CN108407607A - 一种新式电控燃油系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新式电控燃油系统，所述燃油系统包括油箱本体、碳罐、注油管、油泵、电控排气阀、通气口、气压传感器、液位传感器、通气管路、供/回油管路、控制单元以及电控止回阀，所述碳罐以及油箱内部的通气口通过通气管路与电控排气阀连通，电控排气阀设置在油箱本体内，压力式液位传感器安装于油箱本体底部，气压传感器置于油箱本体顶部，电控止回阀安装于注油管和油箱本体连接处，所述控制单元利用CAN总线的形式与整车ECU进行通讯；该技术方案设计巧妙、结构紧凑，该方案利用电控阀门的快速性和高灵敏度，快速排气控制内压，提升加油顺畅性，消除反喷、反涌现象。

Description

一种新式电控燃油系统

技术领域

本发明涉及一种燃油系统，具体涉及一种新式电控燃油系统，属于油箱结构部件技术领域。

背景技术

燃油系统是汽车底盘或动力总成系统的一部分，其主要功能是为汽车发动机提供燃油，燃油系统按功能可以分为四个模块，分别是燃油存储模块、燃油发送模块，蒸气管理模块、测量控制模块。

在汽车加油过程中，要求油箱内的蒸气通过管路排至碳罐进行脱附处理，加油至自动跳枪时，油箱内的燃油容积符合要求。目前的燃油系统使用“液位控制阀”在某一特定高度关闭切断排气，使加油枪自动跳枪，以此来控制加油的液位高度(即加注容积)，在不同的油箱中需设定不同的“关闭高度”。

在汽车行驶或驻车过程中，需要燃油系统能够在各种工况下平衡油箱内外压力，避免燃油泄漏，如汽车倾斜、侧翻和燃油受热膨胀、遇冷收缩等情况。燃油系统通过阀门进行排气和补气，在特定情况下完全密闭，阻止燃油泄漏。

此外，燃油系统通过油泵输送燃油给发动机，以及利用液位传感器监测油箱内的剩余油量。

传统燃油系系统存在以下问题：1)加油性能方面：燃油通过注油管进入油箱，随着加油的进行，油箱内部液位升高，箱体内部的蒸气通过各个阀门经通气管路排入碳罐中进行脱附，当油位达到液位控制阀的关闭高度时，由于液体对阀门内部浮子的浮力，阀门关闭，此时油箱内部压力升高，燃油无法继续注入，加油枪跳枪；在加油枪首次跳枪后，油箱内部高压气体通过重力阀缓慢排出，油箱内部压力下降至一定数值时，可继续进行补加，补加一定的燃油后，油箱内压再次升高，加油枪再次跳枪，随后重复一定次数的补加至满容积左右由于在加油枪首次跳枪后，通过重力阀油箱内部压力释放缓慢，在补加时因液态燃油的冲击，会在加油口出现反喷、反涌等现象。并且加注容积的控制依靠液位控制阀的关闭，存在一定的误差，且不同型号的油箱有不同的关闭高度要求，需重新设计阀门；2)工作性能方面，汽车在行驶或者驻车时，油箱的内部压力可能会低于或高于外部气压，过低或过高的内压都会导致塑料油箱产生变形，因此需要对油箱内部进行排气和补气。同时由于汽车在工作时可能处于多种不同的路况下，因此需要燃油系统在每一种情况下都能进行正常的排气和补气。此外，燃油系统还需要将油箱中的剩余燃油量反馈给整车ECU，将数值反应在仪表盘上。传统燃油系统由于采用机械式的阀门，其在没有燃油浸没时处于常开状态，而阀门通气管路与碳罐连通，因此在车辆动态行驶时，存在一定的动态泄露量，并且系统管路不能主动封闭或开启，无法应用在高压系统环境中，此外由于阀门可能因为车身晃动引起的燃油冲击而关闭，因此存在重新开启压力的要求，传统燃油系统的燃油容积测量依靠浮子液位传感器实现，分辨率低，存在较大的误差；3)安全性能方面：在车辆倾覆或者翻车时，燃油系统要封闭避免燃油泄漏造成事故，传统燃油系统中的机械式阀门有关闭角度的性能参数，在出现翻车的意外状况时会立刻关闭。因此，传统的燃油箱系统主要存在加油顺畅性不足，补加时存在反喷、反涌等现象；容积控制和液位显示不够准确；行驶时存在动态泄露；不能兼容高压燃油系统等问题。因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种新式电控燃油系统，该技术方案设计巧妙、结构紧凑，该方案利用电控阀门的快速性和高灵敏度，快速排气控制内压，提升加油顺畅性，消除反喷、反涌现象。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种新式电控燃油系统，所述燃油系统包括油箱本体、碳罐、注油管、油泵、电控排气阀、通气口、气压传感器、液位传感器、通气管路、供/回油管路、控制单元以及电控止回阀，对于燃油系统的燃油存储、燃油发送、蒸气管理、测量控制四个模块，该方案主要对燃油存储、蒸汽管理和测量控制的性能做出改善，所述碳罐以及油箱内部的通气口通过通气管路与电控排气阀连通，电控排气阀设置在油箱本体内，可根据油箱的具体形状和空间自由布置；压力式液位传感器安装于油箱本体底部，气压传感器置于油箱本体顶部，油泵的布置与传统燃油系统类似；电控止回阀安装于注油管和油箱本体连接处，所述控制单元利用CAN总线的形式与整车ECU进行通讯。

作为本发明的一种改进，所述电控排气阀采用电磁式阀门和机械式阀门组合的结构，使其具有排气和排液两个阀路流向，电磁式阀门模块和机械式阀门模块均具有两级开启模式。电磁式阀门为大流量和小流量模式，控制通气量；机械式阀门模块关闭状态为同时关闭阀门与油箱的排液口以及阀门与通往碳罐的通气口的接口，一级开启状态为关闭阀门与油箱的排液口，防止燃油经阀门进入碳罐，开启阀门与通往碳罐的通气口的接口，二级开启状态为同时打开阀门与油箱的排液口以及阀门与通往碳罐的通气口的接口。

作为本发明的一种改进，所述液位传感器采用压阻式压力传感器作为测量器件，利用应变片(DMS)法进行压力测量。选用硅薄片作为DMS，以金属(钢)作为薄膜，压力传感器产生的信号经过温度补偿后传入电子控制单元，结合气压传感器测得的内部气压信号，通过算法分析得出准确的燃油液位信息。不同型号的油箱只需确定传感器的安装位置，利用算法进行液位标定，不要像传统燃油系统重新根据油箱结构和关闭高度设计阀门。

作为本发明的一种改进，所述通气口的数量至少为一个，所述通气口通过通气管路连接电控排气阀。

作为本发明的一种改进，所述电控排气阀5，其内部设有集液空间，用于存储由管道通气口泄漏进入的燃油。如此可以极大减少燃油系统的动态泄漏量，进入阀门组件内的燃油通过内置的排液泵排回至燃油箱内。当然排气管路浸没状态时，进入管路内的燃油也可经由此路径排回至燃油箱。

作为本发明的一种改进，所述电控排气阀的阀口控制可以考虑使用电磁线圈驱动衔铁阀芯的形式，相对每个阀口需要独立控制，容易想到的每个阀口由一个电磁线圈独立控制。

作为本发明的一种改进，所述液位传感器采用电容式压力液位传感器。相对于传统燃油系统使用FLVV控制加注容积，浮子液位传感器测量剩余容积，本发明中的方式可以以连续的信号反馈油箱液位高度，且对于容积的测量具有更高的精度。通过控制单元的算法分析计算，可以对箱体的蒸气压力及温度的影响进行补偿，同时极大的减少箱体内液位波动及产生涡流的影响。

作为本发明的一种改进，所述电控止回阀以单独的电控止回阀门的形式控制燃料加注，降低了加油时箱体内蒸气压力控制的要求，由此降低了加油时对电控气阀门控制算法的复杂程度和编写难度，提升了电控系统的可靠性。关于电控止回阀12，其主要在加油时主动打开，并在补加时快速开闭控制补加量及抑制反喷反涌，提升加油顺畅性，相对传统机械式的止回阀门，具有更高的灵敏度。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案整体结构设计紧凑、巧妙，该方案可以提高燃油系统的性能和质量：2)该技术方案利用电控阀门的快速性和高灵敏度，快速排气控制内压，提升加油顺畅性，消除反喷、反涌；3)该方案利用压力液位传感器准确控制加注容积、测量液位；4)该技术方案的电控阀门主动开闭不受液位限制，减少动态泄露；5)该方案可主动隔离油箱与碳罐，兼容高压燃油系统，并可辅助OBD检测，6)整个技术方案成本较低，便于进一步的推广应用。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2a为电控排气阀一级开启状态示意图；

图2b为电控排气阀二级开启状态示意图；

图3为加油状态示意图；

图4为跳枪状态示意图；

图5为油箱工作时倾斜状态示意图；

图6为由倾斜恢复正常姿态示意图；

图7为油箱倾覆状态示意图；

图8为油箱隔离状态示意图；

图9为两个通气口时执行状态示意图；

图10为电控燃油系统在工作状态示意图；

图11为电控燃油系统在加油状态示意图。

图中：1、燃油箱本体，2、碳罐，3、注油管，4、油泵，5、电控排气阀，6、通气口，7、气压传感器，8、液位传感器，9、通气管路，10、供/回油管路，11、电控单元，12、电控止回阀。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1、图2,一种新式电控燃油系统，所述燃油系统包括油箱本体1、碳罐2、注油管3、油泵4、电控排气阀5、通气口6、气压传感器7、液位传感器8、通气管路9、供/回油管路10、控制单元11以及电控止回阀12，对于燃油系统的燃油存储、燃油发送、蒸气管理、测量控制四个模块，该方案主要对燃油存储、蒸汽管理和测量控制的性能做出改善，所述碳罐2以及油箱内部的通气口6通过通气管路9与电控排气阀5连通，电控排气阀5设置在油箱本体1内，可根据油箱的具体形状和空间自由布置；压力式液位传感器8安装于油箱本体底部，气压传感器7置于油箱本体顶部，油泵的布置与传统燃油系统类似；电控止回阀12安装于注油管3和油箱本体连接处，所述控制单元11利用CAN总线的形式与整车ECU进行通讯。该方案利用电控阀门的快速性和高灵敏度，主动隔离油箱与碳罐，兼容高压燃油系统，并可辅助OBD检测，该方案利用压力液位传感器准确控制加注容积、测量液位。

实施例2：参见图1，作为本发明的一种改进，所述电控排气阀5采用电磁式阀门和机械式阀门组合的结构，使其具有排气和排液两个阀路流向，电磁式阀门模块和机械式阀门模块均具有两级开启模式。电磁式阀门为大流量和小流量模式，控制通气量；机械式阀门模块关闭状态为同时关闭阀门与油箱的排液口以及阀门与通往碳罐的通气口的接口，一级开启状态为关闭阀门与油箱的排液口，防止燃油经阀门进入碳罐，开启阀门与通往碳罐的通气口的接口，二级开启状态为同时打开阀门与油箱的排液口以及阀门与通往碳罐的通气口的接口，如图2a、2b所示。该技术方案利用电控阀门的快速性和高灵敏度，快速排气控制内压，提升加油顺畅性，消除反喷、反涌；其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例3：作为本发明的一种改进，所述液位传感器8采用压阻式压力传感器作为测量器件，利用应变片(DMS)法进行压力测量。选用硅薄片作为DMS，以金属(钢)作为薄膜，压力传感器产生的信号经过温度补偿后传入电子控制单元，结合气压传感器测得的内部气压信号，通过算法分析得出准确的燃油液位信息。不同型号的油箱只需确定传感器的安装位置，利用算法进行液位标定，不要像传统燃油系统重新根据油箱结构和关闭高度设计阀门。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例4：作为本发明的一种改进，所述通气口6的数量至少为一个，所述通气口通过通气管路连接电控排气阀5。图示的电控燃油系统中通气口6所在的位置为传统燃油系统中重力阀(GVV)所在的位置，因此将本发明的电控模块应用于传统项目，包括PHEV系统时，对于油箱外形及系统布置不需要做大幅度变动，缩短了新系统应用的开发时间，从而在提升燃油系统性能的同时降低了开发成本。其次，电控燃油系统模块可以应用于不同的项目环境，因为不需要内置机械阀门，只需对管路和控制软件做出变动，极大缩短了项目开发周期。由于通气口6与传统的布置重力阀(GVV)不同，无需考虑阀门的尺寸及关闭高度，因此可以减少了油箱的蒸发空间，降低油箱高度。除此以外，图示例显示了具有两处通气口6，当然根据实际应用情况可以增加和减少，具体来说，如果系统按传统思路需要3个GVV阀门，则布置3个通气口6，如果需要1个GVV阀门则布置1个通气口6，对于不需要GVV阀门的系统，则布置1个通气口6位于原先FLVV的位置。而相对应的电控排气阀5可以设置多个阀口，可以满足以上的各种系统情况。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例5：作为本发明的一种改进，所述电控排气阀5，其内部设有集液空间，用于存储由管道通气口6泄漏进入的燃油。如此可以极大减少燃油系统的动态泄漏量，进入阀门组件内的燃油通过内置的排液泵排回至燃油箱内。当然排气管路浸没状态时，进入管路内的燃油也可经由此路径排回至燃油箱。所述电控排气阀的阀口控制可以考虑使用电磁线圈驱动衔铁阀芯的形式，相对每个阀口需要独立控制，容易想到的每个阀口由一个电磁线圈独立控制。

对于有多个阀口需要控制的情况，本发明考虑了单电磁线圈驱动的控制的设计方案，考虑到一种多孔的柱形执行件，每个通孔对应于通气管路的进气口，执行件由电磁线圈驱动阀芯带动而运动，通过控制电磁线圈的通电电流而控制执行件的行程，从而实现通气管路进行口的不同开闭组合形式。以具有两个通气口6的系统为例，如下图9所示，分别对应进气口A和进气口B，则执行件具有四个行程位置，实现的通气模式为(1)A、B均开通(2)A关闭，B开通(3)A开通，B关闭(4)A、B均关闭。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例6：作为本发明的一种改进，所述液位传感器采用电容式压力液位传感器。相对于传统燃油系统使用FLVV控制加注容积，浮子液位传感器测量剩余容积，本发明中的方式可以以连续的信号反馈油箱液位高度，且对于容积的测量具有更高的精度。通过控制单元的算法分析计算，可以对箱体的蒸气压力及温度的影响进行补偿，同时极大的减少箱体内液位波动及产生涡流的影响。在这里需要说明的是，对于油箱液位的测量需要压力液位传感器和置于箱体顶部的蒸气压力传感器两者配合，主要原因是箱体内部空间中的蒸气压力会对压力液位传感器的数值造成影响，因此在电控单元中收到的压力液位传感器信号需要根据蒸气压力传感器的信号进行误差补偿，如此使得在不同温度压力下系统都可以准确测量油箱液位及容积。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例7：作为本发明的一种改进，所述电控止回阀12以单独的电控止回阀门的形式控制燃料加注，降低了加油时箱体内蒸气压力控制的要求，由此降低了加油时对电控气阀门控制算法的复杂程度和编写难度，提升了电控系统的可靠性。关于电控止回阀12，其主要在加油时主动打开，并在补加时快速开闭控制补加量及抑制反喷反涌，提升加油顺畅性，相对传统机械式的止回阀门，具有更高的灵敏度。此外，以单独的电控止回阀门的形式控制燃料加注，降低了加油时箱体内蒸气压力控制的要求，由此降低了加油时对电控气阀门控制算法的复杂程度和编写难度，提升了电控系统的可靠性。其余结构和优点与实施例1完全相同。

工作过程：

参见图1-图8，图1所示是本发明的整体结构示意图，燃油箱本体1起到存储燃油的作用，在汽车加油时，通过加注管3加入燃油，随着液位上升燃油箱1内部的蒸气由通气口6，经过通气管路9和电控排气阀5进入碳罐2进行脱附；当箱体内的油位达到设定值时，控制单元11接收到气压传感器7和液位传感器8的信号，做出判定，控制电控止回阀12关闭，加油枪跳枪，随后电控止回阀12主动打开进行补加，补加跳枪同样通过电控止回阀12的关闭实现。汽车工作时，由油泵4泵出燃油经供油管10给汽车动力系统输送燃油。此过程本身是公知。汽车工作时，通过气压传感器7监测油箱本体1内的压力变化，通过开闭电控排气阀5经通气管路9进行正压排气和负压补气，油箱本体1内的剩余油量通过液位传感器8检测内部液体压力反馈给电控单元11，通过气压传感器7的信号进行内部气压补偿后得出剩余油量值。系统通过控制单元11主动控制电控排气阀5的开闭来避免在车辆倾斜或动态行驶引起的燃油泄露，由通气口6进入内部通气管路9的燃油由电控排气阀中的排液口13排出。在汽车出现倾覆或者翻车时，所有电控阀门主动关闭，包括电控排气阀5的所有电磁阀口和电控止回阀12，同时在电控排气阀5中集成有机械式的安全阀，避免在断电情况电磁阀无法动作时出现泄漏，当应用于高压油箱环境时，系统可主动关闭电控排气阀5，隔离油箱本体1与碳罐2，同时可用于辅助OBD检测。

该新式电控燃油系统主要工作状态如下，

1)加油状态，参见图3，该方案在加油时利用液压传感器8测量液位高度，加油口的止回阀设计成电控阀门，可在整车的电子控制单元中设定加油高度H；电控排气阀是常开阀门，设计成大流量和小流量两种通气模式，加油时处于大流量模式快速排气，在加油时电控止回阀12打开，燃油经过注油管进入油箱本体1，内部气体由通气口6经电控排气阀12进入碳罐2中；当加油高度达到设定值H时，压力式液位传感器8的信号经电子控制单元11分析处理，会控制电控止回阀关闭，燃油无法由注油管进入油箱，加油枪跳枪，参见图4，同时电控排气阀切换为小流量模式；在首次跳枪后再次打开电控止回阀进行补加，根据油箱内的气压和液位信息控制补加量，并关闭电控止回阀，重复补加过程，每次补加间隔为1s；由于通过电控排气阀主动进行快速排气，可以消除加油时出现的反喷、反涌现象，提升燃油顺畅性；利用压力式液位传感器进行液位和容积测量提升了测量的精度。

2)工作状态，图5为油箱倾斜状态图、图6为由倾斜恢复正常姿态，在汽车行驶或者驻车时，电控燃油系统通过气压传感器7检测油箱内部的压力，并且在电子控制单元会设定一个阈值，当油箱内部压力过高或过低时，通过电控排气阀进行排气和负压补气，系统从整车获取汽车的姿态信号，得到油箱倾斜状态的信息，以及车辆的动态行驶状态，通过电控排气阀的开闭阻止燃油进入阀门以及避免动态泄露，根据测得的油箱中的剩余油量以及油箱的倾斜姿态，控制单元11可以判断出当前被燃油浸没的通气口，相应的电控阀管口会立即关闭；根据汽车行驶时瞬时加速度，比如加速、刹车、急转弯，控制单元会控制电控排气阀短暂关闭，从而避免动态泄露的产生。由于车身倾斜和动态行驶引起少量进入阀门内的燃油经过电控排气阀内的机械式阀门模块排入油箱中。

安全性能，参见图7油箱倾覆状态示意图，该方案中加入了机械式安全阀的结构，电控排气阀中的机械式阀门模块在车辆出现倾覆翻车时处于完全关闭状态，阻止燃油泄漏，同时可以预防在意外状态下电磁阀门模块断电失效。参见图8，油箱隔离状态示意图，本发明中可以通过主动关闭电控排气阀和电控止回阀辅助OBD检测，此外关闭电控排气阀可以隔离油箱与碳罐，因此本电控燃油系统可以适用于高压燃油系统。

对于电控燃油系统在不同状态的运行情况可增加系统控制的流。参见图10，图10为工作状态示意图，图11为加油状态示意图。

本发明还可以将实施例子2、3、4、5、6、7所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (8)

1.一种新式电控燃油系统，其特征在于，所述燃油系统包括油箱本体、碳罐、注油管、油泵、电控排气阀、通气口、气压传感器、液位传感器、通气管路、供/回油管路、控制单元以及电控止回阀，所述碳罐以及油箱内部的通气口通过通气管路与电控排气阀连通，电控排气阀设置在油箱本体内，压力式液位传感器安装于油箱本体底部，气压传感器置于油箱本体顶部，电控止回阀安装于注油管和油箱本体连接处，所述控制单元利用CAN总线的形式与整车ECU进行通讯。

2.根据权利要求1所述的新式电控燃油系统，其特征在于，所述电控排气阀采用电磁式阀门和机械式阀门组合的结构，使其具有排气和排液两个阀路流向，电磁式阀门模块和机械式阀门模块均具有两级开启模式。

3.根据权利要求2所述的新式电控燃油系统，其特征在于，所述液位传感器固定于箱体内底部，采用压阻式压力传感器作为测量器件，选用硅薄片作为DMS，以金属作为薄膜，压力传感器产生的信号经过温度补偿后传入电子控制单元，结合气压传感器测得的内部气压信号，通过算法分析得出准确的燃油液位信息。

4.根据权利要求3所述的新式电控燃油系统，其特征在于，所述通气口的数量至少为一个，所述通气口通过通气管路连接电控排气阀。

5.根据权利要求4所述的新式电控燃油系统，其特征在于，所述电控排气阀，其内部设有集液空间，用于存储由管道通气口6泄漏进入的燃油。

6.根据权利要求5所述的新式电控燃油系统，其特征在于，所述电控排气阀的阀口控制使用电磁线圈驱动衔铁阀芯的形式。

7.根据权利要求1或2所述的新式电控燃油系统，其特征在于，所述液位传感器采用电容式压力液位传感器。

8.根据权利要求1或2所述的新式电控燃油系统，其特征在于，所述电控止回阀以单独的电控止回阀门的形式控制燃料加注。