CN110006607B - 一种用于燃油蒸发系统泄漏检测的系统和方法 - Google Patents

一种用于燃油蒸发系统泄漏检测的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于燃油蒸发系统泄漏检测的标定系统及其检测方法，包括标定参考系统和泄漏检测系统，标定参考系统包括密封参考油箱、温度传感器、压力传感器、液位传感器、真空泵、参考孔组和密封参考油箱控制器等，在密封参考油箱上安装参考孔组，改变温度T，燃油液位H和参考孔组尺寸D，利用真空泵为密封参考油箱建立真空度，测得压力P，通过多组(T,P,H,D)数据拟合出函数D＝f(T,P,H)。泄漏检测系统测量温度T0和燃油液位H0，检测系统真空泵工作在与标定系统真空泵相同的状态为待测油箱建立真空度，测量压力P0，待测油箱控制器通过函数计算出待测油箱泄漏孔的尺寸D0，提高燃油蒸发系统泄漏检测的检测精度、缩短检测的时间。

Description

一种用于燃油蒸发系统泄漏检测的系统和方法
技术领域
本发明属于汽车燃油蒸发系统泄漏检测技术领域，尤其涉及一种用于燃油蒸发系统泄漏检测的系统和方法。
背景技术
汽油是汽车的主要燃料之一，它具有很强的挥发性。因此，储存在汽车油箱中的汽油是汽车碳氢排放物的主要来源之一，被称为“蒸发排放”。即使发动机停止工作，仍然有汽油蒸气在不断地泄漏。将蒸发排放控制系统(EVAP)应用在车辆上可以用来防止燃油蒸气排放到空气中。燃油蒸发排放控制系统包括油箱、碳罐、阀门和管道等，应具备必要的密闭性。研究显示：大于0.02英寸(0.5mm)直径的孔隙会导致汽车的燃油蒸发排放达到美国加州OBD法规2002年型限值的15倍乃至更高；孔隙小于0.02英寸(0.5mm)直径时燃油蒸发排放才会受到制约，并随着孔径减小而规律性地降低。EVAP系统泄露车载诊断的目的是在汽车的日常使用时由车辆自身主动检测到孔隙，点亮MIL(故障指示灯)来提示及早维修，避免持续污染环境。中国六阶段排放法规中拟采取EVAP系统泄露OBD诊断，拟采取0.04英寸(1mm)孔隙作为限值，同时也允许制造商自主申请大于或等于0.02英寸(0.5mm)孔隙的诊漏方案。
现有的油箱泄漏诊断的装置和方法，该装置使用增压机在油箱中建立高压，由压力变化来推断出油箱的泄漏情况。然而油箱内压力的影响因素较多，如温度、液位高度和燃油晃动等，仅依靠压力变化不能准确判断燃油箱的泄漏情况，且向油箱加压的同时将加速汽油蒸气排放至大气中。也有仅依据压力的变化判断油箱的泄漏情况，检测精度较低。还有结合加压法和减压法的泄漏检测方法，该方法先测量参考孔引起的压力变化，然后测量油箱泄漏孔引起的压力变化，通过对比两次测得的压力判断泄漏孔的大小，但是在测量参考孔对压力引起的变化时，油箱的泄漏孔始终存在，即此状态下系统中总的气体出口尺寸并非参考孔的尺寸，所以该方法测得的泄漏孔的精度较低，并且只能判断泄漏孔的尺寸是大于0.5mm还是小于0.5mm。目前的专利技术只能确定泄漏孔尺寸的范围，无法确定具体的泄漏孔尺寸。
发明内容
本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种用于燃油蒸发系统泄漏检测的系统和方法，目的在于提高燃油蒸发系统泄漏检测的检测精度、缩短检测的时间，并且避免在检测过程中造成附加的汽油蒸发排放。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于燃油蒸发系统泄漏检测的标定系统，包括标定参考系统和检测系统，
所述标定参考系统包括密封参考油箱，所述密封参考油箱上分别设有第一液位传感器、第一温度传感器、第一压力传感器、第一真空泵和参考孔组，所述参考孔组设有电磁阀，所述第一液位传感器、第一温度传感器、第一压力传感器、电磁阀和第一真空泵分别连接密封参考油箱控制器；改变密封参考油箱的温度T、燃油液位H和参考孔组尺寸D，利用第一真空泵为密封参考油箱建立真空度，测得压力P，通过多组(T,P,H,D)数据拟合出函数D＝f(T,P,H)；
所述检测系统包括待测油箱，所述待测油箱内设有第二液位传感器、第二温度传感器和第二压力传感器，所述待测油箱通过碳罐隔离阀与碳罐连接，待测油箱与碳罐之间的管路上还并联有真空泵隔离阀和第二真空泵；所述碳罐通过碳罐通气阀连接空气滤清器，所述碳罐通过碳罐脱附阀连接发动机进气歧管，所述第二液位传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、碳罐隔离阀、真空泵隔离阀、真空泵、碳罐通气阀和碳罐脱附阀分别连接待测油箱控制器，所述待测油箱控制器中内存有函数D＝f(T,P,H)；
进一步，所述参考孔组包括内径分别为0.2mm、0.5mm、1mm的标准参考孔通道，
进一步，所述参考孔组的入口端连接空气滤清器；
进一步，所述碳罐内设有活性炭，用于吸附来自油箱的燃油蒸气；
进一步，所述密封参考油箱与待测油箱的形状相同。
一种用于燃油蒸发系统泄漏检测方法，分别设定待测油箱的液位、气体温度的范围值和单位时间内的变化幅度的阈值；若液位处于该设定范围且单位时间内的液位变化幅度小于所设阈值，则检测气体温度；若气体温度处于该设定范围且单位时间内的气体温度变化幅度小于所设阈值，则碳罐隔离阀和碳罐脱附阀关闭，真空泵隔离阀和碳罐通气阀开启，为待测油箱建立真空度，将测得的T0、P0、H0传输至待测油箱控制器，由函数关系式计算出待测油箱泄漏孔的尺寸D0，泄漏检测结束。
进一步，检测系统第二真空泵工作在与标定系统第一真空泵相同的状态为待测油箱建立真空度。
本发明的有益效果：
现有的技术通过测量燃油蒸发系统内压力，得到泄漏孔的尺寸处于某个范围，而本发明通过标定数据拟合得到具体的函数，通过函数以及测得的温度、液位高度和压力计算得到具体的泄漏孔尺寸。
现有的技术通常只考虑压力与泄漏孔尺寸之间的对应关系，本发明将温度、液位高度、压力考虑在内，检测精度更高。
本发明使用减压法，通过真空泵在待测油箱内建立真空度，进行泄漏检测时，来自待测油箱的燃油蒸气被吸附在碳罐中并且脱附后进入发动机进气歧管，不会造成附加的燃油蒸发泄漏。
只要燃油液位和温度处于某一个区间内，在车辆行驶和停车时均可进行泄漏检测，检测频率更高。
附图说明
图1为燃油蒸发系统标定参考系统示意图；
图2为燃油蒸发系统泄漏检测系统示意图；
图3为燃油蒸发系统泄漏检测流程图；
图中，101、空气滤清器，102、1mm标准参考孔通道，103、0.5mm标准参考孔通道，104、0.2mm标准参考孔通道，105、1mm标准参考孔通道电磁阀，106、0.5mm标准参考孔通道电磁阀，107、0.2mm标准参考孔通道电磁阀，108、燃油，109、密封参考油箱，110、第一液位传感器，111、第一温度传感器，112、第一压力传感器，113、第一真空泵，114、碳罐，115、管道，116、密封参考油箱控制器，201、燃油，202、第二液位传感器，203、待测油箱，204、第二温度传感器，205、第二压力传感器，206、管道，207、真空泵隔离阀，208、第二真空泵，209、碳罐隔离阀，210、待测油箱控制器，211、碳罐，212、碳罐通气阀，213、空气滤清器，214、碳罐脱附阀，215、发动机进气歧管。
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，本发明公开了一种用于燃油蒸发系统泄漏检测的标定系统，在密封参考油箱109顶部装有第一温度传感器111和第一压力传感器112，在密封参考油箱109底部装有第一液位传感器110，且分别连接密封参考油箱控制器116，将测得密封参考油箱109内气体的温度数据、压力数据和液位数据传输给密封参考油箱控制器116。在密封参考油箱109上方还分别连接第一真空泵113和参考孔组，第一真空泵113输出端连接碳罐114；参考孔组包括内径分别为0.2mm、0.5mm、1mm的标准参考孔通道，且每条标准参考孔通道上配套有电磁阀，且电磁阀和第一真空泵113分别连接密封参考油箱控制器116，可以控制电磁阀的开启与关闭，可以控制第一真空泵113工作或停止。
基于上述标定系统，标定阶段的过程为：
步骤1：在温度为T1的环境下，向密封参考油箱109内加入一定体积的燃油108，第一液位传感器110测得燃油的液位高度H11，密封参考油箱控制器116记录第一液位传感器110测得的数据；密封参考油箱控制器116控制0.2mm标准参考孔102通道电磁阀105开启，其他标准参考孔通道电磁阀关闭，即此时总参考孔尺寸为D111＝0.2mm；密封参考油箱控制器116使第一真空泵113进入工作状态，为密封参考油箱109建立真空度，第一压力传感器112将测得的数据传入密封参考油箱控制器116，待压力稳定后密封参考油箱控制器116记录此时的压力P111；密封参考油箱控制器116控制第一真空泵113停止工作。至此，密封参考油箱控制器116内存储1组(T,P,H,D)数据，其中：T为密封参考油箱109内的温度，H为燃油液位高度，D为总的参考孔尺寸，P为密封参考油箱109内的压力。
步骤2：保持T1和H11不变，通过控制0.2mm标准参考孔102、0.5mm标准参考孔103、1mm标准参考孔104通道电磁阀105、106、107的开启或关闭，改变总的参考孔尺寸，使总参考孔尺寸分别为D112＝0.5mm，D113＝0.7mm，D114＝1mm，D115＝1.2mm，D116＝1.5mm，D117＝1.7mm；密封参考油箱控制器116使真空泵进入工作状态，第一压力传感器112测得压力并将数据传入密封参考油箱控制器116，密封参考油箱控制器116记录相应的数据P112，P113，P114，P115，P116，P117；密封参考油箱控制器116控制第一真空泵113停止工作。至此，密封参考油箱控制器116内存储7组(T,P,H,D)数据。
步骤3：保持T1不变，分别向密封参考油箱109内加入一定量的燃油108，使液位高度分别为H12，H13，H14，H15；重复步骤1和步骤2。至此，密封参考油箱控制器116内存储35组(T,P,H,D)数据。
步骤4：分别改变密封参考油箱内的温度至T2，T3，T4，T5，T6，重复步骤1、步骤2和步骤3。至此，密封参考油箱控制器116内存储210组(T,P,H,D)数据。
步骤5：通过存储在密封参考油箱控制器116中的多组(T,P,H,D)数据拟合出函数D＝f(T,H,P)，标定参考阶段结束。
标定数据处理方法为基于最小二乘法的数据拟合方法，参考孔组的尺寸与密封参考油箱内的温度、密封参考油箱内的压力、燃油液位高度三个变量有关，通过标定过程得到的210组(T,P,H,D)数据，其中：T为密封参考油箱内的温度，P为密封参考油箱内的压力，H为燃油液位高度，D为参考孔组的尺寸，对参考孔组的尺寸关于密封参考油箱内的压力、密封参考油箱内的温度与燃油液位高度三个变量建立函数关系D＝f(T,H,P)，通过最小化误差的平方和来寻找这210组(T,P,H,D)数据的最佳函数匹配，最后通过实验来验证所得函数D＝f(T,P,H)的准确性，将函数D＝f(T,P,H)的误差修正到允许范围内。
如图2所示一种用于燃油蒸发系统泄漏检测系统，包括待测油箱203，在待测油箱203的顶部设有第二温度传感器204和第二压力传感器205，在待测油箱203的底部设有第二液位传感器202，且第二温度传感器204、第二压力传感器205和第二液位传感器202连接待测油箱控制器210；待测油箱203上通过管道连接碳罐211，且在该管道上设有碳罐隔离阀209，在该管道上并联有第二真空泵208管路，在第二真空泵208和待测油箱203之间设有真空泵隔离阀207，用于控制第二真空泵208通向待测油箱203的管道开启或关闭，且碳罐隔离阀209、第二真空泵208和真空泵隔离阀207连接待测油箱控制器210；碳罐211上方分别连接空气滤清器213和发动机进气歧管215，空气滤清器213布置在碳罐211和大气之间，用于净化进入系统的空气。在碳罐211与空气滤清器213之间设有碳罐通气阀212，在碳罐211与发动机进气歧管215之间设有碳罐脱附阀214；且碳罐通气阀212与碳罐脱附阀214连接待测油箱控制器210，碳罐脱附阀214用于控制碳罐211通向发动机进气歧管215的管道开启或关闭。碳罐211内部含有活性炭，用于吸附来自待测油箱203的燃油蒸气，防止污染大气，活性炭吸附的燃油蒸气可被脱附并输送至发动机进气歧管214，在发动机内燃烧。待测油箱控制器210内存有函数D＝f(T,P,H)。
如图3所示，基于上述泄漏检测系统，泄漏检测的过程为：
液位传感器210测得液位高度，若燃油液位处于某一范围且在一定时间内变化幅度小于某一设定值，则继续泄漏检测，否则结束泄漏检测，第二液位传感器202将测得的燃油液位高度H0数据传输至待测油箱控制器210；第二温度传感器204测得待测油箱203内气体温度，若温度处于某一范围且在一定时间内变化幅度小于某一设定值，则继续泄漏检测，否则结束泄漏检测，第二温度传感器204测得待测油箱203内气体温度T0并将数据传输至待测油箱控制器210；待测油箱控制器210控制碳罐隔离阀209和碳罐脱附阀214关闭、真空泵隔离阀207和碳罐通气阀212开启；第二压力传感器205测得待测油箱203内的压力并将数据传输至待测油箱控制器210，待压力稳定后待测油箱控制器210记录数据P0；通过在标定阶段得到的函数D＝f(T,P,H)和泄漏检测阶段测得的T0、P0、H0，计算出待测油箱泄漏孔的尺寸D0，泄漏检测结束。
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)

1.一种用于燃油蒸发系统泄漏检测系统，其特征在于，包括标定参考系统和检测系统，
所述标定参考系统包括密封参考油箱(109)，所述密封参考油箱(109)上分别设有第一液位传感器(110)、第一温度传感器(111)、第一压力传感器(112)、第一真空泵(113)和参考孔组，所述参考孔组设有电磁阀，所述第一液位传感器(110)、第一温度传感器(111)、第一压力传感器(112)、电磁阀和第一真空泵(113)分别连接密封参考油箱控制器(116)；改变密封参考油箱(109)的温度T、燃油液位H和参考孔组尺寸D，利用第一真空泵(113)为密封参考油箱(109)建立真空度，测得压力P，通过多组(T,P,H,D)数据拟合出函数D＝f(T,P,H)；
所述检测系统包括待测油箱(203)，所述待测油箱(203)内设有第二液位传感器(202)、第二温度传感器(204)和第二压力传感器(205)，所述待测油箱(203)通过碳罐隔离阀(209)与碳罐(211)连接，待测油箱(203)与碳罐(211)之间的管路上还并联有真空泵隔离阀(207)和第二真空泵(208)；所述碳罐(211)通过碳罐通气阀(212)连接空气滤清器(213)，所述碳罐(211)通过碳罐脱附阀(214)连接发动机进气歧管(215)，所述第二液位传感器(202)、第二温度传感器(204)、第二压力传感器(205)、碳罐隔离阀(209)、真空泵隔离阀(207)、第二真空泵(208)、碳罐通气阀(212)和碳罐脱附阀(214)分别连接待测油箱控制器(210)，所述油箱控制器(210)中内存有函数D＝f(T,P,H)。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃油蒸发系统泄漏检测系统，其特征在于，所述参考孔组包括内径分别为0.2mm、0.5mm、1mm的标准参考孔通道。
3.根据权利要求2所述的一种用于燃油蒸发系统泄漏检测系统，其特征在于，所述参考孔组的入口端连接空气滤清器(101)。
4.根据权利要求1所述的一种用于燃油蒸发系统泄漏检测系统，其特征在于，所述碳罐(211)内设有活性炭。
5.根据权利要求1所述的一种用于燃油蒸发系统泄漏检测系统，其特征在于，所述密封参考油箱(109)与待测油箱(203)的形状相同。
6.一种基于权利要求1-5中任意一项权利要求所述用于燃油蒸发系统泄漏检测系统的泄漏检测方法，其特征在于，分别设定待测油箱(203)的液位、气体温度的范围值和单位时间内的变化幅度的阈值；若液位处于该设定范围且单位时间内的液位变化幅度小于所设阈值，则检测气体温度；若气体温度处于该设定范围且单位时间内的气体温度变化幅度小于所设阈值，则碳罐隔离阀(209)和碳罐脱附阀(214)关闭，真空泵隔离阀(207)和碳罐通气阀(212)开启，为待测油箱(203)建立真空度，将测得的温度T0、压力P0、燃油液位H0传输至待测油箱控制器，由函数关系式计算出待测油箱泄漏孔的尺寸D0，泄漏检测结束，所述函数表示为D＝f(T,P,H)。
7.根据权利要求6述的一种用于燃油蒸发系统泄漏检测方法，其特征在于，检测系统第二真空泵(208)工作在与标定系统第一真空泵(113)相同的状态为待测油箱建立真空度。
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