CN117760707A - 一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，所述检测方法包括以下步骤：关闭炭罐通风阀；记录油箱传感器压力起始读数，并通过预估文丘里管喉口压力，进而计算清洗质量流量；在检测结束时刻，记录油箱传感器压力终止读数并计算实际油箱压力变化，通过清洗质量流量预估油箱压力变化；将实际油箱压力变化与预估油箱压力变化结果进行比较，判断燃油蒸发系统高压脱附管路是否故障；所述文丘里管喉口压力依据台架测试结果进行预估。与现有技术相比，本发明具有检测准确性高，便于推广实施等优点。
Description
技术领域
本发明涉及燃油系统检测领域，尤其是涉及一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法。
背景技术
汽油是一种易挥发的液体，常温下燃油车的油箱经常充满蒸汽。燃油蒸发系统的作用是防止汽车油箱内蒸发的燃油蒸气排入大气。燃油蒸发系统通过设置活性炭罐对燃油蒸汽的中汽油分子进行吸附贮存。炭罐接有脱附管路，脱附管路设有一个清洗阀控制脱附管路的通断。在发动机工作且电磁阀开启时，在发动机产生的负压作用下将新鲜的清洗空气引入炭罐，清洗空气带走吸附在活性炭上的汽油分子，经由脱附管路送入发动机燃烧，以对炭罐进行脱附，炭罐内的活性炭则随之恢复吸附能力。该系统防止燃油蒸汽挥发到大气中造成燃料浪费及环境污染。
由于国六法规对燃油车蒸发排放提出了更高的要求，为满足蒸发排放法规的要求，势必要提高碳罐系统的脱附和吸附能力。对于增压发动机而言，为实现碳罐的脱附通常在中冷管与空滤出气管之间设置一条带文丘里管的回路，增压器工作时，文丘里管路能够借助中冷管正压来对碳罐进行脱附。
如果高压脱附管路堵塞或者脱落会造成碳罐脱附异常会导致发动机动力下降、燃油蒸汽泄露、排放不达标等情况。因此需对燃油蒸发系统的高压脱附管路进行监测，现有的技术方案主要分为以下两种：
1.在高压脱附管路上额外增加一个压力传感器，在进入诊断工况后，通过该压力传感器的压力变化来识别高压脱附管路是否正常工作。但是该方法需要增加额外压力传感器，增加了设备与主机厂的成本。
2.简单地根据空气滤清器后端的预估压力，粗略计算清洗流量，在满足条件后，通过油箱压力传感器的压力变化来识别管路是否存在正常工作。由于引入了文丘里管，使得清洗电磁阀出口端的真实压力很难直接获得，而简单地根据空气滤清器后端的预估压力并不准确，导致清洗流量的计算预估存在较大偏差，从而影响该监测的准确性。且由于清洗流量预估的不准确，为了降低售后误报故障码的风险，会刻意设定一较高的清洗流量预设值才判断油箱压力传感器的压力变化量，这会导致较大程度的漏报，不满足法规要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
作为本发明的一个方面，提供一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
关闭炭罐通风阀；记录油箱传感器压力起始读数，并通过预估文丘里管喉口处绝对压力，进而计算清洗质量流量；
在检测结束时刻，记录油箱传感器压力终止读数并计算实际油箱压力变化，通过清洗质量流量预估油箱压力变化；
将实际油箱压力变化与预估油箱压力变化结果进行比较，判断燃油蒸发系统高压脱附管路是否故障；
所述文丘里管喉口压力依据台架测试结果预估。
进一步的，获得所述台架测试结果步骤包括：
在台架上测得文丘里管在不同的p1和p2下的p3数据；
将台架测试数据拟合得到基于p1和p2的p3特性曲线；
p1为文丘里管入口端绝对压力；p2为文丘里管出口端绝对压力；p3为文丘里管喉口处绝对压力。
进一步的，所述预估文丘里管喉口处绝对压力步骤为：
将实际测得的数据代入文丘里管喉口处绝对压力p3的求解方程，求得的文丘里管喉口压力p3的预估值，所述求解方程为：
其中
R为摩尔气体常数，G为速度音速比与压比特性，为标况下空气声速质量流量，Tstd为为标况下喉口空气的温度，pstd为标况下喉口空气的压力，ε为等熵系数，p1为文丘里管入口端绝对压力，p2为文丘里管出口端绝对压力，p3为文丘里管喉口处绝对压力，A1为文丘里管入口端截面积，A3为最小截面面积，即文丘里管喉口截面积。
进一步的，所述实际测得的数据包括文丘里管入口端绝对压力p1和文丘里管出口端绝对压力p2。
进一步的，所述计算清洗质量流量公式为：
其中为清洗质量流量，/>为标况下空气声速质量流量，A为扫吹管路最小有效面积，DC(ptank,Ttank)为内气体的密度修正系数，ptank为油箱绝对压力，Ttank为油箱内气体温度，p3为文丘里管喉口处绝对压力。
进一步的，所述油箱内气体温度Ttank由发动机进气温度进行替代运算。
进一步的，所述预估油箱压力变化为：
采用等温膨胀模型对油箱内压力变化进行预估：
其中，ptank为检测过程中不同时间点的油箱绝对压力，ptankInit为检测起始点的油箱绝对压力，ptank为检测结束点的油箱绝对压力，V0为油箱中气体体积，T0为系统温度。
进一步的，所述判断燃油蒸发系统高压脱附管路是否故障为：
如果实际油箱压力变化与预估油箱压力变化结果匹配，反馈燃油蒸发系统高压脱附管路正常，否则判断燃油蒸发系统高压脱附管路发生故障，汇报故障情况。
进一步的，当车辆运行在增压工况时，开始进行所述检测方法。
进一步的，在通风阀开启时刻，结束所述检测。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提出了一种监控燃油蒸发系统高压脱附管路故障的方法，通过台架测试获得的文丘里管压力特性，可以准确预估文丘里管喉口处的压力，在此基础上可以准确预估清洗流量，进而预估油箱压力的变化，通过油箱压力传感器的压力变化与预估变化进行比对，来识别燃油蒸发系统高压脱附管路是否故障，从而保证监测结果的准确性。
2)本发明提出的文丘里管喉口压力预估方法方法，对于预先进行的文丘里管流量特性台架测试，只需要在一个环境压力下完成一组数据即可完成对所有工况的文丘里管喉口压力预估。无需获得全海拔的测试数据，可以节省相当可观的实验量。
3)本发明借助已有的燃油蒸发系统硬件，文丘里管，清洗阀，油箱压力传感器等都是已有系统中的硬件，无需额外增加硬件即可进行高压脱附管路故障的监测，便于检测方法的推广与实施。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的系统及参数示意图；
图3为速度音速比与压比的其空气特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
作为本发明的其中一种实施方式，提供一种用于监控燃油蒸发系统高压脱附管路的方法，所述方法包括以下4个步骤：
S1.文丘里管流量特性测试；
S2.文丘里管喉口压力预估；
S3.准确计算清洗流量；
S4.识别燃油蒸发系统高压脱附管路是否存在故障。
S1.文丘里管流量特性测试；
由于预估模型中忽略了脱附流量，而实际文丘里管的流动情况会受脱附流量影响，因此需要在台架上对实际使用的部件进行测试。在不同流体压强下分别测试文丘里管入口，喉口和出口处的压力数值，将各部位在不同压力下的测试数据拟合成该位置的压力变化曲线。
S2.文丘里管喉口压力预估；
文丘里管附近的气体流动情况是典型的可压缩气体流动，使用可压缩气体准静态等熵流动模型进行仿真。在预估过程中，首先对清洗占空比为0％的情况进行仿真分析。
为声速下空气质量流量
为声速下空气体积流量
ρ为音速流动的空气密度
vsd为声速
R为摩尔气体常数
p1为文丘里管入口端绝对压力
T1为文丘里管入口端温度
A3为最小截面面积，即文丘里管喉口截面积
ε为等熵系数，空气的ε＝1.4
p2为文丘里管出口端绝对压力
DC(p1,T1)为密度修正系数Density Correction
为标况下空气声速质量流量
G为速度音速比与压比特性，其空气特性见如图3所示。
下述计算中，记那么，由于流量守恒，有下述等式：
ρ1为文丘里管入口端气体密度
A1为文丘里管入口端截面积
v1为文丘里管入口端气体流速
ρ3为文丘里管喉口处气体密度
v3为文丘里管喉口处气体流速
能量方程：
u1为入口端气体内能
u3为文丘里管喉口处气体内能
p3为文丘里管喉口处绝对压力
吉布斯方程：
等熵过程：
ds＝0
理想气体状态方程
p＝ρRT
代入能量方程即可得到：
联立以上等式，列出求解文丘里管喉口压力p3的方程：
设
那么
式子即可化为
所以需要求解的文丘里管喉口压力p3，完全由压比和入口压力p1决定。
步骤1中的台架测试，只需要在一个环境压力下完成一组数据即可完成对所有工况的文丘里管喉口压力预估，无需获得全海拔的测试数据。上述理论依据对于实验量的节省是相当可观的。
实际计算中，除了占空比为0的情况，占空比为非0的情况才是实际计算需要的。采用同样的估算方式，将实际测试得到的数据填入，差值得到其他占空比的文丘里管喉口压力预估值。
S3.准确计算清洗流量；
同样采用可压缩气体流动方程，清洗流量表达式即为：
为清洗质量流量
A为清洗管路最小有效面积，由占空比决定
DC(ptank,Ttank)为油箱内气体的密度修正系数
因为目前大部分车辆没有配置油箱温度传感器，可以用进气温度进行替代Ttank运算。
S4.通过油箱压力传感器的压力变化来识别燃油蒸发系统高压脱附管路是否存在故障。
当车辆运行在增压工况时，ECM驱动关闭通风阀，并从通风阀关闭开始，使用步骤2～3预估的质量流量，使用等温膨胀模型对油箱内压力变化进行预估：
ptank为诊断过程中不同时间点的油箱绝对压力
V0为油箱中气体体积
T0为系统温度。等温膨胀过程保持不变
在通风阀关闭时刻与诊断结束时刻，同样可以记录油箱压力传感器读数，与预估结果进行比较，如果实际结果与预估读数皮胚，说明燃油蒸发系统高压脱附管路正常，否则认为燃油蒸发系统高压脱附管路存在失常，汇报故障情况。经过不同海拔的多次验证，上述诊断方式具有可靠的故障识别率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
关闭炭罐通风阀；记录油箱传感器压力起始读数，并通过预估文丘里管喉口处绝对压力，进而计算清洗质量流量；
在检测结束时刻，记录油箱传感器压力终止读数并计算实际油箱压力变化，通过清洗质量流量预估油箱压力变化；
将实际油箱压力变化与预估油箱压力变化结果进行比较，判断燃油蒸发系统高压脱附管路是否故障；
所述文丘里管喉口压力依据台架测试结果预估。
2.根据权利要求1所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，获得所述台架测试结果步骤包括：
在台架上测得文丘里管在不同的p1和p2下的p3数据；
将台架测试数据拟合得到基于p1和p2的p3特性曲线；
p1为文丘里管入口端绝对压力；p2为文丘里管出口端绝对压力；p3为文丘里管喉口处绝对压力。
3.根据权利要求1所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，所述预估文丘里管喉口处绝对压力步骤为：
将实际测得的数据代入文丘里管喉口处绝对压力p3的求解方程，求得的文丘里管喉口压力p3的预估值，所述求解方程为：
其中
R为摩尔气体常数，G为速度音速比与压比特性，为标况下空气声速质量流量，Tstd为为标况下喉口空气的温度，pstd为标况下喉口空气的压力，ε为等熵系数，p1为文丘里管入口端绝对压力，p2为文丘里管出口端绝对压力，p3为文丘里管喉口处绝对压力，A1为文丘里管入口端截面积，A3为最小截面面积，即文丘里管喉口截面积。
4.根据权利要求3所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，所述实际测得的数据包括文丘里管入口端绝对压力p1和文丘里管出口端绝对压力p2。
5.根据权利要求1所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，所述计算清洗质量流量公式为：
其中为清洗质量流量，/>为标况下空气声速质量流量，A为扫吹管路最小有效面积，DC(ptank,Ttank)为内气体的密度修正系数，ptank为油箱绝对压力，Ttank为油箱内气体温度，p3为文丘里管喉口处绝对压力。
6.根据权利要求5所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，所述油箱内气体温度Ttank由发动机进气温度进行替代运算。
7.根据权利要求1所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，所述预估油箱压力变化为：
采用等温膨胀模型对油箱内压力变化进行预估：
其中，ptank为检测过程中不同时间点的油箱绝对压力，为检测起始点的油箱绝对压力，ptank为检测结束点的油箱绝对压力，V0为油箱中气体体积，T0为系统温度。
8.根据权利要求1所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，所述判断燃油蒸发系统高压脱附管路是否故障为：
如果实际油箱压力变化与预估油箱压力变化结果匹配，反馈燃油蒸发系统高压脱附管路正常，否则判断燃油蒸发系统高压脱附管路发生故障，汇报故障情况。
9.根据权利要求1所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，当车辆运行在增压工况时，开始进行所述检测方法。
10.根据权利要求1所述的一种燃油蒸发系统高压脱附管路的故障检测方法，其特征在于，在通风阀开启时刻，结束所述检测。
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