CN1330868C - 挥发性燃料处理系统 - Google Patents

Abstract

一种挥发性燃料处理系统，其用来处理燃料罐中产生的挥发性燃料。贮罐用来临时存放燃料罐中产生的挥发性燃料。充气通道将燃料罐与贮罐相连。第一排放通道将贮罐与具有涡轮增压器的内燃机的进气管相连。排放控制阀布置在第一排放通道中以便调节流过第一排放通道的气体流量。第二排放通道将第一排放通道上排放控制阀的下游与进气管中涡轮增压器的上游相连。喷射泵安装在第二排放通道上。加压空气供给通道将由涡轮增压器加压的空气供到喷射泵。喷射泵包括喷嘴以便将加压空气供给通道供过来的加压空气排出。

Description

挥发性燃料处理系统

技术领域

本发明涉及一种挥发性燃料处理系统，其用来临时性地储存燃料罐中产生的挥发性燃料，并及时地将该挥发性燃料供到内燃机的吸气系统中，本发明特别涉及一种挥发性燃料处理系统，其将挥发性燃料提供到具有涡轮增压器的内燃机。

背景技术

在日本实用新型公开专利文献昭63-162965中，公开了一种挥发性燃料处理系统，该系统将挥发性燃料供到具有涡轮增加器的内燃机的进气管。在具有涡轮增压器的内燃机中，当涡轮增压器工作时，涡轮增压器下游部分的吸气压力要高于大气压力。因此，贮罐中存储的挥发性燃料仅通过通常的用于将挥发性燃料供到节流阀的下游部分的排放通道不能被充分地排放到进气管。

因此，在日本实用新型专利公开文献昭63-162965所公开的系统中，进气管上安装有一个连接通道，该连接通道具有一个文丘里管部分并将涡轮增压器(压缩机)的上游侧和下游侧相连。所述排放通道与保存挥发性燃料的贮罐和连接通道相连，并开口于连接通道的文丘里管部分。该系统的结构应使挥发性燃料在涡轮增压器工作时借助文丘里管部分内产生的负压经连接通道从贮罐供到进气管。

然而，实验证明仅仅是将文丘里管部布置在连接通道中不能获得足够的负压，因此挥发性燃料很难供到进气管，或者，即使挥发性燃料供到进气管，其供过来的量也很小。

此外，如果挥发性燃料供到涡轮增压器的上游侧，那么吸入的空气和挥发性燃料会混合并且这种空气-燃料混合物中挥发性燃料的浓度可达到自燃极限。当挥发性燃料的浓度达到的自燃极限，该空气-燃料混合物就可能会被压缩机和涡轮增压器中的涡轮所产生的热实际点燃。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种挥发性燃料处理系统，该系统在涡轮增压器工作时能将相对较多的挥发性燃料排放到内燃机的进气系统。

本发明的第二个目的在于提供一种挥发性燃料处理系统，该系统在涡轮增压器工作时当相对较多的挥发性燃料排放到进气系统时能防止其中含有挥发性燃料的空气-燃料混合物点燃。

本发明提供一种挥发性燃料处理系统，该系统包括：燃料罐10、贮罐12、充气通道11、第一排放通道13以及排放控制阀14。该贮罐12临时存放燃料罐10中产生的挥发性燃料。充气通道11将燃料罐10与贮罐12相连。第一排放通道13将贮罐12与具有涡轮增压器的内燃机1的进气管2相连。排放控制阀14布置在第一排放通道13中以便调节流过第一排放通道13的气体的流量。该挥发性燃料处理系统进一步包括第二排放通道15、16、安装在第二排放通道上的喷射泵17以及加压空气供给通道18。该第二排放通道15，16将第一排放通道13的排放控制阀14的下游侧与进气管2的涡轮增压器5的上游侧相连。加压空气供给通道18将由涡轮增压器5加压的空气供到喷射泵17。该喷射泵17包括喷嘴21和包围该喷嘴21的壳体22，两者之间形成空间23，其中喷嘴用来将加压空气供给通道18供过来的加压空气排出。空间23构成了第二排放通道的一部分。

采用这种结构，当由涡轮增压器加压后的空气从喷射泵的喷嘴排出时，排放的空气流会因其粘性而形成流动，该流动产生负压。因此，在加压空气不流过第二排放通道上游的条件下，其中含有挥发性燃料的空气-燃料混合物就从第二排放通道的上游被抽吸，并从喷射泵排出，从而供应到进气管中的涡轮增压器上游的空气-燃料混合物。结果，挥发性燃料在涡轮增压器工作期间就从贮罐排放到进气管，从而防止挥发性燃料聚积到贮罐中。

作为优选，喷射泵17的喷嘴21可滑动地安装在壳体22中，并且喷嘴21的排气孔21a会随着加压空气压力的升高离开喷射泵17的排出口22b。

作为优选，喷嘴21具有法兰21b，并且该法兰21b和壳体22形成压力室25。此外，法兰21b和壳体22之间至少插入一个弹簧27，这样喷嘴21会偏向喷射泵17的排出口22b，并且由涡轮增压器5加压后的空气被送到该压力室25。

作为优选，该挥发性燃料处理系统进一步包括：排放控制装置28、挥发性燃料浓度检测装置19、增压检测装置18、吸气流量检测装置7以及挥发性燃料浓度计算装置29。其中排放控制装置根据内燃机1的运行状态来控制排放控制阀14的开启，挥发性燃料浓度检测装置19检测从贮罐12排出的其中含有挥发性燃料的空气-燃料混合物中的挥发性燃料的浓度V1。增压检测装置8检测涡轮增压器5的增压P2。吸气流量检测装置7检测内燃机的吸入空气流量QAIR。挥发性燃料浓度计算装置29根据所检测的挥发性燃料浓度V1、增压P2以及吸入空气流量QAIR来计算涡轮增压器5上游的空气燃料混合物中的挥发性燃料浓度V2作为吸入挥发性燃料浓度。当吸入的挥发性燃料浓度V2在涡轮增压器工作期间超过预定浓度V2TH时，排放控制装置28会减小排放控制阀14的开启程度。

采用这种结构，可以计算出吸入的挥发性燃料的浓度即涡轮增压器上游的挥发性燃料浓度，并且当吸入的挥发性燃料的浓度在涡轮增压器工作期间超过预定浓度时，会进行控制以减小排放控制阀的开度。因此，可将吸入的挥发性燃料的浓度控制保持在低于预定浓度的数值上，由此防止其中含有挥发性燃料的空气-燃料混合物点燃。

作为优选，该预定浓度V2TH设定为与挥发性燃料中各成分的最小自燃极限浓度相对应。

发明概述后面会提到本发明的其它优点和一些新的特征，根据以下说明或者是通过实践，本领域技术人员将会将会更加清楚本发明的部分优点和特征。

附图说明

图1为本发明一实施例中挥发性燃料处理系统的结构示意图；

图2是本发明图1所示喷射泵的结构剖视图；

图3为本发明中吸气压力(PBA)和排放流量(QP)之间的关系曲线；

图4为本发明排放控制阀开度控制的流程图；

图5为本发明另一喷射泵的结构剖视图；

图6为本发明中焦长(focal length)(f)与所产生的所气流流量(QG)之间的关系曲线。

具体实施方式

首先参见附图来描述本发明的优选实施例。

图1所示为本发明一实施例挥发性燃料处理系统与内燃机吸气系统的结构示意图。该内燃机1具有进气管2、进气管2上的空气清洁器4、涡轮增压器5、中间冷却器6以及节流阀3，它们依次顺序沿上游方向排列。涡轮增压器5具有涡轮和压缩机，其中涡轮由排放气体的能量驱动旋转，压缩机由涡轮带动旋转并压缩吸入的空气。涡轮增压器5将压缩后的空气排放到下游的进气管2中。

燃料罐10通过充气通道11与贮罐12相连，贮罐12通过第一排放通道13与进气管2中节流阀3下游的一部分系统相连。

贮罐12中含有吸收材料如活性碳以吸收燃料罐10中产生的挥发性燃料。空气通道12a与贮罐12相连，并且贮罐12通过空气通道12a与大气相通。

第一排放通道13上带有排放控制阀14。该排放控制阀14是一种电磁阀，其在结构上能通过加到其上的控制信号ON-OFF占空比的改变来对流量连续地进行控制(改变控制阀的开度)。排放控制阀14与电控单元(以下称之为ECU)9相连。该ECU9包括排放控制装置28，其能根据内燃机1的工作状态来控制排放控制阀14的开度。

第一排放通道13在排放控制阀14的下游部分分叉形成通道15，该通道15经喷射泵17和通道16与涡轮增压器5上游的一部分进气管2相连。也就是说，通道15和通道16形成了第二排放通道。喷射泵17经加压空气供给通道18与涡轮增压器5下游的一部分进气管2相连。经涡轮增压器5加压后的空气通过加压空气供给通道18供到喷射泵17。如果喷射泵17排气侧有什么阻挡的话，喷射泵17就不能充分地发挥作用。因此，与喷射泵17排气侧相连的通道16要大于喷射泵17入口的通道，并从喷射泵17直线伸出。

燃料罐10、充气通道11、贮罐12、第一排放通道13、排放控制阀14、通道15和16(第二排放通道)、喷射泵17以及加压空气供给通道18构成挥发性燃料处理系统。

如果燃料补给到燃料罐10中时在燃料罐10中产生大量的挥发性燃料，那么所产生的挥发性燃料就存放在贮罐12中。在内燃机1的某种预定操作状态下，对排放控制阀14进行占空控制，这样适量的挥发性燃料就从贮罐12供到进气管2中。

通道16上带有挥发性燃料浓度传感器19，其用来检测供到进气管2中的挥发性燃料浓度V1(这是一个体积浓度，以下称第一蒸气浓度)。此外，进气管2中紧靠空气清洁器4的下游布置有吸入空气流量传感器7以便检测吸入空气流量QAIR，进气管2中的涡轮增压器5的下游布置有增压传感器8以便检测被加压空气的压力(以下称增压)P2。这些传感器所检测的信号送到ECU9。

图2所示为喷射泵17一种结构的剖视图。该喷射泵17包括筒形喷嘴21以及壳体22。筒形喷嘴21与加压空气供给通道18相连并排出加压后的空气。壳体22环绕喷嘴21并在两者之间形成空间23。喷嘴21具有排气孔21a，加压空气就从该排气孔21a排出。壳体22具有与通道15相连的吸气口22a以及与通道16相连的排出口22b。空间23形成第二排放通道的一部分。

当由涡轮增压器5加压后的空气从喷射泵17的喷嘴21排出时(参见图2中的箭头A)，排放的空气流会因其粘性而形成从吸气口22a到排出口22b的流动(参见图2中的箭头B)，由此就形成负压。因此，在没有加压空气流入通道15中的情况下，其中含有挥发性燃料的空气-燃料混合物会通过吸气口22a从通道15吸入，然后通过排出口22b与加压空气一起排到通道16。从喷射泵17排出的空气-燃料混合物供到进气管2中涡轮增压器5的上游。结果，挥发性燃料就在涡轮增压器工作期间从喷射泵17排放到进气管2，从而防止挥发性燃料积聚在贮罐12中。

图3所示为绝对吸气压力PBA范围(节流阀3下游的绝对吸气压力)在挥发性燃料被排放的情况下与排放流量QP之间的关系图。虚线所指的范围对应于没有第二排放通道15和16及喷射泵17时的情况，而实线所指的范围对应于本实施例。如图3所示，在本实施例中，挥发性燃料可被排放的绝对吸气压力范围被大大加宽了，由此就能确保贮罐12中吸收的挥发性燃料被排放。

ECU9包括输入电路、中央处理单元(以下称之为CPU)、存贮电路以及输出电路。输入电路具有多种功能，如对各个传感器传过来的输入信号进行整形、将输入信号的电压水平校正到预定水平以及将模拟信号值转换成数字信号值。存贮电路预先存贮各个供CPU执行的运行过程并将CPU的计算结果等保存下来。输出电路用来将驱动信号供到排放控制阀。ECU9中还有由传感器(图中未示出)所检测的内燃机运行参数如内燃机旋转速度NE、内燃机冷却剂的温度TW、吸入空气的温度TA等。

ECU9中的CPU根据各个传感器所检测的信号计算出供给排放控制阀14的控制信号的占空比DOUTPGC。这种具有所计算的占空比DOUTPGC的控制信号被送到排放控制阀14，从而控制排放控制阀14的开度。

图4为计算占空比DOUTPGC的过程的流程图，该过程可通过计算机可读介质实施。并且该过程由ECU9中的CPU按预定的时间间隔执行(例如，10毫秒)。

在步骤S11-S13中，由传感器检测的第一蒸气浓度V1、吸入空气流量QAIR以及增压P2被读入。在步骤S14中，根据内燃机的运行状态计算出占空比DOUTPGC。特别是，根据吸入空气流量QAIR计算出占空比DOUTPGC，并将该值限定在对内燃机1的运行影响最小的数值范围内。

在步骤S15中，要确定涡轮增压器5是否运行。如果涡轮增压器5没有运行，该过程立即结束。如果涡轮增压器5正在运行，过程进行到步骤S16，在该步骤中根据增压P2和占空比DOUTPGC提取出QP图从而计算出排放流量QP。随着增压P2的增大，喷射泵17中形成的负压也变大，同时排放流量QP增加。此外由于占空比DOUTPGC变大，排放流量QP增加。因此，QP图中预先设定有与增压P2和占空比DOUTPGC相对应的排放流量QP。

在步骤S17中，将第一蒸气浓度V1[％]、排放流量QP[升/分钟]以及吸入空气流量QAIR[升/分钟]用于下面的公式中以计算出第二蒸气浓度V2[％]。第二蒸气浓度V2是进气管2中涡轮增压器5上游处的挥发性燃料浓度(体积浓度)。

V2＝QP×V1/QAIR

在步骤S18中，确定第二蒸气浓度V2是否大于预定浓度V2TH(例如，1.2％)。如果回答是否(NO)，过程立即结束。如果第二蒸气浓度V2大于预定浓度V2TH，就在步骤S19中对占空比DOUTPGC进行校正以减小预定的量ΔDV2。

汽油中所含主要成份的自燃极限体积浓度如下。在本实施例中，预定浓度V2TH设定成与已烷的下限浓度1.2％相对应，因为其自燃极限体积浓度最小。

已烷  1.2-7.4％

丁烷  1.8-8.4％

丙烷  2.1-9.4％

在图4的过程中，当涡轮增压器5正在运行时，计算第二蒸气浓度V2，即进气管2中涡轮增压器5上游处的挥发性燃料浓度。如果第二蒸气浓度V2大于预定浓度V2TH，那么需对占空比DOUTPGC进行校正以使其减小。因此，第二蒸气浓度V2(吸入的挥发性燃料浓度)始终控制在小于或等于预定浓度V2TH的数值上，从而能够防止其中含有挥发性燃料的空气-燃料混合物被点燃。

在本实施例中，挥发性燃料浓度传感器19、增压传感器8以及吸入空气流量传感器7分别对应于挥发性燃料浓度检测装置、增压检测装置以及吸入空气流量检测装置。ECU9包括排放控制装置28以及吸入挥发性燃料浓度计算装置29。更为特别地是，图4中的步骤S14、S15、S18以及S19对应于排放控制装置28。图4中的步骤S11-S13、S16以及S17对应于吸入挥发性燃料浓度计算装置29。

本发明并不限于上述实施例，其还有各种变化。例如，在上述实施例中，用来检测第一蒸气浓度V1的挥发性燃料浓度传感器19布置在通道16中。作为选择，该挥发性燃料浓度传感器19也可布置在通道15中或者是第一排放通道13中。

此外，如果将氧浓度传感器布置在内燃机1的排气系统中，就可根据氧浓度传感器的输出来计算空气燃料比校正系数，并用该空气燃料比校正系数来校正供给内燃机1的燃料量，吸入的挥发性燃料浓度V2可根据挥发性燃料排放执行期间计算出来的空气燃料比校正系数的值来估计。

图5为图2中喷射泵17的变型结构的剖视图。图5中，喷嘴21带有法兰21b，并且壳体22带有隔板24。法兰21b和隔板24在壳体22和喷嘴21之间形成压力室25。该压力室25带有加压空气入口26，其在结构上应使由涡轮增压器5加压后的空气能通过其流入压力室25中。此外，在法兰21b和壳体22之间插入弹簧27。该弹簧27在图5的向左方向推压法兰21b(使喷嘴21靠近排出口22b的方向)。此外，喷嘴21可滑动地安装在壳体22中。

隔板24、法兰21b、压力室25、加压空气入口26以及弹簧27构成焦长改变机构。焦长f如图5所示，定义喷嘴21顶端到排出口22b入口之间的距离。根据该焦长改变机构，当压力室25中的压力升高时，喷嘴21会离开排出口22b移动，焦长f变长。

图6所示为焦长f和所产生的气流的流量QG之间的关系。当喷嘴21排出的空气压力例如为148kPa、128kPa和108kPa时，参数f和QG之间的关系分别由线L1、L2和L3给出。如果将最优焦长f_OPT定义为所产生的气流流量QG最大时的焦长，那么最优焦长会随着加压空气压力的升高而变长。即，图6的线L4表示的是最优焦长f_OPT随着空气压力变化而变化的情况。

因此，根据加压空气的压力用上述焦长改变机构来改变焦长f，就能确保始终达到最大排放流量。

在不脱离本发明构思和实质的情况下，本发明也可以其它的形式实施。因此这里公开的实施例是示例性的，而非限定性的，本发明的保护范围由权利要求书确定而非前面的说明确定，在权利要求书的等同意思和范围之内的所有变化均在其保护之内。

Claims (7)

1、一种挥发性燃料处理系统，该系统包括燃料罐、贮罐、充气通道、第一排放通道以及排放控制阀，其中贮罐用来临时存放所述燃料罐中产生的挥发性燃料，充气通道将所述燃料罐与所述贮罐相连，第一排放通道将所述贮罐与具有涡轮增压器的内燃机的进气管相连，并且排放控制阀布置在所述第一排放通道中以便调节流过所述第一排放通道的气体流量，所述挥发性燃料处理系统包括：

第二排放通道，其将所述第一排放通道的所述排放控制阀的下游侧与所述进气管的所述涡轮增压器的上游侧相连；

安装在所述第二排放通道上的喷射泵；以及

加压空气供给通道，其将由所述涡轮增压器加压的空气供到所述喷射泵；

其中所述喷射泵包括喷嘴和包围所述喷嘴的壳体，两者之间形成空间，其中喷嘴用来将所述加压空气供给通道供过来的加压空气排出，并且所述空间构成所述第二排放通道的一部分。

2、如权利要求1的挥发性燃料处理系统，其中所述喷射泵的所述喷嘴可滑动地安装在所述壳体中，并且所述喷嘴的排气孔随着加压空气压力的升高而移离所述喷射泵的排出口。

3、如权利要求2的挥发性燃料处理系统，其中所述喷嘴具有法兰，并且所述法兰和所述壳体限定压力室，所述法兰和所述壳体之间插入至少一个弹簧，以便所述喷嘴被朝向所述喷射泵的所述排出口偏压，并且所述由涡轮增压器加压后的空气被供给所述压力室。

4、如权利要求1的挥发性燃料处理系统，其进一步包括：

排放控制装置，其根据所述内燃机的运行状态来控制所述排放控制阀的开启；

挥发性燃料浓度检测装置，其用来检测从所述贮罐排出的其中含有挥发性燃料的空气-燃料混合物中的挥发性燃料的浓度；

增压检测装置，其用来检测所述涡轮增压器的增压；

吸气流量检测装置，其用来检测所述内燃机的吸入空气流量；以及

挥发性燃料浓度计算装置，其根据所检测的挥发性燃料浓度、增压以及吸入空气流量来计算所述涡轮增压器上游侧的空气-燃料混合物中挥发性燃料的浓度，以作为吸入挥发性燃料浓度；

其中当吸入挥发性燃料浓度在所述涡轮增压器工作期间超过预定浓度时，所述排放控制装置减小所述排放控制阀的开度。

5、如权利要求4的挥发性燃料处理系统，其中预定浓度设定为与挥发性燃料中包含的各成份的自燃极限浓度的最小值相对应。

6、一种用于挥发性燃料处理系统的控制方法，所述系统包括燃料罐、贮罐、充气通道、第一排放通道以及排放控制阀，其中贮罐用来临时存放所述燃料罐中产生的挥发性燃料，充气通道将所述燃料罐与所述贮罐相连，第一排放通道将所述贮罐与具有涡轮增压器的内燃机的进气管相连，并且排放控制阀布置在所述第一排放通道中以便调节流过所述第一排放通道的气体流量，

所述挥发性燃料处理系统还包括：

第二排放通道，其将所述第一排放通道的所述排放控制阀的下游侧与所述进气管的所述涡轮增压器的上游侧相连；

安装在所述第二排放通道上的喷射泵；以及

加压空气供给通道，其将由所述涡轮增压器加压的空气供到所述喷射泵；

所述喷射泵包括喷嘴和包围所述喷嘴的壳体，两者之间形成空间，其中喷嘴用来将所述加压空气供给通道供过来的加压空气排出，并且所述空间构成所述第二排放通道的一部分；

所述控制方法包括以下步骤：

a)检测从所述贮罐排出的其中含有挥发性燃料的空气-燃料混合物中的挥发性燃料的浓度；

b)检测所述内燃机的吸入空气流量；

c)检测所述涡轮增压器的增压；

d)根据所检测的挥发性燃料浓度、增压以及吸入空气流量来计算所述涡轮增压器上游侧的空气燃料混合物中挥发性燃料的浓度作为吸入挥发性燃料浓度；和

e)根据所述内燃机的运行状态来控制所述排放控制阀的开启；

f)当吸入挥发性燃料浓度在所述涡轮增压器工作期间超过预定浓度时，对所述排放控制阀的开度进行校正使之减小。

7、如权利要求6的用于挥发性燃料处理系统的控制方法，其中预定浓度设定为与挥发性燃料中包含的各成份的自燃极限浓度的最小值相对应。

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