CN104884291A - 车辆液体容纳系统和验证该系统完好性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种车辆液体容纳系统，其包括储箱、设置为通过供给管线将液体从所述储箱泵送至车辆系统的泵、设置为检测所述储箱内的蒸气仓中的压强的压强传感器、以及设置在所述供给管线的分支中的喷雾器，所述喷雾器的出口设置在所述储箱的内部。

Description

车辆液体容纳系统和验证该系统完好性的方法
技术领域
本发明涉及车辆液体容纳系统的领域，特别地涉及用于机动车中的燃料储箱和液体添加剂储箱。
背景技术
由于对车辆的燃料和其他化学品排放的环境要求越来越严格，车辆上载有化学品的储箱保持无泄露是至关重要的。因此，实际上必须为这些储箱配备用于检测并且优选地报告可能发生的任何泄漏的装置。
以下主要参照燃料储箱来描述现有技术和本发明。这样做并不丧失一般性，这是由于技术人员可以理解所做的陈述也适用于其他车辆液体储箱。
已知通过受控地增大或减小储箱内部的压强并随后观察储箱中的压强来检测储箱中的泄漏。气体的流入或流出导致改变的压强回到其休止状态。无泄露情况下的期望衰变率在物理上由与储箱流体联通的各种管线和阀门的性质决定。可以预先确定该期望衰变率，以校准该方法。如果压强以超过在校准的无泄漏条件下观察到的速率衰变，或者如果储箱甚至都无法达到目标测试压强(相对于正常压强增大或减小的压强)，那么确定存在泄漏。
已知方法用被称为“泄露检测泵”(leak detection pump，缩写为LDP)的专用泵来产生受控的压强变化。这种专用泵的安装是复杂和昂贵的。其他已知方法用车辆内燃机作为负压源(真空源)。这些方法的一个缺点在于它们不能用于无可用内燃机的情况或者内燃机可能会长时间保持不工作的情况(电动车辆和混合动力车辆分别就是这样的情况)。
而且，目前传统内燃车辆上的系统依赖于环境条件来产生压强变化以检测泄漏。因此，这些系统固有地不如通过其他方式引导压强的系统可靠。
发明内容
因此，本发明的实施例的一个目的在于提供一种不具有这些缺陷的车辆液体容纳系统。
根据本发明的一个方面，提供一种车辆液体容纳系统，该系统包括储箱、被布置为用于通过供给管线从所述储箱向车辆系统泵送液体的泵、被布置为用于检测所述储箱内部蒸气仓(vapor dome)中的压强的压强传感器、以及被布置在所述供给管线的分支内的喷雾器，所述喷雾器的出口布置在所述储箱的内部。
优选地，喷雾器的出口布置在蒸气仓中，即在储箱中的流体液位之上。应理解的是，基于基础物理学，只要储箱中存储有任何数量的液体，储箱内的空气穴中就存在所述液体的蒸气。以下称该包含空气和蒸气混合物的穴为“蒸气仓”。
符合本发明的系统具有由液体泵供给的喷雾器，该喷雾器将雾化液体排放到蒸气仓中。
在上述系统中，使用液体泵是有利的，这是由于该液体泵已经存在于应用中而不需要添加新的部件。但是，可以使用其他设备或装置来将流体喷洒到封闭系统的蒸气仓中。在任何应用中，出于多种原因，将流体喷洒到封闭系统的具有气体的蒸气仓中的效果可以是有利的。
在蒸气仓中包括流体和气体的封闭系统中，流体可以被用于产生两个附带效果。这两个效果对于任何具有封闭系统的应用可以是有利的。将一部分热的所述流体喷洒到蒸气仓中更冷的气体中将增大所述蒸气仓中的压强和温度。将一部分冷的所述流体喷洒到蒸气仓中更热的气体中将降低所述蒸气仓中的压强和温度。
符合本发明的系统能够通过监测在燃料流经喷雾器之后储箱中的压强变化来检测储箱中的泄漏。由于雾化液体被添加到空气-蒸气混合物中，蒸气仓中的压强应当以特有的方式增大。可以在校准的无泄漏条件下预先确定该特有的压强增大模式。如果在监测到的模式和校准模制之间检测到偏差(考虑一定的误差范围)，那么可以得出存在泄漏的结论。
作为一种减小误差范围的方式，可以使用包括但不限制于以下的一个或多个输入：系统中的燃料液位、系统内部的温度、系统外部的温度、大气压强、测试的持续时间。
在符合本发明的车辆液体容纳系统的一个实施例中，阀门被可操作地布置在泵和喷雾器之间(即在所述分支内)，以避免由于存在没有用于驱动车辆的过量燃料流而导致车辆正常运行期间的功率损失。
在符合本发明的车辆液体容纳系统的一个实施例中，阀门为由入口侧出现预定的最小压强而打开的常闭阀门。
该实施例的优点在于避免需要单独地控制阀门。只需控制泵来产生足够高的液体压强，届时(“旁通阀”类型的)阀门就会自动打开，产生所期望的流向喷雾器的流动，以产生所期望的压强增大。
在符合本发明的车辆液体容纳系统的另一实施例中，阀门为通过外部致动打开的常闭阀门。
该实施例的一个优点在于能够例如通过ECU来准确地控制打开阀门的时机。这使得喷雾器能够在比车辆正常运行时压强低得多的压强下运行，最终减少能量消耗。
在符合本发明的车辆液体容纳系统的一个实施例中，液体是燃料，并且车辆系统是内燃机的燃料注入系统。
在另一实施例中，液体是尿素，并且车辆系统是选择性催化还原系统的添加剂注入系统。
选择性催化还原(SCR)系统是一类污染控制系统，其使用还原剂来将存在于内燃机排放气体中的NOx化合物还原为无害的氮分子、氧气和水。还原剂优选地是氨，其由车辆上存储的前驱物就地产生。前驱物优选地是尿素，其可通过商购AdBlue商标名的共晶水溶液(eutectic aqueous solution)的方式而供车辆使用。本发明特别地适于使用尿素储箱。
在符合本发明的车辆液体容纳系统的一个实施例中，阀门和压强传感器可操作地由电子控制单元直接或间接地控制。
电子控制单元(ECU)是能够用于控制车辆上的各种进程的可编程元件(例如：处理器)。
在这里，“直接”控制指的是阀门的电子控制，而“间接”控制则指的是控制泵以输出足够的压强来打开旁通阀的方式。
ECU优选地被配置为在选定的时间点驱动泵和/或打开阀门，并且监测在所述打开之后所感测的压强随时间的变化。由于雾化液体被添加到空气-蒸气混合物中，蒸气仓中的压强应当以特有的方式增大。可以在校准的无泄漏条件中预先确定该特有的压强增大模式。ECU优选地存储校准的模式，并且被配置为判定所感测到的模式和校准的模式之间的偏差是否超出某一最大范围。如果超过该范围，那么ECU就优选地产生适当的泄漏检测警报信号。
在一个具体的实施例中，ECU被配置为向车载诊断系统传送泄漏检测信号。
车载诊断(OBD)系统是一种专用车辆系统，其跟踪故障、特别是系统中具有潜在环境影响的故障。因此，OBD系统会在验证车辆是否满足适用的排放标准中起到重要作用。由于车载液体的泄漏会具有重大环境影响，因此，将泄漏检测信息导入OBD系统是有利的。
在符合本发明的车辆液体容纳系统的一个实施例中，喷雾器布置在储箱的最大填充液位的上方。
储箱的最大填充液位由常规方式来确定，以使得在正常使用中储箱从不完全充满液体。在该实施例中，喷雾器的出口总是位于蒸气仓中。
根据本发明的一方面，提供了一种车辆液体容纳系统，该系统包括储箱、压强传感器和/或压强开关、以及将燃料喷洒到燃料的蒸气空间中的装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种车辆液体容纳系统，该系统包括储箱、被布置为用于通过供给管线从所述储箱向车辆系统泵送液体的泵、被布置为用于检测所述储箱内部的蒸气仓中的压强的压强传感器、以及被布置在所述供给管线的分支与至少一个喷雾器之间的阀门，所述喷雾器的出口布置在燃料储箱内部。
根据本发明的一个方面，提供了一种包括上述车辆液体容纳系统的车辆。
该方面可以涉及任何需要在其上承载用于其自身运行的液体的车辆。特别地，本发明可以应用于机动车辆(例如：摩托车、机动车、公交车和卡车)、火车、船和飞行器。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于验证如上所述的车辆液体容纳系统的完好性的方法，该方法包括使泵运行以致动喷雾器，监测在所述喷雾器致动之后由所述压强传感器感应到的压强，以及基于一个或多个测量值来确定所述监测的压强是否偏离预定的压强变化。
优选地，该一个或多个测量值包括至少一个使用上述压强传感器测量的压强值。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于验证如上所述的车辆液体容纳系统的完好性的方法，该方法包括使泵运行、在泵运行期间打开阀门、在所述阀门打开之后监测由所述压强传感器感测的压强、以及基于一个或多个测量值来确定所述监测的压强是否偏离预定的压强变化。
在一个实施例中，符合本发明的一种方法还包括在所述阀门打开之前加热液体。
该实施例的一个优点在于避免由于燃料和蒸气仓之间的温度差而导致的负压强变化。
根据本发明的一个方面，提供了一种包括被配置为使处理器执行如上所述的方法的代码装置的计算机程序。
符合本发明的方法和计算机程序的实施例的技术效果和优点可比照符合本发明的系统的相应实施例的技术效果和优点。
附图说明
现在参照附图更详细地描述本发明的这些和其他技术效果和优点，在这些附图中：
图1示出了用于符合本发明的系统的实施例中处于关闭位置的阀门；
图2示出了图1的阀门打开以喷洒雾化液体的过程；
图3提供了构成图1的阀门的圆柱体的俯视图；
图4示出了图1的阀门的细节；
图5示出了温度和压强测量；
图6示出了当在符合本发明的系统的一个实施例中使用喷雾器时所获得的温度和压强测量结果；以及
图7至图10提供了符合本发明实施例的方法的流程图。
具体实施方式
本发明基于发明人认识到通过使由车辆液体容纳系统中已有的液体泵提供的受压液体雾化，车辆该泵可以被用作储箱的蒸气仓内部的过压源。本发明还基于发明人认识到以这种方式获得的压强突变是出人意料地可再现的。
现在参照储箱、优选地燃料储箱来描述符合本发明的系统的一个实施例，所述储箱具有通过供给管线从储箱向相应系统泵送液体的泵、用于检测储箱内部的蒸气仓中的压强的压强传感器、布置在供给管线的分支与喷雾器之间的阀门，所述喷雾器的出口被布置在储箱的最大填充液位的上方。
在该实施例中，阀门由包含在圆柱体内的弹簧和活塞构成。在休止位置，弹簧被压缩并且被布置为迫使活塞闭合，以使得没有任何流动可以通过圆柱体。该构造的阀门有时被称为“旁通阀(bypassvalves)”。
一旦施加等于或大于由弹簧施加的力的压力，活塞就打开并且允许受压液体(例如：燃料)流过圆柱体。该布置使得系统的泵优选地通过供给管线的分支向阀门提供受压液体。主供给管线通到车辆系统(例如：内燃机的燃料喷嘴)，阀门的运行不需要该车辆系统是运行着的。在燃料喷嘴的情况下，当符合本发明的系统的阀门正在使用时，这些喷嘴可以是关闭的。
圆柱体的出口是优选地在圆柱体顶壁(即与入口相对的壁)上的小开口，其构成该实施例的喷雾器。一旦液体冲击到该顶壁，液体就被迫通过小开口，导致液体在储箱内、特别是在储箱的蒸气仓区域内雾化。一旦发生这种情况就实现了压强突变。该压强突变的发生由于其幅度被证明具有相当程度的可预测性使得压强传感器能够通过测量储箱内随后的压强变化来检测泄漏情况。
可以通过使用其他类型的阀门(例如：电磁阀或手动阀)来更改所述实施例。常闭阀门是优选的。
当本发明用于燃料存储系统时，作为喷雾器的开口优选地具有在0至1mm范围之间的、更优选地在0.4至0.6mm范围之间和最优选地为或大约为0.5mm或0.020英寸的直径。已经验证，利用在该范围内的雾化开口，能够在储箱内积累足够的压强以实现有意义的泄漏检测测量，而主供给管线中的压强损失足够小以仍允许内燃机的正常运行。
发明人还进一步认识到，喷雾器的效率以及由此观察到的与阀门打开相关的压强突变是依赖于温度的。优选地，所述系统提供了一种加热包含在储箱中的液体的方法，以改进液体的雾化。可以通过以使得泵送液体的总量超过相应车辆系统的消耗量并且将超出的多余量返回给储箱的方式运行泵而获得该加热。为此，系统优选地包括用于将未使用液体返回储箱的回流管线，该回流管线最优选地将多余液体排放到最靠近阀门入口的区域中。由于多余液体被迫通过泵、供给管线和回流管线，该多余液体将经受一定的加热。
最优选地，系统还包括用于观测储箱中液体和/或蒸气温度的温度传感器，以使得能够相对于对应观测到的温度的期望压强变化(突变和衰变)评估观测到的压强变化。如果用电子方式实现(例如在ECU内部实现)，可以将对应一个温度范围的期望压强变化预先存储在处理平台(ECU)中。
图1至图5描述了根据本发明的一个实施例的燃料存储系统，该系统的阀门在下文中将被称为“LDBV”(泄漏检测旁通阀)。图1描绘了闭合的LDBV4。LDBV4必须被布置为与燃料泵2流体连接，以使得燃料泵允许燃料流向LDBV4和车辆发动机5。在LDBV4顶部处的小开口必须位于蒸气空间3中，以能够使燃料6雾化。
图1还描述了将燃料供给行驶的车辆发动机的、具有闭合的LDBV4的燃料系统的操作。燃料泵2从燃料供给1吸取燃料。在该图中，由燃料泵2产生的液体压强小于LDBV的打开压强，所以燃料仅被泵送到车辆发动机5。
图2描述了打开LDBV4以喷出优选地被加热的雾化的燃料6以在蒸气仓3中形成压强的操作。在该图中，车辆发动机5优选地是关闭的或者至少处于车辆发动机喷嘴关闭的状态。这能够使燃料泵2在更高的压强下运行。由于燃料泵在更高的燃料压强下运行，燃料泵加热储箱中的燃料供给1，这便在蒸气仓3中形成一定压强。该更高的燃料压强也作用于LDBV4上，使得LDBV4最终打开并且允许燃料流过LDBV。(被加热的)燃料随后达到LDBV4的顶部并且被迫经过小开口，燃料6通过该小开口在蒸气仓3中雾化。被加热并雾化的燃料6在蒸气仓3中形成压强。
图3示出了LDBV圆柱体4的俯视图。该俯视图示出了承载LDBV弹簧7和盖8的LDBV4圆柱体肋部。该肋部还允许燃料流经圆柱体4。
图4示出了位于LDVB圆柱体4和LDBV盖8之间的小开口的细节视图。用燃料泵2加热燃料供给1导致压强在蒸气仓3中增大。迫使加热的燃料通过小开口9进而导致燃料6在蒸气仓3中雾化，这导致压强在蒸气仓3中进一步增大，其随着时间表现出特有的模式。
在图5中，在700秒的时间内监测储箱系统内的压强。由于燃料泵正在以流动被阻塞的方式运行以加热储箱内的燃料，因而压强增大。处于上方的线1示出了密封燃料系统中的压强增大。处于下方的线2示出了具有0.5mm泄漏的同一燃料系统中的压强变化。结果是在大约300秒内出现大约5mbar的压强差。该压强差能够测定系统是否具有泄漏。
在图6中，在700秒的时间内监测储箱系统内的压强。由于燃料泵正在以如上所述流向喷雾器的方式运行以增大储箱内压强，因而压强增大。处于上方的线1示出了密封燃料系统中的压强增大。处于下方的线2示出了具有0.5mm泄漏的同一燃料系统中的压强变化。结果是在大约100秒内出现大约5mbar的压强差。这对于图5的情况是明显的改进，因为只需更少的能量就能获得泄漏和无泄漏状态之间的相同辨识度。
图7提供了用于验证符合本发明的一个实施例的车辆液体容纳系统的完好性的方法的流程图。不失一般性地，参照如在以上系统实施例中描述的具有一般性结构的燃料容纳系统来描述该实施例。作为可选的预备步骤，该方法包括致动泵700和加热储箱中的燃料710。为了执行符合本发明的方法，需要使泵700运行，以在阀门入口处产生所必需的液体压强。由于在反馈模式(即泵送的燃料基本上返回到储箱而没有被发动机消耗)中泵的运行将导致加热返回的燃料，因此可选的加热步骤710可能会与泵运行步骤700同时进行。随着压强的增大和/或阀门被电动或手动致动，阀门打开720。这将导致如上所述的蒸气仓内压强的突变。在阀门打开期间和之后监测压强变化730。在该监测730的基础上，可以判定存在或不存在泄漏740。具体地，如果在阀门打开之后，压强上升地没有如在无泄漏条件下所期望的那样快，那么可以确定存在泄漏740。如果时间-压强模式在预先给定的边际范围内与无泄漏条件下的期望模式吻合，那么可以确定不存在泄漏740。
对于本领域的技术人员显而易见的是，可以借助于例如微控制器或处理器(其可以构成车辆ECU(的一部分))的可编程元件来以自动的方式执行所述的方法步骤。可编程元件与泵交互，并且被配置为在符合本发明的方法初始时致动该泵700。可编程元件还可以进一步被配置为在执行本方法之前关闭发动机和/或验证发动机是否处于非工作状态。如果阀门被电动地致动，那么可编程元件与阀门交互并且被配置为在给定时间打开该阀门720。可编程元件与压强传感器交互并且被配置为在打开阀门时和之后获得观测到的时间-压强模式730。可选地，压强传感器信息还被用于确定打开阀门720的时间点，该打开可能要求达到最小压强水平。可选地，可编程元件还与温度传感器交互，特别地以通过为所观测到的温度选择最适当的期望时间-压强模式来将温度信息包含在泄漏存在与否的评估中。
图8描绘了符合本发明的方法的另一实施例。在该实施例中，测量初始压强Pvapor,0810，并且将泵致动到限制喷雾器喷雾的水平，以预热燃料820。一旦经过了第一指定时间，就将泵的功率增大到允许喷雾器喷雾一段特定时间和/或达到预定的压强水平830的水平。在车辆停止之后，在泵运行期间的一个或多个时点监测储箱中的压强840并且将其与校准的无泄漏时的值比较，以判定系统中是否存在泄漏850。
图9描绘了符合本发明的方法的另一实施例。在该实施例中，测量初始压强Pvapor,0910，并且将泵致动到允许喷雾器喷雾一段特定的时间和/或直到预定的压强水平920的水平。在泵运行期间的一个或多个时点监测储箱中的压强930并且将其与校准的无泄漏时的值比较，以判定系统中是否存在泄漏940。
图10描绘了符合本发明的方法的另一实施例。在该实施例中，车辆已经运行在行驶周期期间1010。当车辆停止时1020，测量初始压强Pvapor,01030，并且泵继续运行一段指定的时间和/或直到预定的压强水平。在车辆停止之后，在泵运行期间的一个或多个时点监测储箱中的压强1040并且将其与校准的无泄漏时的值比较，以判定系统中是否存在泄漏1050。在测试之后关闭泵1060。
尽管以上参照具体实施例描述了本发明，但是这样做仅是为了示例性地说明而非限制本发明，本发明的范围通过所附权利要求来确定。
虽然某些特点仅参照符合本发明的系统的实施例来描述，但是这样做仅是出于清楚的原因，本领域的技术人员能理解，这些特点可以以相同的技术效果和优点被应用于符合本发明的方法的各种实施例中，反之亦然。

Claims (12)

1.一种车辆液体容纳系统，其包括储箱、设置为通过供给管线将液体从所述储箱泵送至车辆系统的泵、设置为检测所述储箱内蒸气仓中的压强的压强传感器、以及设置在所述供给管线的分支中的喷雾器，所述喷雾器的出口设置在所述储箱的内部。
2.如权利要求1所述的车辆液体容纳系统，该系统还包括可操作地布置在所述泵与所述喷雾器之间的阀门。
3.如权利要求2所述的车辆液体容纳系统，其中，所述阀门为由入口侧出现预定的最小压强而打开的常闭阀门。
4.如权利要求2所述的车辆液体容纳系统，其中，所述阀门为通过外部致动打开的常闭阀门。
5.如上述权利要求中任一项所述的车辆液体容纳系统，其中，所述液体为燃料，并且所述车辆系统为内燃机燃料注入系统。
6.如权利要求1至4中任一项所述的车辆液体容纳系统，其中，所述液体为尿素，并且所述车辆系统为选择性催化还原系统的添加剂注入系统。
7.如上述权利要求中任一项所述的车辆液体容纳系统，其中，所述阀门和所述压强传感器可操作地由电子控制单元直接或间接地控制。
8.如权利要求7所述的车辆液体容纳系统，其中，所述电子控制单元配置为将泄漏检测信号传递给车载诊断系统。
9.如上述权利要求中任一项所述的车辆液体容纳系统，其中，所述喷雾器设置在所述储箱的最大填充液位之上。
10.包括如上述权利要求中任一项所述的车辆液体容纳系统的车辆。
11.一种用于验证如权利要求1至9中任一项所述的车辆液体容纳系统的完好性的方法，该方法包括使所述泵运行以致动所述喷雾器，监测在所述喷雾器致动之后由所述压强传感器感应到的压强，以及基于一个或多个测量值来确定所述监测的压强是否偏离预定的压强变化。
12.一种计算机程序，其包括被配置为使处理器执行如权利要求11所述的方法的代码装置。
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