一种正压检测装置、方法和含该装置的车辆与流程

1.本发明涉及内燃机技术领域，具体涉一种正压检测装置、方法和含该装置的车辆。


背景技术：

2.为了降低汽车的蒸发排放物对大气环境的污染，国家对汽车的排放限制越来越严格。由于汽油、甲醇等燃料具有易挥发的特性，目前通常使用装载有活性炭粉的炭罐吸附燃料蒸汽，防止挥发出的燃料蒸汽对环境产生污染。发动机运行时，再由发动机负压把吸附后的气体从活性炭罐中脱附并吸入发动机燃烧，降低环境污染。
3.但单纯采用炭罐进行吸附有如下不足：一方面随着混合动力汽车的推广以及涡轮增压等技术的应用，发动机的运行时间和负压真空度都在下降，而为了吸附加注时产生的燃料蒸汽，需要装载更多的活性炭粉，这使得进入燃烧室的空气中燃料蒸汽浓度可能更高；另一方面出于环境保护的要求，汽车尾气排放的限值要求逐步加严，使得进入发动机的燃料和空气比例控制要求更加精确。此外，脱附过程需启动发动机方可完成，导致无法准确控制发动机脱附时的喷油量。这三方面都使得发动机对活性炭粉的脱附过程需要进行更加准确的控制，从而减少因混合有燃料蒸汽的空气进入燃烧室参与燃烧，导致空燃比偏离理想比例，带来的尾气排放污染物增加或发动机失火等问题。因此，需要提供一种正压检测装置、方法和含该装置的车辆。


技术实现要素：

4.鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种正压检测装置、方法和含该装置的车辆，以改善目前仅使用炭罐脱附导致空燃比较高、同时需启动发动机脱附过程方可检测炭罐内燃料蒸汽浓度的问题。
5.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种正压检测装置，该正压检测装置包括：燃料箱、炭罐、正压产生器、发动机、燃料蒸汽浓度检测器、自循环管道和控制器。
6.上述燃料箱上开设有排气口和出油口；
7.上述炭罐上开设有大气连通口、吸附口和脱附口，所述吸附口与所述排气口通过吸附管道相连通；
8.上述正压产生器安装在所述大气连通口上，其吹气口与所述大气连通口相连通，其吸气口与大气相连通；
9.上述发动机上开设有进油口和进气口，所述进油口与所述出油口通过燃油输入管道相连通，所述进气口上连通有进气管道，所述脱附口通过脱附管道连通在所述进气管道上；
10.上述燃料蒸汽浓度检测器安装在所述脱附管道上；
11.上述自循环管道的一端连通在所述燃料蒸汽浓度检测器与所述进气管道之间的脱附管道上，另一端与所述吸附管道相连通；
12.上述控制器分别与所述燃料蒸汽浓度检测器和所述正压产生器电性连接。
13.在本发明一实施例中，所述进油口开设在所述发动机的油轨上。
14.在本发明一实施例中，所述吸附管道上安装有第一节流阀，所述第一节流阀与所述控制器电性连接，所述自循环管道连通在所述吸附口与所述第一节流阀之间的吸附管道上。
15.在本发明一实施例中，所述燃油输入管道上安装有第二节流阀，所述第二节流阀与所述控制器电性连接。
16.在本发明一实施例中，所述燃料蒸汽浓度检测器与所述进气管道之间的脱附管道上安装有第三节流阀，所述第三节流阀与所述控制器电性连接，所述自循环管道连通在所述燃料蒸汽浓度检测器与所述第一节流阀之间的脱附管道上。
17.在本发明一实施例中，所述进气管道上安装有第四节流阀，所述第四节流阀与所述控制器电性连接。
18.在本发明一实施例中，还提供一种正压检测方法，包括以下过程：
19.s1、发动机未启动脱附时，在设定时点检测炭罐内燃料蒸汽浓度；
20.s2、若检测到的燃料蒸汽浓度达到脱附标准，按照预设脱附策略，对所述炭罐实施脱附；
21.s3、脱附时根据检测到的所述炭罐内燃料蒸汽浓度，调节发动机的初始喷油量，控制发动机空燃比。
22.在本发明一实施例中，所述预设脱附策略包括调整脱附管道逐渐开启，并在同时对应调整发动机燃油输入管道逐渐关闭；然后再调整所述脱附管道逐渐关闭，并在同时对应调整发动机燃油输入管道逐渐开启。
23.在本发明一实施例中，步骤s2包括以下过程：
24.s21、判断所述炭罐内燃料蒸汽浓度是否达到预设的脱附标准，若是，进行脱附，否则，保持原有状态；
25.s22、关闭吸附管道、正压产生器和燃料蒸汽浓度检测器，并开启所述脱附管道，所述炭罐内燃料蒸汽在进气管道内负压作用下进入至所述发动机内；
26.s23、根据预设的所述脱附策略和当前所述炭罐内燃料蒸汽浓度，调控所述燃油输入管道和所述脱附管道的张开程度。
27.在本发明一实施例中，还提供一种车辆，所述车辆包括上述任一项所述的正压检测装置。
28.综上所述，本发明通过正压产生器吹扫炭罐内燃料蒸汽，并使用燃料蒸汽浓度检测器检测当前炭罐内燃料蒸汽浓度，当达到脱附标准时，按脱附策略进行脱附。实现了对脱附过程的精确控制，减少了尾气排放污染物。
附图说明
29.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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1显示为本发明一实施例中正压检测装置的结构示意图；
31.图2显示为本发明一实施例中正压检测方法的流程示意图；
32.图3显示为本发明一实施例中步骤s1的流程示意图；
33.图4显示为本发明一实施例中步骤s2的流程示意图；
34.图5显示为本发明一实施例中脱附策略的曲线图。
35.元件标号说明：
36.100、燃料箱；101、排气口；102、出油口；
37.200、炭罐；201、大气连通口；202、吸附口；203、脱附口；204、吸附管道；205、第一节流阀；206、大气连通管；
38.300、正压产生器；
39.400、发动机；401、进油口；402、进气口；403、燃油输入管道；404、第二节流阀；405、脱附管道；406、第三节流阀；407、油轨；408、进气管道；409、第四节流阀；
40.500、燃料蒸汽浓度检测器；
41.600、自循环管道；
42.700、控制器。
具体实施方式
43.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
44.请参阅图1至图5。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
45.当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
46.请参阅图1，图1为本发明一实施例中正压检测装置的结构示意图。本发明提供一种正压检测装置。通过正压产生器300将炭罐200内燃料蒸汽吹扫至燃料箱100内，并使用燃料蒸汽浓度检测器500检测当前炭罐200内的燃料蒸汽浓度，达到预定浓度时，根据预设的脱附策略实施脱附。本发明无需启动发动机400的脱附过程即可进行活性炭粉中燃料蒸汽
浓度的检测，从而对脱附过程进行精确控制，提高了脱附效率，极大地减少了尾气排放污染物。
47.请参阅图1，在本发明一实施例中，该正压检测装置包括燃料箱100、炭罐200、正压产生器300、发动机400、燃料蒸汽浓度检测器500、自循环管道600和控制器700。
48.上述燃料箱100用于存储发动机400燃烧所需的燃油，其上设置有排气口101和出油口102。燃料箱100内存储的燃油为一种易挥发的液体，可为汽油、甲醇等，其挥发产生的燃料蒸汽通过排气口101进入炭罐200内进行吸附，防止挥发到大气中污染空气。
49.上述炭罐200安装在燃料箱100和发动机400之间，其内填充有吸附性强的活性炭颗粒，用于吸附燃料箱100内挥发的燃料蒸汽。在炭罐200上开设有大气连通口201、吸附口202和脱附口203，其中，吸附口202与排气口101通过吸附管道204相连通，大气连通口201与大气通过大气连通管206相连通，。
50.上述正压产生器300，安装在大气连通口201上。正压产生器300的吹气口(未在图中示出)与大气连通口201相连通，正压产生器300的吸气口(未在图中示出)与大气相连通。其中，正压产生器300安装在大气连通管206近大气连通口201的一侧，并产生正向气流，吹扫炭罐200。
51.上述发动机400上开设有进油口401和进气口402，进油口401与出油口102通过燃油输入管道403相连通，进气口402上连通有进气管道408，脱附口203通过脱附管道405连通在进气管道408上，并与进气口402相连通。燃料箱100内的燃油通过燃油输入管道403，吸入至发动机400内。
52.上述燃料蒸汽浓度检测器500安装在脱附管道405上，从而便于检测炭罐200内燃料蒸汽浓度。在本发明一实施例中，本发明中燃料蒸汽浓度指的是：燃料蒸汽浓度检测器500检测到炭罐200内碳元素和氢元素占流出的燃料蒸汽的比例，即为炭罐200内碳元素与氢元素占炭罐200内燃料蒸汽的比例。
53.上述自循环管道600与吸附管道204和脱附管道405相连通。其中，自循环管道600的一端连通在燃料蒸汽浓度检测器500与进气管道408之间的脱附管道405上，自循环管道600另一端与吸附管道204相连通。从而实现炭罐200与燃料箱100及发动机400内燃料蒸汽的相互流通。
54.上述控制器700分别与燃料蒸汽浓度检测器500和正压产生器300电性连接，根据脱附需要，控制上述两者开启或关闭。
55.为了实现对该正压检测装置内各元件的自动控制，在本发明一实施例中，控制器700为ecu(electronic control unit，电子控制单元)，由微处理器、存储器、输入/输出接口、模数转换器以及整形、驱动等大规模集成电路组成，通过优化发动机400点火、喷油等数据，有效提高发动机400的工作效率。
56.在本发明一实施例中，进油口401开设在发动机400的油轨407上。通过燃油输入管道403从燃料箱100内吸入燃油并存储在油轨407的内腔中，为发动机400燃烧提供燃油供给。在油轨407上还可安装有油量限制阀(未在图中示出)，用于限制各气缸的喷油量，使各气缸的喷油量保持一致。
57.在本发明一实施例中，吸附管道204上安装有第一节流阀205，第一节流阀205与控制器700电性连接，自循环管道600连通在吸附口202与第一节流阀205之间的吸附管道204
上。脱附管道405上安装有第三节流阀406，第三节流阀406与控制器700电性连接，自循环管道600连通在燃料蒸汽浓度检测器500与第三节流阀406之间的脱附管道405上。当需要检测炭罐200内燃料蒸汽浓度时，控制器700开启第一节流阀205、正压产生器300和燃料蒸汽浓度检测器500，并关闭第三节流阀406，同时使第二节流阀404和第四节流阀409保持原有状态不变，在正压产生器300正向气流的吹扫下，炭罐200内燃料蒸汽依次流经脱附管道405、自循环管道600和吸附管道204后，进入燃料箱100内，此时可使用燃料蒸汽浓度检测器500对炭罐200中燃料蒸汽浓度进行检测。当检测的浓度值达到脱附标准，需要脱附时，控制器700关闭第一节流阀205、正压产生器300和燃料蒸汽浓度检测器500，使炭罐200内的燃料蒸汽与燃料箱100无法互相流通。并开启第三节流阀406，由于脱附是在发动机400启动后进行，因此第二节流阀404和第四节流阀409为开启状态。炭罐200内存储的燃油蒸气在进气管道408负压作用下，经第三节流阀406进入至发动机400的进气口402中。这样可以有效防止燃料箱100内残存的燃料蒸汽流入炭罐200，提高了脱附效率。同时，可有效避免由于负压导致燃料箱100吸瘪的情况发生。通过将第一节流阀205关闭，可避免燃料箱100内的燃料蒸汽通过吸附管道204进入炭罐200内。另外为了改善发动机400多次脱附的情况，在本发明一实施例中，发动机400未启动脱附时，由于第三节流阀406关闭，未达到脱附条件时，发动机400不必过早频繁对炭罐200进行脱附，提升了脱附效率。发动机400启动脱附时，控制器700开启第三节流阀406，并根据预设的脱附策略，控制第三节流阀406的开度逐渐调至最大，再逐渐调小至闭合。
58.为了保证发动机400的空燃比控制在理想状态，在本发明一实施例中，燃油输入管道403上安装有第二节流阀404，第二节流阀404与控制器700电性连接。发动机400已启动但未脱附时，控制器700可使第二节流阀404保持开启状态，燃料箱100内的燃油通过燃油输入管道403吸至油轨407内。启动脱附后，根据预设的脱附策略，在控制第三节流阀406的开度逐渐调至最大，再逐渐调小至闭合时，控制器700对应控制第二节流阀404逐渐将开度调至最小，再逐渐调大至正常状态，使发动机400保持平稳的燃油气体输入。
59.在本发明一实施例中，发动机400未脱附的状态还包括发动机400未启动的状态，此状态下，燃料箱100不必向发动机400供油，因此，控制器700可控制第二节流阀404保持关闭状态，第一节流阀205保持开启状态，第三节流阀406保持关闭状态，这样可以使燃料箱100内的燃油气体进入至炭罐200内。
60.在本发明一实施例中，进气管道408上安装有第四节流阀409，第四节流阀409与控制器700电性连接。第四节流阀409安装在进气管道408上，并位于脱附管道405远离进气口402的一侧，第四节流阀409与控制器700通过电线相连接。大气通过进气管道408进入至发动机400内，不断为发动机400内汽油或柴油燃烧提供空气供给。
61.请参阅1和图2，图2为本发明一实施例中正压检测方法的流程示意图，在本发明一实施例中，还提供一种正压检测方法，包括以下过程：
62.s1、发动机400未启动脱附时，在设定时点检测炭罐200内燃料蒸汽浓度。
63.s2、若检测到的燃料蒸汽浓度达到脱附标准，按照预设脱附策略，对炭罐200实施脱附。
64.s3、脱附时根据检测到的炭罐200内燃料蒸汽浓度，调节发动机400的初始喷油量，控制发动机400空燃比。
65.请参阅1和图3，图3为本发明一实施例中步骤s1的流程示意图，步骤s1包括以下过程：
66.s11、发动机400未启动脱附时，判断发动机400当前工况，若发动机400未启动，控制器700保持第二节流阀404和第四节流阀409闭合状态，否则，控制器700保持第二节流阀404和第四节流阀409开启状态。
67.此步骤中，由于发动机400未启动脱附包含发动机400未启动和发动机400已启动但未对炭罐200脱附两种不同情形，在本发明一实施例中，根据发动机400启闭状态对发动机400的当前工况进行判断。若发动机400未启动，则不必从燃料箱100内抽取燃油，同时外界大气不会经由进气管道408进入至发动机400内，因此控制器700保持第二节流阀404和第四节流阀409关闭状态。若发动机400已启动但尚未对炭罐200脱附，控制器700保持第二节流阀404和第四节流阀409开启状态。发动机400从燃料箱100内抽取燃油，同时外界大气通过进气管道408进入至发动机400内，与燃油混合后在发动机400内燃烧。
68.s12、在设定时点检测炭罐200内燃料蒸汽浓度时，控制器700关闭第三节流阀406，开启正压产生器300、燃料蒸汽浓度检测器500和第一节流阀205，产生正向气流吹扫炭罐200内燃料蒸汽。
69.为了便于检测当前炭罐200内的燃料蒸汽浓度，在本发明一实施例中，控制器700开启正压产生器300和燃料蒸汽浓度检测器500，并关闭第三节流阀406，同时保持第二节流阀404和第四节流阀409的状态不变，正压产生器300产生的正向气流吹扫炭罐200内燃料蒸汽，当其流经脱附管道405时，燃料蒸汽浓度检测器500及时检测流经的燃料蒸汽中碳元素与氢元素的浓度含量，并向控制器700反馈当前浓度。同时为了避免燃料蒸汽进入进气管道408，并最终进至发动机400内导致过早脱附，需关闭第一节流阀205。
70.需要说明的是，在本发明一实施例中，设定时点是指发动机400根据自身运行工况，通过控制器700检测燃料蒸汽中碳元素与氢元素浓度。当发动机400处于较佳的运行状态时，例如其未在缺水状态下运行，向控制器700发送检测炭罐200内燃料蒸汽浓度的信息，控制器700开启燃料蒸汽浓度检测器500、正压产生器300、第一节流阀205，并关闭第三节流阀406，对炭罐200内燃料蒸汽浓度进行检测。在检测完成后，控制器700控制正压产生器300和燃料蒸汽浓度检测器500关闭，并适时进行再次检测。
71.s13、使炭罐200内燃料蒸汽依次通过脱附管道405、自循环管道600和吸附管道204，进入至燃料箱100内。
72.在本发明一实施例中，在对燃料蒸汽浓度进行检测过程中，由于第三节流阀406关闭、第一节流阀205处于开启状态，在正向气流吹扫下，炭罐200内的燃料蒸汽依次流经脱附管道405、自循环管道600和吸附管道204，最终储存在燃料箱100内，等待检测过程结束后，再重新从燃料箱100的排气口101进入至炭罐200内。
73.请参阅图1和图4，图4为本发明一实施例中步骤s2的流程示意图，步骤s2包括以下过程：
74.s21、判断炭罐200内燃料蒸汽浓度是否达到预设的脱附标准，若是，进行脱附，否则，保持原有状态。
75.为了减少发动机400启动脱附的次数，提高运行效率，在本发明一实施例中，通过判断炭罐200内燃料蒸汽浓度是否已达预设脱附标准，若炭罐200内燃料蒸汽浓度已达到脱
附标准，则进行脱附。在本发明一实施例中，综合考虑各方面因素，脱附标准可设为40％。当燃料蒸汽浓度检测器500检测到炭罐200内碳元素与氢元素占比超过40％后，对炭罐200脱附。
76.若燃料蒸汽浓度未达预设的脱附标准，则控制器700关闭正压产生器300和燃料蒸汽浓度检测器500，炭罐200恢复到吸附状态。由于分子的扩散运动，燃料箱100内储存的燃料蒸汽通过吸附管道204扩散至炭罐200内，炭罐200内的活性炭吸附燃料蒸汽中碳元素与氢元素后，将吸附后的燃料蒸汽通过大气连通管206排入大气，有效避免了大气污染。
77.s22、控制器700关闭第一节流阀205、正压产生器300和燃料蒸汽浓度检测器500，并开启第三节流阀406，炭罐200内燃料蒸汽进入至发动机400内。
78.在本发明一实施例中，当炭罐200内燃料蒸汽浓度达到脱附标准后，开始实施脱附。控制器700关闭第一节流阀205和正压产生器300，开启第三节流阀406，由于脱附是在发动机400运行后进行，因此第二节流阀404和第四节流阀409处于开启状态。大气流入进气管道408后，产生的负压带动炭罐200内燃料蒸汽通过脱附管道405进入至进气管道408内，并最终进入发动机400内，为发动机400燃烧提供一定燃油供给。
79.s23、根据预设的脱附策略和当前炭罐200内燃料蒸汽浓度，控制器700调控第二节流阀404和第三节流阀406的张开程度。
80.请参阅图1、图4和图5，图5为本发明一实施例中脱附策略的曲线图，在本发明一实施例中，脱附策略是指根据燃料蒸汽流经脱附管道405时的流量，预设的流量与时间关系的曲线图。图5中q为燃料蒸汽流经脱附管道405的流量，t为对应时间，百分比为炭罐200内燃料蒸汽浓度。根据当前燃料蒸汽浓度，结合脱附策略，控制器700先逐渐开大第三节流阀406至最大值，再逐渐调小第三节流阀406直至闭合，同时对应的逐渐调小第二节流阀404至关闭，再逐渐开大第二节流阀404至初始值。使流经第三节流阀406的燃料蒸汽短时间内稳定上升至最大运行流量，并缓慢降至零值。同时当进气口402内燃油蒸汽增多时，降低燃料箱100为发动机400提供的燃油，使空燃比保持在理想状态。从而可快速完成大比率脱附，减少大流量的运行时间，降低脱附时噪声。需要说明的是，为使图像清晰，图中仅示意性画出流量与时间关系的若干条曲线，实际工程应用时，只要燃料蒸汽浓度大于预设脱附标准，均有对应曲线可查。
81.在本发明一实施例中，根据燃料蒸汽浓度，对应调整初始喷油量，从而使发动机400内空气与燃油的比例维持在理想状态。优选地，在本发明一实施例中，发动机400空燃比为14.7:1，可达到最佳燃烧状态，减少尾气排放。
82.在本发明一实施例中，还提供一种车辆，车辆上安装有上述任一项所述的正压检测装置，且正压检测装置可使用上述任一项所述的正压检测方法。
83.综上所述，本发明通过正压产生器吹扫炭罐内燃料蒸汽，使用燃料蒸汽浓度检测器检测炭罐内燃料蒸汽浓度，当达到脱附标准时，按脱附策略进行脱附。通过对脱附过程精确控制，提高了活性炭粉的脱附效率，减少了尾气排放污染物。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
84.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。