CN1761810A - 燃油蒸气排放物的控制和诊断模块 - Google Patents

Abstract

一种用于车载燃油蒸气排放控制系统(20)的集气罐(30)。该集气罐包括具有第一端口(46)和第二端口(48)的壳体(44)。该壳体内设有吸附剂(58)。温度传感器(80)暴露在吸附剂中。

Description

燃油蒸气排放物的控制和诊断模块

技术领域

本发明大体上涉及用于内燃机驱动的机动车辆的车载排放控制系统，例如燃油蒸气排放控制系统，更具体地说，涉及一种燃油蒸气排放控制系统内的集气罐，例如活性炭罐。

背景技术

一种已知的车载燃油蒸气排放控制系统包括集气罐，其可收集从含有用于发动机的挥发性液体燃料的箱中排出的燃油蒸气。在发动机的工作期间，发动机进气歧管处的真空可促使大气流经罐以解吸所收集的燃油蒸气，并抽取燃油蒸气进入发动机进气歧管以用于在燃烧过程中消耗。罐净化电磁阀受控于基于微处理器的发动机管理系统所产生的净化控制信号，并且周期性地净化到发动机进气歧管中的所收集蒸气。

由于集气罐可收集燃油蒸气，因此它会逐渐地变得燃油蒸气饱和。普遍认为需要提供一种确定罐饱和度的方法和装置。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种用于车载燃油蒸气排放控制系统的集气罐。该集气罐包括形成有第一端口和第二端口的壳体。该壳体内设置有吸附剂。温度传感器暴露于该吸附剂中。

在吸附剂内设有多个温度传感器。在第一端口和第二端口之间形成有流动路径。该多个温度传感器中的第一个可邻近第一端口设置，该多个温度传感器中的第二个可邻近第二端口设置，该多个温度传感器中的第三个设置在第一和第二温度传感器之间。壳体包括第一壁、第二壁以及在该第一壁和第二壁之间延伸的第三壁。隔离壁包括近端、远端、第一和第二边缘，以及在近端和远端之间延伸的第一和第二面。该近端可与第一壳体壁相匹配，远端可与第二壳体壁间隔开，第一和第二边缘可与第三壳体壁相匹配。第一端口可设置在第一壳体壁上并邻近隔离壁的第一面，第二端口可设置在第一壳体壁上并邻近隔离壁的第二面。流动路径可包括第一部分和第二部分，第一部分由第一端口、隔离壁的第一面和第三壳体壁形成。第二部分由第二端口、隔离壁的第二面和第三壳体壁形成。

第一导架可设置在第一流动路径部分内，并配合到隔离壁的第一面上，第二导架可设置在第二流动路径部分内，并配合到隔离壁的第二面上。该多个温度传感器中的第一个可设置在第一导架上，该多个温度传感器中的第二个可设置在第二导架上。该多个温度传感器中的第一个可邻近于第一端口设置，该多个温度传感器中的第二个可以邻近于第二端口设置，该多个温度传感器中的另外的温度传感器可沿着流动路径的第一和第二部分设置在第一导架和第二导架上并处于第一和第二温度传感器之间。

多个传感器导线可设置在第一和第二导架上，并可电连接到多个温度传感器中的相应传感器上。集气罐可包括具有连接器端子电源线、连接器端子地线和连接器端子信号线的连接器端子，以及印制电路板。连接器端子的电源线、地线和信号线可电连接至该印制电路板。该多个传感器导线中的每一个可包括传感器电源线和传感器信号线，该多个传感器导线中的每一个均可电连接至该印制电路板。公共地线可电连接至多个传感器中的每一个。该多个温度传感器可包括热敏电阻。

在另一实施例中，本发明提供了一种用于内燃机的车载燃油蒸气排放控制系统。该系统包括集气罐，其具有形成有第一端口和第二端口的壳体、设置于壳体内的吸附剂，以及暴露于吸附剂中的温度传感器。第一管道可在燃油箱顶部空间、集气罐的第一端口和内燃机的进气歧管之间提供流体连通。第二管道可在集气罐的第二端口和外界大气之间提供流体连通。

在第一端口和第二端口之间可形成流动路径。该温度传感器可包括多个温度传感器。该多个温度传感器中的第一个可邻近于第一端口设置，该多个温度传感器中的第二个可邻近于第二端口设置，该多个温度传感器中的第三个可设置在第一和第二温度传感器的中间。多个传感器导线均可包括传感器电源线和传感器信号线。该多个传感器导线可与多个温度传感器中的相应传感器电连接。该系统可包括印制电路板。集气罐可包括连接器端子，其具有连接器端子电源线、连接器端子地线以及连接器端子信号线。该连接器端子的电源线、地线和信号线可电连接至该印制电路板。该多个传感器导线中的每一个均可电连接至印制电路板。公共地线可电连接至多个传感器中的每一个。

第一管道可包括电磁促动的净化阀。该第二管道可包括压力管理阀，以用于管理集气罐内和燃油箱顶部空间内的压力。印制电路板可设置在压力管理阀内。该系统可包括电子控制单元。该电子控制单元可电连接至印制电路板，以用于接收来自多个温度传感器之一的控制信号，并可电连接至电磁促动的净化阀，以用于传送促动控制信号给净化阀。

在另一实施例中，本发明提供了一种测量设于集气罐流动路径内的吸附剂饱和度的方法。该方法包括监测吸附前沿，以及发送该吸附前沿的位置信号。监测吸附前沿可以包括测量吸附剂的至少一部分的温度。吸附前沿可以位于流动路径长度的大约25％处、流动路径长度的大约50％处、流动路径长度的大约75％处，以及流动路径长度的大约100％处。

附图说明

结合于本文中并构成了本说明书的一部分的附图显示了本发明当前的优选实施例，并且其连同上文的大致介绍以及下文的具体介绍一起用来解释本发明的特征。

图1是根据本发明实施例的车载燃油蒸气排放控制系统的示意图。

图2是根据本发明实施例的集气罐的剖面图。

图3是图2中集气罐沿轴线3-3的剖面图。

图4a是根据本发明实施例的集气罐在25％燃油蒸气饱和度情况中的示意图。

图4b是根据本发明实施例的集气罐在50％燃油蒸气饱和度情况中的示意图。

图4c是根据本发明实施例的集气罐在75％燃油蒸气饱和度情况中的示意图。

图4d是根据本发明实施例的集气罐在100％燃油蒸气饱和度情况中的示意图。

图5是用于根据本发明实施例的集气罐的测试数据的图示。

图6是用于根据本发明实施例的集气罐的测试数据的另一图示。

实施本发明的方式以及工业实用性

图1示意性地显示了车载燃油蒸气排放控制系统20的优选实施例。在该优选实施例中，系统20包括集气罐30、燃油箱22、整体式压力管理装置24、罐净化电磁阀26以及基于微处理器的发动机管理系统28。燃油箱22含有用于供给内燃机34的挥发性液体燃料32。燃油蒸气可从挥发性液体燃料32释放到燃油箱22的顶部空间36。管道38和40可在顶部空间36、集气罐30和内燃机34的进气歧管42之间提供蒸气连通。罐净化电磁阀26设置在进气歧管42和集气罐30之间的管道38内。整体式压力管理装置24优选整体式地安装到集气罐30上，并可管理集气罐30和燃油箱22的内压。对于整体式压力管理装置的进一步描述，可参考美国专利No.6668876。

如下面所详细描述的那样，集气罐30可收集从顶部空间36释放出的燃油蒸气。顶部空间36内形成的燃油蒸气的量是车辆动力学特性与箱22内挥发性液体燃料32的晃动特性、温度、类型和等级以及箱22内的压力的函数。在发动机34的工作期间，发动机进气歧管42处的真空可对罐净化电磁阀26施加作用。罐净化电磁阀26受控于基于微处理器的发动机管理系统28所产生的净化控制信号，并可周期性地净化到发动机进气歧管中的所收集蒸气。在罐净化电磁阀26处于打开构造时，真空可促使大气流经集气罐30以从罐30中解吸所收集的燃油蒸气，并抽取燃油蒸气进入到发动机进气歧管42内以用于在燃烧过程中消耗。

图2是集气罐30的剖面图。集气罐30包括壳体44，其具有第一端口46和第二端口48。壳体44包括第一壁50、第二壁52以及在第一壁50和第二壁52之间延伸的第三壁54。如图2所示，第三壁54与第一壁50一体式形成，而第二壁52和第三壁54在标号56处形成连接。但是，第一壁50、第二壁52以及第三壁54可以其它方式形成并连接，只要壳体54形成可容纳吸附剂58的腔室。例如，第二壁52可与第三壁54一体式形成，第一壁50可与第三壁54形成连接。吸附剂58可以是例如活性炭或碳，下面会更详细地对其进行描述。

隔离壁59包括近端60、远端62、第一边缘64、第二边缘66，以及在近端60和远端62之间延伸的第一面68和第二面70。近端60可与壳体第一壁50相匹配，并且可与壳体第一壁50一体式形成。隔离壁60沿纵轴线A-A延伸，使得远端62和壳体第二壁52间隔开。参考图3，第一边缘64和第二边缘66可与壳体第三壁54相匹配，并且可与壳体第三壁54一体式形成。第一导架72基本上延伸过隔离壁60的长度，并从隔离壁第一面68朝向壳体第三壁54向外伸出。第二导架74基本上延伸过隔离壁59的长度，并从隔离壁第二面70朝向壳体第三壁54向外伸出。

上述壳体结构在第一端口46和第二端口48之间形成了流动路径，使得由第一端口46、隔离壁第一面68以及壳体第三壁54形成了流动路径的第一部分76，而由第二端口48、隔离壁第二面70以及壳体第三壁54形成了流动路径的第二部分78。这样，在第一端口46和第二端口48之间经过集气罐的气流被迫要环绕着隔离壁59，而不是在第一端口46和第二端口48之间的直接路径上走捷径。

吸附剂58基本上充满了罐流动路径的第一部分76和第二部分78。吸附剂58可通过吸附过程来吸收流经它的燃油蒸气。在一个例子中，吸附是物质从气相中分离到固体表面上。吸附固体是吸附剂，聚集或吸附在该固体表面上的物质是被吸附物。被吸附物的分子和构成了吸附剂表面的原子之间的范德华力和静电力导致了吸附。蒸气相变的结果就是热量形式的能量释放。这种能量释放被称为吸附热。在集气罐30的情况中，当燃油蒸气流经罐流动路径的第一部分76和第二部分78时，燃油蒸气被吸附剂58吸收并产生热。根据被吸附物的温度和分压，当吸附剂58的一部分变得基本上饱和或满载(loaded)时就达到了某种条件。当吸附剂58的一部分变得满载时，吸附剂58的下一部分就吸收燃油蒸气，并在吸附剂的该下一部分处产生热。这样，随着吸附剂58的上游部分变得满载，就形成了前进到流动路径下游的吸附前沿。

通过采用可确定吸附剂温度的装置如一个或多个温度传感器来监测吸附前沿，便可采用吸附热来确定罐的饱和情况。参考图2，将温度传感器80a-80c紧固到第一导架72上，并设置在罐流动路径的第一部分76内的吸附剂58中。将温度传感器80d-80f紧固到第二导架74上，并设置在罐流动路径的第二部分78内的吸附剂58中。温度传感器80a-80f例如可以是热敏电阻。在壳体第一壁50上设置有连接器端子82，其可通过连接器端子导线86来提供到印制电路板84上的电连接。连接器端子导线86包括连接器端子电源线、连接器端子地线以及连接器端子信号线。单独的传感器导线88a-88f可提供印制电路板84和相应的温度传感器80a-80f之间的电连接。每一个单独的传感器导线88a-88f均包括传感器电源线和传感器信号线。公共地线与传感器80a-80f相连。印制电路板84可以设置在整体式压力管理装置24内，并与车载燃油蒸气排放控制系统20的电子控制单元28电连通。如图2所示，温度传感器80a-80f设置在吸附剂58内。然而，温度传感器80a-80f可以其它方式设置，只要温度传感器80a-80f能检测到吸附剂58的温度。例如，温度传感器80a-80f可以形成在壳体第三壁54内，而不管是否与吸附剂58邻接式接触。

当来自燃油箱顶部空间36的燃油蒸气经由第一端口46进入集气罐30时，第一端口46附近的吸附剂58吸收燃油蒸气。由于吸附热会在温度传感器80a附近释放，因此温度传感器80a表示出升高的温度。当第一端口46附近的吸附剂58变得饱和或满载时，第一端口46附近的吸附剂58不会吸收更多的燃油蒸气，并且吸附前沿会前进到流动路径的下游。也就是说，燃油蒸气会被温度传感器80b附近的吸附剂58吸收。由于吸附热会在温度传感器80b附近释放，因此温度传感器80b表示出升高的温度。因此，通过本发明可以知道，第一入口46附近的吸附剂是满载的，这是因为燃油蒸气的吸收已经前进到流动路径第一部分76的下游并位于温度传感器80b的附近。在这种状况下，罐30大约为25％满载。图4a是集气罐30的示意图，显示了25％燃油蒸气饱和度的状况，即25％的吸附剂58满载有被吸附物90。随着吸附剂58的其它部分变得满载，吸附前沿经过温度传感器80c-80f继续前进到流动路径的下游。图4b显示了处于50％满载状态的集气罐30。图4c显示了处于75％满载状态的集气罐30。当温度传感器80f表示出吸附前沿的出现时，罐30的吸附剂58基本满载。图4d显示了处于100％满载状态的集气罐30。印制电路板84可向电子控制单元28发送信号，而电子控制单元28可向电磁操作的净化阀26发送信号以使其打开，因此允许发动机歧管42所产生的真空来抽取大气进入第二端口48，并经由罐流动路径从第一端口46出去，再进入发动机歧管42。经过罐流动路径的大气气流可使被吸附物从吸附剂58上解吸，并且被吸附物可在内燃机34的燃烧过程中消耗掉。随着使吸附剂58的一部分被净化掉被吸附物，吸附剂58的温度会下降，进而形成解吸前沿。温度的下降可以由温度传感器80a-80f来监测。当抽取的大气经过第二端口48时，可净化第二端口48附近的一部分吸附剂58。温度传感器88f可向印制电路板84传送温度下降的信号。解吸前沿可经过温度传感器80e-80a前进。当温度传感器80a发送温度下降的信号，表示解吸前沿邻近于第一端口46时，罐30的吸附剂58便基本上被净化完。当罐30基本被净化完时，印制电路板84可向电子控制单元28发出信号，以促使电磁促动的净化阀26进入关闭构造。

在采用遍布罐流动路径设置的十个温度传感器的集气罐的优选实施例中进行了测试。图5显示了在车辆加油过程中获得的测试数据，此时活性炭罐吸收燃油蒸气。当吸附前沿经过每个嵌入在罐中的温度传感器时，可记录到温度的上升。图6显示了在活性炭罐净化过程中获得的测试数据，其中活性炭罐释放出燃油蒸气。当解吸前沿经过每个嵌入在罐中的温度传感器时，可记录到温度的下降。在解吸前沿经过之后，温度开始变暖到外界温度。

尽管已经参考一些优选实施例来公开了本发明，但是，在不背离所附权利要求和它们的等同所限定的本发明范围的前提下，可以对所述实施例进行大量的修改、变更和改变。因而，本发明不限于所述实施例，而是具有由下附权利要求所限定的全部范围。

Claims (25)

1.一种用于车载燃油蒸气排放控制系统的集气罐，其包括：

形成有第一端口和第二端口的壳体；

设置于所述壳体内的吸附剂；以及

暴露于所述吸附剂中的至少一个温度传感器。

2.根据权利要求1所述的集气罐，其特征在于，所述至少一个温度传感器包括多个温度传感器。

3.根据权利要求2所述的集气罐，其特征在于，所述壳体形成了处于所述第一端口和第二端口之间的流动路径。

4.根据权利要求3所述的集气罐，其特征在于，所述多个温度传感器中的第一个邻近所述第一端口设置，所述多个温度传感器中的第二个邻近所述第二端口设置，所述多个温度传感器中的第三个设置在所述第一和第二温度传感器的中间。

5.根据权利要求3所述的集气罐，其特征在于，所述壳体包括第一壁、第二壁以及在所述第一壁和第二壁之间延伸的第三壁。

6.根据权利要求5所述的集气罐，其特征在于，所述集气罐还包括隔离壁，其具有近端、远端、第一和第二边缘，以及在所述近端和远端之间延伸的第一和第二面，所述近端与所述第一壳体壁相匹配，所述远端与所述第二壳体壁间隔开，所述第一和第二边缘与所述第三壳体壁相匹配。

7.根据权利要求6所述的集气罐，其特征在于，

所述第一端口设置在所述第一壳体壁上并邻近于所述隔离壁的第一面，所述第二端口设置在所述第一壳体壁上并邻近于所述隔离壁的第二面，以及

所述流动路径包括第一部分和第二部分，所述第一部分由所述第一端口、隔离壁第一面和第三壳体壁形成，所述第二部分由所述第二端口、隔离壁第二面和第三壳体壁形成。

8.根据权利要求7所述的集气罐，其特征在于，所述集气罐还包括第一导架和第二导架，所述第一导架设置在所述第一流动路径部分内并与所述隔离壁第一面相配合，所述第二导架设置在所述第二流动路径部分内并与所述隔离壁第二面相配合。

9.根据权利要求8所述的集气罐，其特征在于，所述多个温度传感器中的第一个设置在所述第一导架上，所述多个温度传感器中的第二个设置在所述第二导架上。

10.根据权利要求9所述的集气罐，其特征在于，所述多个温度传感器中的第一个邻近于所述第一端口设置，所述多个温度传感器中的第二个邻近于所述第二端口设置，所述多个温度传感器中的另外的温度传感器沿着所述流动路径的第一和第二部分设置在所述第一和第二导架上，并且处于所述第一和第二温度传感器的中间。

11.根据权利要求10所述的集气罐，其特征在于，所述集气罐还包括设置在所述第一和第二导架上的多个传感器导线，所述多个传感器导线电连接到所述多个温度传感器中的相应传感器上。

12.根据权利要求12所述的集气罐，其特征在于，所述集气罐还包括：

包括连接器端子电源线、连接器端子地线和连接器端子信号线的连接器端子；以及

印制电路板，

其中，所述连接器端子的电源线、地线和信号线电连接至所述印制电路板，

所述多个传感器导线中的每一个都包括传感器电源线和传感器信号线，所述多个传感器导线中的每一个都电连接至所述印制电路板，以及

公共地线电连接至所述多个传感器中的每一个。

13.根据权利要求12所述的集气罐，其特征在于，所述多个温度传感器包括热敏电阻。

14.一种用于内燃机的车载燃油蒸气排放控制系统，其包括：

集气罐，所述集气罐包括形成有第一端口和第二端口的壳体、设置于所述壳体内的吸附剂，以及暴露于所述吸附剂中的至少一个温度传感器；

在燃油箱顶部空间、所述集气罐的第一端口和所述内燃机的进气歧管之间提供流体连通的第一管道；以及

在所述集气罐的第二端口和外界大气之间提供流体连通的第二管道。

15.根据权利要求14所述的车载燃油蒸气排放控制系统，其特征在于，所述系统还包括处于所述第一端口和第二端口之间的流动路径，

其中，所述至少一个温度传感器包括多个温度传感器，所述多个温度传感器中的第一个邻近所述于第一端口设置，所述多个温度传感器中的第二个邻近于所述第二端口设置，所述多个温度传感器中的第三个设置在所述第一和第二温度传感器的中间。

16.根据权利要求15所述的车载燃油蒸气排放控制系统，其特征在于，所述系统还包括多个传感器导线，所述多个传感器导线中的每一个均包括传感器电源线和传感器信号线，所述多个传感器导线电连接到所述多个温度传感器中的相应传感器上。

17.根据权利要求16所述的车载燃油蒸气排放控制系统，其特征在于，所述系统还包括印制电路板，

其中，所述集气罐包括连接器端子，其具有连接器端子电源线、连接器端子地线以及连接器端子信号线，所述连接器端子的电源线、地线和信号线电连接到所述印制电路板上，

所述多个传感器导线中的每一个都电连接到所述印制电路板上，以及

公共地线电连接到所述多个传感器中的每一个上。

18.根据权利要求17所述的车载燃油蒸气排放控制系统，其特征在于，

所述第一管道包括电磁促动的净化阀，以及

所述第二管道包括压力管理阀，以用于管理所述集气罐内和燃油箱顶部空间内的压力，所述印制电路板设置在所述压力管理阀内。

19.根据权利要求18所述的车载燃油蒸气排放控制系统，其特征在于，所述系统还包括电子控制单元，所述电子控制单元电连接至所述印制电路板，以用于接收来自所述多个温度传感器之一的控制信号，并且电连接至所述电磁促动的净化阀，以用于传送促动控制信号给所述净化阀。

20.一种用于测量设于集气罐的流动路径内的吸附剂饱和度的方法，包括：

监测吸附前沿；以及

发送所述吸附前沿的位置信号。

21.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述监测吸附前沿包括测量所述吸附剂的至少一部分的温度。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述吸附前沿位于所述流动路径长度的大约25％处。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述吸附前沿位于所述流动路径长度的大约50％处。

24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述吸附前沿位于所述流动路径长度的大约75％处。

25.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述吸附前沿位于所述流动路径长度的大约100％处。

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