燃料蒸气处理装置
阅读：479发布：2020-05-08
专利汇可以提供燃料蒸气处理装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 燃料 蒸气处理装置。在燃料蒸气处理装置中，当 内燃机 处于非 涡轮 增压 运转中时， 控制器 配置成打开第一 阀 和第二阀；而当内燃机处于涡轮增压运转中时，控制器配置成关闭第一阀并基于由第一压 力 检测器检测到的 燃料箱 中的压力来打开第三阀。，下面是燃料蒸气处理装置专利的具体信息内容。
1.一种燃料蒸气处理装置，包括：
燃料箱，所述燃料箱储存设置有涡轮增压器的内燃机的燃料；
吸附单元，所述吸附单元吸附所述燃料箱中产生的燃料蒸气；
第一通路，所述第一通路将所述燃料箱和所述吸附单元连接；
第一阀，所述第一阀设置在所述第一通路中；
清污通路，所述清污通路连接在所述第一通路的位于所述吸附单元和所述第一阀之间的部分与所述内燃机的进气通路的位于节气门下游侧的部分之间；
止回阀，所述止回阀设置在所述清污通路中并且响应于所述进气通路中的负压而打开；
第二阀，所述第二阀设置在所述清污通路中并且位于所述吸附单元与所述止回阀之间；
第二通路，所述第二通路连接在所述燃料箱与所述进气通路的位于所述涡轮增压器的上游侧的部分之间；
第三阀，所述第三阀设置在所述第二通路中；
第一压力检测器，所述第一压力检测器配置成检测所述燃料箱中的压力；和控制器，所述控制器配置成控制所述第一阀和所述第二阀，
其中
当所述内燃机处于非涡轮增压运转中时，所述控制器配置成打开所述第一阀和所述第二阀，并且
当所述内燃机处于涡轮增压运转中时，所述控制器配置成关闭所述第一阀并基于由所述第一压力检测器检测到的所述燃料箱中的压力来打开所述第三阀。
2.根据权利要求1所述的燃料蒸气处理装置，还包括第二压力检测器，所述第二压力检测器配置成检测所述进气通路的位于所述涡轮增压器的上游侧的部分中的压力，其中，当所述内燃机处于涡轮增压运转中并且所述燃料箱中的压力比所述进气通路的位于所述涡轮增压器的上游侧的部分中的压力高第一值以上时，所述控制器配置成打开所述第三阀。
3.根据权利要求1所述的燃料蒸气处理装置，其中，当所述内燃机处于涡轮增压运转中并且所述燃料箱中的压力等于或高于第二值时，所述控制器配置成打开所述第三阀。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料蒸气处理装置，其中，所述第三阀的一个端口在不使用配管的情况下安装到所述进气通路上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料蒸气处理装置，其中，
所述内燃机安装在混合动力车辆上，并且
在所述混合动力车辆的电动机行驶期间，所述内燃机停止并且所述控制器配置成关闭所述第一阀。
燃料蒸气处理装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种燃料蒸气处理装置。
背景技术
[0002] 储存内燃机的燃料的燃料箱中产生蒸发燃料(燃料蒸气)。燃料蒸气被暂时吸附到炭罐上。所吸附的燃料蒸气通过使用进气通路中的负压而从炭罐清除/吹扫到进气通路中，然后在内燃机中燃烧。然而，在配备有涡轮增压器的内燃机中，在涡轮增压运转期间难以利用负压来清除燃料蒸气。因此，燃料蒸气积聚在燃料箱中，这使燃料箱中的压力上升。因而，存在一种技术，其中在进气通路中设置有喷射器，并且在涡轮增压运转期间通过致动喷射器来将燃料蒸气清除到进气通路(参见日本特开专利申请公报No.2013-160108)。
发明内容
[0004] 因此，本发明的目的是提供一种燃料蒸气处理装置，其具有低成本和良好的可安装性并且能够释放燃料箱的压力。上述目的通过一种燃料蒸气处理装置来实现，该燃料蒸气处理装置包括：燃料箱，所述燃料箱储存设置有涡轮增压器的内燃机的燃料；吸附单元，所述吸附单元吸附所述燃料箱中产生的燃料蒸气；第一通路，所述第一通路将所述燃料箱和所述吸附单元连接；设置在所述第一通路中的第一阀；清污通路，所述清污通路连接在所述第一通路的位于所述吸附单元和所述第一阀之间的部分与所述内燃机的进气通路的位于节气门下游侧的部分之间；止回阀，所述止回阀设置在所述清污通路中并且响应于所述进气通路中的负压而打开；第二阀，所述第二阀设置在所述清污通路中并且位于所述吸附单元与所述止回阀之间；第二通路，所述第二通路连接在所述燃料箱与所述进气通路的位于所述涡轮增压器的上游侧的部分之间；设置在所述第二通路中的第三阀；第一压力检测器，所述第一压力检测器配置成检测所述燃料箱中的压力；和控制器，所述控制器配置成控制所述第一阀和所述第二阀，其中，当所述内燃机处于非涡轮增压运转中时，所述控制器配置成打开所述第一阀和所述第二阀，而当所述内燃机处于涡轮增压运转中时，所述控制器配置成关闭所述第一阀并基于由所述第一压力检测器检测到的所述燃料箱中的压力来打开所述第三阀。
[0005] 发明效果
[0007] 图1是示例性地示出车辆的示意图；
[0008] 图2是示例性地示出根据第一实施例的燃料蒸气处理装置的示意图；
[0009] 图3是示出由ECU执行的控制的流程图；
[0010] 图4是示例性示出压力的视图；
[0011] 图5是示出由ECU执行的控制的流程图；
[0012] 图6是示例性地示出根据第三实施例的燃料蒸气处理装置的示意图。
具体实施方式
[0013] [第一实施例]
[0014] 以下参考附图说明根据本实施例的燃料蒸气处理装置。图1是示例性地示出车辆1的示意图，燃料蒸气处理装置应用于该车辆1。如图1所示，车辆1是配备有混合动力系统9和内燃机10(发动机)的混合动力车辆，并且具有驱动轮1a和1b。车辆1可以是插电式混合动力车辆，其中电池2可用外部电源充电。内燃机10例如是汽油发动机或柴油发动机，并且燃烧从燃料箱30供应的燃料以产生动力。
[0015] 混合动力系统9包括电池2、逆变器3、电动发电机(MG)4和5、动力分配机构6、减速齿轮7和减速器8。MG 4和MG 5具有电动机功能(动力运行)和发电功能(再生)，并且经由逆变器3连接到电池2。
[0016] 动力分配机构6由包括例如太阳齿轮、行星齿轮和齿圈的行星齿轮机构构成。动力分配机构6连接到内燃机10和MG 4，并经由减速器8连接到驱动轮1a。从内燃机10输出的动力由动力分配机构6分配并传递至驱动轮1a和MG 4。减速齿轮7连接到MG 5，并经由减速器8连接到驱动轮1a。MG 5输出的动力经由减速齿轮7和减速器8传递至驱动轮1a。
[0017] 由电池2放电的直流电力由逆变器3转换为交流电力，然后被供应给MG 4或MG 5。在对电池2充电时，由MG 4或MG 5产生的交流电力由逆变器3转换为直流电力，然后被供应给电池2。电池2可以与对电力进行升压和降压的转换器连接。
[0018] 电气控制单元(ECU)60控制内燃机10和混合动力系统9，还控制如稍后所述的燃料蒸气处理装置。
[0019] (燃料蒸气处理系统)
[0020] 图2是示例性地示出根据第一实施例的燃料蒸气处理装置100的示意图。燃料蒸气处理装置100应用于内燃机10，并且包括燃料箱30、压力传感器31(第一压力检测器)、炭罐32(吸附单元)、阀41、44和54、止回阀42和ECU 60。
[0021] 内燃机10与进气通路12和排气通路14连接。在进气通路12中从上游侧依次设置有空气滤清器20、空气流量计22、压力传感器23(第二压力检测器)、压力传感器24、中间冷却器25、节气门26和压力传感器29。在排气通路14中从上游侧依次设置有空燃比传感器27和催化剂28。
[0022] 涡轮增压器18包括彼此连接的涡轮18a和压缩机18b。涡轮18a在空燃比传感器27的上游侧位于排气通路14中。压缩机18b在压力传感器23的下游侧并且在压力传感器24的上游侧位于进气通路12中。绕过压缩机18b的旁通通路13连接到进气通路12。在旁通通路13中设置有阀11。绕过涡轮机18a的旁通通路15连接到排气通路14。在旁通通路15中设置有阀16。
[0023] 进气通过进气通路12，由空气滤清器20净化，由中间冷却器25冷却，并被导入内燃机10的燃烧室。燃料利用未示出的泵从燃料箱30供应到燃料喷射阀。燃料喷射阀喷射燃料以形成进气与燃料的空燃混合物。空燃混合物在内燃机10中燃烧，由燃烧产生的废气排放到排气通路14。废气通过排气通路14中的催化剂28净化，并且被排出。催化剂28例如是三元催化剂，其净化废气中的CO、HC、NOx等。
[0024] 当涡轮18a被排气旋转时，连接到涡轮18a的压缩机18b也旋转，这压缩进气。因此，压缩机18b下游侧的进气压力变得高于上游侧的进气压力。
[0025] 压力传感器23检测涡轮增压器18上游侧的进气压力。压力传感器24检测涡轮增压器18下游侧的进气压力。压力传感器29检测节气门26下游侧的进气压力。空气流量计22检测进气流量。进气流量响应于节气门26的开度而变化。空燃比传感器27检测空燃混合物的空燃比。
[0026] 燃料箱30储存诸如汽油的燃料。燃料在燃料箱30中蒸发，从而产生蒸发燃料(燃料蒸气)。稍后描述的阀44和54关闭以密封燃料箱30，这构成了所谓的密封箱。通路33和50连接到燃料箱30，压力传感器31设置在燃料箱中。压力传感器31检测燃料箱30中的压力。
[0027] 通路33(第一通路)将燃料箱30和炭罐32连接。阀44(第一阀)在燃料箱30与炭罐32之间设置在通路33中。阀44是常闭电磁阀，包括阀体44a、螺线管44b和按压构件44c。在螺线管44b未通电时，按压构件44c按压阀体44a以关闭阀44。在螺线管44b通电时，产生电磁力，于是阀体44a克服按压构件44c的偏压力而移动。因而，阀44打开。
[0028] 通路33与通路39连接，该通路39连接在阀44的上游侧和下游侧之间。通路39分为两部分，两部分之一设置有减压阀(安全阀)45，并且两部分中的另一部分设置有减压阀46。减压阀45允许气体从燃料箱30流向阀44的后级，并阻止气体反向流动。减压阀46允许气体流向燃料箱30，并阻止气体反向流动。
[0030] 清污通路37的一端连接到通路33中位于炭罐32与阀44之间的第一点。该第一点位于通路39与阀44的下游侧的通路33相连接的第二点的下游侧。清污通路37的另一端在节气门26的下游侧连接到进气通路12。从炭罐32起在清污通路37中依次设置有清污缓冲器40、阀41(第二阀)和止回阀42。
[0031] 清污缓冲器40包括与炭罐32相同种类的吸附剂。阀41例如是常闭电磁阀，其在未通电时处于关闭状态，而在通电时处于打开状态。止回阀42允许气体从炭罐32流向进气通路12，并阻止气体从进气通路12流向炭罐32。在非涡轮增压运转中，止回阀42阻止增压的进气流向炭罐32和燃料箱30。
[0032] 通路50(第二通路)的一端连接到燃料箱30，另一端在空气滤清器20与压缩机18b之间连接到进气通路12。从燃料箱30起在通路50中依次设置有阀54(第三阀)和压力传感器52。压力传感器52检测通路50中的压力。例如，可以基于检测到的压力来检测异常，例如通路50的脱离。
[0033] 阀54是常闭电磁阀，包括阀体54a、螺线管54b和按压构件54c。在螺线管54b未通电的情况下，按压部件54c对阀芯54a进行按压以关闭阀54。在螺线管54b通电的情况下，产生电磁力，于是阀体54a克服按压部件54c的偏压力而移动。因而，阀54打开。
[0034] ECU 60包括中央处理单元(CPU)以及诸如随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的存储装置。ECU 60通过执行存储在诸如ROM的存储装置中的程序来实现各种控制。ECU 60调节各个阀11、16、44和54以及节气门26的各自的开度。ECU 60使内燃机10通过例如完全关闭阀11和16来执行不进气涡轮增压的自然进气运转(自然吸气(NA)运转，非涡轮增压运转)，并且通过打开阀11和16来借助于涡轮增压器18执行涡轮增压运转。
[0035] 此外，ECU 60从空气流量计22获得进气流量，从空燃比传感器27获得空燃比，从压力传感器23、24和29获得进气通路12中的压力，并从压力传感器31获得燃料箱30中的压力。在本实施例中，大气压不仅包括大气中的压力，而且包括在经过进气通路12和空气滤清器
20等之后变动的进气压力。负压低于大气压。增压压力是由涡轮增压器18增压之后的压力，该压力高于大气压。
20等之后变动的进气压力。负压低于大气压。增压压力是由涡轮增压器18增压之后的压力，该压力高于大气压。
[0036] (燃料蒸气的清除)
[0037] 接下来，将描述燃料蒸气的清除。当ECU 60例如在燃料加注时检测到未示出的燃料盖的打开动作时，ECU 60打开阀44。因此，燃料箱30中的气体经通路33流向炭罐32。气体中的燃料蒸气被吸附到炭罐32，并且燃料蒸气以外的成分(大气成分)从通路34排出到大气中。
[0038] 在NA运转期间，在节气门26的下游侧的进气通路12中的压力为低于大气压的负压。这致使止回阀42打开，并且ECU 60打开阀41。因此，燃料蒸气从炭罐32经清污通路37流入进气通路12，然后被供应给内燃机10。此外，当ECU 60打开阀44时，燃料箱30中的燃料蒸气经通路33和清污通路37供应给内燃机10，而不会被吸附在炭罐32中。清污缓冲器40吸收燃料蒸气的一部分，从而抑制进气通路12中的燃料蒸气的快速增加。尽管阀54可以打开或关闭，但是阀54优选地关闭以防止燃料蒸气从燃料箱30中排出。
[0039] 在涡轮增压运转期间，压缩机18b对进气进行增压，于是在压缩机18b的下游侧的进气通路12中的压力为高于大气压的增压压力。因此，不执行使用负压的燃料蒸气的清除。阀44关闭，这抑制了燃料蒸气吸附到炭罐32上以及经通路34将燃料蒸气释放到大气中。如稍后所述，阀54响应于燃料箱30中的压力(内部压力)而在打开状态与关闭状态之间切换。
由于止回阀42关闭以抑制增压进气从清污通路37流向通路33，所以阀41可以打开或关闭。
由于止回阀42关闭以抑制增压进气从清污通路37流向通路33，所以阀41可以打开或关闭。
[0040] 如图1所示，车辆1是混合动力车辆，并且与汽油车辆等相比，内燃机10的运转频率低。亦即，由于在车辆1通过电动机行驶时内燃机10停止，因此与NA运转期间一样，也难以利用负压来清除燃料蒸气。此时，阀44和54关闭以密封燃料箱30。燃料蒸气被封闭在燃料箱30中以抑制泄漏和难闻的气味。另一方面，燃料箱30被密封，使得燃料蒸气使燃料箱30中的内部压力上升。
[0041] 在如车辆1中那样的包括混合动力系统9和涡轮增压器18的涡轮增压混合动力系统中，清污频率低于汽油车等的清污频率。由于如上所述在电动机行驶时内燃机10停止，所以不进行清污。此外，即使当内燃机10在运转时，在涡轮增压运转期间也难以利用负压来清除燃料蒸气。这趋于延长了通过关闭阀44来密封燃料箱30的时间，并且内部压力趋于上升。内部压力趋于进一步上升，尤其是在高温环境中。为了抑制对燃料箱30的损坏，在本实施例中释放压力。
[0042] (压力释放控制)
[0043] 图3是示出由ECU 60执行的控制的流程图。如图3所示，ECU 60判定是否执行涡轮增压运转(步骤S10)。例如，当阀11和16的各开度为零时，执行非涡轮增压运转。当各开度大于零时，执行涡轮增压运转。当做出否定的判定(否)时，控制结束，并且例如，在NA运转期间执行清污。当做出肯定的判定(是)时，ECU 60获得由压力传感器23检测到的进气通路12中的压力P1和由压力传感器31检测到的燃料箱30中的压力P2(步骤S12)。
[0044] ECU 60计算压力P2与压力P1之间的差ΔP(＝P2-P1)(步骤S14)，并判定ΔP是否大于阈值ΔPth(第一值)(步骤S16)。当做出否定的判定时，控制结束。当做出肯定的判定时，ECU 60使阀54的螺线管54b通电以打开阀54(步骤S18)。因而，燃料箱30中包含燃料蒸气的气体从高压的燃料箱30经通路50流入低压的进气通路12。燃料蒸气被引入内燃机10中然后燃烧。由于涡轮增压运转期间的进气量比NA运转期间的进气量大，所以空燃比由于清污的引入而略有变化。在步骤S18之后，控制结束。
[0045] 图4是示例性地示出压力的视图。横轴表示时间，纵轴表示燃料箱30中的压力P2。在时刻t0之前，阀44和54关闭以密封燃料箱30，然后压力P2上升。压力P2在时刻t0达到Pa，并且压力差ΔP变得大于ΔPth。此时，ECU 60打开阀54以释放来自燃料箱30的压力，然后在时刻t0之后压力P2降低。Pa例如是大气压的1.2倍以上或1.5倍以上。当压力P2降低到约为大气压时，ECU 60关闭阀54。
[0046] 在第一实施例中，在非涡轮增压运转期间，利用进气通路12的负压来执行清污。另一方面，在涡轮增压运转期间，ECU 60基于燃料箱30中的压力P2来打开阀54。结果，从燃料箱30释放了压力，这抑制了由于内部压力的上升而对燃料箱30的损坏。燃料蒸气处理装置100包括位于燃料箱30与进气通路12之间的通路50和阀54。与例如使用多个配管等的涡轮增压清污系统相比，燃料蒸气处理装置100的部件数量少并且其结构简单。这降低了成本并且提高了可安装性。
[0047] 压力P1例如是大气压。另一方面，当燃料箱30被密封时，压力P2变高，例如，压力P2变为P1的1.2倍以上或1.5倍以上。阈值ΔPth是与上述压力P1和P2对应的值。当压力P2比P1高ΔPth以上时，ECU 60打开阀54以释放压力。因此，P2维持在从P1升高ΔPth以内，从而抑制了由于内部压力的上升而对燃料箱30造成的损坏。
[0048] 图1所示的车辆1是配备有涡轮增压混合动力系统的车辆，并且在电动机行驶期间和涡轮增压运转期间不执行利用负压的清污。由于在此期间燃料箱30被密封，所以内部压力趋于上升。在第一实施例中，阀54打开以便即使在涡轮增压运转期间也能够释放来自燃料箱30的压力。另外，车辆1配备有混合动力系统9、内燃机10和涡轮增压器18，但是构型不限于此。该车辆可以是混合动力车辆以外的车辆，例如汽油车辆和柴油车辆，并且燃料蒸气处理装置100可应用于具有涡轮增压器的内燃机。
[0049] [第二实施例]
[0050] 省略了对与第一实施例相同的构型的描述。图1和图2的构型是第二实施例共有的。图5是示出由ECU 60执行的控制的流程图。如图5所示，在第二实施例中，执行步骤S20和S22来代替图2的步骤S12至S16。ECU 60从压力传感器31获得燃料箱30中的压力P2(步骤S20)，并判定压力P2是否大于阈值ΔPth(步骤S22)。当做出否定的判定时，控制结束。当做出肯定的判定时，ECU 60打开阀54(步骤S18)。
[0051] 在第二实施例中，当在涡轮增压运转期间燃料箱30中的压力P2高于ΔPth时，ECU 60打开阀54。因而，与第一实施例一样，燃料蒸气处理装置具有低成本并且对车辆1的可安装性良好，并且还可以释放燃料箱30的压力。阈值ΔPth高于进气通路12的上游侧的压力P1，并且例如可以是大气压的1.2倍以上或1.5倍以上，或者低于可能损坏燃料箱30的压力。
当压力P2达到ΔPth时释放压力，从而抑制了对燃料箱30的损坏。
当压力P2达到ΔPth时释放压力，从而抑制了对燃料箱30的损坏。
[0052] [第三实施例]
[0053] 省略了对与第一实施例相同的构型的描述。图1的构型也是第三实施例共有的。图6是示例性地示出根据第三实施例的燃料蒸气处理装置300的示意图。如图6所示，阀54的端口54d在不使用配管的情况下安装在进气通路12上，从而省去了图2所示的用于检测配管脱离的压力传感器52。这进一步降低了成本。为了防止阀54的分离，阀54和进气通路12可以一体地形成。
[0054] 尽管已经详细描述了本发明的一些实施例，但是本发明不限于这些具体实施例，而是可以在要求保护的本发明的范围内变化或改变。
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