CN105179120B - 蒸发排放控制系统的主动清除泵系统模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸发排放控制系统的主动清除泵系统模块。所提供的主动清除泵系统模块用于车辆的蒸发排放控制（EVAP）系统。EVAP系统包括燃料箱、与所述燃料箱连通的蒸汽收集罐、进气口以及连接在所述罐和所述进气口之间的清除阀。所述主动清除泵系统模块包括与所述罐流体连通以独立于所述发动机的操作使空气运动的泵。旁通阀组件与所述泵的上游侧和下游侧流体连通从而绕过所述泵。在所述旁通阀组件的关闭位置，所述泵在被启用时使清除蒸汽从所述罐运动通过所述清除阀并运动至所述发动机，以便在燃烧的过程中被消耗掉，并且当所述旁通阀组件打开且所述泵停用时，允许为车辆加燃料。

Description

蒸发排放控制系统的主动清除泵系统模块

技术领域

本发明一般涉及用于车辆的蒸发排放控制系统（evaporative emission controlsystem），特别地，本发明涉及主动将清除蒸汽（purge vapor）从炭罐中推出或抽出的主动清除泵（active purge pump）系统模块。

背景技术

炭罐通常用于存储来自燃料箱的清除蒸汽，直至清除蒸汽可以被处理。大部分车辆具有蒸发排放控制（EVAP）系统，该系统用于将清除蒸汽从炭罐中移除，并将清除蒸汽传输到发动机，其中清除蒸汽在燃烧的过程中燃烧掉。一种类型的EVAP系统使用歧管真空将空气抽吸通过炭罐，并将蒸汽抽入发动机。但是，使用歧管真空的系统不能一直产生足够的真空来将足够量的空气抽吸通过罐从而将清除蒸汽抽入发动机。采用涡轮增压发动机，歧管压力与文丘里管式喷嘴一起使用以产生用于清除的真空。这种方法的缺点是引导加压空气离开涡轮增压器，以在清除中使用，这降低了涡轮增压器的效率，并减少了发动机的动力增加量。

因此，存在对一种蒸发排放控制系统的需求，该蒸发排放控制系统提供用于充分地传输清除蒸汽至发动机，而不会牺牲发动机的效率。

发明内容

本发明的目的是满足以上所述的需求。根据实施例的原理，该目的通过为车辆的蒸发排放控制系统提供主动清除泵系统模块来实现。所述蒸发排放控制系统包括燃料箱、与所述燃料箱连通的蒸汽收集罐、将空气引入所述车辆的内燃发动机的进气口以及连接在所述罐和所述进气口之间的清除阀。所述主动清除泵系统模块包括与所述罐流体连通的泵。所述泵构造和布置为独立于发动机的操作使空气运动。旁通阀组件与泵的上游侧和下游侧流体连通从而绕过所述泵。所述旁通阀组件构造和布置为在打开和关闭位置之间运动，使得当处于关闭位置时，所述泵在被启用时构造和布置为使清除蒸汽从所述罐运动通过所述清除阀并运动至所述发动机，以便在燃烧的过程中被消耗掉，并且当所述旁通阀组件打开且所述泵停用时，允许为车辆加燃料。

根据实施例的另一方面，提供了一种从车辆清除蒸汽的方法。所述车辆具有蒸发排放控制系统，所述蒸发排放控制系统包括燃料箱、与所述燃料箱连通的蒸汽收集罐、将空气引入所述车辆的内燃发动机的进气口以及连接在所述罐和所述进气口之间的清除阀。所述方法提供了与所述罐流体连通的泵。所述泵独立于所述发动机操作，以便使清除蒸汽从所述罐运动通过所述清除阀并运动至所述发动机，以便在燃烧的过程中被消耗掉。

参照附图，考虑参照附图的以下详细描述以及所附的权利要求，本发明的其它目的、特点和特征以及结构的相关元件的操作方法和功能、部件的组合以及制造的经济性将会变得更显而易见，所有这些都构成本说明书的一部分。

附图说明

从详细描述和附图中，将会更全面地理解本发明，其中：

图1是根据实施例的具有主动清除泵系统模块的车辆的蒸发排放控制系统的图；

图2是图1中标号为2的主动清除泵系统模块的放大图；

图3是具有主动清除泵系统模块的蒸发排放控制系统的替换实施例的图；

图4是具有主动清除泵系统模块的蒸发排放控制系统的另一个替换实施例的图；以及

图5是具有主动清除泵系统模块的蒸发排放控制系统的又一个替换实施例的图。

具体实施方式

以下对优选实施例的描述本质上仅仅是示例性的，而不以任何方式旨在限制本发明、本发明的应用或使用。

参照图1，示出了根据实施例的车辆的蒸汽排放控制系统，一般用10表示。根据实施例，系统10包括主动清除泵系统模块，一般用12示出，主动清除泵模块与蒸汽收集罐（例如炭罐14）流体连通。最佳如图2所示，模块12包括空气入口16，空气入口16具有过滤器且将空气从大气中引入。通过使用管道20a，空气入口16与电动泵18流体连通，且泵的出口经由管道20a与罐14连通。通过使用管道20b，旁通阀组件22与管道20a流体连通。旁通阀组件22可以是自锁阀或者可以是常开阀。管道20c连接到旁通阀组件22，且压力传感器24位于管道20c中。管道20c连接到管道20a的下游端并与其流体连通。因此，旁通阀组件22与泵18的上游侧21和下游侧23流体连通。管道20a还连接到炭罐14。第一止回阀26设置在泵18和罐14之间的管道20a中，以防止回流通过泵18。泵18与泵控制器28电连通，且泵控制器28和压力传感器24均与电子控制单元（ECU）30电连通（图1）。以下将会解释模块12的功能。

通过使用连接到炭罐14和燃料箱32两者的管道20f，炭罐14与燃料箱32流体连通。清除蒸汽31能够通过管道20f从燃料箱32流动到碳罐14。还连接到碳罐14的是管道20g，管道20g连接到涡轮清除阀（TPV）34，用于将炭罐14设置为与TPV 34流体连通。

两个其它管道也连接到TPV 34。管道20h连接到TPV 34和压缩机36，压缩机36是涡轮增压器单元的一部分，涡轮增压器单元一般用38表示，且还包括一般用52表示的涡轮。管道20i连接到TPV 34，管道20j连接在节流组件44和中冷器46之间。中冷器46连接到压缩机36。第二止回阀40设置在管道20h中，第三止回阀42设置在管道20i中。

在系统10的操作中，来自大气的空气能够通过进气口或者过滤器16、50中的任一个进入系统10。在旁通阀组件22处于打开位置的情况下，来自发动机60的真空用于将空气从进气口50吸入，进气口50将清除蒸汽31从罐14吸入。清除蒸汽31被吸入管道20g，通过涡轮清除阀34，并最终进入发动机的进气口结构58，发动机一般由60指示。当旁通阀组件22位于打开位置且真空可利用时，这种功能提供了较低的流动限制。

但是，如果来自发动机60的真空不够，旁通阀组件22可被关闭。在这种情况下，模块12能够控制从过滤器16的进气口通行到系统10内的入口空气的量。通行到管道20a内的空气通过泵18而运动通过系统10。当阀组件22关闭且泵18独立于发动机60被启用时，空气被强迫通过管道20a以克服止回阀26的力，从而打开止回阀26使得空气通行到罐14内，迫使罐14中的清除蒸汽进入管道20g，通过涡轮清除阀34，并最终进入发动机60的入口结构58。在ECU 30控制泵控制器28并由此控制泵18的情况下，通过使用从压力传感器24至ECU 30的反馈来控制由泵18产生的空气流的控制。压力传感器24允许在清除操作过程中对清除蒸汽进行流控制。在这种操作模式中，由于泵18使空气运动，因此处于关闭位置的旁通阀组件22允许采用高的清除流速对罐14进行清除。

可以采用控制策略对ECU 30的处理器电路33编程，以通过在进气口58中正检测到的真空量来偏移需要从泵18获得的输出压力，从而减少了泵18的能耗，同时仍然提供必需的清除蒸汽流。ECU 30控制流以清除罐14，还控制压力以调节泵18的速度。泵18产生的流被调节，以优化电功耗。

通过使用泵18，清除泵系统模块12的操作允许清除蒸汽从罐14中被移除且传输到发动机60的进气口58，而不必使用压缩机36。这允许压缩机36产生的所有空气都被传输到发动机60，并且提供更高效的涡轮增压器单元38。

该实施例的一个优点是泵18可以被用于产生通过罐14的流，从而在发动机60的任何操作模式过程中引导清除蒸汽。

利用不操作的泵18并且通过开启旁通阀组件22，允许空气从燃料箱32逸出，而清除蒸汽保留在罐14中，从而实现为车辆加燃料。这允许以较低的流限制加燃料。

此外，清除泵系统模块12也可以被用于执行诊断测试。当泵18被启用以使空气运动且旁通阀组件22被关闭时，执行泄漏检测的诊断测试，其中压力传感器24被用于随着时间监测系统10中的压力变化。如果压力发生了变化，则系统10中存在需要被维修的压力泄漏。可以在发动机60启动之前执行该泄漏检测功能，以检查泄漏，从而防止清除蒸汽逸出到环境中。当发动机60运行时，也可以执行用于泄漏检测的该诊断测试。

压力传感器24提供用于泄漏检测的压力梯度分析，且允许对电动泵18、旁通阀组件22、止回阀26以及压力传感器24进行部件可信度诊断。压力传感器24还提供在泄漏测试过程中允许压力控制的功能，且无论是在发动机60开启还是关闭时执行诊断泄漏测试，都可用于提供压力控制。

泵18的另一个功能是在燃料箱32中产生超压，这也被用于检测泄漏。当这种情况发生时，旁通阀组件22处于关闭位置，这虑及了燃料箱32在泄漏监测的过程中的密封性。

该实施例中的清除泵系统模块12还提供了控制泵18的旋转速度从而控制来自罐14的清除蒸汽的流速的功能。模块12还允许控制泵18的旋转速度，以降低在清除操作和泄漏监测操作过程中泵18产生的噪音。

蒸发排放控制系统10’的替换实施例在图3中示出。在这个实施例中，泵系统12仍然以与图1所示的类似方式通过管道20a连接到炭罐14。但是，图3中的实施例包括自然进气的发动机60，因此图1中的涡轮增压器单元38以及与涡轮增压器单元38相关的部件没有被包括在图3的实施例中。管道62a连接到进气口58和节流组件44且在进气口58和节流组件44之间提供流体连通。清除阀64连接到管道62a。清除阀64也连接到另一个管道62b且与另一个管道62b流体连通，另一个管道62b连接到罐14并与罐14流体连通。

另一个管道62c连接到罐14和燃料模块66，从而在罐14和燃料箱32之间提供流体连通。箱隔离阀68和压力传感器70与管道62c连通。箱隔离阀68在燃料箱32加燃料的过程中提供通风，且在发动机60的操作过程中当燃料箱32中的燃料被消耗时提供真空释放。压力传感器70检测燃料箱32中的压力水平。

泵系统模块12以与图1所示的基本类似的方式工作，且将会参照图1所示的泵系统模块12的部件进行解释。当泵18没有被启用时，旁通阀组件22可以被打开，来自发动机60的真空可以被用于将来自罐14的蒸汽清除并使蒸汽进入管道62b、通过清除阀64、管道62a，且最终进入发动机60的进气口58。当旁通阀组件22处于打开位置且真空可利用时，这个功能提供了低流动限制。旁通阀组件22在加燃料的过程中打开。

如果来自发动机60的真空不足以用于罐14的清除，则旁通阀组件22可以被关闭，接下来泵18被启用以使空气运动，空气被强迫通过管道20a以克服止回阀26的力，从而打开止回阀26，使得空气通行到罐14内，以将清除蒸汽从罐14传输通过管道62b、通过清除阀64、进入管道62a并进入发动机60中以被消耗。在这种操作模式中，由于泵18使空气运动，因此正处于关闭位置的旁通阀组件22允许以较高的清除流速对罐14进行清除。

蒸发排放控制系统10”的另一个实施例在图4中示出。在图3所示的实施例中，泵系统模块12位于罐14的上游。在图4所示的实施例中，泵模块12在管道62b中位于罐14的下游，且位于罐14和清除阀64之间。图4所示的实施例还包括与空气入口/过滤器16相关联的罐排气阀72。在这个实施例中，在旁通阀组件22正被关闭的情况下，被启用的泵18将清除蒸汽从罐14抽出，这与将清除蒸汽从罐中推出（如图3所示的实施例那样）相反。被推出的清除蒸汽流动通过管道62b、通过清除阀64、通过管道62a、并进入进气口58以被发动机60消耗。

当泵18停用时，旁通阀组件22可以被打开，以允许来自发动机60的真空压力以与图3类似的方式将蒸汽从罐14吸入管道62b。在加燃料的过程中旁通阀组件22开启。

蒸发排放控制系统10”的另一个实施例在图5中示出。在这个实施例中，泵系统模块12、清除阀64以及压力传感器70全部都设置在罐14下游的管道62b中。压力传感器70位于清除阀64下游的管道62b中，泵模块12位于压力传感器70下游的管道62b中。在这个实施例中，泵系统模块12以与图4所示的实施例类似的方式将清除蒸汽从罐14中抽出。

在图5所示的实施例中，具有诊断特征，用于处理位于泵系统模块12和管道62a之间的一部分管道62b变得断开的问题，该断开使得模块12的泵18可能将燃料蒸汽推入大气中。通过使用位于泵系统模块12上游的压力传感器70，执行该诊断检查。由于在进气口58中存在真空压力，因此空气过滤器50下游的管道62a中存在少量的真空压力，当管道62b适当地连接时，真空压力也在管道62b中。由于当泵18空置时，在管道62a和压力传感器70之间通过泵系统模块12存在连续的流体连通，因此被压力传感器70检测到的真空压力的出现会确认管道62b仍然附接到泵模块12和管道62a，而没有清除蒸汽逸出到大气中。

图5所示的泵系统模块12的配置具有几个益处。泵系统模块12位于发动机舱内，且可位于罐14的上游或者下游。这种配置的一个优点是，来自泵18的噪音水平在车辆中会更加不引人注意。另外，与位于罐14的新鲜空气侧（上游）相比，避免了用于车载加燃料蒸汽回收（ORVR）的箱隔离阀68和旁通阀组件22的成本。

如果泵系统模块12位于清除阀64的下游，且压力传感器70位于清除阀64和泵18的入口之间（如图5所示），那么压力传感器70可被用于流控制，且被用于执行诊断检查以确定管道62b连接到管道62a的部分是否被连接。

该实施例的另一个优点是泵18是高速泵。这个较小的泵18具有较低的能耗，但是仍然提供足够的流，因为泵18的马达是与离心式叶轮一起使用的高速马达。此外，清除阀63是低限制性的清除阀，这也允许在使用高速马达时具有足够的流速。

在一个实施例中，以全流速操作的泵18中的马达的旋转速度是大约50,000-60,000 rpm，但是位于本发明的范围内的是，更大或更小旋转的速度也可以被使用。与在全流速操作时最大旋转速度为5000-6000 rpm的类似类型的泵相比，随图1-5中的泵18一起使用的马达的直径可以减少至少50%。在图1-5所示的实施例中，随泵18一起使用的马达的直径减少67%。

前述优选实施例已经被图示和描述，用于阐述本发明的结构和功能原理并传输使用这些优选实施例的方法，前述优选实施例可受到改变而不脱离这些原理。因此，本发明包括包含在所附权利要求的范围中的所有修改。

Claims (19)

1.一种主动清除泵系统模块，用于车辆的蒸发排放控制系统，所述蒸发排放控制系统包括燃料箱、与所述燃料箱连通的蒸汽收集罐、将空气引入所述车辆的内燃发动机的进气口以及连接在所述罐和所述进气口之间的清除阀，所述主动清除泵系统模块包括：

与所述罐流体连通的泵，所述泵构造和布置为独立于所述发动机的操作使空气运动；以及

旁通阀组件，其与所述泵的上游侧和下游侧流体连通从而绕过所述泵，所述旁通阀组件构造和布置为在打开和关闭位置之间运动，使得当处于所述关闭位置时，所述泵在被启用时构造和布置为使清除蒸汽从所述罐运动通过所述清除阀并运动至所述发动机，以便在燃烧的过程中被消耗掉，并且当所述旁通阀组件打开且所述泵停用时，允许为车辆加燃料。

2.根据权利要求1所述的模块，还包括与电子控制单元连接的泵控制器，所述泵控制器构造和布置为基于来自所述电子控制单元的命令控制所述泵的操作。

3.根据权利要求2所述的模块，还包括与所述旁通阀组件、所述泵以及所述罐流体连通的压力传感器，所述压力传感器构造和布置为在所述泵被启用时、在所述旁通阀组件处于所述关闭位置时以及在所述清除阀处于关闭位置时检测压力变化。

4.根据权利要求3所述的模块，其中，所述压力传感器电连接到所述电子控制单元，使得基于所述压力传感器检测到的压力变化，所述泵生成的空气流能够被所述泵控制器控制。

5.根据权利要求3所述的模块，与所述蒸发排放控制系统相组合，其中，所述压力传感器电连接到所述电子控制单元，使得当所述泵被启用且所述旁通阀组件被关闭时，所述压力传感器构造和布置为检测压力变化以确定在所述蒸发排放控制系统中是否存在压力泄漏。

6.根据权利要求1所述的模块，还包括与所述泵连通的空气入口，使得所述泵能够通过所述空气入口吸入大气中的空气。

7.根据权利要求1所述的模块，还包括止回阀，所述止回阀位于所述泵的下游以及所述罐的上游以防止通过所述泵的回流。

8.根据权利要求1所述的模块，与所述蒸发排放控制系统相组合，其中，所述泵和所述旁通阀组件设置在所述罐的上游，使得所述泵推动来自所述罐的清除蒸汽。

9.根据权利要求1所述的模块，与所述蒸发排放控制系统相组合，其中，所述泵和所述旁通阀组件设置在所述罐的下游，使得所述泵从所述罐抽出所述清除蒸汽。

10.根据权利要求9所述的模块，其中，所述泵和所述旁通阀组件被设置在所述进气口和所述清除阀之间，所述组合还包括设置在所述清除阀和所述泵的入口之间的压力传感器，所述压力传感器构造和布置为确定在所述泵的出口和所述进气口之间是否存在真空压力。

11.根据权利要求1所述的模块，其中，所述泵具有高速马达和离心式叶轮。

12.根据权利要求11所述的模块，其中，所述泵构造和布置为以50,000-60,000 rpm的全流速操作。

13.根据权利要求1所述的模块，与所述蒸发排放控制系统相组合，使得当所述旁通阀组件位于打开位置且所述泵未启用时，所述发动机构造和布置为产生真空，以便将清除蒸汽从所述罐抽取通过所述清除阀并进入所述进气口。

14.根据权利要求1所述的模块，与所述蒸发排放控制系统相组合，所述蒸发控制系统还包括涡轮增压器单元，所述涡轮增压器单元具有用于生成气流的压缩机，使得当所述旁通阀关闭时，由所述压缩机生成的基本全部气流流入所述进气口。

15.一种从车辆清除蒸汽的方法，所述车辆具有蒸发排放控制系统，所述蒸发排放控制系统包括燃料箱、与所述燃料箱连通的蒸汽收集罐、将空气引入所述车辆的内燃发动机的进气口以及连接在所述罐和所述进气口之间的清除阀，所述方法包括以下步骤：

提供与所述罐流体连通的泵，以及

独立于所述发动机操作所述泵，以便使清除蒸汽从所述罐运动通过打开的清除阀并运动至所述发动机，以便在燃烧的过程中被消耗掉。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

提供与所述泵的上游侧和下游侧流体连通从而绕过所述泵的旁通阀组件，所述旁通阀组件构造和布置为在打开和关闭位置之间运动，以及

在操作所述泵之前，使所述旁通阀组件运动到所述关闭位置。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

使所述旁通阀组件运动到所述打开位置，并停用所述泵，从而允许为所述车辆加燃料。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

提供与所述泵相关联的压力传感器；以及

在所述旁通阀组件和所述清除阀处于所述关闭位置且所述泵被启用的条件下，采用所述压力传感器监测所述蒸发排放控制系统内的压力。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，使清除蒸汽运动的步骤包括：操作所述泵以抽出或者推出所述清除蒸汽。