CN109458276B - 一种混合动力汽车车载油气回收系统及控制方法 - Google Patents

一种混合动力汽车车载油气回收系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车车载油气回收系统及控制方法，包括油箱、发动机、碳罐、油气冷却循环系统和控制器；油箱和发动机之间相互连通，实现燃油输送和多余燃油回收，油气冷却循环系统分别连接油箱和碳罐，将燃油蒸气进行冷却分离后，将燃油蒸气输入碳罐进行吸附，将液态燃油输入油箱；碳罐与发动机之间连通；控制器连接油气冷却循环系统，根据车辆所处状态，控制管路之间的通断，对油箱内燃油蒸气采取不同的控制与回收模式，有效解决现有技术中利用半导体制冷器无法将燃油蒸气全部冷凝为液态燃油，油箱内压力上升后燃油蒸气仍然排放到大气中，半导体制冷器需要长时间工作消耗大量电能的缺点。

Description

一种混合动力汽车车载油气回收系统及控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域，具体是一种混合动力汽车车载油气回收系统及控制方法。
背景技术
随着我国汽车保有量持续增长，与此带来的能源消耗和环境污染问题日益严峻。混合动力汽车作为应对汽车环境污染和能源短缺问题的产物，相较于传统汽油车，油耗大大降低，同时尾气排放也大幅减少。然而混合动力汽车的蒸发排放问题依然突出，插电式混合动力汽车长时间不启动导致碳罐中吸附的油气无法脱附，造成碳罐饱和高。在加油时，油箱中大量燃油蒸气突破碳罐排放到大气中污染环境。根据《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》规定，要求大幅降低蒸发污染物排放和加油过程污染物排放。
现有技术提出的半导体制冷器和油气循环模块，油气循环模块连通车辆油箱，用于燃油蒸气在油气循环模块和油箱循环冷却；制冷器的功能为油气循环模块的温度进行调节，将油箱内的燃油蒸气转化为液态燃油。该系统无碳罐，仅利用半导体制冷器对燃油蒸气冷凝降压，然而半导体制冷器无法达到将燃油蒸气全部冷凝所需的低温，仍然存在部分燃油蒸气压力无法平衡，需要排放到大气中；为维持油箱内压力平衡，半导体制冷器需要连续不断工作，由于半导体制冷器制冷效率较低，燃油蒸气的冷凝需要消耗大量电能。
还有利用降温减压原理，将油箱内的燃油蒸气转化为液态汽油，平衡油箱内燃油蒸气压力。但该系统同样无碳罐，仅利用半导体制冷器对燃油蒸气冷凝降压，因此也存在部分燃油蒸气压力无法平衡，需要排放到大气中，半导体制冷器需要不断工作，消耗大量电能的缺点。
目前，采用半导体制冷器冷却的车辆燃油蒸发控制系统存在燃油蒸气处理方式单一，仅利用半导体制冷器对燃油蒸气冷凝降压，然而半导体制冷器无法将燃油蒸气全部冷凝为液态燃油，压力无法平衡的部分燃油蒸气仍然排放到大气中，半导体制冷器需要连续工作消耗大量电能等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力汽车车载油气回收系统及控制方法，有效解决现有采用半导体制冷器冷却的车辆燃油蒸发控制系统燃油蒸气处理方式单一，仅利用半导体制冷器无法将燃油蒸气全部冷凝为液态燃油，油箱内压力上升后燃油蒸气仍然排放到大气中，半导体制冷器需要长时间工作消耗大量电能的缺点。
一种混合动力汽车车载油气回收系统，包括油箱、发动机、碳罐、油气冷却循环系统和控制器；
所述油箱和发动机之间相互连通，实现燃油输送和多余燃油回收，
所述油气冷却循环系统分别连接油箱和碳罐，将燃油蒸气进行冷却分离后，将燃油蒸气输入碳罐进行吸附，将液态燃油输入油箱；
所述碳罐与发动机之间连通；
所述控制器连接油气冷却循环系统，根据车辆所处状态，控制管路之间的通断，对油箱内燃油蒸气采取不同的控制和回收模式。
进一步，所述油气冷却循环系统包括半导体制冷器，所述半导体制冷器的制冷端与燃油蒸气管路末端贴合，对燃油蒸气进行冷却，所述半导体制冷器的制热端设有散热片，所述散热片与可逆真空泵固连；
进一步，所述碳罐通过空气滤清器连接可逆真空泵；所述空气滤清器和可逆真空泵之间还设有三通阀；
进一步，所述燃油蒸气管路上设有油箱隔离阀，用于打开和关闭燃油蒸气管路；
进一步，所述油箱内设有压力传感器，用于检测油箱内燃油蒸气压力信号，所述油箱的加油锁盖上配有位置传感器，用于检测加油锁盖的位置；
进一步，所述压力传感器、位置传感器、三通阀、油箱隔离阀、可逆真空泵和半导体制冷器分别连接控制器；
一种混合动力汽车车载油气回收系统的控制方法，设定油箱内压力阈值，当车辆处于燃油加注过程时，油箱压力为Pup，碳罐与油气冷却循环系统开始进行吸附、泄压，当油箱压力降低到预设压力值Plow，开始燃油加注；
当车辆处于发动机运行时，油箱与发动机开始燃油供给与回收，同时碳罐与油气冷却循环系统之间开始对燃油蒸气进行脱附；
车辆处于停车状态或纯电动驱动行驶状态时，先将燃油蒸气保持在油箱内，当油箱内压力达到压力安全阈值Popen，开始进行吸附、泄压，当油箱内压力达到压力设定下限Pclose，停止吸附、泄压；
进一步，燃油加注前以及燃油加注时，油箱隔离阀打开，燃油蒸气经过半导体制冷器冷凝后，液态燃油回流入油箱，燃油蒸气进入碳罐进行吸附，实现加注前的泄压。
进一步，所述发动机运行时，油箱隔离阀关闭，半导体制冷器的制热端连接的可逆真空泵工作将热空气经过空气滤清器后输入碳罐，加速碳罐内吸附的燃油蒸气脱附，脱附的燃油蒸气和空气混合气体通过碳罐脱附管供应到发动机。
本发明的有益效果：
本发明在车辆加油时通过半导体制冷器对油箱内燃油蒸气进行冷凝，未能冷凝的燃油蒸气进入碳罐吸附，大大降低混合动力汽车的加油排放；在车辆发动机运行时通过半导体制冷器加热空气加速碳罐内燃油蒸气脱附，使得碳罐中吸附的燃油蒸气能够充分脱附，提高碳罐中活性炭的活性，延长碳罐的使用寿命；在车辆停车或纯电动驱动行驶时通过半导体制冷器在油箱隔离阀打开泄压过程中对燃油蒸气进行冷凝，使得部分燃油蒸气冷凝为液态燃油回到油箱中，有效降低车辆停车或纯电动驱动行驶时碳罐的饱和程度，半导体制冷器仅在油箱泄压期间开启，能够降低半导体制冷器电能消耗。
附图说明
图1为本发明所述混合动力汽车车载油气回收系统示意图；
图2为加油前泄压过程燃油蒸气、液态燃油、空气流动路径示意图；
图3为燃油加注过程中燃油蒸气、液态燃油、空气流动路径示意图；
图4为车辆加油前泄压过程及燃油加注过程加油速率、油箱液位和油箱压力变化曲线图；
图5为发动机运行时燃油蒸气、液态燃油、空气流动路径示意图；
图6为停车及纯电动驱动行驶且在油箱隔离阀关闭时燃油蒸气流动路径示意图；
图7为停车及纯电动驱动行驶且在油箱隔离阀打开时燃油蒸气、液态燃油、空气流动路径示意图；
图8为停车及纯电动驱动行驶时油箱压力变化曲线图；
图中，1、加油开关，2、控制器，3、位置传感器，4、加油锁盖，5、碳罐，6、碳罐脱附管，7、空气滤清器，8、第一三通阀，9、第一通大气管，10、三通阀连接管，11、第二通大气管，12、第二三通阀，13、油气分离器，14、可逆真空泵，15、散热片，16、半导体制冷器，17、发动机，18、回油管，19、输油管，20、第三三通阀，21、压力传感器，22、燃油蒸气管路，23、油箱隔离阀，24、油箱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明所提出的一种混合动力汽车车载油气回收系统，包括油箱24、发动机17、脱附系统、油气冷却循环系统和控制系统，油箱24上设有压力传感器21，用于用于检测油箱24内燃油蒸气压力信号，油箱24的加油锁盖4上配有位置传感器3，用于检测加油锁盖4的位置；发送机17与油箱24之间设有输油管19和回油管18，用于发动机17运行时燃油输送和多余燃油回收；油箱24还设有燃油蒸气管路22，燃油蒸气管路22上设有油箱隔离阀23，用于打开和关闭燃油蒸气管路；燃油蒸气管路22末端弯曲与半导体制冷器16制冷端贴合，用于冷凝燃油蒸气；经过半导体制冷器16冷凝后的燃油蒸气管路22连接油气分离器13，用于分离燃油蒸气和液态燃油，油气分离器13上设有燃油蒸气出口和液态燃油出口，燃油蒸气出口通过管路与碳罐5的燃油蒸气吸附口连通，液态燃油出口通过第三三通阀20与回油管18连通。半导体制冷器16的制热端设有散热片15，散热片15与可逆真空泵14固连，可逆真空泵14与第二三通阀12、三通阀连接管10、第一三通阀8、空气滤清器7和碳罐5的通大气口依次连接后；第一三通阀8和第二三通阀12上分别设有第一通大气管9、第二通大气管11。
控制系统包括：加油开关1、位置传感器3、加油锁盖4、第一三通阀8、第二三通阀12、可逆真空泵14、半导体制冷器16、第三三通阀20、压力传感器21、油箱隔离阀23均与控制器2相连，控制器2接收加油开关1开关信号、位置传感器3位置信号和压力传感器21压力信号，控制加油锁盖4开关、半导体制冷器16通电状态、可逆真空泵14通电状态、第一三通阀8管路连通状态、第二三通阀12管路连通状态、第三三通阀20管路连通状态和油箱隔离阀23管路连通状态。
如图2所示，加油前泄压方法为：当压力传感器21检测油箱24内压力，将压力信号输入到控制器2，油箱24内压力为Pup，大于正常加油时油箱内压力，在加油前需要进行泄压；在时间为t0时，驾驶员按下加油开关1，控制器2接收到加油开关信号，控制器2同时控制第一三通阀8将碳罐5通大气口和第一通大气管9连通，控制第二三通阀12将可逆真空泵14出口和第二通大气管11连通，控制第三三通阀20将油气分离器13液态燃油出口和油箱24连通，控制半导体制冷器16通电进行制冷，控制可逆真空泵14通电对半导体制冷器16制热端进行散热，热量通过第二通大气管11排放到大气中，控制油箱隔离阀23打开，油箱24内的燃油蒸气经过半导体制冷器16冷凝后，液态的燃油回流入油箱24，气态的燃油蒸气进入碳罐5进行吸附，同时无法被吸附的气体经过空气滤清器7后从第一通大气管9排出，对油箱24进行泄压。
如图3、4所示，燃油加注时的泄压方法为：在时间为t1时，油箱24内压力达到预设压力值Plow，控制器2控制加油锁盖4打开开始加油，油箱24内燃油蒸气一部分通过油气分离器13燃油蒸气出口进入碳罐5吸附，另一部分被半导体制冷器16冷凝并通过油气分离器13液态燃油出口回到油箱24中。
在时间为t3时，停止加油，加油站工作人员拔出加油枪，在时间为t4时关闭加油锁盖4，加油锁盖位置传感器3检测到加油锁盖4关闭后，将加油锁盖位置信号输入到控制器2，控制器2同时控制油箱隔离阀23关闭，控制半导体制冷器16断电、控制可逆真空泵14断电，控制第三三通阀20将发动机17和油箱24连通。
如图5所示，车辆在发动机运行时的泄压方法为：控制器2同时控制第一三通阀8将碳罐5通大气口和三通阀连接管10连通，控制第二三通阀12将三通阀连接管10和可逆真空泵14出口连通，控制第三三通阀20将第发动机17和油箱24连通，控制半导体制冷器16通电，半导体制冷器16制热端加热空气并通过可逆真空泵14吹送进入碳罐5内，加速碳罐5内吸附的燃油蒸气脱附，脱附的燃油蒸气和空气混合气体通过碳罐脱附管6供应到发动机17。
如图6、7、8所示，在时间为t5至t6时间段内，车辆处于停车状态或纯电动驱动行驶状态，压力传感器21检测油箱24内压力，压力信号输入到控制器2，油箱隔离阀23保持关闭状态，控制器2同时控制第一三通阀8将碳罐5通大气口和第一通大气管9连通，控制第二三通阀12将第二通大气管11和可逆真空泵14出口连通，控制第三三通阀20将油气分离器13液态汽油出口和油箱24连通，燃油蒸气保持在油箱24内。
在时间为t6时，油箱24内压力达到压力安全阈值Popen，控制器2控制油箱隔离阀23打开进行泄压，同时控制半导体制冷器16通电，控制可逆真空泵14通电，半导体制冷器16制冷端对燃油蒸气冷凝，半导体制冷器16制热端产生的热量通过可逆真空泵14排放到大气中，油箱24内燃油蒸气一部分通过油气分离器13燃油蒸气出口进入碳罐5吸附，一部分被冷凝通过油气分离器13液态燃油出口回到油箱24中，
在时间为t7时，油箱24内压力达到压力设定下限Pclose，控制器2同时控制油箱隔离阀24关闭，控制半导体制冷器16断电，控制可逆真空泵14断电。在发动机启动前，重复t5至t7时间段内开启和关闭油箱隔离阀23动作。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车车载油气回收系统，其特征在于，包括油箱(24)、发动机(17)、碳罐(5)、油气冷却循环系统和控制器(2)；
所述油箱(24)和发动机(17)之间相互连通，实现燃油输送和多余燃油回收，
所述油气冷却循环系统分别连接油箱(24)和碳罐(5)，将燃油蒸气进行冷却分离后，将燃油蒸气输入碳罐(5)进行吸附，将液态燃油输入油箱(24)；
所述碳罐(5)与发动机(17)之间连通；
所述控制器(2)连接油气冷却循环系统，根据车辆所处状态，控制管路之间的通断，对油箱(24)内燃油蒸气采取不同的控制与回收模式；
所述油气冷却循环系统包括半导体制冷器(16)，所述半导体制冷器(16)的制冷端与燃油蒸气管路(22)末端贴合，所述半导体制冷器(16)的制热端设有散热片(15)，所述散热片(15)与可逆真空泵(14)固连；
所述可逆真空泵(14)通过空气滤清器(7)连接碳罐(5)；所述空气滤清器(7)和可逆真空泵(14)之间还设有三通阀。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车车载油气回收系统，其特征在于，所述燃油蒸气管路(22)上设有油箱隔离阀(23)，用于打开和关闭燃油蒸气管路(22)。
3.根据权利要求2所述的一种混合动力汽车车载油气回收系统，其特征在于，所述油箱(24)内设有压力传感器(21)，所述油箱(24)的加油锁盖(4)上配有位置传感器(3)。
4.根据权利要求3所述的一种混合动力汽车车载油气回收系统，其特征在于，所述压力传感器(21)、位置传感器(3)、三通阀、油箱隔离阀(23)、可逆真空泵(14)和半导体制冷器(16)分别连接控制器(2)。
5.一种如权利要求4所述的混合动力汽车车载油气回收系统的控制方法，其特征在于，设定油箱(24)内压力阈值，当车辆处于燃油加注过程时，油箱(24)内压力为预设压力之值Pup，碳罐(5)与油气冷却循环系统开始进行吸附、泄压，当油箱(24)压力降低到预设压力值Plow，开始燃油加注；
当车辆处于发动机运行时，油箱(24)与发动机(17)开始燃油供给与回收，同时碳罐(5)与油气冷却循环系统之间开始对燃油蒸气进行脱附；
车辆处于停车状态或纯电动驱动行驶状态时，先将燃油蒸气保持在油箱(24)内，当油箱(24)内压力达到压力安全阈值Popen，开始进行吸附、泄压，当油箱(24)内压力达到压力设定下限Pclose，停止吸附、泄压。
6.根据权利要求5所述的一种混合动力汽车车载油气回收系统的控制方法，其特征在于，燃油加注前以及燃油加注时，油箱隔离阀(23)打开，燃油蒸气经过半导体制冷器(16)冷凝后，液态燃油回流入油箱(24)，燃油蒸气进入碳罐(5)进行吸附，实现加注前的泄压。
7.根据权利要求5所述的一种混合动力汽车车载油气回收系统的控制方法，其特征在于，所述发动机运行时，油箱隔离阀(23)关闭，半导体制冷器(16)的制热端连接的可逆真空泵(14)工作将热空气经过空气滤清器(7)后输入碳罐(5)，加速碳罐(5)内吸附燃油蒸气的脱附，脱附的燃油蒸气和空气混合气体通过碳罐脱附管(6)供应到发动机(17)。
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