CN105531140A - 用于使车辆燃料存储系统减压的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使车辆燃料存储系统减压的方法，该系统包括第一部分(100)和第二部分(150)，第一部分(100)与可关闭的充装头开口(105)流体连通，第一部分(100)借助于阀门(120)与第二部分(150)分隔，所述方法包括：-在第一时间阶段，在所述阀门(120)和所述充装头开口(105)关闭的同时，通过使第一部分(100)与大气(180)连通来使第一部分(100)减压；-在第二时间阶段，通过使第二部分(150)与大气(180)连通来使第二部分(150)减压；以及，-从所述第一时间阶段结束时起实现准备好通达所述充装头开口(105)。

Description

用于使车辆燃料存储系统减压的方法和系统
技术领域
本发明涉及车辆燃料存储系统的领域，并且特别地涉及用于混合动力车辆、由燃料电池提供动力的车辆或非混合动力的内燃机车辆的燃料箱。
背景技术
由内燃机推进的车辆可以配备有燃料蒸气排放线路，燃料蒸气通过该线路被从燃料箱引导到燃料吸收罐。由此，能够避免例如在白昼温度变化的影响下在箱中积累过大的压强。设置了净化线路，内燃机能够在内燃机运行时通过该净化线路取回被吸收的燃料。
混合动力车辆适于交替地借助于电机或内燃机被推进。混合动力的一个具体衍生品仅在给定行程最开始的60至100km使用电力(假设在该行程前将该车辆插入电力供应预定长的时间)。这些车辆被视为“插电式混合动力”。“插电式混合动力”车辆可能从不运行内燃机地进行许多驾驶循环。在这些情况下，不能期望有规律地对罐进行净化，因此一般必须解除罐与箱的关联，以避免使罐过饱和。因此，这种混合动力车辆的燃料箱必须被设计为能够包含更大量的燃料蒸气并承受更高的压强水平。
然而，必须在为了加燃料操作而打开箱之前以对环境安全的方式使燃料箱内的增大的压强得以缓解，以免将相对大量的燃料蒸气释放到环境中或将燃料蒸气吹到车辆操作人员的脸上。
在已知系统中，压强的缓解通过应车辆操作人员的要求使箱与罐流体连通来实现，为此车辆操作人员一般必须按下仪表板上的按钮。考虑到由排放线路中的各个阀门和管线导致的压强下降，压强缓解将需要一定的时间，这可能是大约10秒的量级。该时间被视为不便地漫长。
BAYERISCHEMOTORENWERKEAG名下的DE102007036112A1披露了一种系统，该系统具有设置在燃料箱的充装管中的止回阀设备，其中该设备被压力密封并在箱中由与环境压强相对的过量压强向外地将其锁定。该设备在管中的布置方式使得在加燃料期间能够在该设备与箱泵喷嘴没有机械接触的情况下打开该设备。燃料通过喷嘴流入管中。当有人打开充装管处的盖子或搭扣(catch)时在空气分隔器排放管中打开阀门，该人在充装管处实施加燃料操作。
尽管DE102007036112A1缩短了压强缓解要求与实际加燃料操作能够开始的时刻之间的时间，但是其具有将任何可能存在于充装管中的蒸气——该蒸气可能是显著量的——释放到环境中的缺点。
发明内容
本发明各实施例的一个目的在于缩短压强缓解要求与实际加燃料操作能够开始的时刻之间的时间且不具有上述缺点。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于使车辆燃料存储系统减压的方法，该燃料存储系统包括第一部分和第二部分，其中第一部分与可关闭的充装头开口流体连通，第一部分借助于阀门与第二部分分隔，该方法包括：在第一时间段，所述阀门和所述充装头开口关闭，通过使第一部分与大气连通来使第一部分减压；在第二时间段，通过使第二部分与大气连通来使第二部分减压；以及，从所述第一时间段结束时起实现了准备好通达充装头开口。
在本申请中，术语“减压”和“压强缓解”指的是使燃料系统内压强与环境压强平衡的过程。平衡意味着使得燃料系统内压强处于与环境压强的小差值范围内；该差值可介于-50mbar与50mbar之间；优选地介于-20mbar与20mbar之间；并且更优选地介于-10mbar与10mbar之间。
减压状态的结束可以：
-基于所测量的压强与预定压强范围的比较来确定；
-在经过预定时间后确定。
当实现了减压状态时，就实现了准备好通达充装头开口。
当然，减压状态可以根据操作条件来校准，操作条件例如包括环境温度、箱内温度、环境压强和燃料挥发性等。
第一时间段和第二时间段可以同时或大约同时开始。替代地，第二时间段可以比第一时间段晚开始。特别地，第二时间段可以在第一时间段结束时——即当第一部分的减压完成时开始。
本发明基于但不限于发明人以下的认识：能够通过设置分阶段的压强缓解来缩短达到准备好的时间，在该分阶段的压强缓解中，燃料存储容积中面对充装开口的密封部分被首先减压，在该减压完成时能够允许通达充装管，同时燃料存储容积的其余部分中的压强正被缓解。一旦实现准备就绪，使用者就能够打开燃料盖而不暴露于过多的碳氢化合物蒸气下。而且，向大气中的排放将得以减少。
在根据本发明的方法的一个实施例中，第一部分包括充装颈。
该实施例显著地缩短了驾驶员要求加燃料操作的时刻与允许其打开燃料盖的时刻之间所需的时间，尤其是在箱内存在高压强(例如350mbar)时。在目前的密封燃料系统上，整个燃料系统都在一个步骤中减压，这经常导致5至10秒的减压时间。由于充装管的容积非常小(一般小于1升)，充装管能够在少于数秒内被减压。
在根据本发明的方法的一个实施例中，与大气的连通经由罐来建立。
用罐吸收存在于气流中的碳氢化合物，这在对燃料存储系统的各部分进行排气的同时使释放到环境中的碳氢化合物的量最小化。
在根据本发明的方法的一个实施例中，在第一部分的减压之前，将第一部分与大气隔离并与罐(如果存在的话)隔离；第一部分的减压发生在检测到发起加燃料操作时。
在该实施例中，排放线路在正常情况下是关闭的。这避免在长时间没有机会净化罐时使罐(过)饱和以及/或者将大量的燃料蒸气释放到环境中。
与大气和罐的隔离至少应用于第二部分(即存储系统的容量的大部分)，并可选地也应用于第一部分(即与充装头连通的部分)。
在一个具体实施例中，对是否发起加燃料操作的检测包括检测按钮是否被按压。
在另一具体实施例中，对是否发起加燃料操作的检测包括检测燃料活门(即燃料门)是否被操作。该操作可以在于将活门拉开或尝试通过解除在燃料活门上常见的推锁来打开活门。
在另一具体实施例中，对是否发起加燃料操作的检测包括检测燃料盖是否被操作。该操作可以在于将燃料盖转动一定角度。
在一个实施例中，根据本发明的方法还包括在第一部分的减压完成时指示准备好通达充装头开口。
在对是否发起加燃料操作的检测包括检测燃料活门是否被操作时，该指示可以包括解除对燃料活门的锁定。在该情况下，从物理上阻止车辆操作人员完全打开通达充装头开口的活门，直至第一排气已完成。
在对是否发起加燃料操作的检测包括检测燃料盖是否被操作时，该指示可以包括解除对燃料盖的锁定。在该情况下，从物理上阻止车辆操作人员完全打开燃料盖并通达(接近使用)充装头，直至第一排气已完成。
在一个具体实施例中，该指示包括向车辆操作人员提供视觉或声音信号。
该信号允许车辆操作人员决定何时打开充装头开口是安全的。
在根据本发明的方法的一个实施例中，燃料存储系统适于包含汽油。在另一实施例中，燃料存储系统适于包含汽油与含量在0至95％的甲醇和/或乙醇的混合物。
本发明在用于存储汽油的系统的情况中特别有用，这是因为该类型的燃料会特别地在温度上升时产生蒸气并由此在燃料系统中积累压强。
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料存储系统，该系统包括第一部分和第二部分，第一部分与可关闭的充装头开口连通，第一部分借助于阀门与第二部分分隔，阀门布置被配置为允许第一部分与大气进行连通并允许第二部分与大气进行连通；阀门布置被控制器控制，该控制器被配置为执行如上所述的方法。
在一个实施例中，根据本发明的燃料存储系统还包括适于指示准备好通达充装头开口的指示器装置，阀门布置和指示器装置被控制器控制，该控制器被配置为执行如上所述的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种包括上述燃料系统的插电式混合动力车辆。
根据本发明的一个方面，提供了一种计算机程序产品，其包括被配置为使控制器执行如上所述方法的代码装置。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明的上述和其他方面和优点，在附图中：
图1示意地示出根据本发明的一个实施例的燃料系统；以及
图2示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1的系统包括燃料箱150，该燃料箱与终止于充装头105的充装颈100连通。不失一般性地，所示出的充装头105被燃料盖190封闭；也可以使用具有集成在充装头中的合适的封闭机制的无盖布置。
用于本发明的实施例中的燃料箱150优选地由塑料制成(即该燃料箱的壁主要由塑料制成)。
术语“塑料”指的是任何包括至少一种合成树脂聚合物的材料。
任何类型的塑料都可能合适。尤其合适的塑料属于热塑性塑料类别。
特别地，可以使用聚烯烃、热塑性聚酯、聚酮、聚酰胺及其共聚物。也可以使用聚合物或共聚物的混合物，类似地也可以使用聚合材料与无机、有机和/或天然的填充材料(仅作为举例而绝非限制性地，该填充材料比如是碳、盐和其他无机衍生物、天然或聚合纤维)的混合物。也可以使用由包括上述聚合物或共聚物中的至少一种的叠置并接合的层构成的多层结构。
经常使用的一种聚合物为聚乙烯。使用高密度聚乙烯(HDPE)获得了良好的结果。
箱的壁可以由单个热塑性层或两层构成。一个或多个其他可能的额外层可以有利地由液体和/或气体的屏障材料所制成的层构成。优选地，屏障层的性质和厚度被选择为使得与箱的内表面接触的液体和气体的渗透性最小化。优选地，该层基于屏障树脂，即燃料不可渗透的树脂，比如EVOH(部分水解的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)。替代地，箱可以经受表面处理(氟化或磺化)，以便使箱对于燃料是不可渗透的。
箱优选地包括位于基于HDPE的外层之间的基于EVOH的屏障层。
燃料箱150经由内排放管线140来排气，该内排放管线的开放端部位于箱的上部部分中，该上部部分一般构成存在于箱中的液体燃料的表面上方的“蒸气穹顶”。排放线路还包括罐160和将罐的清洁空气端部经由大气端口180连接到大气的管线。罐160能够从其燃料蒸气端部通过经由罐净化阀门170连接到内燃机的管线被净化。在排放管线中可以存在用于阻止与罐通达的额外的阀门(未示出)，以免使罐在没有中间净化的情况下长时间地暴露于燃料蒸气。
内止回阀120将燃料箱150的主容积与充装颈100封闭开来。
内止回阀120被配置为在充装管100内的压强高于燃料箱150内的压强的情况下打开。在图1中示出的示例中，内止回阀120属于挡板阀门类型。在另一实施例中，内止回阀120的打开和关闭可以由弹簧来机械地管理。在又一实施例中，内止回阀120可以被电子止回阀代替。
根据本发明的系统的实施例允许车辆操作人员通过经过以下一系列步骤而更快速地移除燃料盖并将喷嘴引入充装管的喷嘴导管中：
-使充装管100减压；
-打开充装盖190；
-引入加燃料喷嘴；
-开始给燃料系统加燃料。
燃料系统150的其余部分的减压可以与充装管100的减压大致同时地开始并在其后持续进行，以在加燃料操作开始时具有非常低的压强。替代地，燃料箱150的其余部分的减压可以在充装管100的减压结束时开始。
根据本发明的压强缓解过程的各个阶段由阀门布置110来控制。该阀门布置110可以包括一个或多个属于本领域技术人员已知的多种类型中的任一种类型的阀门，该阀门被配置为允许以下阀门通道的打开或封闭：
-端口D到端口A：该阀门通道允许存在于充装颈100中的燃料蒸气到达罐160；
-端口E到端口A：该阀门通道允许存在于燃料箱150的蒸气穹顶中的燃料蒸气到达罐160；
-端口B到端口C：该阀门通道允许来自于罐160的清洁空气一侧的相对清洁的空气到达大气端口180。
优选地，阀门布置110还被配置为在任何时刻都阻止从罐160到燃料箱150或充装颈100的反向流动。
在一个具体实施例中，阀门布置110可以被与本申请人名下的EP13176402.9号欧洲专利申请中所描述的类型相同的电子阀门代替，该申请的内容也通过引用而合并于本申请中。
另一方面，可选地可允许清洁空气的流入(经由分别的端口连接C-D和/或C-E)，以缓解燃料箱150和/或充装颈100中压强不足的情况。
充装颈100的排气能够通过在使内止回阀120保持关闭的同时打开阀门通道D-A和B-C来实现。在该阶段取决于阀门的布置而可能还需要关闭阀门通道E-A。
燃料箱150的主容积的排气能够通过在使内止回阀120保持关闭的同时打开阀门通道E-A和B-C来实现。
阀门布置110可以是全自动化的布置，或是由例如ECU或专用燃料系统控制单元来从外部进行管理的一个或多个阀门部件的组件。不失一般性地，控制部件在图1中被示为燃料系统控制单元130。燃料系统控制单元130可以是能够被配置为控制根据本发明的方法的步骤的硬件和软件的任何传统组合。为此，该燃料系统控制单元接收来自于不同传感器的信号并致动阀门布置110中合适的部件。与在此所述的本发明的相应实施例相符地，该燃料系统控制单元还可以控制燃料活门和/或燃料盖的解锁。传感器(未示出)包括用于检测开始加燃料操作的要求的传感器和用于确定减压阶段是否完成的在燃料存储系统的每个部分(尤其是充装颈100和主箱150)中的分别的压强传感器。在一个具体实施例中，可以在燃料存储系统中布置单个压强传感器，使得该压强传感器在第一时间段提供对充装管100内的压强的测量，并在之后的第二时间段提供对燃料箱150内的压强的测量。在一个有利实施例中，阀门布置110可以被包括用于测量充装管内和/或燃料箱内的压强的一个或多个压强传感器的电子阀门代替。
现在将参照图2更详细地描述根据本发明的分阶段减压方法的一个实施例。
加燃料操作的发起一般伴随有车辆操作人员的特定动作，例如按压专用按钮、打开遮盖充装头的活门等类似动作。相应地，步骤210中对是否发起加燃料操作的检测能够通过检测按钮按压或通过检测活门的打开或通过检测充装管盖的部分打开或通过检测加燃料喷嘴的部分插入(尤其是在无盖充装头的情况下)等类似手段来实现。当加燃料操作通过打开燃料门(手动或电子地)来发起时，消除了在仪表板上具有加燃料要求按钮的必要性，这可以使得成本降低。
检测步骤210是可选的，这意味着该方法的其余步骤也可以在发生预定条件时由电子控制单元触发。
在下一步骤220中，从面对充装头的第一部分容积(或“部分”)缓解压强。第一部分的减压所用时间比整个燃料存储系统的减压所用时间要短。由于第一部分是面对充装头——因此面对车辆操作人员——的部分，因此只需使该部分减压就可以允许车辆操作员通达充装头。由此，相对于现有技术的解决方案，加快了对充装头的通达。
在第一部分的减压完成(由被适当地布置的压强传感器进行检测)时，系统准备好进行所要求的加燃料操作；即，现在能够安全地接近使用充装组件。优选地，该系统明确地示意或指示其准备好(230)进行所要求的加燃料操作。该“指示”可以由多种方式来实现。最安全的方式是如下所述的方式：其中车辆操作人员初始地被从物理上阻止通达充装头(例如通过锁定活门的燃料盖)，并且通过消除该阻止(例如通过解除活门的燃料盖的锁定)来指示系统准备好。其他常见的指示系统状况的方式包括视觉指示和声音指示。
在示意准备好与燃料流动实际开始之间，车辆操作人员将需要完成打开活门和盖、插入喷嘴并作用于充装枪的流动扳机。这些操作消耗一定量的时间，在该时间期间第二部分的减压240可以继续并甚至可以完成。
尽管第二部分的减压在图2中被示出为连续的步骤240，但是可以与第一部分的减压(步骤220)并行地开始该步骤。
在第二部分的减压240完成(由被适当地布置的压强传感器进行检测)时，可以开始实际的加燃料。如果到车辆操作人员尝试开始燃料流动时第二部分的减压240还没有完成，就应当使内止回阀120保持关闭，以立即触发燃料喷嘴的自动关闭系统。因此，内止回阀120应适于在接收到相应信号时被强制关闭。应使内止回阀120在第二部分的减压240完成时能够回到其正常状态(一般是关闭的，被来自于充装头一侧的过压打开)。
当在上文中提及“车辆操作人员”时，这非限制性地指的是在给定时间参与到关于车辆的操作中的任何人。这可以是加油站工作人员、驾驶员、修车工人等。
尽管以上参照分别的系统和方法的实施例描述了本发明，但这样做仅是为了清楚说明的目的。本领域的技术人员应理解，单独针对系统或方法描述的特征也可被分别应用于方法或系统，且具有相同的技术效果和优点。而且，本发明的范围不限于这些实施例，而是由所附权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种用于使车辆燃料存储系统减压的方法，所述燃料存储系统包括第一部分(100)和第二部分(150)，所述第一部分(100)与可关闭的充装头开口(105)流体连通，所述第一部分(100)借助于阀门(120)与所述第二部分(150)分隔，所述方法包括：
-在第一时间阶段，在所述阀门(120)和所述充装头开口(105)关闭的同时，通过使所述第一部分(100)与大气(180)连通来使所述第一部分(100)减压(220)；
-在第二时间阶段，通过使所述第二部分(150)与所述大气(180)连通来使所述第二部分(150)减压(240)；以及，
-从所述第一时间阶段结束时起实现准备好通达所述充装头开口(105)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一部分(100)包括充装颈。
3.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述与所述大气(190)的连通经由罐(160)来建立。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述第一部分(100)的减压(220)之前，所述第一部分(100)与所述大气(180)隔离并且如果罐(160)存在的话也与该罐隔离；所述第一部分(100)的减压(220)发生在检测(210)到发起加燃料操作时。
5.如权利要求4所述的方法，其中对是否发起所述加燃料操作的所述检测(210)包括检测按钮是否被按压。
6.如权利要求4所述的方法，其中对是否发起所述加燃料操作的所述检测(210)包括检测燃料活门是否被操作。
7.如权利要求4所述的方法，其中对是否发起所述加燃料操作的所述检测包括检测燃料盖(190)是否被操作。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，还包括在完成所述第一部分(100)的减压时指示(230)准备好通达所述充装头开口(105)。
9.如权利要求8和6所述的方法，其中所述指示(230)包括解除所述燃料活门的锁定。
10.如权利要求8和7所述的方法，其中所述指示(230)包括解除所述燃料盖(190)的锁定。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述指示(230)包括给车辆操作人员提供视觉或声音信号。
12.一种燃料存储系统，包括第一部分(100)和第二部分(150)，所述第一部分(100)与可关闭的充装头开口(105)流体连通，所述第一部分(100)借助于阀门(120)与所述第二部分(150)分隔，阀门布置(110)被配置为允许所述第一部分(100)与大气(180)进行连通并允许所述第二部分(150)与所述大气(180)进行连通；所述阀门布置(110)由控制器控制，该控制器被配置为执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
13.如权利要求12所述的燃料存储系统，还包括适于指示准备好通达所述充装头开口(105)的指示器装置；所述阀门布置(110)和所述指示器由控制器控制，该控制器被配置为执行如权利要求8至11中任一项所述的方法。
14.一种插电式混合动力车辆，包括如权利要求12或13所述的燃料系统。
15.一种计算机程序产品，包括被配置为使控制器执行如权利要求1至11中任一项所述的方法的代码装置。
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