CN110953094A - 一种小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统及其控制方法，燃油蒸发脱附系统包括燃油蒸发系统和涡轮增压供气系统，所述涡轮增压供气系统包括发动机总成和涡轮增压器，所述涡轮增压器空气出口经第二管道连通至发动机总成，所述燃油蒸发系统包括油箱总成、炭罐，所述油箱总成出气口经第一管道与炭罐的吸附口连接，所述炭罐的脱附口经第三管道连接至文丘里管上，所述第二管道在中冷器前端设置第一旁通支管，所述第一旁通支管与炭罐的大气管道间设有第一换向阀。本发明采用第一换向阀将涡轮增压的旁通管道内空气引导至炭罐，经过炭罐后的空气经过脱附控制阀返回至到涡轮增压管道内。涡轮增压内空气温度较高，可以使炭粉内的HC残留量更低。

Description

一种小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车燃油蒸汽排放，具体地指一种小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统及其控制方法。

背景技术

炭罐可吸附来自燃料箱挥发出燃油蒸汽，车辆工作时自然吸气发动机进气歧管内负压可将炭罐内吸附的燃油蒸汽，输送至发动机机燃烧室内参与燃烧。经过研究发现通过炭罐进入发动机的空气体积量越大，炭罐的HC(烃)排放量越小，因此，提高其空气体积量是降低燃油蒸发排放和加油排放的一个重要方法。但是因为发动机排量、发动机的类型和车辆标定策略等因素影响，特别是E-Power车型发动机工作的时间较短通过炭罐进入发动机的空气体积量偏小。

经过研究发现在相同的空气体积量的条件下，通过炭罐进入发动机的空气温度高，炭罐的HC排放量越小，因此，提高其空气温度同样也是降低燃油蒸发排放和加油排放的一个重要方法。为了提高进入炭罐的空气温度，例如已经公开的专利中，申请号为201110212977.6的中国专利申请公开一种炭罐是在炭罐的大气口端增加加热器来实现提高进入炭罐的空气温度。

为解决炭罐进入发动机的空气体积量偏小问题已公开的发明专利中，申请号为201310078124.7的中国专利申请公开一种控制具有燃料蒸汽吹扫系统的发动机的操作的方法包括：引导进气空气通过布置在旁通管路中的第一节气门和文氏管，进气歧管中的文氏管或吸出器可以用于增加燃料蒸汽吹扫的真空量和可用性，可以降低部件成本和增加燃料经济性。但是文氏管将正压转换为真空度效率偏低，可以适用于较大排量涡轮增压型发动机。

现有技术中，申请号为201410759052.7的中国专利申请公开一种主动清除泵系统模块，该模块连接在炭罐的大气口处或炭罐的脱附管口处，通过主动清洗泵工作，来提高进入发动机的空气体积量，可以适用于小排量的涡轮增压车型。专利中涡轮增压系统将来自于过滤器的空气压缩，当空气被高比例压缩后会产很高的热量，因此压缩后的空气需要通过中冷器来实现降温的目的。但是该方案存在以下问题：1、因泵气体积要求，需要较大功率电机和离心叶轮这样会造成成本较高。2、只要发动机工作时，清除泵系统模块一直处于供电模式，因此耗电量较大。3、主动清洗泵工作噪声较大，该问题此专利已经意识到，因此建议使用者布置在发动机附近。希望通过发动的噪声掩盖主动清洗泵的工作噪声。4、中冷器前端空气热量未利用，造成热能浪费。

因此，需要开发出一种结构简单、操作方便、利用中冷器前端空气热量来实现降低炭罐HC排放的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统及其控制方法。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、利用中冷器前端空气热量来实现降低炭罐HC排放的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统及其控制方法。

本发明的技术方案为：一种小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，包括燃油蒸发系统和涡轮增压供气系统，所述涡轮增压供气系统包括发动机总成和涡轮增压器，所述涡轮增压器空气进口处设有空气滤清器且空气出口经第二管道依次设置中冷器、文丘里管、节气门连通至发动机总成，其特征在于：

所述燃油蒸发系统包括油箱总成、炭罐，所述炭罐的吸附口设置第一管道与油箱总成出气口连接、脱附口设置第三管道与文丘里管连接、大气口设置大气管道通大气；

所述第二管道在中冷器前端设置第一旁通支管，所述第一旁通支管与大气管道间设有第一换向阀且所述第一换向阀在第一旁通支管内有空气进入且压力小于设定压力值时将空气输送至炭罐内、在第一旁通支管内无压力或压力大于等于设定压力值时将大气管道通大气。

优选的，所述第一换向阀为设有A端口、B端口、C端口的两位三通阀结构，所述B端口与第一旁通支管端部连接，所述A端口、 C端口与大气管道连接且A端口位于大气管道临近大气的一端。

进一步的，所述第一换向阀在B端口有空气压力且压力小于设定压力值时，使B端口与C端口完全连通且A端口完全关闭；在B 端口无压力或压力≥设定压力值时，使A端口与C端口完全连通B 端口完全关闭。

优选的，所述第三管道上设有炭罐脱附控制阀且在炭罐脱附控制阀前方设有第二旁通支管，所述第一管道上设有压力传感器且在压力传感器后方设有第二换向阀与第二旁通支管连接，所述第二换向阀在第二旁通支管内无压力时将油箱总成燃油蒸汽经第一管道输入炭罐内、在第二旁通支管内有气流进入产压力时将气流返回炭罐并允许少量气流输入油箱总成。

进一步的，所述第二换向阀为设有D端口、E端口、F端口的两位三通阀结构，所述E端口与第二旁通支管端部连接，所述D端口、F端口与第一管道连接且D端口位于第一管道临近油箱总成的一端。

更进一步的，所述第二换向阀在E端口无压力时，使D端口与 F端口完全连通E端口完全关闭；当E端口存在压力时，使E端口与F端口完全连通同时D端口为设有通气孔的限制连通状态。

进一步的，所述第一换向阀、第二换向阀为先导式机械换向阀或电磁换向阀。

优选的，所述大气管道上设置炭罐通风电磁阀后再与第一换向阀连接。

本发明还提供以上任一所述小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统的控制方法，其特征在于，步骤为：

a.发动机停机时，油箱总成产生的燃油蒸汽进入炭罐，炭罐内被置换出的空气排放至大气；

b.发动机工作时，涡轮增压器吸入的空气一部分直接经中冷器进入发动机总成后参与燃烧，另一部分在中冷器之前进入炭罐，协同炭罐内存储的部分燃油蒸汽在中冷器之后进入发动机总成，将炭罐内存储的燃油蒸汽参与发动机燃烧。

优选的，步骤为：

a.发动机停机时，油箱总成产生的燃油蒸汽通过第一管道进入炭罐，炭罐内被置换出的空气途经大气管道、第一换向阀排放至大气；

b.发动机运行时，涡轮增压器吸入来自空气滤清器的空气进入第二管道，所述第二管道内的空气一部分直接经中冷器进入发动机总成参与燃烧，另一部分进入第一旁通支管使第一换向阀换向输入炭罐，协同炭罐内存储的部分燃油蒸汽经第三管道在中冷器之后进入第二管道，最终进入发动机总成，将炭罐内存储的燃油蒸汽参与发动机燃烧。

本发明的有益效果为：

1.当发动机工作时，脱附控制阀打开，因节气门和炭罐内压力差的因素，会将炭罐中汽油蒸气带入发动机中去燃烧，达到了节能和环保的目的。

2.采用第一换向阀，将涡轮增压的旁通管道内空气引导至炭罐的大气管，经过炭罐后的空气经过脱附控制阀返回至到涡轮增压管道内。涡轮增压空气温度较高，可以使炭粉内的HC残留量更低，达到降低炭罐HC排放的目的。该系统结构简单、功能可靠、无噪声且成本低。

3.还可对燃油蒸发系统进行泄漏检查，炭罐脱附控制阀关闭、炭罐通风电磁阀关闭，第一换向阀将涡轮增压的旁通管道关闭，第二换向阀使油箱总成内部与炭罐间仍可连通，燃油蒸发系统成为一个密闭空间，根据压力传感器检测其系统内的压力值变化趋势即可判断燃油蒸发系统是否为泄漏。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为第一换向阀结构示意图

图3为第二换向阀结构示意图

图4为炭罐结构示意图

图5为涡轮增压器未工作时本发明气体流向图

图6为涡轮增压器工作时本发明气体流向图

图7为泄漏检查充气时本发明气体流向图

图8为泄漏检查保压时本发明气体流向图

其中：1-燃油蒸发系统2-涡轮增压供气系统3-第一管道4-第二管道5-第三管道6-第一旁通支管7-第二旁通支管8-第一换向阀9-第二换向阀10-大气管道11-油箱总成12-压力传感器13-炭罐14-炭罐脱附控制阀15-炭罐通风电磁阀13a-吸附口13b-脱附口 13c-大气口21-中冷器22-空气滤清器23-节气门24-发动机总成 25-涡轮增压器26-排气管道总成27-文丘里管。

具体实施方式

下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-4所示，本发明提供的一种小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附控制系统，包括燃油蒸发系统1和涡轮增压供气系统2，涡轮增压供气系统2包括发动机总成24和涡轮增压器25，涡轮增压器25空气进口处设有空气滤清器22且空气出口经第二管道4依次设置中冷器21、文丘里管27、节气门23连通至发动机总成24。燃油蒸发系统1包括油箱总成11、炭罐13，炭罐13的吸附口13a 设置第一管道3与油箱总成11出气口连接，第一管道3上设有压力传感器12；炭罐13的脱附口13b设置第三管道5与文丘里管27 连接，第三管道5上设有炭罐脱附控制阀14；炭罐13的大气口13c 设置大气管道10通大气，大气管道10上设置炭罐通风电磁阀15。

第二管道4在中冷器21前端设置第一旁通支管6，第一旁通支管6与大气管道10间设有第一换向阀8且第一换向阀8在第一旁通支管6内有空气进入且压力小于设定压力值P0时将空气输送至炭罐13内、在第一旁通支管6内无压力(常态下)或大于等于设定压力值P0时将大气管道10通大气。第一换向阀8位于大气管道 10上炭罐通风电磁阀15后方，本实施例中的前后指沿管道内气体从前至后的流动方向。

第一换向阀8为设有A端口、B端口、C端口的两位三通阀结构，B端口与第一旁通支管6端部连接，A端口、C端口与大气管道10连接且A端口位于大气管道10临近大气的一端。第一换向阀 8在B端口有空气压力且压力小于设定压力值P0时，使B端口与C 端口完全连通且A端口完全关闭；在B端口无压力(常态下)或压力≥设定压力值P0时，使A端口与C端口完全连通B端口完全关闭。

第三管道5在炭罐脱附控制阀14前方设有第二旁通支管7，第一管道3在压力传感器12后方设有第二换向阀9与第二旁通支管7 连接，第二换向阀9在第二旁通支管7内无压力时将油箱总成11 燃油蒸汽经第一管道3输入炭罐13内、在第二旁通支管7内有气流进入产压力时将气流返回炭罐13并允许少量气流输入油箱总成 11。

第二换向阀9为设有D端口、E端口、F端口的两位三通阀结构，E端口与第二旁通支管7端部连接，D端口、F端口与第一管道3连接且D端口位于第一管道3临近油箱总成11的一端，D端口具有两种状态：完全连通状态以及设有通气孔的限制连通状态。本实施例中通气孔孔径为1-2mm。第二换向阀9在E端口无压力时(常态下)，使D端口与F端口完全连通E端口完全关闭；当E端口存在压力时，使E端口与F端口完全连通同时D端口为设有通气孔的限制连通状态。

第一换向阀8、第二换向阀9为现有的先导式机械换向阀或电磁换向阀。

本实施例燃油蒸发脱附系统的控制方法如下。

a.如图5所示，发动机停机时(系统加油时或燃油昼间蒸发时)，涡轮增压器25为不工作状态。油箱总成11产生的燃油蒸汽通过第一管道3进入炭罐13内最终被炭罐13内的活性炭粉所存储起来，此时第二换向阀9为常态(D端口与F端口完全连通E端口完全关闭)，炭罐脱附控制阀14为关闭状态，炭罐通风电磁阀15为开启状态，被置换出的空气途经大气管道10排放至大气中起到了控制排放的作用，此时第一换向阀8为常态(A端口与B端口完全连通 C端口完全关闭)。

b.如图6所示，发动机工作时，发动机总成24燃烧后的废气气流推动涡轮增压器25内部的涡轮进行旋转。经过涡轮增压器25的废气从排气管道总成26排入大气中。涡轮增压器25内同轴涡轮开始抽取来自空气滤清器22的空气进入第二管道4中，第二管道4 中的空气一部分进入经过中冷器21、文丘里管27和节气门23后进入发动机总成24后参与燃烧；另一部分进入第一旁通支管6，此时第一换向阀8感应空气压力＜设定压力值P0自动切换气流方向(B 端口与C端口完全连通且A端口完全关闭)，气流会经炭罐通风电磁阀15进入炭罐13内，协同部分燃油蒸汽分子通过炭罐脱附口13b 进入第三管道5，第三管道5内气流分成两个支路，一支路的气流经炭罐脱附控制阀14，经过冷器21进入文丘里管27，使被炭罐13 所存储燃油蒸汽最终参与发动机的燃烧，起到了节能的作用。另外一支路的气流进入第二旁通支管7，经过第二换向阀9使其自动切换气流方向(E端口与F端口完全连通同时D端口为限制连通状态)，少量气流通往油箱总成11，即可以避免油箱总成11内压力过大，这是由于发动机工作时需要燃油泵泵油，需要补充少量空气。

本实施例燃油蒸发脱附系统在车辆怠速行驶时还可对燃油蒸发系统进行泄漏检查，控制策略为：

如图7所示，涡轮增压器25仍转动吸入空气，行车电脑ECU 先关闭炭罐脱附控制阀14，燃油蒸发系统1进入充气状态：第一换向阀8保持原气流方向(B端口与C端口完全连通且A端口完全关闭)，第一旁通支管6内气流经炭罐通风电磁阀15进入炭罐13内，第二换向阀9保持原气流方向(E端口与F端口完全连通同时D端口为为限制连通状态)，少量气流通往油箱总成11，此时燃油蒸发系统1内气压不断升高。

如图8所示，当压力传感器12检测到压力达到ECU预设压力值时，ECU会关闭炭罐通风电磁阀15，炭罐通风电磁阀15关闭后会导致B端口压力上升至设定压力值P0，第一换向阀8换向(A 端口与C端口连通B端口关闭)将大气管道10通大气。燃油蒸发系统成为一个密闭空间，燃油蒸发系统1进入保压状态，ECU根据压力传感器12检测其系统内的压力值变化趋势来判断燃油蒸发系统是否为泄漏。

Claims (10)

1.一种小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，包括燃油蒸发系统(1)和涡轮增压供气系统(2)，所述涡轮增压供气系统(2)包括发动机总成(24)和涡轮增压器(25)，所述涡轮增压器(25)空气进口处设有空气滤清器(22)且空气出口经第二管道(4)依次设置中冷器(21)、文丘里管(27)、节气门(23)连通至发动机总成(24)，其特征在于：

所述燃油蒸发系统(1)包括油箱总成(11)、炭罐(13)，所述炭罐(13)的吸附口(13a)设置第一管道(3)与油箱总成(11)出气口连接、脱附口(13b)设置第三管道(5)与文丘里管(27)连接、大气口(13c)设置大气管道(10)通大气；

所述第二管道(4)在中冷器(21)前端设置第一旁通支管(6)，所述第一旁通支管(6)与大气管道(10)间设有第一换向阀(8)且所述第一换向阀(8)在第一旁通支管(6)内有空气进入且压力小于设定压力值时将空气输送至炭罐(13)内、在第一旁通支管(6)内无压力或压力大于等于设定压力值时将大气管道(10)通大气。

2.如权利要求1所述的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，其特征在于：所述第一换向阀(8)为设有A端口、B端口、C端口的两位三通阀结构，所述B端口与第一旁通支管(6)端部连接，所述A端口、C端口与大气管道(10)连接且A端口位于大气管道(10)临近大气的一端。

3.如权利要求2所述的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，其特征在于：所述第一换向阀(8)在B端口有空气压力且压力小于设定压力值时，使B端口与C端口完全连通且A端口完全关闭；在B端口无压力或压力≥设定压力值时，使A端口与C端口完全连通B端口完全关闭。

4.如权利要求1所述的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，其特征在于：所述第三管道(5)上设有炭罐脱附控制阀(14)且在炭罐脱附控制阀(14)前方设有第二旁通支管(7)，所述第一管道(3)上设有压力传感器(12)且在压力传感器(12)后方设有第二换向阀(9)与第二旁通支管(7)连接，所述第二换向阀(9)在第二旁通支管(7)内无压力时将油箱总成(11)燃油蒸汽经第一管道(3)输入炭罐(13)内、在第二旁通支管(7)内有气流进入产压力时将气流返回炭罐(13)并允许少量气流输入油箱总成(11)。

5.如权利要求4所述的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，其特征在于：所述第二换向阀(9)为设有D端口、E端口、F端口的两位三通阀结构，所述E端口与第二旁通支管(7)端部连接，所述D端口、F端口与第一管道(3)连接且D端口位于第一管道(3)临近油箱总成(11)的一端。

6.如权利要求5所述的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，其特征在于：所述第二换向阀(9)在E端口无压力时，使D端口与F端口完全连通E端口完全关闭；当E端口存在压力时，使E端口与F端口完全连通同时D端口为设有通气孔的限制连通状态。

7.如权利要求4所述的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，其特征在于：所述第一换向阀(8)、第二换向阀(9)为先导式机械换向阀或电磁换向阀。

8.如权利要求1所述的小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统，其特征在于：所述大气管道(10)上设置炭罐通风电磁阀(15)后再与第一换向阀(8)连接。

9.一种如权利要求1-8任一所述小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统的控制方法，其特征在于，步骤为：

a.发动机停机时，油箱总成(11)产生的燃油蒸汽进入炭罐(13)，炭罐(13)内被置换出的空气排放至大气；

b.发动机工作时，涡轮增压器(25)吸入的空气一部分直接经中冷器(21)进入发动机总成(24)后参与燃烧，另一部分在中冷器(21)之前进入炭罐(13)，协同炭罐(13)内存储的部分燃油蒸汽在中冷器(21)之后进入发动机总成(24)，将炭罐(13)内存储的燃油蒸汽参与发动机燃烧。

10.一种如权利要求9所述小排量涡轮增压车型的燃油蒸发脱附系统的控制方法，步骤为：

a.发动机停机时，油箱总成(11)产生的燃油蒸汽通过第一管道(3)进入炭罐(13)，炭罐(13)内被置换出的空气途经大气管道(10)、第一换向阀(8)排放至大气；

b.发动机运行时，涡轮增压器(25)吸入来自空气滤清器(22)的空气进入第二管道(4)，所述第二管道(4)内的空气一部分直接经中冷器(21)进入发动机总成(24)参与燃烧，另一部分进入第一旁通支管(6)使第一换向阀(8)换向输入炭罐(13)，协同炭罐(13)内存储的部分燃油蒸汽经第三管道(5)在中冷器(21)之后进入第二管道(4)，最终进入发动机总成(24)，将炭罐(13)内存储的燃油蒸汽参与发动机燃烧。

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