CN113237616B - 一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统和方法，首先使用负压法判断系统是否存在泄漏，若存在泄漏则进一步使用加压法判断泄漏孔的尺寸，在负压检测阶段用真空泵为系统减压，若一段时间后系统内压力高于阈值则判断系统存在泄漏，此后进入加压阶段，用气泵为系统加压并接通标准参考孔得到参考压力，接着关闭参考孔重复加压过程，一段时间后测量压力，依据此压力与参考压力的关系即可判断泄漏的尺寸范围。本发明将负压法和加压法相结合来检测燃油蒸发系统，不会产生附加的燃油蒸发排放，在保证检测精度的前提下，将检测过程中附加的燃油蒸汽排放降到最低。
Description
技术领域
本发明涉及汽车的汽油泄漏检测技术领域，尤其涉及一种用于汽车的燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统和方法。
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，储存在汽车燃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”。将蒸发排放控制系统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燃油箱、碳罐、阀门和管道等，应具备必要的密闭性。研究显示：直径大于0.5mm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，孔隙直径小于0.5mm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。
现有的燃油蒸发系统泄漏检测方法可以分为负压法、加压法和停机自发真空法等，其中，负压法是通过真空泵或者发动机进气歧管为系统减压，若系统存在泄露，则外界空气进入系统将导致压力升高，该方法的优点是不会造成附加的燃油蒸气泄露排放，缺点则是汽油的挥发将导致系统内压力产生变化，对检测造成干扰。加压方法是使用气泵等方式为系统加压，关闭气泵后的一段时间内，无泄漏的系统内的压力将维持恒定，如果存在泄露孔，则压力会下降，泄露孔的尺寸越大，系统压力下降的幅度越大；加压法的优点是可以检测出微小的孔隙，且不易受外界环境干扰，检测精度更高，缺点是造成了检测过程中附加的燃油蒸汽排放。
负压法和加压法各有优缺点，但都无法同时保证检测精度和较低的附加蒸发排放。中国专利公开号为CN 106840554 A文献中公开了一种用于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，仅依靠单一的压力变化特征不能准确判断燃油箱的实际泄漏情况。中国专利公开号为CN108223200A以及CN107152354文献中公开的方法，也使用类似的技术方案判断燃油蒸发系统的泄漏情况，检测精度低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的燃油蒸发系统泄漏检测技术存在的问题，提出了一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统和方法，将负压法和加压法结合进行燃油蒸发系统进行泄漏检测，具有更高的检测精度，同时将检测过程中造成附加汽油蒸发排放降到最低。
为实现上述目的，本发明一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统采用的技术方案如下：其包括压力传感器、控制器、气泵、真空泵，压力传感器设在燃油箱顶部，检测管道一端连接燃油箱的顶部，另一端分出三条支路，第一条支路上依次串联第一电磁阀和气泵，第二条支路上依次串联第二电磁阀和第二换向阀，第三条支路上依次串联第三电磁阀和第一换向阀；第一换向阀能切换为负压检测通道或油箱通气通道，负压检测通道的输出端连接真空泵的输入端；第二换向阀能切换为1mm标准参考孔通道或0.5mm标准参考孔通道，1mm标准参考孔通道和1mm标准参考孔段相连通，0.5mm标准参考孔通道和0.5mm标准参考孔段连通；第一、第二、第三电磁阀、气泵、真空泵、第一换向阀、第二换向阀通过各自的控制线连接控制器。
进一步地，1mm标准参考孔段、0.5mm标准参考孔段、真空泵、油箱通气通道的输出端均与碳罐的输入端相连接，碳罐的输出端通过第四电磁阀与发动机进气歧管连接，通过第五电磁阀和第二空气滤清器连接。
所述的组合检测系统检测泄漏的方法包括以下步骤：
步骤A：控制器打开第三电磁阀，第一换向阀接通负压检测通道，真空泵工作，压力传感器检测燃油箱内的压力，当压力达到负压目标压力P1时，关闭第三电磁阀，真空泵停止工作；
步骤B：在一时间段后，压力传感器检测到实际压力P，比较是否有P<P1+ΔP，若是，则判定燃油蒸发系统无泄漏，否则，判定燃油蒸发系统有泄漏，ΔP是压力修正值。
进一步地，步骤B中，若燃油蒸发系统有泄漏，按以下步骤执行：
步骤(一)：控制器打开第一电磁阀，气泵工作，为燃油箱加压；
步骤(二)：当燃油箱内的压力达到预设的加压目标压力P2，关闭第一电磁阀，气泵停止工作；
步骤(三)打开第二电磁阀，第二换向阀接通1mm标准参考孔通道，在设定时间后，压力传感器检测到燃油箱内的压力为P4，关闭第二电磁阀；
步骤(四)重复步骤(一)的加压过程，当燃油箱内的压力达到加压目标压力P2后关闭第一电磁阀，气泵停止工作，在设定时间段后，压力传感器检测到燃油箱内的压力为P，若P≤P4，则判定燃油蒸发系统存在一个孔径d大于或等于1mm的泄露孔，泄漏检测过程结束。
更进一步地，步骤(四)中，若P＞P4，按以下步骤执行：
步骤1)：重复步骤(一)的加压过程，当燃油箱内的压力达到加压目标压力P2后关闭第一电磁阀，气泵停止工作；
步骤2)：第二换向阀接通0.5mm标准参考孔通道，打开第二电磁阀；在设定时间段后，压力传感器检测到燃油箱内的压力为P3，若有P4<P≤P3，则判定泄露孔的孔径d为0.5mm≤d<1mm，否则泄露孔的孔径d<0.5mm，泄漏检测结束。
本发明采用上述技术方案后的有益效果是：
本发明将负压法和加压法相结合来检测燃油蒸发系统，首先使用负压法进行检测，不会产生附加的燃油蒸发排放，若负压法检测出系统存在泄露，则进一步使用加压法进行泄漏检测，判断泄露孔的尺寸，加压法的检测精度更高。因此，本发明在保证检测精度的前提下，将检测过程中附加的燃油蒸汽排放降到最低。
附图说明
图1为本发明所述的一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统的结构框图；
图2为图1所示的检测系统使用负压法检测时燃油箱内的压力变化示意图；
图3为图1所示的检测系统使用加压法检测时油箱内的压力变化示意图；
图4为图1所示的检测系统检测泄漏的组合检测方法流程图；
图中：1、汽油，2、燃油箱，3、压力传感器，4、检测管道，5、控制器，6、第一空气滤清器，7、气泵，8、第一电磁阀，9、第二电磁阀，10、第三电磁阀，11、负压检测通道，12、油箱通气通道，13、第一换向阀，14、真空泵，15、0.5mm标准参考孔段，16、1mm标准参考孔段，17、第二换向阀，18、1mm标准参考孔通道，19、0.5mm标准参考孔通道，20、第四电磁阀，21、发动机进气歧管，22、碳罐，23、第五电磁阀，24、第二空气滤清器。
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，本发明一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统与燃油箱2相连接，燃油箱2内储存汽油1。该组合检测系统包括压力传感器3、控制器5、气泵7、真空泵14、电磁阀、换向阀以及连接管道。压力传感器3安装在燃油箱2的顶部，通过信号线连接控制器5，压力传感器3用于检测燃油箱2内的压力，并将测得的压力数据传输给控制器5。
检测管道4的一端连接燃油箱2的顶部，箱体管道4的另一端分出三条支路，第一条支路上依次串联第一电磁阀8、气泵7和第一空气滤清器6，第二条支路上依次串联第二电磁阀9和第二换向阀17，第三条支路上依次串联第三电磁阀10和第一换向阀13。第一空气滤清器6与外部相通，连接于气泵7的输入口，用于过滤外部空气。气泵7的输出口连接第一电磁阀8，打开第一电磁阀8时，通过气泵7能为燃油箱2内加压。第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10、气泵7、第一空气滤清器6、第一换向阀13、第二换向阀17通过各自的控制线连接控制器5，控制器5控制各个电磁阀的关闭，换向阀的换向，气泵7和第一空气滤清器6的启停。
第一换向阀13可以根据实际需要切换为负压检测通道11或油箱通气通道12。在检测时候，第一换向阀13才切换为负压检测通道11，在燃油箱2正常工作时间，切换为油箱通气通道12。负压检测通道11的输出端连接真空泵14的输入端。当第一换向阀13切换为负压检测通道11，连接了真空泵14，真空泵14通过控制线连接控制器5，此时若打开第三电磁阀10，真空泵14工作时便为燃油箱2内部建立负压。
第二换向阀17可以根据实际需要切换为1mm标准参考孔通道18和0.5mm标准参考孔通道19。第二换向阀17的两个输出端分别连接1mm标准参考孔段16和0.5mm标准参考孔段15的输入端，分别对应于1mm标准参考孔通道18和0.5mm标准参考孔通道19。当第二换向阀17切换为1mm标准参考孔通道18时，1mm标准参考孔通道18和1mm标准参考孔段16相连通。当第二换向阀17切换为0.5mm标准参考孔通道19时，0.5mm标准参考孔通道19和0.5mm标准参考孔段15连通。1mm标准参考孔段16的中间处的孔内径等于1mm，0.5mm标准参考孔段15的中间处的孔内径等于0.5mm。
1mm标准参考孔段16、0.5mm标准参考孔段15、真空泵14、油箱通气通道12的输出端均与碳罐22的输入端相连接。碳罐22的输出端还通过第四电磁阀20与发动机进气歧管21连接，通过第五电磁阀23和第二空气滤清器24连接。真空泵14、第四电磁阀20、第五电磁阀23和第二空气滤清器24均经控制线连接控制器5。
如图2所示，系统使用负压法进行泄露检测时，在0时刻，控制器5控制真空泵14开始工作，燃油箱2内的压力开始下降，下降至tstart时刻开始检测，负压检测开始时刻tstart，此时真空泵14停止工作。从tstart时刻至tend时刻，是负压检测时间段，tend时刻结束。从0时刻至tstart时刻，系统内的压力由0降低至P1，设定P1为负压检测时建立的目标压力，该压力值是一个通过实验获得的标定量，例如-5kPa。对于一个理想的不存在泄漏的系统，系统内的压力将维持在P1，直至检测结束时刻tend，在开始检测时刻tstart到检测结束时刻tend这一时间段内，系统的压力形成直线L1。由于燃油箱2内的燃油在持续地挥发，系统内的真空度将有一定程度的削减，即压力有小幅度的升高，在检测结束时刻tend，系统内的压力为P1+ΔP，ΔP是一个压力修正值，用于消除汽油挥发引起压力变化对检测系统的干扰，该值可以设为一个定值，也可以设为关于温度、汽油挥发程度的函数。因此，在tstart到tend这个时间段内系统的压力形成直线L1’。在tend时刻，比较是否有P<P1+ΔP，只要燃油箱2内的压力P<P1+ΔP，就判定燃油箱2不存在泄露；否则，若压力P≥P1+ΔP，则判定燃油蒸发系统存在泄露，其中，P为tend时刻实际测得的压力数值。将P1+ΔP作为判断系统泄漏情况的依据是为了提高检测系统的鲁棒性，降低汽油挥发对检测结果的影响。
如图3所示，系统使用加压法进行泄露检测时，在0时刻，控制器5控制气泵7向燃油箱2泵入空气，使得燃油箱2内的压力升高，当压力达到P2时，气泵7停止工作，P2为加压检测时气泵7为燃油箱2建立的目标压力，该压力值是一个通过实验获得的标定量，例如6kPa。tstart表示加压法检测开始时刻，此时气泵7停止工作，tend表示加压法检测结束时刻。对于密闭的系统，燃油箱2内的压力将维持在P2，直至检测结束时刻tend。在tstart到tend这一时间段内，系统的压力形成直线L2。若系统存在0.5mm的泄露孔，燃油箱2内的压力将有所降低，在tend时刻压力降至P3，P3为系统存在0.5mm泄漏孔的情况下在tend时刻的压力，在tstart到tend这个时间段内系统的压力形成直线L3。若系统存在1mm的泄露孔，燃油箱2内的压力将有更大幅度的降低，在tend时刻压力降至P4，P4为系统存在1mm泄漏孔的情况下在tend时刻的压力，在tstart到tend这一时间段内系统的压力形成直线L4。泄露孔越大，则在tend时刻燃油箱2内的实际压力越小。因此，若tend时刻燃油箱2内实际测得的压力P≤P4，则系统存在尺寸大于或者等于1mm的泄露孔；若P4<P≤P3，则泄露孔的尺寸等于0.5mm或者介于0.5mm至1mm之间；若P>P3则系统存在一个尺寸小于0.5mm的泄露孔，其中P为系统中实际测得的压力数值。
基于上述检测系统和原理，作泄漏检测时，首先使用负压法判断系统是否存在泄露，若存在泄露则进一步使用加压法判断泄露孔的尺寸。在负压检测阶段用真空泵为系统减压，若一段时间之后系统内压力高于某一阈值则判断系统存在泄露；此后进入加压阶段，用气泵为系统加压并接通标准参考孔得到参考压力，接着关闭参考孔重复加压过程，一段时间后测量压力，依据此压力与参考压力的关系即可判断泄露的尺寸范围。在初始状态，第一换向阀13接通的是油箱通气通道12，所有的电磁阀均关闭，真空泵14和气泵7均不工作。具体如下：
如图1-4所示，首先进行负压检测，控制器5打开第三电磁阀10和第四电磁阀20，第一换向阀13接通负压检测通道11，接着控制真空泵14开始工作，为燃油箱2建立负压，真空泵14输出端的气体在经过碳罐22后进入发动机进气歧管21。压力传感器3检测燃油箱2内的压力，当燃油箱2内的压力达到预设的负压目标压力P1后关闭第三电磁阀10，真空泵14停止工作。在设定的一段时间之后，到tend时刻，压力传感器3测量燃油箱2内的压力稳定，保持实际压力为P，比较P和P1，若P<P1+ΔP，其中ΔP为一个修正系数，由汽油的挥发程度决定，则判定燃油蒸发系统无泄漏，泄漏检测过程结束。否则，若P≥P1+ΔP，判定燃油蒸发系统有泄漏，进入下面的加压检测阶段。
在加压检测阶段，控制器5打开第一电磁阀8，控制气泵7开始工作，为燃油箱2加压，在气泵7工作的同时，第一空气滤清器6工作。当燃油箱2内的压力达到预设的加压目标压力P2，压力稳定后关闭第一电磁阀8，气泵7停止工作。然后，在tstart时刻，打开第二电磁阀9和第四电磁阀20，同时第二换向阀17接通1mm标准参考孔通道18，此时燃油箱2的气体释放至发动机进气歧管21。至设定的一段时间后，在tend时刻，压力传感器3测量燃油箱2内的压力为P4，P4为系统存在1mm泄漏孔的情况下在泄漏检测结束时刻的参考压力。接着，重复加压的过程，关闭第二电磁阀9和第四电磁阀20，保持1mm标准参考孔段16和0.5mm标准参考孔段15关闭，打开第一电磁阀8，气泵7工作为燃油箱2加压，当燃油箱2内的压力达到加压目标压力P2后关闭第一电磁阀8，气泵7停止工作；至一段时间后，压力传感器3在tend时刻测量油箱2内的压力P，将P与P4作比较，若P≤P4，则判定燃油蒸发系统存在一个大于或等于1mm的泄露孔，即泄露孔的孔径d≥1mm，泄漏检测过程结束。否则，若P＞P4，重复加压的过程，也就是再次关闭第二电磁阀9和第四电磁阀20，再次打开第一电磁阀8，气泵7工作，当燃油箱2内的压力达到加压目标压力P2后关闭第一电磁阀8，气泵7停止工作，在tstart时刻第二换向阀17接通0.5mm标准参考孔通道19，同时打开第二电磁阀9和第四电磁阀20，燃油箱2的气体释放至发动机进气歧管21；经过设定的时间段后，压力传感器3在tend时刻测量燃油箱2内的压力，记为P3。若有P4<P≤P3，则判定泄露孔的孔径d为：0.5mm≤d<1mm，否则泄露孔的孔径d<0.5mm，泄漏检测过程结束。关闭第二电磁阀9和第四电磁阀20，第一换向阀13切换为油箱通气通道12，使燃油箱2正常工作。
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 (9)
1.一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统，其包括压力传感器（3）、控制器（5）、气泵（7）、真空泵（14），压力传感器（3）设在燃油箱（2）顶部，其特征是：检测管道（4）一端连接燃油箱（2）的顶部，另一端分出三条支路，第一条支路上依次串联第一电磁阀（8）和气泵（7），第二条支路上依次串联第二电磁阀（9）和第二换向阀（17），第三条支路上依次串联第三电磁阀（10）和第一换向阀（13）；第一换向阀（13）能切换为负压检测通道（11）或油箱通气通道（12），负压检测通道（11）的输出端连接真空泵（14）的输入端；第二换向阀（17）能切换为1mm标准参考孔通道（18）或0.5mm标准参考孔通道（19），1mm标准参考孔通道（18）和1mm标准参考孔段（16）相连通，0.5mm标准参考孔通道（19）和0.5mm标准参考孔段（15）连通；第一、第二、第三电磁阀（8、9、10）、气泵（7）、真空泵（14）、第一、第二换向阀（13、17）通过各自的控制线连接控制器（5）。
2.根据权利要求1所述的一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统，其特征是：1mm标准参考孔段（16）、0.5mm标准参考孔段（15）、真空泵（14）、油箱通气通道（12）的输出端均与碳罐（22）的输入端相连接，碳罐（22）的输出端通过第四电磁阀（20）与发动机进气歧管（21）连接，通过第五电磁阀（23）和第二空气滤清器（24）连接。
3.根据权利要求1所述的一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统，其特征是：1mm标准参考孔段（16）的中间处的孔内径等于1mm，0.5mm标准参考孔段（15）的中间处的孔内径等于0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种汽车燃油蒸发系统泄漏的组合检测系统，其特征是：第一空气滤清器（6）连接于气泵（7）的输入口，与外部相通。
5.一种如权利要求1所述的组合检测系统检测泄漏的方法，其特征是包括以下步骤：
步骤A：控制器（5）打开第三电磁阀（10），第一换向阀（13）接通负压检测通道（11），真空泵（14）工作，压力传感器（3）检测燃油箱（2）内的压力，当压力达到负压目标压力P1时，关闭第三电磁阀（10），真空泵（14）停止工作；
步骤B：在一时间段后，压力传感器（3）检测到实际压力P，比较是否有P < P1+ΔP，若是，则判定燃油蒸发系统无泄漏，否则，判定燃油蒸发系统有泄漏，ΔP是压力修正值；
若燃油蒸发系统有泄漏，按以下步骤执行：
步骤（一）：控制器（5）打开第一电磁阀（8），气泵（7）工作，为燃油箱（2）加压；
步骤（二）：当燃油箱（2）内的压力达到加压目标压力P2后，关闭第一电磁阀（8），气泵（7）停止工作；
步骤（三）打开第二电磁阀（9），第二换向阀（17）接通1mm标准参考孔通道（18），在一时间段后，压力传感器（3）检测到燃油箱（2）内的压力为P4，关闭第二电磁阀（9）；
步骤（四）重复步骤（一）的加压过程，当燃油箱（2）内的压力达到加压目标压力P2后，关闭第一电磁阀（8），气泵（7）停止工作，在一时间段后，压力传感器（3）检测到燃油箱（2）内的压力为P，若P ≤P4，则判定燃油蒸发系统存在一个孔径d大于或等于1mm的泄漏孔。
6.根据权利要求5所述的组合检测系统检测泄漏的方法，其特征是：步骤（四）中，若P＞P4，按以下步骤执行：
步骤1）：重复步骤（一）的加压过程，当燃油箱（2）内的压力达到加压目标压力P2后关闭第一电磁阀（8），气泵（7）停止工作；
步骤2）：第二换向阀（17）接通0.5mm标准参考孔通道（19），打开第二电磁阀（9）；在一时间段后，压力传感器（3）检测到燃油箱（2）内的压力为P3，若有P4 < P ≤ P3，则判定泄漏孔的孔径d为0.5mm ≤ d < 1mm，否则泄漏孔的孔径d < 0.5mm，泄漏检测结束。
7.根据权利要求6所述的组合检测系统检测泄漏的方法，其特征是：泄漏检测结束后，关闭第二电磁阀（9），第一换向阀（13）切换为油箱通气通道（12）。
8.根据权利要求5所述的组合检测系统检测泄漏的方法，其特征是：真空泵（14）输出端的气体经过碳罐（22）后进入发动机进气歧管（21）。
9.根据权利要求5所述的组合检测系统检测泄漏的方法，其特征是：第一空气滤清器（6）连接于气泵（7）的输入口，在气泵（7）工作的同时，第一空气滤清器（6）工作。
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