CN105539126A - 机动车的燃料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的燃料系统，具有燃料箱、活性碳过滤器、燃料箱截止阀以及用于打开和关闭燃料箱截止阀的控制装置，该燃料箱包括能通过燃料箱盖关闭的注入管和用于测量燃料箱中的压力的压力传感器，在燃料添加意愿被输入控制装置之后该控制装置使燃料箱截止阀打开。根据本发明，如果由压力传感器测量的燃料箱中的压力下降到预先确定的第一压力阈值以下，控制装置使开着的燃料箱截止阀再次关闭，如果由压力传感器测量的燃料箱中的压力超过预先确定的第一压力阈值和/或预先确定的第二压力阈值，接下来使关闭着的燃料箱截止阀再次打开，该预先确定的第二压力阈值高于预先确定的所述第一压力阈值。

Description

机动车的燃料系统
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的、根据权利要求1的前序部分所述的燃料系统。
背景技术
配备有内燃机和电动机的混合动力车辆以及特别是所谓的、其中电动的工作方式占主导地位的插电式混合动力车辆通常配备有构造为压力箱的燃料箱，在该燃料箱中存在有比环境压力高的工作压力。通过高工作压力可以避免从燃料箱内的液态燃料中气化出出碳氢化合物蒸汽。由此又使得活性碳过滤器又不那么剧烈地被施加以碳氢化合物蒸汽并且不必那么经常地进行再生，而再生仅在内燃机工作时才可能。然而在对这种压力箱进行燃料添加之前必须减小工作压力，使得所述工作压力仅仅略微高于环境压力。只有这样才能打开关闭注入管的燃料箱盖并且对燃料箱填充燃料。为此，机动车可以在内部空间中配备有燃料箱盖开启器或操纵开关，通过操纵所述燃料箱盖开启器或操纵开关向控制装置指示燃料添加意愿。于是控制装置通过打开燃料箱截止阀引起燃料箱内的压力减小，所述燃料箱截止阀是燃料箱的燃料箱通风装置的一部分并且也被称为燃料箱通风阀或者在英语的语言地区中称为FuelTankIsolationValve(FTIV)。燃料箱中的压力减小由压力传感器来检测并且传递给控制器。在进行压力补偿时或燃料箱内的压力近乎达到了环境压力并且因此建立了燃料添加准备时，控制器对布置在燃料箱盖前的燃料箱翻板进行解锁。采用该种方式防止：在燃料箱内还存在较高的压力时可能打开燃料箱盖。
DE102010018126A1已经公开了一种开篇所述类型的、具有构造为压力箱的燃料箱的燃料系统，该燃料箱包括通过燃料箱盖可关闭的注入管和用于测量燃料箱内的压力的压力传感器，并且所述燃料箱通过燃料箱截止阀与活性碳过滤器相连。燃料系统包括燃料箱控制器，在表明存在燃料添加意愿之后，所述燃料箱控制器打开燃料箱截止阀以减小燃料箱内的压力。在燃料添加期间燃料箱截止阀在那里保持打开。
就申请人的具有混合驱动系统的机动车而言，目前使用燃料系统的两种不同的变型方案，该燃料系统具有压力箱、燃料箱截止阀和活性碳过滤器。就第一种变型方案而言，燃料箱截止阀布置在燃料箱的上方并且通过在燃料箱内部的液体分离器(liquidtrap)与燃料箱的头部-或气体空间内的快速通风阀相连，所述快速通风阀还通过燃料添加通风管路和补偿容器与注入管连接。燃料箱的通风在此在工作中以不同于对燃料箱燃料添加时的方式进行。当在工作中由于环境温度的升高而由此引起的蒸发和由燃料产生的碳氢化合物蒸汽通过快速通风阀、液体分离器、燃料箱截止阀和下游的活性碳过滤器被从燃料箱中导出时，在燃料添加时从燃料箱的头部-或气体空间中挤出的碳氢化合物蒸汽通过燃料添加通风管路被导回到注入管内，在那里所述碳氢化合物蒸汽借助于喷嘴的气体再循环被吸走。由于工作通风与燃料添加通风的分离在该第一变型方案中必须将快速通风阀布置在燃料箱的切断高度的上方。为了防止由于快速通风阀而使燃料箱被过度燃料添加，因此在燃料添加期间必须关闭燃料箱截止阀。由此在燃料添加期间可以避免对活性碳过滤器加载以碳氢化合物蒸汽，这在混合动力车辆中具有以下优点：不必那么经常地再生活性碳过滤器。但是当在打开燃料箱盖之前为燃料添加过程关闭燃料箱截止阀时，就该变型方案而言在热的环境条件下会在燃料箱内发生自发的压力增大。如果已经解锁了燃料箱翻板，这就会导致：在燃料箱内处于压力下的碳氢化合物蒸汽在燃料箱盖打开时突然被撞出并且吹到驾驶员的脸上。
在第二变型方案中，燃料箱截止阀和活性碳过滤器连接到注入管上，所述注入管具有分离功能，而快速通风阀则用作用于限制填充高度的关闭阀。在该变型方案中燃料箱的通风不仅在工作期间而且在燃料添加期间都通过燃料箱截止阀来实现。因此，燃料箱截止阀在燃料添加时必须开着，使得从头部-或气体空间中挤出的待分离的碳氢化合物蒸汽可以到达下游的活性碳过滤器处。因为燃料箱在燃料添加时按照气体回收装置的类型在注入管的头部上通风，所以可以防止过度燃料添加。但是因为注入管用作液体分离器，在该变型方案中在燃料添加时由于燃料箱截止阀开着而不能完全避免液态燃料转移到活性碳过滤器处。
发明内容
基于此，本发明的任务在于借助于控制装置解决前面提到的、两个变型方案的问题。
根据本发明，该问题通过以下方式来解决：如果由压力传感器测量的燃料箱中的压力下降到预先确定的第一压力阈值以下，控制装置使开着的燃料箱截止阀再次关闭，如果由压力传感器测量的燃料箱中的压力超过预先确定的第一压力阈值和/或预先确定的第二压力阈值，接下来使关闭着的燃料箱截止阀再次打开，该预先确定的第二压力阈值高于预先确定的所述第一压力阈值。
在前面介绍的具有燃料添加通风管路的第一变型方案的情况下，预先确定的第一压力阈值优选大约为25mbar，通过所述燃料添加通风管路在燃料添加时将挤出的燃料蒸汽导回到注入管内，其中在该情况下当由压力传感器测量的、燃料箱内的压力超过预先确定的、优选大约为50mbar第二压力阈值时，控制装置再次打开关闭着的燃料箱截止阀。
有利地，在该变型方案中当由压力传感器测量的、燃料箱内的压力下降到预先确定的第一压力阈值以下时，控制装置在燃料箱盖开着的情况下重复关闭燃料箱截止阀，并且在所述压力超过预先确定的第二压力阈值时，所述控制装置打开所述燃料箱截止阀。在该变型方案中在燃料添加期间控制装置保持燃料箱截止阀关闭。
在第二变型方案的情况下，预先确定的第一压力阈值优选约为5mbar，在该第二变型方案中在燃料添加时燃料箱通风通过开着的燃料箱截止阀和活性碳过滤器来实现，其中在该情况下当由压力传感器测量的、燃料箱内的压力超过预先确定的、约为5mbar的第一压力阈值时，控制装置随后再次打开关闭着的燃料箱截止阀。
如果不希望在约为5mbar的第一压力阈值的情况下再次打开关闭着的燃料箱截止阀，那么在该变型方案中为了安全可以做出以下规定来应对最坏情况：即当由压力传感器测量的、燃料箱内的压力超过预先确定的、优选地在此也约为50mbar的第二压力阈值时，控制装置重新打开燃料箱截止阀。在该变型方案的情况下，在燃料添加期间控制装置保持燃料箱截止阀打开。
为了能够在由再气化引起的燃料箱内的缓慢的压力升高与由后燃料添加引起的燃料箱内的快速的压力升高之间进行区分，控制装置分析从预先确定的第一压力阈值到预先确定的第二压力阈值的压力升高的梯度，并且仅仅在缓慢的压力升高的情况下才在达到预先确定的第二压力阈值时打开燃料箱截止阀。
附图说明
接下来借助于两个在附图中示出的实施例详细地介绍本发明。
图1示出了混合动力车辆的根据本发明的燃料系统第一变型方案的示意图；
图2示出了混合动力车辆的根据本发明的燃料系统第二变型方案的示意图；
图3示出了两个燃料系统的燃料箱的燃料添加意愿表达与燃料添加之间的步骤的示意性的流程图；
图4示出了在第一变型方案的情况下燃料箱压力关于燃料添加意愿表达与燃料箱的燃料添加之间的时间的图示；
图5示出了在第二变型方案的情况下燃料箱压力关于燃料添加意愿表达与燃料箱的燃料添加之间的时间的图示；
图6示出了在第二变型方案的情况下燃料箱压力关于燃料添加意愿表达与燃料箱的燃料添加之间的时间的另一图示；
图7示出了在后燃料添加期间在交替性地打开和关闭燃料箱截止阀时的燃料箱压力的图示。
具体实施方式
在图1和图2中仅部分地示出的燃料系统1、2被指定用于具有混合动力驱动器的机动车，所述机动车能够选择性地借助于内燃机以及借助于电动机来驱动。
两个燃料系统1、2包括压力密封的燃料箱3，该燃料箱具有通过燃料箱盖4可关闭的注入管5，该注入管在下面的端部处设置有板阀6。具有燃料箱盖4的注入管5的、被构造为注入管接头7的上端部位于燃料箱板阀8的后面。燃料箱板阀8通常是关闭的并且在对燃料箱3燃料添加之前被打开，以便使燃料箱盖4能够翻转。燃料箱3在上侧设置有压力传感器9，该压力传感器测量燃料箱3的头部-或气体空间10内的压力。
两个燃料系统1、2分别配备有燃料箱通风装置11，所述燃料箱通风装置在对机动车燃料添加以及在环境温度升高时对燃料箱3进行通风。燃料箱通风装置11包括布置在燃料箱外部的燃料箱截止阀12和通过通风管路13与燃料箱截止阀12连接的活性碳过滤器14。燃料箱截止阀12在工作中通常是关闭的，并且仅仅当燃料箱3的头部-或气体空间10内的压力例如由于温度升高而超过可调节的过压阈值时或者由于温度降低而低于可调节的低压阈值时才打开，以便由此避免燃料箱3的过高的应力。就在图4至7中的燃料箱压力的介绍而言，可调节的过压阈值约为300mbar。活性碳过滤器14防止在燃料箱3通风时挥发性的碳氢化合物(HC)进入环境中并且出于该目的包括由活性碳构成的填充物，该填充物吸收挥发性的碳氢化合物(HC)。活性碳过滤器14再生的方式是：使环境空气穿过活性碳过滤器14被吸入到内燃机的进气道内，以冲洗过滤器14并且使逸出的碳氢化合物在内燃机的燃烧室中燃烧，这仅仅在内燃机工作时才是可能的。
两种燃料系统1、2还包括控制装置15，该控制装置特别操控燃料箱截止阀12以使之打开和关闭。控制装置15可以集成到内燃机的发动机控制器内并且与压力传感器9通信，以便根据燃料箱3中的压力来使燃料箱截止阀12打开和关闭。控制装置15还与布置在机动车的内部空间中的操纵开关16相连，利用该操纵开关驾驶员向控制装置15传递燃料添加意愿的信号；所述控制装置还与解锁机构17相连以使燃料箱板阀8解锁；并且所述控制装置还与机动车的仪表板上的显示装置18相连。
控制装置15与压力传感器9、燃料箱截止阀12、操纵开关16、解锁机构17和显示装置18的配合作用在图3中示意性地示出。当驾驶员在第一步骤S1中通过操纵操纵开关16而传递其燃料添加意愿的信号时，该燃料添加意愿在第二步骤S2中被传递给控制装置15。该控制装置在第三步骤S3中问询压力传感器9，以确定存在于燃料箱3中的压力。如果该压力高于环境压力，控制装置15就在第四步骤S4中打开燃料箱截止阀12，以降低燃料箱3中的压力。在第五步骤S5中，控制装置15借助于压力传感器9监控压力降低，该压力降低根据燃料箱3中的压力和填充状态约持续0.5至10s。如果压力达到约25mbar，控制装置15就在第六步骤S6中通过显示装置18向驾驶员信号传递：建立了燃料添加准备。在第七步骤S7中控制装置15操纵解锁机构17以使燃料箱板阀8解锁，在第八步骤S8中在显示装置18上向驾驶员显示燃料箱板阀8被解锁。该措施希望确保：燃料箱盖4仅仅在燃料箱3内的压力较低时才能被打开。在图4至图6中示出了在步骤S1至S7期间在时刻t0和t1之间的燃料箱3中的压力变化，其中在时刻t0燃料箱3中存在的压力p0约为300mbar并且在时刻t1燃料箱3中存在的压力p1约为25mbar。在打开燃料箱盖4之后驾驶员就可以进行燃料添加了。
就根据第一变型方案的、在图1中示出的燃料系统1而言，布置在燃料箱3的上方的燃料箱截止阀12通过通风管路19与布置在燃料箱3内部的液体分离器(liquidtrap)20相连，该液体分离器防止液态燃料一起运到活性碳过滤器14处，并且所述燃料箱截止阀还与在高于切断高度的情况下布置在燃料箱3的头部-或气体空间10内的快速通风阀21相连。头部-或气体空间10在那里还通过燃料添加通风管路22和补偿容器23与注入管5的在燃料箱盖4的下面的上端部连接。
在该第一变型方案中，燃料箱3在机动车运行时通过快速通风阀21、液体分离器20、燃料箱截止阀12和下游的活性碳过滤器14来通风。而在燃料添加时燃料箱3则通过燃料添加通风管路22和注入管5来通风，在燃料添加时从头部-或气体空间10中挤出的碳氢化合物蒸汽从所述注入管中借助于喷嘴的气体再循环而被吸走。
为了在该第一变型方案中避免由于快速通风阀21而使燃料箱3被过度燃料添加并且避免在燃料添加时活性碳过滤器14被施加碳氢化合物蒸汽，在燃料箱3中的压力p降低到约为25mbar的数值p1之后，在燃料添加前燃料箱截止阀12由控制装置15关闭，所述数值p1随后被称为预先确定的、第一压力阈值并且在图4中通过虚线A来显示。燃料箱截止阀12于是在整个燃料添加过程中都保持关闭。
当燃料箱截止阀12关闭时，在燃料箱板阀8被解锁之后，但是还在燃料箱盖4被打开之前，在热的环境条件下可能在燃料箱3中发生自发的压力增大。这一点可能导致：在燃料箱3中处于压力下的碳氢化合物蒸汽在燃料箱盖4被翻转时突然地撞出并且吹到驾驶员的脸上。为了避免这种情况，当由压力传感器9测量的燃料箱3中的压力p超过预先确定的、约为50mbar的第二压力阈值p2时，就燃料系统1而言控制装置15再次打开关闭的燃料箱截止阀12，所述第二压力阈值在图4中通过虚线B来显示。该过程在图4中在时刻t2示出。在打开燃料箱截止阀12之后燃料箱3内的压力p再次降低到约为25mbar的第一压力阈值p1，在那里燃料箱截止阀12重新被关闭，如在图4中在时刻t3所示出的那样。如果压力p接下来再一次升高到预先确定的约为50mbar的第二压力阈值p2，那么在达到该第二压力阈值p2时燃料箱截止阀12重新被打开，如在图4中在时刻t4所示出的那样。于是，如果在燃料箱截止阀12打开时翻转燃料箱盖4，如在图4中在时刻t5所示出的那样，就不会发生碳氢化合物蒸汽的突然吹出。对于在燃料箱截止阀12关闭时翻转燃料箱盖4的情况也是如此，因为在两种情况下燃料箱3中的压力p都低于预先确定的约为50mbar的、第二压力阈值p2。
接下来，在燃料箱截止阀12关闭的情况下进行燃料添加，其中由于通过燃料添加通风管路22和注入管5进行的燃料箱通风，燃料箱3中的压力p不会升高到超过约为25mbar的第一压力阈值p1。
就根据第二变型方案的、在图2中示出的燃料系统2而言，燃料箱截止阀12通过通风管路24连接到注入管5。为此，内接头25伸入到注入管接头7内，该注入管接头一方面与通风管路24相连另一方面通过通风管路26与燃料箱3中的液体分离器20相连。在该第二变型方案中，燃料箱3的通风在燃料添加期间仍通过燃料箱截止阀12进行，该燃料箱截止阀因此在燃料添加期间必须被打开，以便防止燃料箱3内发生压力增大。
但是原则上就第二变型方案而言其目的还有：在对燃料箱3燃料添加期间保持燃料箱截止阀12关闭，以便将从燃料箱3挤出的燃料蒸汽从注入管5导引到喷嘴(气体回收装置)中并且避免对活性碳过滤器14的不必要的加载。除了前面参照图4和根据第一变型方案的燃料系统1已介绍过的后调整之外，出于该目的存在第二替代方案，接下来参照根据第二变型方案的燃料系统2以及图5和6来介绍该第二替代方案。
在该替代方案中，当燃料箱3内的压力p下降到约25mbar时不关闭燃料箱截止阀12，而是在过了燃料箱板阀解锁的时刻t1保持打开。如在图5和6中所示的那样，由此燃料箱内的压力p在时刻t1之后进一步降低，直至所述压力在时刻t3达到预先确定的约为5mbar的第一压力阈值p1，在图5和6中所述压力阈值通过如图5和6中的虚线C来示出。
在达到该预先确定的约为5mbar的第一压力阈值p1时，可以关闭燃料箱截止阀12，而不会随后在燃料箱3内存在干扰的压力增大的危险。对此有两个原因：第一原因在于，在预先确定的约为5mbar的第一压力阈值p1的情况下通常达到一个状态，在该状态下不再发生再气化(Nachgasen)，例如因为关闭燃油泵或者燃料的温度低于约35°的燃料临界气化温度。第二原因在于，在达到预先确定的第一压力阈值p1时用于识别燃料箱盖4打开的装置已识别到：燃料箱盖4已被翻转或打开。在该情况下燃料箱3可以通过注入管7向大气环境通风，由此使得接下来的压力增大变得不可能。即使当燃料箱截止阀12在时刻t3被关闭，由于燃料箱盖4翻转尽管再气化可能持续进行燃料箱中的压力p也进一步降低，如在图5和图6中在时刻t3和t4之间所示出的那样。
因此，当燃料箱3中的压力p达到预先确定的约为5mbar的第一压力阈值p1时，关闭燃料箱截止阀12。然而一旦由压力传感器9测量的燃料箱中的压力p再次超过预先确定的约为5mbar的第一压力阈值p1，控制装置15就再次打开关闭着的燃料箱截止阀12，例如在图5和图6中的时刻t4所示出的那样。就根据第二变型方案的燃料系统2而言，在燃料添加期间燃料箱截止阀12保持打开，如在图5中在时刻t4之后所示出的那样。
如图6所示，此外还可以附加地为最坏的情况做准备，其中在超过预先确定的约为5mbar的第一压力阈值p1时不再打开燃料箱截止阀12。如果希望在燃料箱3中建立高于为5mbar的第一压力阈值p1的压力，在该情况下可以如在图4中示出的第一变型方案的情况那样设置预先确定的约为50mbar的第二压力阈值p2，在该第二压力阀值下控制装置15向燃料箱截止阀12发出另一打开信号。如在第一变型方案中的情况那样，在需要时可以重复燃料箱截止阀12的打开和关闭的过程，如图6所示。
前面所介绍的燃料箱3中的压力升高和压力增大主要可能有两个原因：即一方面前面已经提到的再气化，其中燃料箱3中的液态燃料气体气化或蒸发，然而另一方面还有所谓的后燃料添加，其中在燃料添加过程接近结束时注入管5中的液态燃料的高度十分迅速地升高并且因此由于静液压力和测地压力而使燃料箱3中的压力也十分迅速地升高，这就导致了燃料添加关闭过程，即喷嘴的关闭。
如果在最后所提到的、由后燃料添加所引起的压力升高这种情况下燃料箱截止阀12在达到预先确定的约为50mbar的第二压力阈值p2时打开并且在达到预先确定的约为25mbar的第一压力阈值p1时再次关闭，如前面参照图4和图6所解释的那样，那么这种情况会在燃料箱3内导致压力变化，所述压力变化在图7中用实线来表示。如图7所示，在该情况下燃料箱3内的压力p经受了在预先确定的第一压力阈值p1和预先确定的第二压力阈值p2之间的十分迅速的压力波动。
然而在由后燃料添加引起的压力升高的情况下打开燃料箱截止阀12是不希望发生的，因为这种情况主要在图2中示出的燃料系统2的情况下会导致燃料从注入管5转移到活性碳过滤器14处。因为按照可行方案应当避免这种情况，因此为了在由再气化引起的压力升高与由后燃料添加引起的压力升高之间进行区分，由控制装置15分析预先确定的第一压力阈值p1和预先确定的第二压力阈值p2之间的压力升高的梯度或斜率dp/dt。如果该压力升高缓慢地如在图7中用虚线示出的那样例如在超过5秒的时间间隔内进行并且因此dp/dt小于预先确定的阈值，那么就根据由再气化引起的压力升高关闭控制装置15并且在达到预先确定的第二压力阈值p2时打开燃料箱截止阀12。而如果压力升高迅速地例如在小于5秒的时间间隔内进行并且因此dp/dt大于预先确定的阈值，那么就根据由后燃料添加引起的压力升高关闭控制装置15并且在达到预先确定的第二压力阈值p2时保持燃料箱截止阀12关闭。

Claims (12)

1.一种用于机动车的燃料系统(1、2)，该燃料系统具有被构造为压力箱的燃料箱(3)，该燃料箱包括能通过燃料箱盖(4)关闭的注入管(5)和用于测量燃料箱(3)中的压力(p)的压力传感器(9)，所述燃料系统具有活性碳过滤器(14)、布置在燃料箱(3)与活性碳过滤器(14)之间的燃料箱截止阀(12)以及用于打开和关闭燃料箱截止阀(12)的控制装置(15)，在燃料添加意愿被输入控制装置(15)之后该控制装置(15)使燃料箱截止阀(12)打开，其特征在于，如果由压力传感器(9)测量的燃料箱(3)中的压力(p)下降到预先确定的第一压力阈值(p1)以下，控制装置(15)使开着的燃料箱截止阀(12)再次关闭，并且如果由压力传感器(9)测量的燃料箱(3)中的压力(p)超过预先确定的第一压力阈值(p1)和/或预先确定的第二压力阈值(p2)，接下来使关闭着的燃料箱截止阀(12)再次打开，该预先确定的第二压力阈值高于预先确定的所述第一压力阈值(p1)。
2.根据权利要求1的燃料系统，其特征在于，所述预先确定的第一压力阈值(p1)为约25mbar。
3.根据权利要求1或2的燃料系统，其特征在于，如果燃料箱(3)中的压力(p)超过所述预先确定的第二压力阈值(p2)，控制装置(15)使关闭着的燃料箱截止阀(12)再次打开。
4.根据权利要求1至3中任一项的燃料系统，其特征在于，所述预先确定的第二压力阈值(p2)为约50mbar。
5.根据前述权利要求中任一项的燃料系统，其特征在于，如果燃料箱(3)中的压力(p)下降到所述预先确定的第一压力阈值(p1)以下或超过所述预先确定的第二压力阈值(p2)，控制装置(15)重复地使燃料箱截止阀(12)关闭和打开。
6.根据前述权利要求中任一项的燃料系统，其特征在于，注入管(5)通过燃料添加通风管路(22)与燃料箱(3)的头部空间或气体空间(10)相连通。
7.根据前述权利要求中任一项的燃料系统，其特征在于，在燃料添加期间，控制装置(15)使燃料箱截止阀(12)保持关闭。
8.根据权利要求1的燃料系统，其特征在于，所述预先确定的第一压力阈值(p1)为约5mbar。
9.根据权利要求1或8的燃料系统，其特征在于，如果燃料箱(3)中的压力(p)超过所述第一压力阈值(p1)，控制装置(15)使燃料箱截止阀(12)再次打开。
10.根据权利要求9的燃料系统，其特征在于，如果燃料箱(3)中的压力(p)超过所述预先确定的第二压力阈值(p2)，控制装置(15)操控燃料箱截止阀(12)以使之重新打开。
11.根据权利要求1和8至10中任一项的燃料系统，其特征在于，在燃料添加期间，控制装置(15)使燃料箱截止阀(12)保持打开。
12.根据前述权利要求1和8至10中任一项的燃料系统，其特征在于，控制装置(15)对从所述预先确定的第一压力阈值(p1)到所述预先确定的第二压力阈值(p2)的压力增大的梯度进行分析。
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