CN104641099B - 用于车辆的蒸汽管理系统及确定其泄漏的方法 - Google Patents

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Abstract

蒸汽管理系统（10）包括设置在燃料箱（12）中的感测管（47）。差压力传感器（17）一侧连接到感测管，且另一侧连接到蒸汽腔室，从而压力传感器能够测量蒸汽腔室的容积和容纳液体燃料的感测管的容积之间的差压力（DP）。温度传感器（26）设置在蒸汽腔室中。处理器：1）接收以一定时间间隔的DP和T测量值，以确定在时间0时的温度（T0）、在时间0时的差压力（DP0）、在一定时间时的温度（Tt）、以及在一定时间时的差压力（DPt），以及2）当（Tt‑ T0）大于一定值时，将DPt与一定差压力值进行比较。

Description

用于车辆的蒸汽管理系统及确定其泄漏的方法
技术领域
本发明涉及车辆的蒸汽管理系统，且更具体地涉及用于高压机动车燃料箱的泄漏检测方法和系统。
背景技术
用于带有内燃发动机的车辆的已知燃料系统包括从燃料箱的顶部空间积聚燃料蒸汽的罐。如果在燃料箱、罐或燃料系统的任何其它部件中存在泄漏，那么燃料蒸汽可能通过泄漏逸出且释放到大气中，而不是积聚在罐中。各个政府管理机构，例如美国环境保护机构和加利福尼亚环境保护机构的空气资源管理局，已经公布了与限制燃料蒸汽释放到大气有关的标准。因而，需要避免将燃料蒸汽释放到大气中，且提供执行泄漏诊断的设备和方法，从而符合这些标准。
机动车泄漏检测车载诊断（OBD）确定机动车的蒸汽管理系统中是否存在泄漏。蒸汽管理系统可包括燃料箱顶部空间，从顶部空间收集挥发性燃料蒸汽的罐，吹扫阀和所有相关软管。然而，这些系统需要在可以运行燃料箱诊断之前排泄压力。
在一些车辆应用中（例如，插电式混合动力），燃料箱保持在升高压力，以便抑制汽油汽化，因而减少存储和处理任何排出汽油蒸汽的需要。
因而，需要在不必排泄压力的情况下检测高压燃料箱环境中的蒸汽泄漏的诊断方法和系统。
发明内容
本发明的目的在于满足上面提到的需要。根据实施例的原理，该目的通过提供一种确定车辆的蒸汽管理系统中的泄漏的方法来实现。所述系统包括：燃料箱，所述燃料箱中具有液体燃料和在液体燃料上方的蒸汽腔室；蒸汽收集罐；燃料箱压力控制阀，所述燃料箱压力控制阀在燃料箱和罐之间，且限定包括燃料箱的高压侧和包括罐的低压侧；真空源；在罐和真空源之间的吹扫阀；与罐连接的泄漏检测阀；以及处理器。所述方法在燃料箱中提供感测管。所述感测管具有设置在燃料箱底部附近的开口端部，从而燃料箱中的燃料可进入开口端部。差压力传感器一侧连接到感测管，且另一侧连接到蒸汽腔室，从而压力传感器能够测量蒸汽腔室的容积和容纳液体燃料的感测管的容积之间的差压力（DP）。温度传感器设置在蒸汽腔室中，来自于压力传感器和温度传感器的信号由处理器接收。差压力（DP）和温度（T）以一定时间间隔测量，以确定在时间0时的温度（T0）、在时间0时的差压力（DP0）、在一定时间时的温度（Tt）、以及在一定时间时的差压力（DPt），且当（Tt- T0）大于一定值时，DPt与一定差压力值进行比较。
根据实施例的另一方面，一种用于车辆的蒸汽管理系统，包括：燃料箱，所述燃料箱中具有液体燃料和在液体燃料上方的蒸汽腔室；蒸汽收集罐；燃料箱压力控制阀，所述燃料箱压力控制阀被连接在燃料箱和罐之间，所述控制阀限定包括燃料箱的高压侧和包括罐的低压侧；真空源；连接在罐和真空源之间的吹扫阀；与罐连接的泄漏检测阀；以及处理器。样品管结构具有设置在燃料箱中的感测管，所述感测管具有设置在燃料箱底部附近的开口端部，从而燃料箱中的燃料可进入开口端部。差压力传感器一侧连接到感测管，且另一侧连接到蒸汽腔室，从而压力传感器能够测量蒸汽腔室的容积和容纳液体燃料的感测管的容积之间的差压力（DP）。温度传感器设置在蒸汽腔室中，来自于压力传感器和温度传感器的信号由处理器接收。所述处理器被构造和设置成：1）接收以一定时间间隔的差压力（DP）测量值和温度（T）测量值，以确定在时间0时的温度（T0）、在时间0时的差压力（DP0）、在一定时间时的温度（Tt）、以及在一定时间时的差压力（DPt），以及2）当（Tt- T0）大于一定值时，将DPt与一定差压力值进行比较。
根据下面的详细说明和所附权利要求并参考附图（全部构成该说明书的一部分），本发明的其他目的、特点和特性，以及操作方法和相关结构元件的功能，部件的组合以及制造经济性将会变得更加明显。
附图说明
通过下面的优选实施例的详细说明并结合附图将更好地理解本发明，其中：
图1是示出了根据本发明实施例的用于检测高压燃料箱环境中的蒸汽泄漏的诊断蒸汽管理系统的示意图。
图2是显示为安装到燃料箱上的图1的样品管结构的放大图。
图3是显示为安装到燃料箱的一部分上的另一个实施例的样品管结构的图。
图4是使用一个实施例的方法示出了在零泄漏的情况下差压力保持0的曲线图。
图5是使用另一个实施例的方法示出了在零泄漏的情况下差压力保持在大约8mbar的曲线图。
具体实施方式
参考图1，示出了根据实施例的用于车辆高压燃料箱的诊断蒸汽管理系统，总体上以10表示。高压（有时称为“非整体式”）系统10包括总体上以12表示的燃料箱、活性炭蒸汽收集罐14、燃料箱压力控制阀16和总体上以15表示的样品管结构。样品管结构15可以与控制阀16连接，且具有设置在燃料箱12中的部分。样品管结构15连接到设置在燃料箱12的蒸汽腔室28中的差压力传感器17的一侧。系统10还包括真空源18（例如，发动机的进气歧管）、在罐14和真空源18之间的吹扫阀19、总体上以20表示的泄漏检测阀和过滤器22。温度传感器26也位于燃料箱12的蒸汽腔室28中。在实施例中，压力传感器17和温度传感器26电连接到泄漏检测阀20内的处理器（总体上以30表示）。如果期望，处理器30可以设置远离泄漏检测阀20。
应当理解的是，挥发性液体燃料，例如汽油，可在某些条件（例如，升高的环境温度）下汽化，从而产生燃料蒸汽。在燃料箱12的顶部空间28内产生的燃料蒸汽收集在蒸汽收集罐14中。在有益于罐吹扫的时间，所收集的蒸汽从罐14通过吹扫阀19吹扫到发动机（未示出）。罐14通过颗粒过滤器12排出到大气，从而允许发动机歧管真空18抽吸空气到罐14中，其中，所收集的蒸汽使用流动通过罐的空气夹带且传送到发动机进气系统，且最终进入发动机，在发动机中，它们被燃烧。
系统10通过燃料箱压力控制阀16分成两部分。总体上以32表示的低压侧在图1中以虚线示出，且包括罐16，而总体上以34表示的高压侧在图1中以黑粗线示出，且包括燃料箱12。系统10优选用于插电式混合动力燃料箱系统。
低压侧32上的泄漏诊断通过泄漏检测阀20使用由处理器30执行的第一或低压算法36进行，以美国专利No. 7,004,014中所述的方式，其内容在此通过参考引入该说明书。具体地，在系统10经受冷却的过程中，例如在发动机关闭后，通过冷却燃料蒸汽和空气（例如在燃料箱12的顶部空间28中的（当阀16打开时）和活性炭罐14中的）自然地产生真空。预定压力水平的真空的存在表示系统10的整体性是令人满意的。因而，发送给发动机管理系统（EMS）的信号38用于指示系统10的整体性，例如，没有显著的泄漏。随后，低于预定压力水平的压力水平的真空排泄阀40保护罐14和软管，通过防止由于系统10中的真空引起的应力而造成结构扭曲。
在发动机关闭之后，压力排泄或排放阀42允许排出由于燃料蒸汽引起的过大压力，从而使得在冷却期间随后发生的真空产生的发生加速。压力排放阀42允许系统10内的空气被释放，同时燃料蒸汽被保持。类似地，在燃料箱12补充燃料的过程中，如果阀16打开，压力排放阀42允许空气以高流率离开燃料箱12。
虽然为了在整个系统10上进行泄漏检查，高压侧34可以与低压侧32均衡，但是这将消除将燃料箱保持在升高压力的优点。压力传感器17和温度传感器26允许由处理器30执行的第二或高压算法44检测高压侧34上的泄漏，而不需要通过罐14排出燃料箱压力，如下文所述。
根据实施例且最佳地在图2中所示，燃料箱12分成两部分。蒸汽腔室28是在液体汽油46上方的区域。样品管结构15包括具有开口端部48的圆柱形感测管47，定位成使得开口端部48靠近燃料箱12的底部50。感测管47被构造和设置成使得液体汽油46仅仅能够从底部（开口端部48）进入。还示出了燃料箱过滤器管51。
图3示出了样品管结构15的示例性实施例。样品管结构15包括联接到燃料箱12的壳体52，从而延伸到燃料箱12之外。感测管47连接到差压力传感器17的一侧54，可以设置在壳体52或蒸汽腔室28中。压力传感器17的另一侧56连接到蒸汽腔室28，从而压力传感器17测量蒸汽腔室28的容积和容纳液体汽油46的感测管47的容积之间的压力差。温度传感器26安装成测量燃料箱蒸汽空间28中的温度。样品管结构15还包括设置在壳体52中的任选均衡阀58。均衡阀58可以用于在诊断测试开始时均衡感测管47和燃料箱蒸汽腔室28之间的压力。在图2的实施例中，处理器30被示出为设置在样品管结构15的壳体52中。然而，如上所述，处理器30可以远程地设置（如图1那样）。
样品管结构15的重要特征在于，感测管47内的燃料和空气通过主燃料箱12中的燃料连续地“补充”。这不仅仅由于激励而发生，而且在从几乎空的状况补充燃料过程期间，当感测管47的底部未被覆盖时，形成直接空气通道。所有这些动作确保感测管47中的燃料和空气成分与主燃料箱12相同。
存在使用样品管结构15来运行泄漏诊断的两种基本方法。第一方法在两个容积中压力和液体液位相等的情况下开始，如图2所示。第二方法在感测管47内的压力处于与燃料箱12中不同的水平的情况下开始。
在相等压力的情况下开始的第一方法如下。在诊断开始时，均衡阀58暂时打开以平衡感测管47和主燃料箱12中的压力和液体液位。该状况在图2中示出。在测试开始时，差压力传感器17此时应当读取0。以一定规则间隔，例如每10分钟，温度（T）和差压力（DP）连续地测量以确定在时间0时的温度（T0）、在时间0时的差压力（DP0）、在一定时间时的温度（Tt）、以及在一定时间时的差压力（DPt）。如果系统10具有零泄漏，燃料箱12中的压力应当相对于温度以可预测和可重复的方式变化。感测管47内的压力也将相对于温度以准确地说相同度量变化，因为感测管47内侧和外侧的空气蒸汽和液体燃料成分相同。如果存在零泄漏，差压力传感器17将总是测量零。该性能在图4中在首先被加热然后被冷却的测试燃料箱12上示出。如果燃料箱中存在泄漏，那么差压力将非零。为了确保有效测试条件可用，在评估压力结果之前，应当实现最小温度变化。
总而言之，如下逻辑描述在均衡情况下的第一泄漏诊断：
如果(Tt – T0) ≤ x ，那么没有可能的测试；
如果(Tt – T0) ≥ x 且 (DPt ≠ 0)，那么检测到泄漏；
如果(Tt – T0) ≥ x 且 (DPt = 0)，那么通过泄漏测试。
当/如果压力在测试开始时不均衡，可以执行使用感测管结构15来运行泄漏诊断的可选第二方法。对于这种形式的测试，均衡阀58将不需要。这将简化硬件且减少由于阀泄漏或失效引起的故障机会。图5中的起始条件DP0经受多个变量，包括燃料箱填充液位、燃料成分和温度。然而，燃料箱和感测管47均经受相同变量，且因而总体上抵消这些影响。以一定规则间隔，例如每10分钟，温度（T）和差压力（DP）连续地测量，如上所述。如果系统10具有零泄漏，燃料箱中的压力应当相对于温度以可预测和可重复的方式变化。感测管47内的压力也将相对于温度以准确地说相同度量变化。如果系统10具有零泄漏，那么在一定时间（t）的差压力应当等于起始压力，或者换句话说DPt＝DP0。这在图5中随着燃料箱12首先被加热然后被冷却而示出。
总而言之，必须满足如下逻辑以完成泄漏诊断：
如果(Tt – T0) ≤ x，那么没有可能的测试；
如果(Tt – T0) ≥ x 且 (DPt ≠ DP0)，那么检测到泄漏；
如果(Tt – T0) ≥ x 且 (DPt = DP0)，那么通过泄漏测试。
因而，使用样品管结构15有效地确定在高压燃料箱环境中是否发生蒸汽泄漏，而不需要排泄压力。
前述优选实施例已经被示出并描述以便阐述本发明的结构和功能原理以及阐述采用所述优选实施例的方法，并且在不脱离这种原理的情况下所述实施例可以作出改变。因此，本发明包括落入到所附权利要求书的精神内的所有修改。

Claims (18)

1.一种确定车辆的蒸汽管理系统中的泄漏的方法，所述系统包括：燃料箱，所述燃料箱中具有液体燃料和在液体燃料上方的蒸汽腔室；蒸汽收集罐；燃料箱压力控制阀，所述燃料箱压力控制阀在燃料箱和蒸汽收集罐之间，且限定包括燃料箱的高压侧和包括蒸汽收集罐的低压侧；真空源；在蒸汽收集罐和真空源之间的吹扫阀；与蒸汽收集罐连接的泄漏检测阀；以及处理器，所述方法包括如下步骤：
在燃料箱中提供感测管，所述感测管具有设置在燃料箱底部附近的开口端部，从而燃料箱中的燃料能进入开口端部；
提供差压力传感器，其一侧连接到感测管，且另一侧连接到蒸汽腔室，从而压力传感器能够测量蒸汽腔室的容积和容纳液体燃料的感测管的容积之间的差压力（DP）；
在蒸汽腔室中提供温度传感器，来自于压力传感器和温度传感器的信号由处理器接收；
以一定时间间隔测量差压力（DP）和温度（T），以确定在时间0时的温度（T0）、在时间0时的差压力（DP0）、在一定时间时的温度（Tt）、以及在一定时间时的差压力（DPt）；以及
确定（Tt- T0）是否大于一定值，且如果是，那么将DPt与一定差压力值进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
平衡感测管和燃料箱中的压力和液体燃料液位，以确保DP等于0，其中，DPt与0差压力进行比较，从而当DPt ≠ 0时，在系统中检测到泄漏。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，平衡步骤包括打开设置在燃料箱和感测管之间的均衡阀。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，DPt与DP0进行比较，从而当DPt ≠ DP0时，在系统中检测到泄漏。
5.一种用于车辆的蒸汽管理系统，包括：
燃料箱，所述燃料箱中具有液体燃料和在液体燃料上方的蒸汽腔室；
蒸汽收集罐；
燃料箱压力控制阀，所述燃料箱压力控制阀被连接在燃料箱和蒸汽收集罐之间，所述控制阀限定包括燃料箱的高压侧和包括蒸汽收集罐的低压侧；
真空源；
连接在蒸汽收集罐和真空源之间的吹扫阀；
与蒸汽收集罐连接的泄漏检测阀；
处理器；
样品管结构，具有设置在燃料箱中的感测管，所述感测管具有设置在燃料箱底部附近的开口端部，从而燃料箱中的燃料能进入开口端部；
差压力传感器，其一侧连接到感测管，且另一侧连接到蒸汽腔室，从而压力传感器能够测量蒸汽腔室的容积和容纳液体燃料的感测管的容积之间的差压力（DP）；以及
在蒸汽腔室中的温度传感器，来自于压力传感器和温度传感器的信号由处理器接收，
所述处理器被构造和设置成：1）接收以一定时间间隔的差压力（DP）测量值和温度（T）测量值，以确定在时间0时的温度（T0）、在时间0时的差压力（DP0）、在一定时间时的温度（Tt）、以及在一定时间时的差压力（DPt），以及2）当（Tt- T0）大于一定值时，将DPt与一定差压力值进行比较。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述处理器被构造和设置成：当DPt ≠ DP0时，识别系统中的泄漏。
7.根据权利要求5所述的系统，还包括设置在燃料箱和感测管之间的均衡阀，所述均衡阀被构造和设置成平衡感测管和燃料箱中的压力和液体燃料液位，以确保DP等于0。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理器被构造和设置成：当DPt ≠ 0时，识别系统中的泄漏。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述均衡阀设置在样品管结构的壳体中，所述壳体联接到燃料箱且延伸到燃料箱之外。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器设置在所述壳体中。
11.根据权利要求5所述的系统，其中，处理器是泄漏检测阀的一部分。
12.一种用于车辆的蒸汽管理系统，包括：
燃料箱；
蒸汽收集器件；
压力控制器件，被连接在燃料箱和蒸汽收集器件之间，所述压力控制器件限定包括燃料箱的高压侧和包括蒸汽收集器件的低压侧；
真空源提供器件；
连接在蒸汽收集器件和真空源提供器件之间的吹扫器件；
与蒸汽收集器件连接的泄漏检测阀；
数据处理器件；
燃料箱中的液体燃料接收器件，设置在燃料箱中；
差压力感测器件，其一侧连接到液体燃料接收器件，且另一侧连接到蒸汽腔室，从而压力传感器能够测量蒸汽腔室的容积和液体燃料接收器件的容积之间的差压力（DP）；以及
蒸汽腔室中的温度感测器件，来自于压力感测器件和温度感测器件的信号由数据处理器件接收，
所述数据处理器件被构造和设置成：1）接收以一定时间间隔的差压力（DP）测量值和温度（T）测量值，以确定在时间0时的温度（T0）、在时间0时的差压力（DP0）、在一定时间时的温度（Tt）、以及在一定时间时的差压力（DPt），以及2）当（Tt- T0）大于一定值时，将DPt与一定差压力值进行比较。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述数据处理器件被构造和设置成：当DPt ≠DP0时，识别系统中的泄漏。
14.根据权利要求12所述的系统，还包括设置在燃料箱和液体燃料接收器件之间的均衡阀，所述均衡阀被构造和设置成平衡液体燃料接收器件和燃料箱中的压力和液体燃料液位，以确保DP等于0。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述数据处理器件被构造和设置成：当DPt ≠ 0时，识别系统中的泄漏。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述均衡阀设置在液体燃料接收器件的壳体中，所述壳体联接到燃料箱且延伸到燃料箱之外。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述数据处理器件设置在所述壳体中。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，数据处理器件是作为泄漏检测阀的一部分的处理器。
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