CN114060181A - 一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统及控制方法，包括油箱、油气冷凝系统和活性碳罐，所述油箱上方依次连接油气冷凝系统和活性碳罐；所述油气冷凝系统包括冷凝室、冷却油管和驱动组件，所述冷凝室与车载空调系统连通，所述冷却油管两端贯穿冷凝室分别与油箱和活性碳罐可转动式连通，所述驱动组件驱动冷却油管旋转。有益效果：本发明可以同时应用于纯燃油汽车和油电混合动力汽车上，应用范围更加广泛；使用冷却油管和螺旋状金属丝对燃油蒸汽进行冷凝，使用旋转装置，提高燃油冷凝效率，少部分燃油蒸汽进入活性碳罐，提高了活性碳罐的工作效率和使用寿命，减少了燃油能源的浪费、降低了环境污染。

Description

一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车燃油蒸发回收系统及控制方法，特别涉及一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统及控制方法，属于汽车油气回收技术领域。

背景技术

随着国六排放标准的实施，汽车排放法规的要求愈加严格，活性碳罐具有吸附易挥发的燃油蒸汽的作用，广泛应用在汽车油气回收系统中。在汽车行驶过程中，因为高温环境、运行路况颠簸或驾驶工况不稳定等原因，会在油箱内产生大量的燃油蒸汽，容易导致已有的活性碳罐吸附饱和，不足以吸附蒸发的油气，造成油气被直接排放到大气环境中，浪费能源，污染环境。另外，在加油时，油箱中大量燃油蒸汽突破碳罐，排放到大气中污染环境。根据《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》规定，要求大幅降低蒸发污染物排放和加油过程污染物排放。此外，随着汽车行业的快速发展，不仅纯燃油汽车面临油气回收的问题，油电混合动力汽车的油气回收问题也很突出，混合动力汽车采用纯电动模式工作、长时间关闭发动机以降低燃油消耗量，上述特性导致碳罐吸附易满载，且混合动力汽车对碳罐进行脱附的能力大幅下降。因此，开发出一套同时适用于纯燃油汽车和油电混合动力汽车的车载油气蒸发冷凝回收系统及方法迫在眉睫。

中国专利CN111336040B公开了一种燃油蒸汽液化回收装置，串联安装在油箱和碳罐之间，燃油蒸汽经过气流自旋和叶轮离心的方式，液化成液滴，然后返回油箱，此方案结构较为复杂，且蒸汽液化效率较低，不利于实际应用。

中国专利CN111336040B公开了一种混合动力汽车车载油气回收系统及控制方法，使用半导体制冷器对燃油蒸汽进行冷凝，促使燃油蒸汽冷凝为液态燃油，但半导体制冷器需要长时间工作消耗大量电能，也不能同时应用于纯燃油汽车和油电混合动力汽车上。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提出一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统及控制方法，能够较为有效地解决利用制冷器无法将燃油蒸汽全部冷凝为液态燃油，活性碳罐吸附满载及脱附不及时等问题，提高了油气回收效率。

技术方案：一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，包括油箱、油气冷凝系统和活性碳罐，所述油箱上方依次连接油气冷凝系统和活性碳罐；所述油气冷凝系统包括冷凝室、冷却油管和驱动组件，所述冷凝室与车载空调系统连通，所述冷却油管两端贯穿冷凝室分别与油箱和活性碳罐可转动式连通，所述驱动组件驱动冷却油管旋转。

本发明经车载空调系统降温，使用冷却油管对燃油蒸汽进行冷凝，实现燃油由气态到液态的转换，显著提高燃油冷凝效率，使用旋转装置，增大油气与冷却油管接触量，进一步提高燃油冷凝效率，并促进冷凝后的液态燃油附壁，然后在重力和离心力的作用下回流至油箱，使得大部分燃油蒸汽都被冷凝回收，只有极少部分燃油蒸汽进入活性碳罐，大大提高了活性碳罐的工作效率和使用寿命，避免出现活性碳罐吸附满载及脱附不及时等情况，也避免了燃油被直接被排放到空气中，减少了燃油能源的浪费、降低了环境污染。

优选项，为了进一步提高油气的冷凝效率，所述冷却油管两端与油箱和活性碳罐连接的部分同轴沿竖直方向设置与冷却油管的旋转轴同轴，所述冷却油管位于冷凝室的部分偏离旋转轴。同轴的连接部分可以确保冷却油管的正常旋转，偏离部分可以增加离心力，增大油气与冷却油管接触量，进而提高油气的冷凝效率。

优选项，为了进一步促进离心力的形成，所述冷却油管位于冷凝室的部分为S形结构或者螺旋状结构，也可以是其他平滑过度的形状。

优选项，为了增大油气与冷却油管接触量，所述冷却油管内设有螺旋状金属丝，所述螺旋状金属丝沿冷却油管形状延伸并且固定安装在冷却油管内部，所述螺旋状金属丝随冷却油管一起旋转。驱动组件驱动冷却油管和内置螺旋状金属丝转动，在离心力的作用下，促进燃油附在冷却油管内壁上，冷却油管内燃油蒸汽冷凝为液态，在重力的作用下液态燃油回流至油箱。

优选项，为了进一步提高冷凝效果，所述螺旋状金属丝材料为铜质材料。螺旋状金属丝材料包括铜、铝、锌、铁、锡、铅等金属材料，优选材料为铜，因为铜具有较高的导热系数。

优选项，为了进一步提高冷凝效果，所述冷凝室为筒状封闭结构，所述冷凝室上设有进气口和排气口，所述排气口与外界大气连通，所述进气口与车载空调系统连通，所述进气口管径大于排气口管径。

优选项，为了提高油气的回收利用率，所述活性碳罐下端设有吸附口，所述活性碳罐上端分别设有脱附口和大气口，所述吸附口与冷却油管连通，所述大气口与外界大气连通，所述脱附口与发动机的进气歧管连通。

优选项，为了实现油气的自动回收利用，所述油箱包括加油口，所述油箱内侧顶部设有压力传感器；所述油箱与油气冷凝系统之间的管路上设有泄压阀；所述活性碳罐内设有碳氢传感器，所述活性碳罐和发动机进气歧管之间设有脱附电磁阀；所述压力传感器和碳氢传感器的信号反馈至控制系统，所述控制系统检测加油口的开启状态，所述控制系统根据压力传感器和碳氢传感器的信号以及加油口的开启状态分别控制泄压阀、车载空调系统、驱动组件和脱附电磁阀工作状态。

一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统的控制方法，当应用于纯燃油汽车时，当车辆处在加油状态或油箱内压力值超过规定安全阈值时，控制系统控制泄压阀打开，驱动组件和车载空调系统工作，蒸发的油气进入冷却油管，在冷却油管和螺旋状金属丝的冷却作用下，气态燃油冷凝为液态燃油，在驱动组件的驱动作用下，液态燃油附在冷却油管内壁上，在重力和离心力的作用下，沿着油管原路流回油箱，剩余少部分未被冷凝回收的油气被活性碳罐吸附；

当车辆加油完成且油箱内压力值低于压力预设值时，控制系统控制泄压阀关闭，同时驱动组件和车载空调系统停止工作，蒸发泄漏油气的冷凝回收完成；

当发动机处于运行状态时，且碳氢传感器检测活性碳罐内油气吸附量超过最大吸附量的80%时，控制系统控制脱附电磁阀打开，对活性碳罐进行脱附，脱附完成后，脱附电磁阀关闭。

一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统的控制方法，当应用于油电混合动力汽车时，当车辆处在加油状态或油箱内压力值超过规定安全阈值时，控制系统控制泄压阀打开，驱动组件和车载空调系统工作，蒸发的油气进入冷却油管，在冷却油管和螺旋状金属丝的冷却作用下，气态燃油冷却为液态燃油，在驱动组件的旋转作用下，液态燃油附在冷却油管内壁上，在重力和离心力的作用下，沿着油管原路流回油箱，剩余少部分未被冷凝回收的油气被活性碳罐吸附；

当汽车加油完成后且油箱内压力值低于压力预设值时，控制系统控制泄压阀关闭，同时驱动组件和车载空调系统停止工作，蒸发泄漏油气的冷凝回收完成；当汽车处在发动机驱动运行，即发动机处于运行状态时，控制系统控制脱附电磁阀打开，对活性碳罐进行脱附；

当汽车处在电机驱动运行，即发动机未处于运行状态时，脱附电磁阀关闭，暂停脱附工作，直至发动机处于运行状态为止；

若发动机未处于运行状态时，碳氢传感器检测活性碳罐内油气吸附量达到最大吸附量，此时汽车改为发动机驱动运行，直至活性碳罐（3）内油气吸附量不超过最大吸附量的80%。

有益效果：本发明可以同时应用于纯燃油汽车和油电混合动力汽车上，应用范围更加广泛；在加油和行驶状态时，经车载空调系统降温，使用冷却油管和螺旋状金属丝对燃油蒸汽进行冷凝，实现燃油由气态到液态的转换，显著提高燃油冷凝效率，使用旋转装置，增大油气与冷却油管和螺旋状金属丝的接触量，进一步提高燃油冷凝效率，并促进冷凝后的液态燃油附壁，然后在重力和离心力的作用下回流至油箱，使得大部分燃油蒸汽都被冷凝回收，只有极少部分燃油蒸汽进入活性碳罐，大大提高了活性碳罐的工作效率和使用寿命，避免出现活性碳罐吸附满载及脱附不及时等情况，也避免了燃油被直接被排放到空气中，减少了燃油能源的浪费、降低了环境污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明油气冷凝系统的局部剖视放大视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1和2所示，一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，包括油箱1、油气冷凝系统2和活性碳罐3，所述油箱1上方依次连接油气冷凝系统2和活性碳罐3；其特征在于：所述油气冷凝系统2包括冷凝室21、冷却油管22和驱动组件23，所述冷凝室21与车载空调系统4连通，所述冷却油管22两端贯穿冷凝室21分别与油箱1和活性碳罐3可转动式连通，所述驱动组件23驱动冷却油管22旋转。

所述冷却油管22两端与油箱1和活性碳罐3的连接装置为法兰式旋转接头，驱动组件23包括驱动电机和传动齿轮副，驱动电机通过传动齿轮副驱动冷却油管22旋转。

本发明经车载空调系统4降温，使用冷却油管22对燃油蒸汽进行冷凝，实现燃油由气态到液态的转换，显著提高燃油冷凝效率，使用旋转装置，增大油气与冷却油管22接触量，进一步提高燃油冷凝效率，并促进冷凝后的液态燃油附壁，然后在重力和离心力的作用下回流至油箱1，使得大部分燃油蒸汽都被冷凝回收，只有极少部分燃油蒸汽进入活性碳罐3，大大提高了活性碳罐3的工作效率和使用寿命，避免出现活性碳罐3吸附满载及脱附不及时等情况，也避免了燃油被直接被排放到空气中，减少了燃油能源的浪费、降低了环境污染。

为了进一步提高油气的冷凝效率，所述冷却油管22两端与油箱1和活性碳罐3连接的部分同轴沿竖直方向设置与冷却油管22的旋转轴同轴，所述冷却油管22位于冷凝室21的部分偏离旋转轴。同轴的连接部分可以确保冷却油管22的正常旋转，偏离部分可以增加离心力，增大油气与冷却油管22接触量，进而提高油气的冷凝效率。

为了进一步促进离心力的形成，所述冷却油管22位于冷凝室21的部分为S形结构。

为了增大油气与冷却油管接触量，所述冷却油管22内设有螺旋状金属丝24，所述螺旋状金属丝24沿冷却油管22形状延伸并且固定安装在冷却油管22内部，所述螺旋状金属丝24随冷却油管22一起旋转。驱动组件23驱动冷却油管22和内置螺旋状金属丝24转动，在离心力的作用下，促进燃油附在冷却油管22内壁上，冷却油管22内燃油蒸汽冷凝为液态，在重力的作用下液态燃油回流至油箱1。

为了进一步提高冷凝效果，所述螺旋状金属丝24材料为铜质材料。螺旋状金属丝24材料包括铜、铝、锌、铁、锡、铅等金属材料，优选材料为铜，因为铜具有较高的导热系数。

为了进一步提高冷凝效果，所述冷凝室21为筒状封闭结构，所述冷凝室21上设有进气口211和排气口212，所述排气口212与外界大气连通，所述进气口211与车载空调系统4连通，所述进气口211管径大于排气口212管径。

为了提高油气的回收利用率，所述活性碳罐3下端设有吸附口31，所述活性碳罐3上端分别设有脱附口32和大气口33，所述吸附口31与冷却油管22连通，所述大气口33与外界大气连通，所述脱附口32与发动机的进气歧管5连通。

为了实现油气的自动回收利用，所述油箱1包括加油口11，所述油箱1内侧顶部设有压力传感器12；所述油箱1与油气冷凝系统2之间的管路上设有泄压阀6；所述活性碳罐3内设有碳氢传感器34，所述活性碳罐3和发动机进气歧管5之间设有脱附电磁阀35；所述压力传感器12和碳氢传感器34的信号反馈至控制系统7，所述控制系统7检测加油口11的开启状态，所述控制系统7根据压力传感器12和碳氢传感器34的信号以及加油口11的开启状态分别控制泄压阀6、车载空调系统4、驱动组件23和脱附电磁阀35工作状态。

一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统的控制方法，当应用于纯燃油汽车时，当车辆处在加油状态或油箱1内压力值超过规定安全阈值时，控制系统7控制泄压阀6打开，驱动组件23和车载空调系统4工作，蒸发的油气进入冷却油管22，在冷却油管22和螺旋状金属丝24的冷却作用下，气态燃油冷凝为液态燃油，在驱动组件23的驱动作用下，液态燃油附在冷却油管22内壁上，在重力和离心力的作用下，沿着油管原路流回油箱1，剩余少部分未被冷凝回收的油气被活性碳罐3吸附；

当车辆加油完成且油箱1内压力值低于压力预设值时，控制系统7控制泄压阀6关闭，同时驱动组件23和车载空调系统4停止工作，蒸发泄漏油气的冷凝回收完成；

当发动机处于运行状态时，且碳氢传感器34检测活性碳罐3内油气吸附量超过最大吸附量的80%时，控制系统7控制脱附电磁阀35打开，对活性碳罐3进行脱附，脱附完成后，脱附电磁阀35关闭。

一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统的控制方法，其特征在于：当应用于油电混合动力汽车时，当车辆处在加油状态或油箱1内压力值超过规定安全阈值时，控制系统7控制泄压阀6打开，驱动组件23和车载空调系统4工作，蒸发的油气进入冷却油管22，在冷却油管22和螺旋状金属丝24的冷却作用下，气态燃油冷却为液态燃油，在驱动组件23的旋转作用下，液态燃油附在冷却油管22内壁上，在重力和离心力的作用下，沿着油管原路流回油箱1，剩余少部分未被冷凝回收的油气被活性碳罐3吸附；

当汽车加油完成后且油箱1内压力值低于压力预设值时，控制系统7控制泄压阀6关闭，同时驱动组件23和车载空调系统4停止工作，蒸发泄漏油气的冷凝回收完成；当汽车处在发动机驱动运行，即发动机处于运行状态时，控制系统7控制脱附电磁阀35打开，对活性碳罐3进行脱附；

当汽车处在电机驱动运行，即发动机未处于运行状态时，脱附电磁阀35关闭，暂停脱附工作，直至发动机处于运行状态为止；

若发动机未处于运行状态时，碳氢传感器34检测活性碳罐3内油气吸附量达到最大吸附量，此时汽车改为发动机驱动运行，直至活性碳罐3内油气吸附量不超过最大吸附量的80%。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，包括油箱（1）、油气冷凝系统（2）和活性碳罐（3），所述油箱（1）上方依次连接油气冷凝系统（2）和活性碳罐（3）；其特征在于：所述油气冷凝系统（2）包括冷凝室（21）、冷却油管（22）和驱动组件（23），所述冷凝室（21）与车载空调系统（4）连通，所述冷却油管（22）两端贯穿冷凝室（21）分别与油箱（1）和活性碳罐（3）可转动式连通，所述驱动组件（23）驱动冷却油管（22）旋转。

2.根据权利要求1所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，其特征在于：所述冷却油管（22）两端与油箱（1）和活性碳罐（3）连接的部分同轴沿竖直方向设置与冷却油管（22）的旋转轴同轴，所述冷却油管（22）位于冷凝室（21）的部分偏离旋转轴。

3.根据权利要求2所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，其特征在于：所述冷却油管（22）位于冷凝室（21）的部分为S形结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，其特征在于：所述冷却油管（22）内设有螺旋状金属丝（24），所述螺旋状金属丝（24）沿冷却油管（22）形状延伸并且固定安装在冷却油管（22）内部，所述螺旋状金属丝（24）随冷却油管（22）一起旋转。

5.根据权利要求4所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，其特征在于：所述螺旋状金属丝（24）材料为铜质材料。

6.根据权利要求1所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，其特征在于：所述冷凝室（21）为筒状封闭结构，所述冷凝室（21）上设有进气口（211）和排气口（212），所述排气口（212）与外界大气连通，所述进气口（211）与车载空调系统（4）连通，所述进气口（211）管径大于排气口（212）管径。

7.根据权利要求1所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，其特征在于：所述活性碳罐（3）下端设有吸附口（31），所述活性碳罐（3）上端分别设有脱附口（32）和大气口（33），所述吸附口（31）与冷却油管（22）连通，所述大气口（33）与外界大气连通，所述脱附口（32）与发动机的进气歧管（5）连通。

8.根据权利要求4所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统，其特征在于：所述油箱（1）包括加油口（11），所述油箱（1）内侧顶部设有压力传感器（12）；所述油箱（1）与油气冷凝系统（2）之间的管路上设有泄压阀（6）；所述活性碳罐（3）内设有碳氢传感器（34），所述活性碳罐（3）和发动机进气歧管（5）之间设有脱附电磁阀（35）；所述压力传感器（12）和碳氢传感器（34）的信号反馈至控制系统（7），所述控制系统（7）检测加油口（11）的开启状态，所述控制系统（7）根据压力传感器（12）和碳氢传感器（34）的信号以及加油口（11）的开启状态分别控制泄压阀（6）、车载空调系统（4）、驱动组件（23）和脱附电磁阀（35）工作状态。

9.根据权利要求8所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统的控制方法，其特征在于：当应用于纯燃油汽车时，当车辆处在加油状态或油箱（1）内压力值超过规定安全阈值时，控制系统（7）控制泄压阀（6）打开，驱动组件（23）和车载空调系统（4）工作，蒸发的油气进入冷却油管（22），在冷却油管（22）和螺旋状金属丝（24）的冷却作用下，气态燃油冷凝为液态燃油，在驱动组件（23）的驱动作用下，液态燃油附在冷却油管（22）内壁上，在重力和离心力的作用下，沿着油管原路流回油箱（1），剩余少部分未被冷凝回收的油气被活性碳罐（3）吸附；

当车辆加油完成且油箱（1）内压力值低于压力预设值时，控制系统（7）控制泄压阀（6）关闭，同时驱动组件（23）和车载空调系统（4）停止工作，蒸发泄漏油气的冷凝回收完成；

当发动机处于运行状态时，且碳氢传感器（34）检测活性碳罐（3）内油气吸附量超过最大吸附量的80%时，控制系统（7）控制脱附电磁阀（35）打开，对活性碳罐（3）进行脱附，脱附完成后，脱附电磁阀（35）关闭。

10.根据权利要求8所述的汽车车载油气蒸发冷凝回收系统的控制方法，其特征在于：当应用于油电混合动力汽车时，当车辆处在加油状态或油箱（1）内压力值超过规定安全阈值时，控制系统（7）控制泄压阀（6）打开，驱动组件（23）和车载空调系统（4）工作，蒸发的油气进入冷却油管（22），在冷却油管（22）和螺旋状金属丝（24）的冷却作用下，气态燃油冷却为液态燃油，在驱动组件（23）的旋转作用下，液态燃油附在冷却油管（22）内壁上，在重力和离心力的作用下，沿着油管原路流回油箱（1），剩余少部分未被冷凝回收的油气被活性碳罐（3）吸附；

当汽车加油完成后且油箱（1）内压力值低于压力预设值时，控制系统（7）控制泄压阀（6）关闭，同时驱动组件（23）和车载空调系统（4）停止工作，蒸发泄漏油气的冷凝回收完成；当汽车处在发动机驱动运行，即发动机处于运行状态时，控制系统（7）控制脱附电磁阀（35）打开，对活性碳罐（3）进行脱附；

当汽车处在电机驱动运行，即发动机未处于运行状态时，脱附电磁阀（35）关闭，暂停脱附工作，直至发动机处于运行状态为止；

若发动机未处于运行状态时，碳氢传感器（34）检测活性碳罐（3）内油气吸附量达到最大吸附量，此时汽车改为发动机驱动运行，直至活性碳罐（3）内油气吸附量不超过最大吸附量的80%。

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