量。在测量布置结构(1)中，通过汽化器(2)将燃料汽化，并且通过充注泵(9)将燃料蒸汽输出至布置在箱(5)中的燃料蒸汽过滤器(4)。至少在充注过程中，测定了所述燃料蒸汽过滤器(4)的排出排放物。

Description

用于确定燃料蒸汽过滤器的保持容量的方法

背景技术

用于确定机动车辆的燃料蒸汽过滤器的保持容量的方法也被称作所谓的SHED(用于汽化测量的密封外罩)测试。完整的机动车辆和机动车辆的燃料系统的单个组件要接受该SHED测试。用于该测试的所谓的SHED腔室是已知的，其大体的形式是具有不锈钢覆层的、横截面为四边形的腔室。所述腔室能够不透气体地封闭，并且能够设置有温度控制装置、空气循环外罩以及用于分析排出的空气的装置。SHED腔室的尺寸通常设置为使得机动车辆能够完整地容纳在这样的温度可控的腔室内。

除了燃料箱以及将燃油输送至机动车辆的内燃机的装置，具有四冲程发动机的机动车辆的燃料系统通常还包括至少一个燃料蒸汽过滤器，所述燃料蒸汽过滤器作为燃料箱系统和大气之间的交互接口。燃料箱通常通过燃料蒸汽过滤器进行气体流通，所述燃料蒸汽过滤器通常制成活性炭过滤器的形式，从而所述燃料蒸汽过滤器必然仅具有有限的充注容量。由于机动车辆内部没有无限的安装空间用于布置燃料蒸汽过滤器，所述燃料蒸汽过滤器的尺寸控制和设计对其容量具有决定性的影响。因此，所述燃料蒸汽过滤器也要在标准条件下接受所谓的SHED检测，以确定所述燃料蒸汽过滤器的保持容量。为实现此目的，装有燃料的燃料箱布置在SHED腔室内，燃料蒸汽过滤器的排放端口连接至收集容器，该收集容器又连接至碳氢化合物检测装置，例如连接至火焰离子化检测器。随后基于在SHED腔室的内部进行的一个或更多个循环(例如长达几天)形成特定的温度分布以确定燃料蒸汽过滤器的所谓的“排出排放物”或“昼夜排放损失”。作为机动车辆周围环境的温度波动的结果，这些排放物是在机动车辆静置的情况下，由所述燃料蒸汽过滤器排放至大气的碳氢化合物排放物。燃料箱的温度升高会导致更多的碳氢化合物转化为气态，并且由此，燃料箱的气体收集腔室/补偿容积中的气体体积增大，结果就是所述燃料蒸汽过滤器开始充注。在降低温度的情况下，该过程反向地进行，即，所述燃料蒸汽过滤器从周围环境吸收空气，并且容器的补偿容积中的气态碳氢化合物转变为液态。有时，所谓的“排出排放物”由此通过燃料蒸汽过滤器的排放端口释放。

存在无数的已知的用于改进SHED测量结果的重复准确性的方法和措施，因为用于重复测量的SHED测试的测量结果经常具有相对大的分散范围，甚至是对大致恒定的边界条件而言也是如此。存在多种不同的误差源，例如在SHED腔室中燃料的汽化会导致吸附效应。

此外，已知的是，燃料填充的波动也能够导致不同的测量结果。

已知的方法在一定程度上十分繁琐，到目前为止，这些方法仅能够在具有多个燃料蒸汽过滤器的困难环境条件下并行地实施。为实现上述目的，在腔室内部安装多个测量装置是必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定用于机动车辆的燃料蒸汽过滤器的保持容量的方法，该方法简单，并且具有改进的重复测量准确性。此外，还可以使得SHED测试加速进行。

本发明的目的是最终提供一种合适的测试布置方案。

本发明的目的通过一种用于确定用于机动车辆的燃料蒸汽过滤器的保持容量的方法来实现，其中，所述方法包括以下的步骤：

(a)将至少装有部分燃料的机动车辆布置在可加热的测试环境中，

(b)在规定的时间段内，将机动车辆的测试环境从规定的初始温度加热至规定的目标温度，

(c)在加热期间测量燃料的温度，并且确定并记录出温度的分布，

(d)针对在根据步骤(b)的整个温度循环过程中的温度变化，计算出碳氢化合物蒸汽的理论体积，或者针对在根据步骤(b)的整个温度循环过程中的温度变化，设定由经验确定的碳氢化合物蒸汽的体积，

(e)汽化一定体积的燃料，

(f)将已调整好用于进行测试目的的至少一个燃料蒸汽过滤器布置在可加热的容器中，

(g)将所述能够加热的容器加热至根据步骤(b)所述的目标温度，同时用汽化的体积的所述碳氢化合物蒸汽对所述燃料蒸汽过滤器充注，直到达到根据步骤(d)计算出的所述碳氢化合物蒸汽的理论体积，或者达到由经验确定的所述碳氢化合物蒸汽的体积，

(h)将容器冷却至初始温度，同时用与根据步骤(g)的填充容积流量相一致的冲刷空气容积流量使燃料蒸汽过滤器排放，

(i)在充注过程中确定在燃料蒸汽过滤器出口处排出的碳氢化合物排放物，最后

(j)可能地重复步骤(g)到(i)。

本发明基于的理论基础是：到目前为止，已知的SHED腔室测试特别受SHED腔室内发生的间接并且极其迟缓的燃料温度控制的不利影响。本申请人用经验性测量结果确定的是：燃料箱内由温度传感器测量的实际燃料温度在时间上总是显著落后或滞后于SHED腔室中的不同点测量的温度。借助于布置在SHED腔室内部的传感器，以及借助于布置在燃料里的传感器，申请人能够使用多种温度记录，这样使得本申请能够确定的是：布置在上述腔室中的燃料箱系统的温度滞后是如此的大，以至于该滞后已经显著影响了SHED测量结果的重复准确性，特别是基于燃料箱在SHED腔室中的布置情况。

根据现有技术的这样的测试是不符合实际情况的，因为这种情况下，SHED腔室内的燃料箱是在不考虑所述燃料箱在机动车辆中的安装情形的情况下经受温度变化，因此从这方面来说，这样的测试结果是不符合实际情况的。

由此根据本申请提出：使具有填充了燃料的燃料箱的整个机动车辆在SHED腔室内经历温度循环，其中，燃料箱内的温度通过使用布置在燃料箱内的传感器确定。通过这样的方式确定和记录的温度分布完全地考虑了燃料箱在机动车辆中的安装情况。根据本发明，通过使用该温度分布，针对温度循环中的每种温度变化确定了碳氢化合物蒸汽的理论体积。替代针对温度循环中每种温度变化的碳氢化合物蒸汽的理论计算体积，还可以提供的是：针对每种温度变化，经验性地确定所述碳氢化合物蒸汽的体积，并且在汽化和使燃料蒸汽过滤器充注的过程中使用该经验性确定的变量。

相应的碳氢化合物蒸汽的量随后由汽化器产生，并且用该容积流量给燃料蒸汽过滤器充注或排放，其中，所述燃料蒸汽过滤器布置在可加热的容器中，在充注过程中，该容器被加热到目标温度，并且在排放过程中，该容器被冷却到初始温度。

利用该装置的特别有利的地方在于，燃料蒸汽过滤器能够在在相对小的箱中以低控制滞后度来经历温度循环。在使用该测试装置的情况下，具有充注泵的燃料汽化器用于在SHED腔室中被加热的燃料箱的替代系统。冷却过程由合适的反冲装置(back flushing)模拟进行。

以这种方式，可以以相对低的成本和特别是以低的控制滞后度以及温度滞后度，在一个或更多个燃料蒸汽过滤器上进行一个或更多个温度循环。

优选地，可以通过布置在燃料蒸汽过滤器上游的汽化器装置和至少一个充注泵来使燃料蒸汽过滤器充注。例如，一被加热的容器可以设置成汽化器，该汽化器具有相对燃料箱而言特别小的容积。所述汽化器优选地直接被加热。

可以通过至少一个冲洗泵来使燃料蒸汽过滤器排放，所述冲洗泵连接至燃料蒸汽过滤器的大气出口。

燃料蒸汽过滤器的碳氢化合物排出物可以(例如)通过使用至少一个火焰离子化检测器确定，或可替代地通过使用测重法确定。在使用测重法的情况中，例如，可以将排出的碳氢化合物存储在具有蜂巢状结构的碳氢化合物块体上，然后称量该块体。

有利地，充注泵和冲洗泵根据体容积流量来调控，因此它们各自都具有相关联的容积流量测量装置，关联的泵从所述测量装置接受调整信号和/或控制信号。

根据本发明的方法的一个特别有利的变型，其特征为，并联地布置了多个燃料蒸汽过滤器，每个燃料蒸汽过滤器从与多个燃料蒸汽过滤器相关联的共用燃料汽化器进行充注。并联布置的燃料蒸汽过滤器有利地通过并联布置的多个容积控制的泵进行排放，其中，每个泵关联至一个燃料蒸汽过滤器。

燃料蒸汽过滤器可以(例如)共同地经受合适地成形的箱中的受测量的温度循环。燃料汽化器和泵以及测量系统有利地布置在燃料过滤器的外面。

根据本发明，还提供了一种用于执行上述方法的配置结构，其中，该配置结构包括：至少一个燃料汽化器；至少一个充注泵；用于至少一个燃料蒸汽过滤器的至少一个可加热的接收容器；用于连接所述至少一个充注泵并且连接至布置在所述接收容器内的所述燃料蒸汽过滤器的至少一个冲洗泵；充注泵和冲洗泵的基于容积流量的控制装置；所述接收容器中的温度控制和调整装置；以及用于检测排放管线中或排放端口处的碳氢化合物的量的检测装置(该检测装置与燃料蒸汽过滤器的排放出口连通)。

在该配置结构的有利的变型的情况中，所述接收容器是箱的形式。充注泵和冲洗泵均有利地关联至一容积流量测量装置。替代每个都关联至充注泵和冲洗泵的容积流量测量装置，还可以提供可计算量泵或计量泵，当受驱动时，所述可计量泵或计量泵输送规定的容积。

在下文通过借助在附图中示意性显示的两个测量布置方案对本发明进行解释。

附图说明

在附图中：

图1显示了根据本发明的第一个变型的测量布置方案，以及；

图2显示了根据本发明的第二个变型的测量布置方案。

具体实施方式

根据本发明，首先，给SHED腔室中的填充有燃料的机动车辆加热达规定的时间段，例如，12小时，从初始温度例如18.3℃加热至目标温度40.6℃。随后，该温度从目标温度再次降低至初始温度。所述温度表示SHED腔室内部的温度。在所述循环过程中，在燃料箱内，燃料的实际温度和燃料在整个时间段中的实际温度变化由至少一个传感器检测并记录。针对规定的燃料体积的关于温度变化的碳氢化合物蒸汽体积通过所检测到的温度分布来计算。该燃料系统在该过程中假设为非加压的。

在1013mbar的标准大气压下，并且使用依据加州空气资源委员会第2阶段类型(Carb phase 2 type)的达标燃料，碳氢化合物的相对比例，或者碳氢化合物/空气体积的分压分量如下：

P^dHC,18.3℃＝241mbar→241/1013＝23.8％HC-Volume

P_dHC,40.6℃＝543mbar→543/1013＝53.6％HC-Volume

按规定，使用达标燃料用于进行SHED测试。这样的达标燃料可在市场上获得。本文使用的燃料是以“Carb phase 2”为名销售的。

对于给定的补偿容积/蒸汽收集腔室，碳氢化合物蒸汽的体积与相应的温度的关系如下：

${V_{\mathrm{HC}}}^{*}=V_{\mathrm{KKB}-\mathrm{vapor\; chamber}}\×\∫\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{HC}}}{1-{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{HC}}}\mathrm{dV}$

其中，σ_HC是碳氢化合物的体积密度，σ_HC,1是在温度/状态T1下的碳氢化合物的体积密度，而σ_HC,2是在温度/状态T2下碳氢化合物的体积密度。V_KKB表示塑性燃料箱的蒸汽容积，其中，指数KKB表示塑性燃料箱，指数HC表示碳氢化合物。积分方程如下：

V_HC＝V_{KKB-vapor volume}×(ln(1/(1-σ_HC))-σ_HC)

V_HC＝V_{KKB-vapor volume}×{{ln[1/(1-σ_HC,1)]-σ_HC,1}-(-ln[1/(1-σ_HC,2)]-σ_HC,2)}}

对于大小为47L的蒸汽腔室体积和温度T1(初始温度18.3℃)以及大小为40.6℃的温度T2(目标温度)，这使得对于大小为18.3℃的初始温度，空气体积分量是25.18L(76.2％的空气)，而对于大小为40.6℃的目标温度，空气体积分量是11.17L(46.4％的空气)。这使得排出的空气量如下：

V_air＝47L×(76.2％-46.4％)＝14.01L

在下文描述的示例中，实施的温度循环达12小时的时间段。在该循环中确定的实际燃料温度(例如，对于具有47L的蒸汽腔的燃料箱)存储在一个表中。对燃料蒸汽过滤器的充注和排放过程中的环境压力和容积流量，以及汽化器中燃料的温度都进行了测量。

在一小时内温度从大小为18.3℃的T1变化到大小为19.2℃的T2，使得对于初始温度18.3℃，碳氢化合物的分压为241mbar，而对于温度19.2℃，碳氢化合物的分压为249mbar。在1013mbar的环境压力下，在初始温度18.3℃时空气分压为772mbar，在目标温度19.2℃时空气分压为764mbar。

这使得在温度T1下，空气的体积密度为76.2％，而在温度T2时为75.4％。所需的空气量如下：

在第一个小时内，V＝V_tank×(σ1-σ2)＝47L×0.8％＝0.37L，并且由此，容积流量为6.2ml/min(或者8.8ml/min的碳氢化合物-空气混合气流量)。

在该处需要说明的是，碳氢化合物的体积的计算并不需要通过积分进行，而是也能够步进式地进行，如在之前的特定的示例中实现的那样。

在图1中显示的测量布置方案1以用该方式确定的容积流量进行操作。用附图标记2表示的汽化器处于最简单的情形，其表现为电力加热、不透气的可密封的容器的形式。

汽化器2通过充注管线3连接至燃料蒸汽过滤器4，所述燃料蒸汽过滤器布置在箱5中。此外，排放管线6连接至燃料蒸汽过滤器4，所述排放管线一方面连接至测量装置7，而另一方面连接至冲洗泵8。

充注泵9连接在汽化器2的上游，并且，通过第一容积流量测量装置10a，可以使充注泵9受控用于精确的给料，类似地，通过第二容积流量测量装置10b，可以使冲洗泵8基于容积流量受控。

现在，碳氢化合物-空气混合物通过充注泵9，以8.8ml/min的容积流量输出至布置在箱5中的燃料蒸汽过滤器达1小时的时间段，其中，箱5在所述时间段(1小时)内从初始温度18.3℃升高至温度19.2℃。设置在充注管线3中的阀V1由此开启，并且设置在排放管线6中的阀3(其形成了连接测量装置7的出口)同样地开启。

上文的用数字标识的示例仅涉及1小时的循环；实际上，从初始温度18.3℃至目标温度40.6℃，并且回到初始温度18.3℃的整个循环是在长达24小时的时间窗口内进行的，12小时用于加热，而12小时用于冷却。之前描述的循环针对一个过滤器重复两次到三次。达到目标温度40.6℃之前，汽化器2中的燃料被汽化，并且充注泵9连续地对燃料蒸汽过滤器进行充注。在该时间段中，通过测量装置7进行排放测量，该测量装置可以(例如)采用火焰离子化检测器的形式。

在达到目标温度后，阀V1和阀V3关闭，阀V2开启以连通大气，并且位于空气冲洗管线11中的阀V4同样地开启。随后，操作冲洗泵8直到整个充注容量已经通过燃料蒸汽过滤器4恢复。冲洗容量与充注容量相一致，冲洗泵8通过容积流量测量装置10b控制而用于准确的给料。

在进行完这样的一个循环后，可以进行一个或更多个另外的测量循环。

针对一燃料箱以及一种给定类型的一辆机动车辆，根据安装情况获得的燃料箱的温度分布仅需要被确定一次，不过，通过使用确定了一次的温度分布，对燃料蒸汽过滤器进行的测量可以在不同的、合适地调整好的燃料蒸汽过滤器上进行。新的燃料过滤器首先接受老化处理，然后接受调整。在老化处理的过程中，用燃料和氮气的混合物对新的燃料蒸汽过滤器进行多次充注，随后用空气冲洗。在调整过程中，用丁烷对燃料蒸汽过滤器进行充注直到漏出，然后进行冲洗。

图2显示了与图1中相对应的测量布置方案1，其中，相同的组件用相同的附图标记表示。根据图2的测量布置方案1不同于图1中的测量布置方案的地方在于，单个的汽化器2关联至布置在箱5中的多个燃料蒸汽过滤器4中的每一个燃料蒸汽过滤器。每个充注泵9关联至每一个燃料蒸汽过滤器4，并且通过分开的充注管线3连接至燃料蒸汽过滤器4。此外，一个冲洗泵8关联至每一个燃料蒸汽过滤器4。在使用这样的测量布置方案的情况下，多个燃料蒸汽过滤器4能够经受并行的测试循环。

附图标记：

1  测量布置结构

2  汽化器

3  充注管线

4  燃料蒸汽过滤器

5  箱

6  排放管线

7  测量装置

8  冲洗泵

9  充注泵

10a、10b 容积流量测量装置

11 空气冲洗管线

Claims (12)

1.一种用于确定用于机动车辆的燃料蒸汽过滤器的保持容量的方法，所述方法包括以下的过程步骤：

(a)将至少部分装有燃料的机动车辆布置在能够加热的测试环境中，

(b)在规定的时间段内，将所述至少部分装有燃料的机动车辆的测试环境从规定的初始温度加热和/或冷却至规定的目标温度，

(c)在加热和/或冷却过程中测量燃料的温度，并且确定并记录温度的分布，

(d)针对在根据步骤(b)的整个温度循环过程中的温度变化计算出碳氢化合物蒸汽的理论体积，或者针对在根据步骤(b)的整个温度循环中的温度变化，将由经验确定的碳氢化合物蒸汽的体积作为基础，

(e)汽化一定体积的燃料，

(f)将已调整好用于进行测试目的的至少一个燃料蒸汽过滤器布置在能够加热的容器中，

(g)将所述能够加热的容器加热至根据步骤(b)所述的目标温度，同时用计算出的体积的所述碳氢化合物对所述燃料蒸汽过滤器充注，直到达到根据步骤(d)计算出的所述碳氢化合物蒸汽的理论体积，或者达到由经验确定的所述碳氢化合物蒸汽的体积，

(h)将所述能够加热的容器冷却至所述初始温度，同时用与根据步骤(g)的充注容量流量相一致的冲洗用空气容量流量使所述燃料蒸汽过滤器排放，

(i)在充注过程中确定在所述燃料蒸汽过滤器出口处排出的碳氢化合物排出物，最后

(j)可能地重复步骤(g)到(i)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个充注泵和连接在所述燃料蒸汽过滤器上游处的至少一个汽化器对所述燃料蒸汽过滤器进行充注。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过至少一个空气冲洗泵对所述燃料蒸汽过滤器进行排放，所述至少一个空气冲洗泵连接至所述燃料蒸汽过滤器的大气出口。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述燃料蒸汽过滤器的碳氢化合物排出物通过至少一个火焰离子化检测器确定。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述燃料蒸汽过滤器的所述碳氢化合物排出物通过测重法确定。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个充注泵和所述至少一个空气冲洗泵基于容量而受控。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，多个燃料蒸汽过滤器并联布置，所述多个燃料蒸汽过滤器中的每个燃料蒸汽过滤器由关联至多个燃料蒸汽过滤器的一共用燃料汽化器进行充注。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，对于与被测量的测试环境相比处于非加压状态的燃料箱而言，所述燃料的温度通过布置在所述燃料箱中的至少一个传感器测量。

9.一种用于执行根据权利要求1至8中任意一项所述的方法的测量布置结构，所述测量布置结构包括：至少一个燃料汽化器(2)；至少一个充注泵(9)；用于至少一个燃料蒸汽过滤器(4)的至少一个能够加热的接收容器(5)；用于连接所述至少一个充注泵(9)并且连接至布置在所述至少一个能够加热的接收容器(5)内的所述至少一个燃料蒸汽过滤器(4)的至少一个冲洗泵(8)；基于容积流量控制所述至少一个充注泵(9)和所述至少一个冲洗泵(8)的控制装置；所述至少一个能够加热的接收容器(5)内的温度控制和调整装置；以及用于检测在排放管线中或位于排放端口处的碳氢化合物量的检测装置，所述检测装置与所述至少一个燃料蒸汽过滤器的排放出口连通。

10.根据权利要求9所述的测量布置结构，其特征在于，所述至少一个能够加热的接收容器采用箱(5)的形式。

11.根据权利要求9或10所述的测量布置结构，其特征在于，所述至少一个充注泵(9)和所述至少一个冲洗泵(8)每个与容积流量测量装置(10a、10b)相关联。

12.根据权利要求9或10所述的测量布置结构，其特征在于，在每个情形中都设置有分别作为充注泵和/或冲洗泵的计量泵，所述充注泵和/或冲洗泵中的每一个输送能够控制的预定容积流量。