CN111108313A - 用于控制燃料储箱与罐之间的流体连通的步进器驱动阀门 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制燃料储箱与罐之间的流体连通的由步进器驱动的阀门(10)，该阀门构造为能够定位在关闭位置、产生具有第一尺寸的通路的打开位置和一个或多个每个产生尺寸比第一尺寸小的通路的中间位置，并且该阀门(10)包括能够相对于阀门开口(4)在关闭位置与打开位置之间移动的移动元件(1)，该移动元件(1)包括：‑用于实现防漏密封的密封装置(3)；和‑用于控制流体流动的偏向装置(2)，该偏向装置(2)在阀门开口(4)内突出并适于相对于密封装置(3)位于上游。

Description

用于控制燃料储箱与罐之间的流体连通的步进器驱动阀门
技术领域
本发明涉及一种用于通过调节两个室之间的流体流动来控制压差的阀门和一种压差控制方法。具体地说，本发明涉及一种用于通过调节车辆中的燃料储箱与罐之间的流体流动来控制压差的由步进器驱动的阀门。更具一般性地，本发明涉及常规车辆和混合动力车辆领域。
背景技术
已知使用设置在燃料储箱与罐的入口之间的由步进器驱动的阀门(也称作电子阀)来阻塞蒸气进入罐中。困难之处在于，由于蒸气处于高压，阀门的突然打开传送大量的高流率蒸气，使得难以控制流动和导致燃料系统中进一步堵塞的风险。为了避免这样的情况，在现有技术中还已知使用两个组合的阀门以便在燃料系统上实现两个特定的功能，一个提供以快速打开和高流量来达到给燃料储箱减压的目的这样的大的排气路径，另一个提供能够精确地控制穿过所述开口的流动的较小的排气路径。该类型的流体控制系统的操作在图1中示出。该构造要求每个阀门都有控制装置，因此该类型的燃料系统需要更多空间且更加昂贵。
还例如由US 2002/0088957已知使用一种电操作阀门以通过控制燃料储箱与罐之间的流体流动来控制车辆燃料储箱中的压强水平。在该文献中描述的阀门由电磁螺线管来致动，该电磁螺线管被构造为抵抗弹性元件的力地移动该阀门元件。然而，由螺线管致动的阀门不允许精确地控制燃料储箱中的压强水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种允许在燃料系统中更好的流动控制的由步进器驱动的阀门。
因此，本发明的目的之一在于提供一种用于通过调节燃料储箱与罐之间的流体流动来控制压差的由步进器驱动的阀门，所述阀门构造为能够由步进马达主动地定位在关闭位置、产生具有第一尺寸的流体流动通路的打开位置以及一个或多个每个产生尺寸比所述第一尺寸小的流体流动通路的这样的中间位置，并且所述阀门包括能够相对于阀门开口在关闭位置与打开位置之间移动的移动元件，该移动元件包括：
-用于实现防漏密封的密封装置；和
-用于控制流体流动的偏向装置，所述偏向装置适于相对于密封装置位于上游，并在阀门开口内突出以产生所述流体流动通路。
由于偏向装置在阀门开口内突出，当流体到达密封装置时流体流率与元件的轴向移动成正比。因此，偏向装置在它们从打开位置移动到其中一个中间位置时限制流体流动。对流动的限制继而允许调节燃料储箱与罐之间的压差，并因此允许防止可能会导致燃料系统中堵塞的压强突然升高。而且，该由步进器驱动的阀门由步进马达致动以使得该由步进器驱动的阀门被主动地定位在一个或多个中间位置，优选地在多于两个的中间位置，更优选地在多于五个的中间位置。“主动地定位”应理解为由步进器驱动的阀门的位置是由步进马达限定的。换句话说，无论燃料储箱与罐之间的压差如何，由步进器驱动的阀门的位置都是由步进马达强加的。因此，它不同于响应于由对流体流动作出反应的弹簧所提供的偏压力而被动地定位的这样的阀门。它也不同于电磁螺线管，不同之处尤其在于步进马达允许精确的位置以及多个中间位置。步进马达通常应理解为将转动划分为一定数量的同等步距以定位阀门的电动机。
在一个优选的实施例中，偏向装置迫使流体流动在到达密封装置时改变方向。因为相对于密封装置位于上游的偏向装置，受压的流体在到达密封装置之前被迫改变方向并在受限的流动通道中流动。该方向的改变和通道长度的延伸提供流体压降，因此引起流率减小，从而允许更好地控制流动。
在此公开的阀门提供压差控制和流动控制。在此公开的由步进器驱动的阀门易于操作。而且，它制造起来更加便宜。
使用由步进器驱动的阀门的系统的优点在于，它比现有技术系统需要的空间要小。
换句话说，密封装置与阀门开口一起限定具有第一流动方向的第一流动通道，偏向装置与阀门开口一起限定具有第二流动方向的第二流动通道，第二和第一方向限定角α，该角α大于0°但小于180°、优选地大于45°但小于135°、更优选地大于90°但小于120°。这些角度数值提供特别有效的流率减小。
在本申请中，流动的方向必须优选地理解为所述流动在由步进器驱动的阀门的纵切面所限定的平面中的主要方向。由步进器驱动的阀门的纵切面是包括由步进器驱动的阀门的纵轴线的切面。该纵轴线通常是移动元件相对于阀门开口的移动方向。
由步进器驱动的阀门还可以包括单独或组合地采用的一个或多个以下特征：
-密封装置是轴向的。它们与阀门开口一起限定具有第一流动方向的第一流动通道，该第一流动方向大致垂直于移动元件的移动方向。移动元件包括至少部分地限定偏向装置的外截锥形形状。偏向装置与阀门开口一起限定具有第二流动方向的第二流动通道。截锥形是提供迫使流动在到达密封装置的轴向之前改变方向的这样的受限流动通道的一种非常简单的方式。轴向的密封装置提供良好的耐压性。如在上文中所见，第二和第一方向限定优选地大于45°但小于135°、更优选地大于90°但小于120°的角度。
-如下所列的不同装置从移动元件的中央纵轴线向着外围径向地设置在移动元件上：
-a.移动元件的中央部分；
-b.用于控制流体流动的偏向装置；
-c.用于实现防漏密封的密封装置。
例如，移动元件具有大致为圆形的中央部分。偏向装置和密封装置设置在移动元件的中央部分的外围处、位于中央部分的下游。因此，偏向装置位于密封装置上游，以使得受压的流体在到达密封装置之前被迫改变方向并在受限的流动通道中流动。
-用于实现防漏密封的密封装置和用于控制流体流动的偏向装置一体制成。因此，移动元件的组装是简单且牢固的，并且为了相对于密封装置布置偏向装置无需额外的步骤。
-用于实现防漏密封的密封装置和用于控制流体流动的偏向装置是单独的部件。因此可实现偏向元件的不同形状，尤其是如果一体模制难以脱模的形状。
-用于实现防漏密封的密封装置和/或用于控制流体流动的偏向装置由弹性体制成，这使得密封非常有效。
-中央轴线(A)是所述移动元件的对称轴线(A)。这允许流体在移动元件周围均匀地流动。
本发明的目的还在于提供一种燃料系统，其包括燃料储箱、用于添加液体燃料的充装管、用于在加燃料操作期间收集来自燃料储箱的燃料蒸气的碳罐、步进马达和如上所述的由步进器驱动的阀门。
本发明的目的还在于提供一种包括如上所述的燃料系统的车辆。
此外，本发明的目的在于提供一种用于使用本发明的由步进器驱动的阀门以通过调节燃料储箱与罐之间的流体流动来控制压差的方法，该方法包括以下步骤：接收来自发动机控制器的针对流体连通的限定流率的指令；将所述指令转换成移动元件相对于阀门开口的限定位置；以及驱动所述由步进器驱动的阀门到所述限定位置。
该方法可以进一步包括以下特征：基于来自发动机控制器的反馈指令调整所述限定位置，所述反馈指令基于发动机中的空气燃料比的计算。
“燃料储箱”这个术语应理解为能够在各种多变的环境和使用条件下储存燃料的不可渗透的储箱。该储箱的一个例子是机动车辆所配备的储箱。
“堵塞”这个术语应理解为定义当急速的燃料蒸气的力物理地抬起阀门的浮子抵住底座从而阻挡自由蒸气出口的情况。
FTIV这个术语指燃料储箱隔离阀门(Fuel Tank Isolation Valve)。该阀门的功能在于隔离燃料储箱与碳罐。
附图说明
以下说明示出所述由步进器驱动的阀门的某些特征。该说明是基于附图的，其中：
图1是示出根据现有技术的流体控制系统的示意图；
图2是示出使用根据本发明的由步进器驱动的阀门的流体控制系统的示意图；
图3、4和5是由步进器驱动的阀门处于不同位置时的纵向剖视图；
图6是带有由步进器驱动的发动机的轴的由步进器驱动的阀门的纵向剖视图。
具体实施方式
将关于具体实施例并参照某些图地描述本发明，但本发明不限于此，而是仅受权利要求书限制。所描述的图仅是示意性的而非限制性的。在图中，出于示意的目的，某些元件的尺寸可能会被夸大和不按比例描绘。尺寸和相对尺寸不对应于实施本发明的实际缩小。
而且，说明书和权利要求书中的术语“第一、第二、第三”和类似术语用于区分类似的元件，而不一定用于描述时间上、空间上、级别上或任何其它方式的排序。要理解的是，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，并且在此描述的本发明的实施例能够以与在此所说明或示出的不同的排序来操作。
图1示出根据现有技术的流体控制系统。它包括燃料储箱100。该燃料储箱设有第一阀门110和第二阀门120。这两个阀门均连接到碳罐130和发动机进气歧管140。第一阀门110适于当有燃料高流量时提供大的排气路径。第二阀门120是较小但较精确的阀门，其适于精确地控制从发动机进气歧管140到储箱100的燃料流动。存在从碳罐的富含蒸气侧到发动机上的进气歧管的蒸气线路。它大致是适配在罐内到储箱线路的三通(tee)。这因此有助于在清除期间隔离储箱与罐，这是由于阻力最小的初始路径是从发动机进气到燃料储箱的，而不一定通过罐。在进行清除之前隔离储箱可确保流动全部通过罐。
图2公开了使用根据本发明的由步进器驱动的阀门的流体控制系统。它包括设有由步进器驱动的阀门10的燃料储箱200。该由步进器驱动的阀门10选择性地控制燃料储箱200与碳罐230之间和与发动机进气歧管240之间的压差。该通过由步进器控制的阀门10的对压差的选择性控制是通过控制从燃料储箱200到碳罐230和到发动机进气歧管240的流体流动连通来实现的。
由步进器驱动的阀门用附图标记10标示并在图3至6中示出。由步进器驱动的阀门10设置在一侧为车辆燃料储箱的蒸气出口而另一侧为罐的罐入口和发动机进气歧管的线路上。该布置的示意图在图2中示出并在上文中说明。整个燃料系统还包括用于操作由步进器驱动的阀门的致动器和用于控制致动器的控制器。
在图3至6中示出的由步进器驱动的阀门10包括移动元件1和阀门开口4，可动元件1构造为能够相对于阀门开口4在关闭位置、产生具有第一尺寸的通路的打开位置和一个或多个每个产生尺寸小于所述第一尺寸的通路的中间位置之间移动。
移动元件1包括具有大致圆柱形的形状的芯部6和设置在芯部6上游并与其正交的具有板形的形状的圆形部分7。芯部6具有纵轴线(A)。移动元件1的圆形部分7包括当由步进器驱动的阀门10至少处于关闭位置时与蒸气保持接触并处于压力下的中央部分5。
移动元件1还包括用于实现防漏密封的密封装置3和用于控制流体流动并因此控制燃料储箱与罐或与发动机进气歧管之间的压差的偏向装置2。
图3示出处于关闭位置的由步进器驱动的阀门10，其中，阀门通过密封装置3与在由步进器驱动的阀门10的“固定部分”8上的对应部件80的合作而被密封。
图4示出处于其中一个中间位置的由步进器驱动的阀门10，其中，偏向装置2提供增大的流动限制系数用于增大的流动限制方案。
图5示出处于打开位置的由步进器驱动的阀门10，其中，阀门打开到流动限制最小的位置。
如在图3至6中可见，偏向装置2位于密封装置上游。流体流动首先在由偏向装置2限定的阀门开口4部分中通过，然后在由密封装置3限定的阀门开口部分中通过。因此，偏向装置2将流体流动引导到密封装置3，并且流体流动在到达密封装置3时被迫改变方向。
如下所列的不同装置从移动元件1的中央纵轴线(A)向着外围径向地设置在移动元件上：
-a.移动元件1的中央部分5；
-b.用于控制流体流动的偏向装置2；
-c.用于实现防漏密封的密封装置3。
密封装置2和偏向装置3可一体制成，或者它们可以是单独的部件。它们中至少一个由弹性体制成，特别是密封装置3以改善密封。优选地，为了更好的密封和偏向功能，它们两者都由弹性体制成。
偏向装置2和密封装置3中的每个均是具有如图3至6所示的特定截面的旋转体。整个移动元件1也是旋转体。移动元件1具有对称轴线，该对称轴线为芯部6的纵轴线(A)。移动元件1能够沿着纵轴线(A)在不同的位置之间移动。
密封装置3是轴向的，这意味着它们能够沿着纵轴线(A)移动以实现密封效果。如在图4中可见，它们与阀门开口4限定具有大致垂直于移动元件1的移动方向A的第一流动方向X1的这样的第一流动通道30。为了改善密封性，密封装置3包括从中央部分5向上游突出的肋部。该肋部具有大致半圆形的截面。换句话说，该密封装置包括为“半O形环”的肋部。阀门开口4中的第一流动通道30被设置在大致与纵轴线(A)正交的平面中。
偏向装置2至少部分地由包括在移动元件1中的外截锥形的形状限定。换句话说，偏向装置2的至少一个纵向截面大致具有截锥形的形状。偏向装置2在阀门开口4内突出，并与阀门开口4一起限定具有第二流动方向X2的第二流动通道20。
第二和第一流动方向限定大于0°但小于180°的角α(阿尔法)。角α优选地大于45°但小于135°，更优选地大于90°但小于120°，例如大约是100°。在该优选实施例中，第二方向X2与纵轴线A之间的角β(贝塔)为0°至30°，例如大约为10°。
图6示出处于其中一个中间位置的由步进器驱动的阀门10，其带有位于移动元件1的芯部6的空心部分中的步进马达的轴9。无论燃料储箱侧与罐侧之间的压强差如何，轴9都轴向地和径向地连接到移动元件1(也称作“提升阀芯”)以精确地控制所述移动元件1(或提升阀芯)的位置。因此，步进马达允许由步进器驱动的阀门10精确地控制燃料储箱与罐之间的压差。这对于防止压强的突然升高是特别有效的，因此避免在整个燃料系统中进一步堵塞的风险。
本发明不限于所示实施例，特别地，偏向装置2可具有例如阶梯形的任何其它形状，该形状应允许偏向装置2适于相对于密封装置3位于上游和迫使流体流动在到达密封装置3时改变方向。
由步进器驱动的阀门10可以由发动机控制器根据包括以下步骤的方法来控制：接收来自发动机控制器的针对限定燃料储箱与罐之间的流体连通的流率的这样的限定压差的指令；将所述指令转换成移动元件1相对于阀门开口4的限定位置；以及驱动所述由步进器驱动的阀门10到所述限定位置。
在一个实施例中，所述限定位置基于来自所述发动机控制器的反馈指令来调整，所述反馈指令基于发动机中的空气燃料比的计算。为此，控制器位于车辆上。
控制器是一个简单的控制系统。基本上，发动机正常地运行并基于来自驾驶员和排放的输入来调节燃料注射器输出。当清除发生时，清除阀门被以与燃料注射器相同的方式加以使用，并对这些相同的输入作出反应。一般来自排放的输入更多，这是因为清除通常仅在稳态发动机状态条件下发生。清除输入不如燃料注射器精确，这是因为未精确地获悉在流入系统中的空气中存在多少燃料蒸气。
发动机控制器估计在清除期间来自燃料储箱的燃料蒸气的量，然后由步进器驱动的阀门10取决于该量地打开或关闭。假设燃料注射器的流动处于控制之下，蒸气量的所述估计基于进入的清除流动对空气燃料比的影响的推断。
空气-燃料比的计算可通过来自排放歧管上的氧气传感器的反馈来进行。基于排放气体的氧气含量，系统可确定燃烧过程有多接近化学计量比。
由步进器驱动的阀门10可在包括燃料储箱200、用于添加液体燃料的充装管、用于在加燃料操作期间收集来自燃料储箱200的燃料蒸气的碳罐230的这样的燃料系统中使用。由步进器驱动的阀门10也可在包括这样的燃料系统的车辆中使用。

Claims (14)

1.一种用于通过调节燃料储箱(200)与罐(230)之间的流体流动来控制压差的由步进器驱动的阀门(10)，所述阀门构造为能够由步进马达主动地定位在关闭位置、产生具有第一尺寸的流体流动通路的打开位置和一个或多个每个产生尺寸比所述第一尺寸小的流体流动通路的中间位置，并且所述阀门包括能够相对于阀门开口(4)在关闭位置与打开位置之间移动的移动元件(1)，所述移动元件(1)包括：
-用于实现防漏密封的密封装置(3)；和
-用于控制所述流体流动的偏向装置(2)，所述偏向装置(2)适于相对于密封装置(3)位于上游，并在所述阀门开口(4)内突出以产生所述流体流动通路。
2.如前一权利要求所述的由步进器驱动的阀门(10)，其中，所述偏向装置(2)迫使所述流体流动在到达所述密封装置(3)时改变方向。
3.如前一权利要求所述的由步进器驱动的阀门(10)，其中：
-所述密封装置(3)是轴向的，并与所述阀门开口(4)一起限定具有大致垂直于所述移动元件(1)的移动方向的第一流动方向(X1)的第一流动通道(30)，
-所述移动元件(1)包括至少部分地限定所述偏向装置(2)的外截锥形的形状，所述偏向装置(2)与所述阀门开口(4)一起限定具有第二流动方向(X2)的第二流动通道(20)。
4.如前一权利要求所述的由步进器驱动的阀门(10)，其中，所述第二方向(X2)和所述第一方向(X1)限定大于45°但小于135°、更优选地大于90°但小于120°的角(α)。
5.如上述权利要求中任一项所述的由步进器驱动的阀门(10)，其中，如下所列的不同装置从所述移动元件(1)的中央纵轴线(A)向着外围径向地设置在所述移动元件(1)上：
-a.所述移动元件(1)的中央部分(5)；
-b.用于控制所述流体流动的所述偏向装置(2)；
-c.用于当所述阀门处于所述关闭位置时实现防漏密封的所述密封装置(3)。
6.如上述权利要求中任一项所述的由步进器驱动的阀门(10)，其中，用于实现防漏密封的所述密封装置(3)和用于控制所述流体流动的所述偏向装置(2)一体制成。
7.如权利要求1至4中任一项所述的由步进器驱动的阀门(10)，其中，用于实现防漏密封的所述密封装置(3)和用于控制所述流体流动的所述偏向装置(2)是单独的部件。
8.如上述权利要求中任一项所述的由步进器驱动的阀门(10)，其中，用于实现防漏密封的所述密封装置(3)和/或用于控制所述流体流动的所述偏向装置(2)由弹性体制成。
9.如上述权利要求中任一项所述的由步进器驱动的阀门，其中，所述中央轴线(A)是所述移动元件(1)的对称轴线(A)。
10.一种步进马达和如上述权利要求中任一项所述的由步进器驱动的阀门(10)的组件。
11.一种燃料系统，其包括燃料储箱(200)、用于添加液体燃料的充装管、用于在加燃料操作期间收集来自所述燃料储箱(200)的燃料蒸气的碳罐(230)、步进马达和根据权利要求1至9中任一项所述的由步进器驱动的阀门(10)。
12.一种包括如权利要求11所述的燃料系统的车辆。
13.一种使用根据权利要求1至10中任何一项所述的由步进器驱动的阀门(10)以通过调节燃料储箱(200)与罐(230)之间的流体流动来控制压差的方法，所述方法包括以下步骤：接收来自发动机控制器的针对流体连通的限定流率的指令；将所述指令转换成所述移动元件(1)相对于所述阀门开口的限定位置；以及驱动所述由步进器驱动的阀门(10)到所述限定位置。
14.如前一权利要求所述的方法，其中，基于来自所述发动机控制器的反馈指令调整所述限定位置，所述反馈指令基于发动机中的空气燃料比的计算。
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