CN106030107B - 具有吹扫空气泵的阀单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机（2）的具有燃料箱（16）和用于临时储存碳氢化合物（23）的储存元件（19）的燃料箱系统（1）中的具有吹扫空气泵（7）的阀单元（9），其中燃料箱（16）和储存元件（5）相互连接，使得由燃料箱（16）中的燃料（17）气化出的碳氢化合物（23）储存在储存元件（19）中，其中储存元件（19）与具有吸入侧（21）和压力侧（22）的吹扫空气泵（7）连接，其中新鲜空气（24）能够利用吹扫空气泵（7）输送到储存元件（19）中，从而碳氢化合物（23）从储存元件中释放出来并且供给到内燃机中用于燃烧。为了提出构造使得在机动车辆的行驶操作过程中能够定期检查燃料箱系统的紧密性的具有吹扫空气泵（7）的阀单元（9），阀单元（9）具有绕旋转轴线（38）可转动地安装在阀单元（9）中的阀缸（27），其中吹扫空气泵（7）与阀单元（9）连接，使得在阀缸（27）的第一位置上第一阀缸通道（31）将吹扫空气泵（7）的压力侧（22）与第一管道（29）连接，并且第二阀缸通道（32）将吹扫空气泵（7）的吸入侧（21）与第二管道（30）连接，并且在阀缸（27）的第二位置上第三阀缸通道（33）将吹扫空气泵（7）的压力侧（22）与第二管道（30）连接，并且第四阀缸通道（34）将吹扫空气泵（7）的吸入侧（21）与第一管道（29）连接。

Description

具有吹扫空气泵的阀单元

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的燃料箱系统中的具有吹扫空气泵的阀单元。

背景技术

最近几十年来，为了降低机动车的污染物排放量已经出台了许多措施。其中一项措施是使用一种燃料箱系统，其中燃料箱与用于临时储存碳氢化合物的储存元件连接。当为机动车添加的燃料是基于碳氢化合物的燃料时，会导致从燃料中气化出碳氢化合物，这些碳氢化合物不应该进入大气中。此外，在高温或在不平坦的地面行驶时，从燃料中气化出碳氢化合物增多，为此必须有效地确保这些碳氢化合物不逸散到大气中。特别是在混合动力车中，由于内燃机在相当长的行程中完全停火，气化的碳氢化合物必须有效地临时储存起来，以便随后在内燃机重启时用于燃烧。对于这一点，由燃料箱和用于临时储存碳氢化合物的储存元件组成的燃料箱系统已证明是有效的，其中燃料箱和储存元件这样相互连接，即使得从位于燃料箱中的燃料中气化出的碳氢化合物储存在储存元件中，其中储存元件与第一管道连接，新鲜空气能够通过该第一管道输送到储存元件，并且储存元件与第二管道连接，该第二管道将储存元件与内燃机的进气管连接并且富含碳氢化合物的新鲜空气能够通过该第二管道从储存元件输送到进气管。通过这种方式，储存元件可循环用新鲜空气吹扫，并且储存的碳氢化合物可提供给进气管，该进气管将内燃机与空气过滤器连接并且为内燃机供给空气用于燃烧。由此，从燃料箱中气化出来的碳氢化合物能够在内燃机中燃烧，并且可靠地防止了碳氢化合物逸散到大气中。为了将碳氢化合物从储存元件中输送到进气管中，根据现有技术使用了吹扫空气泵，该吹扫空气泵例如构造成径向泵。为了保证燃料箱系统无故障地运行，有必要定期检查整个燃料箱系统的紧密性。该紧密性检查不能限于机动车辆在车间停留的状态，而是必须在整个机动车辆的行驶操作中在车辆中、即在车上进行。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种廉价的具有吹扫空气泵的阀单元，该阀单元构造成使得在机动车辆的行驶操作过程中能够定期检查燃料箱系统的紧密性。

此目的通过根据独立的装置权利要求的燃料箱系统来实现。

阀单元具有绕旋转轴线可转动地安装在阀单元中的阀缸，其中吹扫空气泵与阀单元这样连接，即在阀缸的第一位置上第一阀缸通道将吹扫空气泵的压力侧与第一管道连接，并且第二阀缸通道将吹扫空气泵的吸入侧与第二管道连接，并且在阀缸的第二位置上第三阀缸通道将吹扫空气泵的压力侧与第二管道连接，并且第四阀缸通道将吹扫空气泵的吸入侧与第一管道连接，以这种方式单个泵既可以用于吹扫燃料系统中的储存元件又可以用于检测燃料系统的紧密性。

如果在阀缸的第三位置上阀缸将吹扫空气泵的吸入侧和压力侧与第一管道和/或第二管道分开，那么除上述功能之外，阀单元还也可以用作切断阀。

在一种改进方案中，阀缸具有第五阀缸通道和第六阀缸通道，其中第五阀缸通道和第六阀缸通道的截面比第一阀缸通道和第二阀缸通道的截面更小。如果在阀缸的第四位置上，第五阀缸通道将吹扫空气泵的压力侧与第一管道连接，并且第六阀缸通道将吹扫空气泵的吸入侧与第二管道连接，那么可以对储存元件柔和地进行吹扫。由于新鲜空气的体积流量较小（其可以很容易地利用吹扫空气泵调节），因此碳氢化合物可以非常均匀地从储存元件中释放出来，由此可以确保能够在内燃机的燃烧室中借助λ调节得到最佳的空气燃料混合物，虽然附加的碳氢化合物可能通过吹扫储存元件进入到燃烧室中。

在一种改进方案中，吹扫空气泵构造为径向泵。在被输送的空气的物理参数、例如温度已知的情况下，径向泵在其产生的压力和该径向泵被驱动时的转速或其所消耗的功率之间具有很容易重建的比率。由此，在燃料箱系统中产生的正压可以很容易地通过控制器借助径向泵的功率消耗来控制。

在本发明的一种设计方案中，储存元件构造成活性炭过滤器。活性炭可以尤其以颗粒状形式很好地吸附碳氢化合物并且由此临时储存碳氢化合物。

在本发明的一种改进方案中，在燃料箱系统中设置压力传感器。该压力传感器可以很容易地检测燃料箱系统的紧密性。

附图说明

本发明的一个有利的实施方式参照附图来描述。

图1示出了具有根据本发明的燃料箱系统的内燃机。

图2示出了阀缸的第一位置，

图3示出了阀缸的第二位置，

图4示出了阀缸的第三位置，

图5示出了阀缸的第四位置。

具体实施方式

图1示出了具有根据本发明的燃料箱系统1的内燃机2。内燃机2具有排气管3和进气管4。为了回收废气中的动能，排气管设置有能够压缩进气管4中的吸入空气的涡轮增压器。内燃机2经由进气管4供给新鲜空气24。从新鲜空气侧观察，新鲜空气24通过空气过滤器6引导到进气管4中，并且可能由废气涡轮增压器5或压缩机压缩，然后供给到内燃机2的燃烧室中。此外，燃料17从燃料箱16通过燃料管37供给到内燃机1中。

图1还示出了燃料箱系统1，其具有燃料箱16和用于临时储存碳氢化合物23的储存元件19。燃料箱16和储存元件19这样相互连接，使得由燃料箱16中的燃料17气化出的碳氢化合物能够储存在储存元件19中。储存元件19例如可以构造成活性炭储存器。活性炭储存器是一个闭合的罐，其中通常布置着颗粒状的碳，使得待储存的碳氢化合物23积聚在碳上。然而，储存元件19仅具有有限的储存容量，所以必须通过例如经由吹扫空气过滤器20吸入新鲜空气24，并且利用吹扫空气泵7将新鲜空气24经由管道吸入或压入储存元件19中来定期清空储存元件19。新鲜空气24流过储存元件19中的活性炭并且收集碳氢化合物23，于是富含碳氢化合物23的新鲜空气20沿其他管道输送到进气管4。在进气管4中，富含碳氢化合物23的新鲜空气24与经由空气过滤器6吸入的新鲜空气24混合。由此，碳氢化合物23可供给到内燃机2中，碳氢化合物23在内燃机2的燃烧室中燃烧。由于燃料箱系统1含有高挥发性碳氢化合物24，因此有必要定期检测整个燃料箱系统1的紧密性。

图1所示的燃料箱系统1的重要部分是阀单元9。在该实施例中，阀单元9由第一阀11、第二阀12、第三阀13、第四阀14和第五阀15组成。第五阀15和吹扫空气阀10一起用于完全密封燃料箱系统1。因此如果第五阀15和吹扫空气阀10是关闭的并且在燃料箱系统中没有泄漏，那么在关闭第五阀15和吹扫空气阀10时存在于燃料箱系统1中的压力就会保持恒定，直到其中一个阀被再次打开。这个恒定压力可以用压力传感器8检测并且用控制器25监控。第一阀11、第二阀12、第三阀13和第四阀14是阀单元9的组成部分，这些阀用于改变新鲜空气24的流动方向，从而一方面新鲜空气24能够利用吹扫空气泵7朝内燃机2的方向输送，并且另一方面新鲜空气24能够利用吹扫空气泵7输送到燃料箱16中。为了吹扫储存元件19，吹扫空气阀10打开，并且在阀单元9中第二阀12、第四阀14和第五阀15打开。阀单元9中的第一阀11和阀单元9中的第三阀13关闭。如果此时驱动吹扫空气泵7，该吹扫空气泵构造成径向泵，并且由此待泵送的介质只能从吸入侧21向压力侧22输送，那么新鲜空气从吹扫空气过滤器20经由吹扫空气阀10通过储存元件19供给到内燃机2的进气管4中。在这种结构中，可以构造成活性炭过滤器的储存元件19由新鲜空气24吹扫，其中积聚在储存元件19中的碳氢化合物23扫出并且供给到内燃机2中。如果储存元件19无需吹扫，例如因为其承载的碳氢化合物23较少，那么吹扫空气阀10可以关闭。此外，阀单元9中的第二阀12和第四阀14也可以关闭。第五阀15暂时保持打开。如果此时驱动吹扫空气泵7，那么新鲜空气24通过空气过滤器6吸入并在朝储存元件19和燃料箱17的方向压入。由此，燃料箱系统1中的压力受控制地升高。燃料箱系统1中的压力升高可以通过压力传感器8和/或吹扫空气泵7的转速或功率消耗来控制。为此，压力传感器8和吹扫空气泵7均与电子控​​制器25连接。上述所有阀10、11、12、13、14、15的控制都可以通过控​​制器25进行，此外，至少一个温度传感器39可以与控​​制器连接。如果此时燃料箱系统施加预定的压力，那么第五阀15就可以关闭，从而只要在燃料箱系统1中没有泄漏，那么燃料箱系统1中形成的压力就保持恒定。利用上述燃料箱系统1可以在机动车正常运行期间，对燃料箱系统1的紧密性进行定期检查，这是环境和大气保护法规的重要要求。

由于阀单元9的存在，基于其构造只能朝一个方向、即从吸入侧21向压力侧22 输送待输送的介质的径向泵7既可以用于吹扫储存元件19又可以用于加压燃料箱系统1。作为吹扫空气泵使用的、非常简单、耐用并且廉价的径向泵7可以在与阀单元9共同作用的情况下实现双重功能，由此整个燃料箱系统变得既经济又高效。

温度传感器39可布置在燃料箱系统1的各个位置上，借助这些温度传感器可以在由径向泵7产生的压力和该径向泵被驱动时的转速或其所消耗的功率之间建立关联。由此，在燃料箱系统1中产生的正压可以很容易地通过控制器25借助径向泵7的功率消耗来控制。

阀单元9的一种设计方案在图2至4中进行描述。阀单元9具有调整元件27和第一至第六调整元件通道（31、32、33、34、40、41）。调节元件27例如可以构造成可移动地安装在阀单元9中的线性滑动件，其中该线性滑动件具有六个孔，这些孔形成第一至第六调节元件通道（31、32、33、34、40、41）。在下面的实施例中，本发明借助阀单元27来介绍，其中调节元件27构造成阀缸，其中第一至第六调节元件通道（31、32、33、34、40、41）构造成第一至第六阀缸通道。

如图2所示，吹扫空气泵7在其吸入侧21和压力侧22与阀单元9连接。在该附图以及后续附图中，吹扫空气泵7和阀单元9可以如图1所示与控制器25电连接。控制器25可以例如将阀缸27移动到各个位置上。图2中的阀缸27位于第一位置上，并且该阀缸设置有第一阀缸通道31和第二阀缸通道32。第一至第六阀缸通道用于将空气或空气碳氢化合物混合物引导通过阀缸27。阀缸27可以利用阀驱动器26绕旋转轴线38转动到第一位置上。在阀缸27的第一位置处第一阀缸通道31将吹扫空气泵7的压力侧22与通向内燃机2的第一管道29连接，该第一位置用缸位置标记28表示。在第一位置上，吸入侧21还借助第二阀缸通道32与第二管道30连接，该第二管道经由储存元件19通向燃料箱16。在阀缸27的第一位置处，可以对储存元件19进行吹扫，因为新鲜空气24经由第二管道30吸入，其中新鲜空气经过储存元件19并且通过吸入侧21由吹扫空气泵7输送到压力侧22，并且然后经由第一阀缸通道31和第一通道29引导到内燃机2的进气管4。阀单元9具有阀壳体35，阀缸27安装在该阀壳体35中。阀缸27可以经由阀驱动器26绕旋转轴线38转动。当阀缸27借助构造成电动机的阀驱动器26绕旋转轴线38转动时，阀单元9可以改变新鲜空气24的流动方向，从而新鲜空气24不再由吹扫空气泵7朝内燃机2输送，而是由吹扫空气泵7输送到燃料箱中。这种情况示于图3。

在图3中，由缸位置标记28可以识别出，阀缸27绕旋转轴线38转动了180度到达其第二位置。此时，第一阀缸通道31和第二阀缸通道32均不与吹扫空气泵7的吸入侧21或压力侧22连接。然而，第三阀缸通道33和第四阀缸通道34分别与吸入侧21或压力侧22连接。如果此时吹扫空气泵7设置成操作，那么新鲜空气24经由空气过滤器6吸入，并且经由与第四阀缸通道34连接的第一通道29输送到吹扫空气泵7的吸入侧21。然后，吹扫空气泵7将新鲜空气24经由压力侧22和第三阀缸通道33压向第二管道30，由此在燃料箱系统1中、即在燃料箱16本身中、以及在储存元件19和连接的管道中形成压力。为此，显然吹扫空气阀10必须是关闭的。如果此时通过吹扫空气泵7在燃料箱系统1中形成了足够的压力，那么阀缸27例如可以由阀驱动器26绕旋转轴线38转动另外的90度，从而第一阀缸通道31、第二阀缸通道32、第三阀缸通道33和第四阀缸通道34均不与吸入侧21或压力侧22或者第一通道29或第二管道30连接。只要在燃料箱系统1中没有泄漏，那么在阀缸27的这个位置上整个燃料箱系统1是压力紧密闭合的。

图4所示的阀缸27的第三位置是图1中的闭合的第五阀15的可能的实施方式。如果整个燃料箱系统1施加了压力并且通过图4所示的阀缸27的位置以及闭合的吹扫空气阀10而压力紧密闭合，那么可以利用压力传感器8，检查燃料箱系统1中的压力是否下降，如果下降则表明燃料箱系统1中可能存在泄漏。这对于现代燃料箱系统1而言是一种重要的控制功能，以便防止碳氢化合物23不受控制地从燃料箱系统1中逸散出来。

吹扫空气泵7和阀单元9可以构造在同一壳体36内，从而由吹扫空气泵7和阀单元9组成的系统可以很容易地气密密封。以这种方式，可有效地防止碳氢化合物23从吹扫空气泵7和阀单元9的系统中逸散。

图5示出了阀缸27的第四位置。阀缸27的第四位置可以从缸位置标记28的取向识别。除第一阀缸通道31、第二阀缸通道32、第三阀缸通道33和第四阀缸通道34之外，阀缸27还具有第五阀缸通道40和第六阀缸通道41。图5中清楚地示出了，第五阀缸通道40和第六阀缸通道41的流量截面小于第一阀缸通道31和第二阀缸通道32的流量截面。

在阀缸27的第四位置处，第五阀缸通道40将吹扫空气泵7的压力侧22与第一管道29连接。此外，第六阀缸通道41将吹扫空气泵7的吸入侧21与第二管道30连接，如果此时吹扫空气泵7被驱动，那么新鲜空气24可以通过储存元件19被吸入并经由第二管道和第六阀缸通道41输送到吹扫空气泵7。在此，碳氢化合物23从储存元件19中释放并且经由吹扫空气泵7通过压力侧22和第五阀缸通道40输送到第一管道29，其又与内燃机2的进气管4连接。由于第五阀缸通道40和第六阀缸通道41的流量截面很小，因此储存元件19能够以非常低的吹扫速率吹扫。由于第五阀缸通道40和第六阀缸通道41的流量截面很小，因此吹扫空气泵7可以很好地在吹扫速率较低的情况下调节，由此可以产生非常小的体积流量，这导致储存元件19的吹扫效率很高。

Claims (7)

1.用于内燃机（2）的具有燃料箱（16）和用于临时储存碳氢化合物（23）的储存元件（19）的燃料箱系统（1）中的阀单元（9），该阀单元具有连接至该阀单元的吹扫空气泵（7），其中所述燃料箱（16）和所述储存元件（5）相互连接，使得由所述燃料箱（16）中存在的燃料（17）气化出的碳氢化合物（23）储存在所述储存元件（19）中，其中所述储存元件（19）与具有吸入侧（21）和压力侧（22）的吹扫空气泵（7）连接，其中新鲜空气（24）能够利用吹扫空气泵（7）输送到储存元件（19）中，从而碳氢化合物（23）从储存元件中释放出来并且供给到内燃机中用于燃烧，其特征在于，所述阀单元（9）具有可移动地安装在所述阀单元（9）中的调节元件（27），其中所述吹扫空气泵（7）与所述阀单元（9）连接，使得在调节元件（27）的第一位置上第一调节元件通道（31）将所述吹扫空气泵（7）的压力侧（22）与通向所述内燃机（2）的第一管道（29）连接，并且第二调节元件通道（32）将所述吹扫空气泵（7）的吸入侧（21）与通向所述燃料箱（16）的第二管道（30）连接，并且在调节元件（27）的第二位置上第三调节元件通道（33）将所述吹扫空气泵（7）的压力侧（22）与第二管道（30）连接，并且第四调节元件通道（34）将所述吹扫空气泵（7）的吸入侧（21）与第一管道（29）连接。

2.根据权利要求1所述的具有吹扫空气泵（7）的阀单元（9），其特征在于，在所述调节元件（27）的第三位置上所述调节元件（27）将所述吹扫空气泵（7）的吸入侧（21）和压力侧（22）与第一管道（29）和/或第二管道（30）分开。

3.根据权利要求1或2所述的具有吹扫空气泵（7）的阀单元（9），其特征在于，所述调节元件（27）具有第五调节元件通道（40）和第六调节元件通道（41），其中所述第五调节元件通道（40）和所述第六调节元件通道（41）的截面比所述第一调节元件通道（31）和所述第二调节元件通道（32）的截面更小。

4.根据权利要求3所述的具有吹扫空气泵（7）的阀单元（9），其特征在于，在所述调节元件（27）的第四位置上，所述第五调节元件通道（40）将所述吹扫空气泵（7）的压力侧（22）与第一管道（29）连接，并且第六调节元件通道（41）将所述吹扫空气泵（7）的吸入侧（21）与第二管道（30）连接。

5.根据权利要求1所述的具有吹扫空气泵（7）的阀单元（9），其特征在于，所述吹扫空气泵（7）构造为径向泵。

6.根据权利要求1所述的具有吹扫空气泵（7）的阀单元（9），其特征在于，所述储存元件（19）构造成活性炭过滤器。

7.根据权利要求1所述的具有吹扫空气泵（7）的阀单元（9），其特征在于，在所述燃料箱系统（1）中设置压力传感器（8）。