CN111058974A - 燃料蒸气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料蒸气处理装置，其包括控制器，该控制器配置成基于由压力检测器检测到的压力来检测第一止回阀、第二止回阀、第二清污通路、增压通路和喷射器中的至少一者的异常。

Description

燃料蒸气处理装置
技术领域
本发明涉及燃料蒸气处理装置。
背景技术
燃料箱中产生的燃料蒸气被暂时吸附到炭罐上。所吸附的燃料蒸气通过使用进气通路中的负压而从炭罐清除到进气通路中，然后在内燃发动机中燃烧。
在一些情况下，内燃发动机配备有涡轮增压器。当涡轮增压器运转时，进气的压力升高，这使得难以使用负压来清除燃料蒸气。存在一种技术，其中在进气通路中设置喷射器，并且通过在涡轮增压运转期间启动该喷射器来将燃料蒸气清除到进气通路中(参见日本特开专利申请公报No.2013-160108)。
这种系统使用阀和通路，可能存在异常，例如阀的故障、通路的闭塞以及通路的脱落。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够检测异常的燃料蒸气处理装置。
上述目的通过一种燃料蒸气处理装置实现，该燃料蒸气处理装置包括：吸附单元，用于吸附燃料箱中产生的燃料蒸气；第一清污通路，其连接在所述吸附单元与内燃发动机的进气通路的在节气门下游侧的部分之间；第一止回阀，其设置在所述第一清污通路中并且通过所述进气通路中的负压而被打开；阀，其设置在所述第一清污通路中并且位于所述吸附单元与所述第一止回阀之间；喷射器，其包括在涡轮增压器的上游侧连接到所述进气通路的排气口；增压通路(charging passage)，其连接在所述喷射器的导入口与所述进气通路的在所述节气门与所述涡轮增压器之间的部分之间；第二清污通路，其连接在所述喷射器的吸入口与所述第一清污通路的在所述第一止回阀和所述阀之间的部分之间；第二止回阀，其设置在所述第二清污通路中并且通过所述喷射器的作动而被打开；压力检测器，其检测所述第二清污通路中的压力；和控制器，其配置成基于由所述压力检测器检测到的压力来检测所述第一止回阀、所述第二止回阀、所述第二清污通路、所述增压通路和所述喷射器中的至少一者的异常。
发明效果
根据本发明，可以提供一种能够检测异常的燃料蒸气处理装置。
附图说明
图1是示出了燃料蒸气处理装置的示意图；
图2是示出了由ECU执行的处理的流程图；
图3是示出了由ECU执行的处理的流程图；
图4是示出了由ECU执行的处理的流程图；
图5A至5C是示出了压力举动的示意图；
图6是示出了压力举动的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对根据本实施例的控制装置进行描述。图1是示出了燃料蒸气处理装置100的示意图。燃料蒸气处理装置100应用于内燃发动机10(发动机)，并且包括箱30、炭罐32(吸附单元)、压力传感器46(压力检测器)、喷射器48和电子控制单元(ECU)50。
内燃发动机10例如是汽油发动机，并且与进气通路12和排气通路14连接。在进气通路12中从上游侧依次设置有空气滤清器20、空气流量计22、喷射器48、压力传感器23、压力传感器24、中间冷却器25和节气门26。在排气通路14中从上游侧依次设置有空燃比传感器27和催化剂28。
涡轮增压器18包括彼此连接的涡轮18a和压缩机18b。涡轮18a在空燃比传感器27的上游侧位于排气通路14中。压缩机18b在压力传感器23的下游侧并且在压力传感器24的上游侧位于进气通路12中。绕过压缩机18b的旁通通路13连接到进气通路12。在旁通通路13中设置有阀11。绕过涡轮机18a的旁通通路15连接到排气通路14。在旁通通路15中设置有阀16。
进气通过进气通路12，由空气滤清器20净化，由中间冷却器25冷却，并被导入内燃发动机10的燃烧室。燃料喷射阀喷射燃料以形成进气与燃料的空燃混合物。空燃混合物在内燃发动机10中燃烧，由燃烧产生的废气排放到排气通路14。废气通过排气通路14中的催化剂28净化，并且被排出。催化剂28例如是三元催化剂，其净化废气中的CO、HC、NOx等。
当涡轮18a被排气旋转时，连接到涡轮18a的压缩机18b也旋转，这压缩进气。因此，压缩机18b下游侧的进气压力变得高于上游侧的进气压力。
压力传感器23检测涡轮增压器18上游侧的进气压力。压力传感器24检测涡轮增压器18下游侧的进气压力。空气流量计22检测进气流量。进气流量响应于节气门26的开度而变化。空燃比传感器27检测空燃混合物的空燃比。
箱30储存诸如汽油的燃料，并且通过通路33连接到炭罐32。在箱30中蒸发的燃料产生燃料蒸气(气化燃料)。炭罐32包括诸如活性炭的吸附剂，并且吸附从箱30流过通路33的燃料蒸气。通路34的一端连接到炭罐32。通路34的另一端被释放到大气。在通路34中设置有泵35和过滤器36。
清污通路37(第一清污通路)的一端连接到炭罐32。清污通路37的另一端在节气门26的下游侧连接到进气通路12。在清污通路37中从炭罐32开始依次设置有阀40和止回阀42(第一止回阀)。清污通路38(第二清污通路)的一端连接到清污通路37的在阀40与止回阀42之间的部分。清污通路38的另一端连接到喷射器48的吸入口48a。在清污通路38中从清污通路37开始依次设置有止回阀44(第二止回阀)和压力传感器46。阀40例如是常闭电磁阀，其在未通电时处于关闭状态，而在通电时处于打开状态。
止回阀42容许气体从炭罐32流向进气通路12，并禁止气体从进气通路12流向炭罐32。止回阀44容许气体从清污通路37流向喷射器48，并禁止气体从喷射器48流向清污通路37。
增压通路39的一端在压缩机18b的下游侧与节气门26的上游侧之间连接到进气通路12。增压通路39的另一端连接到喷射器48的导入口48b。喷射器48结合到进气通路12中，其排气口48c在不使用配管的情况下在压缩机18b的上游侧连接到进气通路12。
ECU 50包括中央处理单元(CPU)以及诸如随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的存储装置。ECU 50通过执行存储在诸如ROM的存储装置中的程序来实现各种控制。ECU 50调节阀11、16和40以及节气门26各自的开度。ECU 50使内燃发动机10通过例如完全关闭阀11和16来执行不进气涡轮增压的自然进气运转(自然吸气(NA)运转，非涡轮增压运转)，并且通过打开阀11和16来借助于涡轮增压器18执行涡轮增压运转。
此外，ECU 50从空气流量计22获得进气流量，从空燃比传感器27获得空燃比，从压力传感器23和24获得进气通路12中的压力，并从压力传感器46获得清污通路38中的压力。在本实施例中，大气压不仅包括大气压力，还包括在经过进气通路12和空气滤清器20等之后变动的进气压力。负压低于大气压。增压压力是通过涡轮增压器18增压之后的压力，其高于大气压。
(燃料蒸气的清除)
接下来，将描述燃料蒸气的清除。炭罐32吸附燃料蒸气。燃料蒸气被清除到清污通路37或38中并被导入进气通路12中，使得燃料蒸气与进气一起在内燃发动机10中燃烧。
在NA运转期间，节气门26下游侧的进气通路12中的压力是低于大气压的负压。因此，当止回阀42打开并且ECU 50打开阀40时，燃料蒸气从炭罐32经清污通路37流入进气通路12中，然后被供应到内燃发动机10。另外，节气门26上游侧的进气通路12中的压力高于节气门26下游侧的进气通路12中的压力，并且例如与大气压大致相同。因此，燃料蒸气难以流到清污通路38。
在涡轮增压运转期间，压缩机18b将进气增压，使得压缩机18b下游侧的进气通路12中的压力变为高于大气压的增压压力。止回阀42关闭，因此燃料蒸气难以流到清污通路37。增压进气的一部分经增压通路39被导入喷射器48的导入口48b，于是喷射器48作动。在喷射器48的导入口48b处形成有喷嘴，使得供应到导入口48b的增压空气减压。因此，清污通路38中的气体从吸入口48a被吸入，于是止回阀44打开。
ECU 50周期性地在阀40的打开和关闭之间切换。因此，燃料蒸气从炭罐32经阀40、止回阀44和清污通路38被吸入到喷射器48，然后流到进气通路12。此时，如稍后所述的图6中的虚线所示，清污通路38中的压力也与阀40的打开和关闭同步地周期性地改变，压力传感器46检测压力的周期性变化的脉动。
如上所述的燃料蒸气处理装置100包括各种阀和通路，并且需要检测这些部件的异常。例如，异常是指止回阀保持关闭的卡滞关闭故障(关闭故障)、止回阀保持打开的卡滞打开故障(打开故障)、由于异物导致的喷射器48和通路的堵塞以及通路的脱离(脱落)。
(异常检测)
接下来，将参考图2至6描述异常检测。图2至4是示出了由ECU 50执行的处理的流程图。所述处理可以例如以预定行驶距离或以预定时间间隔执行，或者可以从发动机启动的时刻到发动机停止的时刻多次执行。
图5A至图6是示出了压力举动的示意图。在图5A至图5C中，横轴表示时间，纵轴表示压力。虚线表示正常状态下的压力，实线表示异常状态下的压力。在图6中，纵轴表示压力的变动范围，虚线表示正常状态下的压力脉动，实线表示异常状态下的压力非脉动行为。首先，将描述止回阀的异常检测。
(止回阀的异常检测)
图2示出了检测止回阀42的打开故障的处理。如图2所示，ECU 50判定内燃发动机10是否处于涡轮增压运转中(步骤S10)。例如，当阀11和16各自的开度大于其完全关闭的开度时，内燃发动机10处于涡轮增压运转中。当做出否定的判定(否)时，重复步骤S10。当做出肯定的判定(是)时，ECU 50判定阀40是否作动(步骤S12)。阀40的作动是重复打开和关闭。当做出肯定的判定时，重复步骤S12。
当做出否定判定时，常闭阀40处于关闭状态。ECU 50判定由压力传感器46检测到的清污通路38中的压力P是否高于阈值P1(第一压力)(步骤S14)。阈值P1可以是例如大气压，或者是在喷射器48作动且阀40关闭时清污通路38中的压力(关闭压力)。当做出否定的判定时，ECU 50判定为正常状态，亦即，ECU 50判定为止回阀42没有打开故障(步骤S16)。当做出肯定的判定时，ECU 50判定为异常状态，亦即，ECU 50判定为止回阀42具有打开故障(步骤S18)。在步骤S16或S18之后，该处理结束。
当在涡轮增压运转期间止回阀42正常时，止回阀42防止增压的进气经清污通路37流入清污通路38。增压的进气被导入喷射器48的导入口48b中，于是喷射器48作动。当阀40关闭时，清污通路38中的压力P降低并且变得低于图2中的阈值P1(图2中的步骤S14和S16)，如图5A中的虚线所示。如上所述，此时的压力P是关闭压力。
另一方面，当止回阀42具有打开故障时，增压的进气经清污通路37和止回阀42流入清污通路38。因此，压力P变得高于正常状态下的关闭压力(步骤S14和S18，图5A中的实线)。例如，压力P变得高于大气压。
图3示出了止回阀44的打开故障检测的处理。如图3所示，ECU 50判定内燃发动机10是否处于NA运转中(步骤S11)。例如，当阀11和16完全打开时，内燃发动机10处于NA运转中。当做出否定的判定时，重复步骤S11。当做出肯定的判定时，ECU 50判定阀40是否作动(步骤S12)。当做出肯定的判定时，重复步骤S12。当做出否定的判定时，判定由压力传感器46检测到的压力P是否低于例如作为大气压的P2(第二压力)(步骤S20)。当做出否定的判定时，ECU 50判定为正常状态，亦即，ECU 50判定为止回阀44不具有打开故障(步骤S22)。当做出肯定的判定时，ECU 50判定为异常状态，亦即，止回阀44具有打开故障(步骤S24)。在步骤S22或S24之后，该处理结束。
在NA运转期间，节气门26下游侧的进气通路12中的压力是负压，使得止回阀42打开，并且止回阀44关闭。因此，当止回阀44正常时，清污通路38不与压缩机18b下游侧的进气通路12连通，而是与上游侧的进气通路12连通。因此，清污通路38中的压力P变得例如与大气压大致相同(图3中的步骤S20和S22，图5B中的虚线)。
另一方面，当止回阀44具有打开故障时，清污通路38通过止回阀44和42以及清污通路37在进气通路12的下游侧与其连通。因此，清污通路38中的压力P变得低于正常状态下的压力，如图5B中的实线所示，并且低于图3中的阈值P2(步骤S20和S24)。
图4示出了止回阀44的关闭故障检测的处理。如图4所示执行步骤S10和S12。当在步骤S12中做出否定的判定时，重复步骤S12。当做出肯定的判定时，ECU 50判定清污通路38中的压力P是否脉动(步骤S26)。当做出肯定的判定时，ECU 50判定为正常状态，亦即，ECU50判定为止回阀44没有关闭故障(步骤S27)。当做出否定的判定时，ECU 50判定为异常状态，亦即，ECU 50判定为止回阀44具有关闭故障(步骤S28)。在步骤S27或S28之后，该处理结束。
当在涡轮增压运转期间阀40反复打开和关闭时，燃料蒸气反复流入和停止流入清污通路38。因此，清污通路38中的压力P脉动(步骤S26和S27，图6中的虚线)。另一方面，当止回阀44具有关闭故障时，清污通路38不与清污通路37连通并被堵塞。因此，即使阀40作动，压力P也不会脉动(步骤S26和S28，图6中的实线)，并且压力P变为例如关闭压力。压力P不脉动的状态包括压力P恒定的状态和压力P变动但其变动不与阀40的打开和关闭同步的状态。
(通路的异常检测)
接下来，将描述通路的异常检测。通过图4的处理执行检测清污通路38的堵塞和脱落的处理。当清污通路38与喷射器48或止回阀44脱离时，清污通路38的一端释放到大气。因此，即使阀40打开和关闭，压力P也不会脉动(图4中的步骤S26和S28，图6中的实线)，并且压力P变得与例如大气压大致相同。
当清污通路38的比压力传感器46更靠近喷射器48的部分被例如异物堵塞时，难以通过喷射器48吸入燃料蒸气。因此，即使阀40打开和关闭，压力P也不会脉动(步骤S26和S28，图6中的实线)。压力P例如近似为大气压。
即使清污通路38的比压力传感器46更靠近止回阀44的部分被例如异物堵塞，也难以吸入燃料蒸气，并且压力P不会脉动(步骤S26和S28，图6中的实线)。由于喷射器48作动，压力P例如是关闭压力。
通过图2或图4的处理来实现检测增压通路39的堵塞和脱落的处理。首先，将描述图2的示例。这里，阈值P1例如是关闭压力。当在涡轮增压运转期间阀40关闭时，喷射器48作动以在清污通路38与阀40之间执行抽吸。如图5C中的虚线所示，清污通路38中的压力P降低，并且变成例如关闭压力(图2中的步骤S14和S16)。
另一方面，当增压通路39被堵塞或脱落时，增压的进气难以供应到喷射器48，并且喷射器48不作动。因此，如图5C中的实线所示，清污通路38中的压力P变得高于正常状态下的关闭压力并且高于图2中的阈值P1(步骤S14和S18)，例如与大气压大致相同。
接下来，将描述图4的示例。当增压通路39被堵塞或脱落时，喷射器48不作动。即使阀40作动，压力P也不会脉动(图4中的步骤S26和S28，图6中的实线)，并且变得例如与大气压大致相同。
(喷射器48的异常检测)
接下来，将描述喷射器48的堵塞的检测。喷射器48的检测处理是通过图2和4的处理实现的。首先，将描述图2的示例。这里，阈值P1例如是大气压或关闭压力。在涡轮增压运转期间，喷射器48作动。当阀40关闭时，清污通路38中的压力P降低并变为关闭压力(图2中的步骤S14和S16，图5A中的虚线)。另一方面，当喷射器48的排气口被堵塞时，喷射器48的作动被抑制。因此，压力P变得高于正常状态下的关闭压力和大气压，亦即，压力P变得高于阈值P1(步骤S14和S18，图5A中的实线)。此时的压力P与增压压力大致相同。
接下来，将描述图4的示例。当喷射器48的排气口被堵塞时，即使阀40打开和关闭，压力P也不会脉动(图4中的步骤S26和S28，图6中的实线)，并且变得例如与增压压力大致相同。
在本实施例中，压力传感器46检测清污通路38中的压力P，并且ECU50基于压力P来检测燃料蒸气处理装置100的各个部件的异常。根据内燃发动机10的运转状态、阀40的状态和清污通路38中的压力P，可以识别异常部分和异常内容，并且提高了异常检测的精度。
例如，如图2所示，当内燃发动机10处于涡轮增压运转中、阀40关闭且压力P高于P1时，ECU 50检测出止回阀42的打开故障、增压通路39的堵塞或脱落以及喷射器48的排气口48c的堵塞中的至少一者。如图3所示，当内燃发动机10处于NA运转中、阀40关闭且压力P低于P2时，ECU 50检测出止回阀44的打开故障。如图4所示，当内燃发动机10处于涡轮增压运转中、阀40作动且压力P不脉动时，ECU 50检测出止回阀44的关闭故障、清污通路38或增压通路39的堵塞或脱落以及喷射器48的排气口48c的堵塞中的至少一者。ECU 50可以并行执行上述多个异常检测处理，或者可以执行它们中的至少一者。
由于压力P与阀40的打开和关闭同步地脉动，因此ECU 50通过判定压力P的脉动是否发生来检测异常。如果压力P例如是恒定的或者压力P与阀40的作动不同步地变动，则检测出异常。
阈值压力P1和P2可以是例如每次异常检测中的正常状态下的压力。在如图2所示的止回阀42的打开故障检测、喷射器48的堵塞检测以及增压通路39的异常检测中，清污通路38中的压力P在正常状态下为低于大气压的关闭压力，并且在异常状态下高于关闭压力。因此，通过将P1设定为例如关闭压力，实现了异常检测。由于关闭压力和异常状态下的压力可以根据增压压力而改变，因此ECU 50可以存储与增压压力相对应的阈值P1。
在图3中的止回阀44的打开故障检测中，清污通路38的压力P在正常状态下为例如大气压，在打开故障状态下为负压。因此，通过将P2设定为例如大气压，实现了异常检测。
另外，阈值不限于正常状态下的压力。例如，在止回阀42的打开故障检测和喷射器48的堵塞检测中，清污通路38中的压力P在异常状态下高于大气压。因此，P1可以是例如大气压。P2可以高于在止回阀44的打开故障状态下清污通路38中产生的负压并且低于大气压。ECU 50可以存储与在NA运转中在节气门26下游侧产生的负压相对应的P2。
在本实施例中，压力传感器46可以设置在清污通路38中。例如，炭罐32可以未设置钥匙关闭泵(key-off pump)等。这抑制了燃料蒸气处理装置100的成本上升。
喷射器48结合在进气通路12中，不容易从进气通路12脱离。因此，可以不执行喷射器48的脱落的检测处理。这简化了由ECU 50执行的处理。
尽管已经详细描述了本发明的一些实施例，但是本发明不限于这些具体实施例，而是可以在要求保护的本发明的范围内变化或改变。

Claims (10)

1.一种燃料蒸气处理装置，包括：
吸附单元，其用于吸附燃料箱中产生的燃料蒸气；
第一清污通路，其连接在所述吸附单元与内燃发动机的进气通路的在节气门下游侧的部分之间；
第一止回阀，其设置在所述第一清污通路中并且通过所述进气通路中的负压而被打开；
阀，其设置在所述第一清污通路中并且位于所述吸附单元与所述第一止回阀之间；
喷射器，其包括在涡轮增压器的上游侧连接到所述进气通路的排气口；
增压通路，其连接在所述喷射器的导入口与所述进气通路的在所述节气门和所述涡轮增压器之间的部分之间；
第二清污通路，其连接在所述喷射器的吸入口与所述第一清污通路的在所述第一止回阀与所述阀之间的部分之间；
第二止回阀，其设置在所述第二清污通路中并且通过所述喷射器的作动而被打开；
压力检测器，其检测所述第二清污通路中的压力；和
控制器，其配置成基于由所述压力检测器检测到的压力来检测所述第一止回阀、所述第二止回阀、所述第二清污通路、所述增压通路和所述喷射器中的至少一者的异常。
2.根据权利要求1所述的燃料蒸气处理装置，其中，
所述控制器配置成，当所述内燃发动机处于涡轮增压运转中、所述阀打开和关闭并且由所述压力检测器检测到的压力不脉动时，检测出所述第二止回阀、所述第二清污通路、所述增压通路和所述喷射器中的至少一者的异常。
3.根据权利要求2所述的燃料蒸气处理装置，其中，
当所述内燃发动机处于涡轮增压运转中、所述阀打开和关闭并且由所述压力检测器检测到的压力不脉动时，由所述控制器检测出的所述第二止回阀的异常为卡滞关闭。
4.根据权利要求2或3所述的燃料蒸气处理装置，其中，
当所述内燃发动机处于涡轮增压运转中、所述阀打开和关闭并且由所述压力检测器检测到的压力不脉动时，由所述控制器检测出的所述第二清污通路或所述增压通路的异常是堵塞或脱落。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的燃料蒸气处理装置，其中，
当所述内燃发动机处于涡轮增压运转中、所述阀打开和关闭并且由所述压力检测器检测到的压力不脉动时，由所述控制器检测出的所述喷射器的异常是所述喷射器的排气口的堵塞。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料蒸气处理装置，其中，
所述控制器配置成，当所述内燃发动机处于涡轮增压运转中、所述阀关闭并且由所述压力检测器检测到的压力高于第一压力时，检测出所述第一止回阀、所述增压通路和所述喷射器中的至少一者的异常。
7.根据权利要求6所述的燃料蒸气处理装置，其中，
当所述内燃发动机处于涡轮增压运转中、所述阀关闭并且由所述压力检测器检测到的压力高于所述第一压力时，由所述控制器检测出的所述第一止回阀的异常为卡滞打开。
8.根据权利要求6或7所述的燃料蒸气处理装置，其中，
当所述内燃发动机处于涡轮增压运转中、所述阀关闭并且由所述压力检测器检测到的压力高于所述第一压力时，由所述控制器检测出的所述增压通路的异常是堵塞或脱落。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的燃料蒸气处理装置，其中，
当所述内燃发动机处于涡轮增压运转中、所述阀关闭并且由所述压力检测器检测到的压力高于所述第一压力时，由所述控制器检测出的所述喷射器的异常是所述喷射器的排气口的堵塞。
10.根据权利要求1所述的燃料蒸气处理装置，其中，
当所述内燃发动机处于非涡轮增压运转中、所述阀关闭并且由所述压力检测器检测到的压力低于第二压力时，所述控制器检测出所述第二止回阀的卡滞打开。
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