专利名称：用于插电式混合动力车辆的蒸发排放物控制系统的再生的制作方法
技术领域：
本发明涉及管理在由电池供能电动机所驱动的机动车辆的运行中所产生的燃料 箱汽油蒸气，其中机动车辆具有汽油发动机，用于在延续的驾驶旅程中产生补充电力。 车载活性碳罐被设置用于在加燃料和日间加热循环过程中吸附从燃料箱驱出的燃料蒸 气。本发明涉及使用微波加热所述罐以使储存的燃料蒸气返回到燃料箱，特别是在发动 机运行无法清洗(清除)有储存的燃料蒸气的罐时。
背景技术：
所关注的是，生产通过由可再充电电池(例如，锂离子电池)供能的电动机所驱 动的客车。通过使用需要时由汽油发动机驱动的车载发电机，电池供能车辆的操作行程 将增大。对于相对短的驾驶旅程，电池容量将足够，并且汽油发动机将不起动。在这样 的旅程完成时，电池将通过Iio伏特AC电源进行再充电。这种车辆有时被称为插电式 混合动力车辆。由于许多本地驾驶旅程可在电池的电力容量内完成，因此预计汽油发动机将会 有许多天不起动。不过，当进行较长旅程时，发动机将是必要的。作为示例，可以想到 的是，仅使用电池的旅程(在插电进行再充电之前)可最大约为40英里。不过，使用汽 油发动机驱动的发电机将使车辆行程增大至数百英里。插电式混合动力汽油发动机虽然间歇使用，不过其当然会需要车载燃料储存。 储存在车辆燃料箱中的汽油暴露于周围加热(环境)，这增大了易挥发烃燃料的蒸气压 力。在传统的汽油供能发动机中，燃料箱蒸气(典型地包括低分子量的烃)被通气至 罐，所述罐装容大表面积的碳微粒，用于临时吸附燃料箱排放物。此后，在发动机运行 期间，周围空气被抽吸通过碳微粒床层，以从碳颗粒表面清除所吸附的燃料蒸气并将所 移除的燃料携载至车辆发动机的空气进气系统中。如所述，这种插电式混合动力车辆主 要通过电池操作，电池通过在晚间插电至住宅的AC插座而被充电。插电式混合动力车 辆IC发动机可以数天不运行，这导致未通过发动机运行来清除(清洁)蒸发排放物控制 罐。然而，常规燃料箱将每天产生日间蒸气。希望使用熟知的罐，但必须改变其操作模 式以容纳易于从燃料箱流动的燃料蒸气。本发明以适用于插电式混合动力类型车辆的操 作方法提供一种清除熟知燃料蒸发排放物控制罐的方法。
发明内容
本发明提供一种操作用于插电式混合动力类型车辆的燃料储存和传输系统的方 法。所述车辆具有燃料储存和传输系统用于汽油发动机的运行，汽油发动机根据需要而 运行，用于为发电机供能，以对车辆电池系统再充电，并且以为驱动车轮的一个或多个 电动机提供补充电力。为了满足联邦和州蒸发排放物标准，有必要设计和操作在任何时 候均从车辆中释放很少燃料或不释放燃料的燃料储存和传输系统。根据一个实施例，燃料箱被设置用于汽油燃料发动机，所述汽油燃料发动机指定用于根据需要为用于插电式混合动力车辆的发电机供能。所述箱包括具有封闭部以 加燃料的填充管、燃料泵、和用于将燃料传输到发动机的燃料线路。所述箱具有用于检 测燃料水平、燃料温度和燃料箱压力的传感器。而且，所述箱具有从所述箱通向蒸发排 放物控制(EVAP)罐的蒸气入口的燃料蒸气通气管线。EVAP罐储存加燃料蒸气和日间气 体。EVAP罐具有空气入口线路，用于在间歇性的按需要的发动机运行过程中清除有所吸 附的燃料蒸气的罐。EVAP罐还具有出口线路，用于将从罐中抽吸的空气携带的燃料蒸气 传送到汽油发动机的进气系统。在空气入口清除线路和罐出口清除线路中的每个中的流 动通过适合的阀来控制，所述阀可为电螺旋管致动阀。计算机控制模块(其也可控制其 它发动机或车辆功能)接收燃料温度、燃料水平和燃料箱压力输入以控制所述控制阀的 操作。根据本发明的实施例，提供用于在确定罐包含待被清除的一定量的燃料蒸气时 将微波能量传输到罐的手段。罐的加载例如可从储存在发动机控制模块中的所收集燃料 的温度数据来检测。当通过任何适合方式确定应从罐中移除燃料蒸气时，微波能量被导 入在罐内的吸附剂颗粒床层中，以从内向外加热吸附剂颗粒床层，从而使所吸附的燃料 蒸气从所述床层驱出并被驱动回到较冷的燃料箱中。在燃料箱中，被驱出的气体冷凝或 保持在轻微的燃料箱压力下。在短时间加热罐之后，微波能量源被关断，并且清空的罐 可用于燃料蒸气储存。在本发明一些实施例中，从罐中排出的蒸气流可通过在燃料箱通气管线中的真 空泵的运行被增强。当发动机用于为车辆发电机供能而使车辆操作不需要发动机充分操作以通过空 气流从EVAP罐中清除燃料蒸气时，在此后实施这种微波加热。本发明的其它优点将从以下对优选实施例的描述可见。
图1是用于插电式混合动力车辆的汽油发动机的车辆燃料箱的示意图。燃料箱 具有到蒸发燃料蒸气回收(EVAP)罐的通气管线。EVAP罐具有带有受螺线管控制的通气 阀的通气管线。在此实施例中，所述罐被围封在微波发生器中，微波发生器用于加热所 述罐的燃料吸附剂颗粒以将所吸附的汽油蒸气驱出以便返回到燃料箱。图2是类似于图1的示意图，其不同之处在于，微波发生器独立于EVAP罐，且 波导将微波辐射从微波发生器携载至EVAP罐。图3是用于插电式混合动力车辆的蒸发控制系统的示意图，其中包括独立于 EVAP罐的微波发生器。
具体实施例方式插电式混合动力机动车辆具有适合的可再充电电池系统，可再充电电池系统通 常为用于驱动至少两个车轮的至少一个电动机供能。当车辆操作者驾驶车辆时，被编程 的计算机用于响应于操作者命令管理电动机的运行和传输到车轮的动力。虽然可在车辆 不被驱动时对电池系统充电，但是，即使使用充满电的电池系统车辆行程也是有限的。 在所涉及的混合动力电动机供能的车辆中，车载汽油供能发动机被设置为在电池达到低电荷条件时对发电机供能从而驱动电动机。本发明和以下例示的重点针对用于插电式混 合动力车辆汽油发动机的燃料箱和蒸发排放物控制系统。燃料蒸发排放物控制系统已经在由汽油发动机驱动的机动车辆上使用多年。用 于许多内燃机中的汽油燃料相当易挥发并常常被配制以提供适合的季节性挥发性。燃料 通常包括范围从高挥发性的丁烷(C-4)到较低挥发性的C-8至C-IO烃的烃混合物。在 白天的加热(即，日间加热)过程中，燃料温度升高。受热汽油的蒸气压力升高，并且 燃料蒸气将从燃料箱中的任何开口流动。通常，为了防止蒸气损失到大气中，所述箱通 过导管向罐通气，其中罐装容合适的燃料吸附剂材料。大表面积活性碳微粒广泛用于临 时吸附燃料蒸气。同样的吸附剂材料用于储存在车辆加燃料过程中从燃料箱中驱出的燃 料蒸气。本发明使这样的燃料蒸发排放物控制系统适用于插电式混合动力车辆。提供一 种方法，其用于在发动机不运行或运行时间不足够长时从加载燃料的EVAP罐中清除燃料 从而从加载的罐中清除燃料蒸气。在常规车辆上，通过使用发动机歧管真空吸引环境空气经由蒸发排放物控制罐 来清除所述罐，并且所清除的蒸气在发动机燃烧时被消耗。在插电式混合动力车辆的情 况下，可能不会清除所述罐，但燃料箱每天将产生日间蒸气。如果不清除所述罐，则日 间蒸气将作为不受控制的日间排放物而逸散至大气中。根据本发明的实施例，微波能量用于清除插电式混合动力EVAP罐的装载燃料的 活性碳。参见图1，其为用于插电式混合动力车辆的燃料箱10的示意图。燃料箱10被 简化显示，其中，未示出燃料入口、燃料泵、到车辆发动机的燃料传输线路、和燃料温 度和压力传感器。燃料箱10常常定位成使其隔离于发动机和排放热，然而燃料箱经受环 境加热。燃料箱10具有蒸气管线(燃料蒸气通气通路)12，其允许燃料蒸气流在其蒸气 压力下离开箱顶并流到EVAP罐14的顶部处的蒸气入口(图3中的54)，其中，EVAP罐 14装容特定量的吸附剂颗粒16，例如但不限于活性碳颗粒16。活性碳颗粒16可在不吸 附微波能量的尼龙或其它材料制成的罐中装容为颗粒床层。活性碳的罐被例示为具有罐 通气管线(第一空气和燃料蒸气流动通路)18，罐通气管线18可通过罐通气电磁阀20的 操作而开启或关闭。在图1中，罐14被装容在合适的微波发生器22内，微波发生器22根据来自适合 的计算机控制模块(未示出)的信号使微波能量24穿过对可透过微波的尼龙容器而引导 入活性碳16的床层中。EVAP罐14可被装容在不漏微波的容器26 (例如，铝制)中，使 得微波不会从系统中泄漏。不过，罐通气管线18延伸通过不漏微波的容器26至罐14。 如图1中所示的EVAP罐14是典型罐的简化。如图1中进一步所示，可使用电启动和供能的真空泵28可用于帮助受热的燃料 蒸气从内部受热的活性碳床层返回到较冷的燃料箱。在另一实施例中，可使用任何适合 的泵或传送装置帮助燃料蒸气从罐移动到燃料箱。在图2中，微波发生器22独立于EVAP罐14，且波导30用于将微波辐射24携 载至活性碳16的床层中。在图2的EVAP罐中，活性碳16可被装容在防止微波辐射泄 漏的诸如铝之类的材料内。在另一实施例(未示出)中，微波发生器22未设置在车内。当罐14需要再生时，罐可临时附接到微波发生器22模块以便再生。在一个实施例中，当车辆插入至110伏特AC系统以便电池充电时，可通过使用 车内或车外的微波发生器22使罐14再生。例如，当操作者将车辆插电至110伏特AC系 统时，车辆的控制系统可确定所述罐是否需要再生。使用来自110伏特AC插座的电源 使罐14再生，减少了用于微波再生的电池动力的使用。在一个实施例中，可使用110伏 特AC电源通过微波辐射在约1至2分钟内将活性碳16加热至约330°C。车辆控制系统可确定罐14的再生需要多久一次和多长时间。例如，可基于以下 中的至少一种确定罐14再生何时进行及其花费时间在之前旅程中的内燃机运行、日间 装载数量、环境温度、和燃料箱中的燃料水平。在一个实施例中，被捕获在罐中的蒸气 量可基于燃料箱中燃料量和环境温度的变化来估计。罐14可能不需要在每次发动机起动 之后再生。例如，如果环境温度低且燃料箱中的燃料水平高，则日间蒸气生成将很少， 而且罐可能仅需要在多天之后再生。在另一示例中，如果发动机在长途旅程中运行，则 可能不需要微波再生，因为将在发动机运行过程中使用环境空气流清除所述罐。仅在必 要时而不是以固定计划使罐14再生可显著节省能量。微波能量可用于选择性地和内部地使活性碳加热到升高的温度(> 250°C )，使 得烃从碳中解吸(解除吸附)并流回到燃料箱中。通过使用如所述的真空泵28，可有利 于所解吸的烃的流动。吸附剂的微波再生已得到广泛研究，并发现其对诸如活性碳之类 的吸附剂的再生非常有效。微波加热提供均勻的原位快速加热，并且容器器皿可在其中 的材料被加热的同时保持在室温下。微波再生的另一优点在于，在再生过程中，加热取 决于被吸附物和/或吸附剂材料的介电性能，而不是清除气体流速。微波加热也是基于 体积的，因而在物件内的所有极小体积构件均被加热。最后，与诸如热气体加热之类的 表面加热不同，来自微波的热通量的方向是从工作负荷的内部至外部。这些性能可产生 对被吸附的燃料材料的选择性加热，并且在可透过微波的吸附剂的孔内具有大介电损耗 因子。这种加热机制将允许更高的能量效率和更具选择性的且更快速的加热被吸附物和 再生吸附剂。微波加热系统包括将能量传送到磁控管的高压变压器。磁控管产生微波，可使 用波导将微波引导到加热室中。微波加热器通过以下方式工作使通常在900MHz至 2450MHz频率范围(常用频率为2450MHz，波长12.24cm)的非电离辐射通过被加热材 料。微波辐射在常用无线频率和红外频率之间。水和一些其它材料在被称为介电加热的 过程中吸附来自微波的能量。许多分子(例如水分子)是电偶极子，这意味着其在一端具 有正电荷并在另一端具有负电荷，并且从而由于其在由微波感应的交流电场下试图结合 而旋转。这种分子运动由于旋转的分子撞击其它分子并使其运动而产生热。活性碳颗粒 吸收微波，其导致EVAP罐碳的快速加热。微波频率可针对活性碳床层的尺寸而调整。图3是用于插电式混合动力车辆(其包括发动机42)的蒸发控制系统40的示意 图。控制系统40包括分离于EVAP罐14的微波发生器22，如图2中所示。在另一实施 例(未示出)中，控制系统40可包括被装容在微波发生器22内的罐14，如图1中所示。再次参见图3，代表性的EVAP罐14典型地由诸如尼龙之类的适合的热塑性聚合 物模制而成。在一个实施例中，罐14包括四个侧壁44、附接到侧壁44的底封闭部46、 和顶部48，从而限定内部容积和矩形截面。罐14具有从顶部48和前、后侧44延伸的竖直内分隔部50。罐14内的分隔部50朝向底封闭部46延伸但达不到底封闭部46。在罐 的顶部存在蒸气入口开口 54，蒸气入口开口 54也用作从吸附剂材料16中所解吸的微波清 除蒸气流的出口。在罐14顶部中在竖直分隔部50的另一侧上还形成罐通气开口 56和通 气管线18，通过通气管线18清除空气流进入罐14中，并且通气管线18在罐的微波清除 过程中关闭。这样，由于存在封闭底部，因而罐14中的分隔部50延长了蒸气从蒸气入 口 54到罐通气开口 56的流动路径。在另一实施例中，碳罐14可为圆柱形并具有一个或 多个分隔部，分隔部具有用于空气和蒸气流动的开口。分隔部的目的在于防止在长期浸 透过程中蒸气重新分布。蒸气重新分布易于增加突破排放物。通气管线18连接到罐通气螺线管致动的密封阀20。密封阀20仅在罐14的微波 清除过程中关闭，并用于EVAP系统泄漏核查。在其关闭位置，密封阀20的止动件部分 58被偏置成关闭以覆盖空气入口线路中的通气开口 60。在电池供能的电磁阀62致动时， 移动止动件58以露出通气开口 60。电磁阀62根据通过信号线78的车辆控制模块76的 命令而致动。如所述，密封阀20通常仅在车辆加燃料过程中和适合的发动机运行模式过 程中开启。罐清除出口 64通过清除线路(第二空气和燃料蒸气流动通路)66经由螺线管致 动的清除阀68连接到发动机42。清除阀68可包括电池供能的电磁阀70和用于关闭清除 开口 74的止动件72。清除阀68在发动机42运行时由控制器76通过信号线77操作，并 可提供二次空气/燃料混合。清除阀68在发动机停机时关闭，并在发动机42运行时仅 通过控制模块的命令而开启，且可提供被抽吸通过罐14的装载燃料的空气流的二次流。当发动机42在运行时，罐通气管线18和清除管线66开启。当车辆加燃料时， 罐通气管线18开启，但清除管线66关闭。当使用微波辐射使罐再生时，罐通气管线18 和清除管线66均关闭。当发动机42起动时，控制器76接收来自一个或多个发动机传感器、变速器控制 装置、和/或排放物控制装置的信号。从发动机42至控制器76的线路78示意性图示传 感器信号流。在发动机运行过程中，燃料泵(未示出)将汽油从燃料箱10通过燃料管线 (未示出)传输到燃料轨。燃料喷射器将汽油喷射到发动机42的气缸中或喷射到供应气 缸组的端口。燃料喷射器的正时和运行以及所喷射的燃料量通过控制器76管理。除了对于燃料蒸气通气通路12，燃料箱10通常地为封闭容器。燃料箱10常常 通过吹模的高密度聚乙烯制成，其中设置有一个或多个汽油不可透过的内层。燃料箱10 连接到填充管80。气体盖82封闭填充管80的气体填充端84。填充管80的出口端86 位于燃料箱10内。单向阀88防止汽油溅出填充管80。汽油上表面被标示为90。浮式 燃料水平指示器92将燃料水平信号在94处提供到控制器76。压力传感器96和温度传感 器98可选地将压力信号100和温度信号102提供到控制器76。蒸气通气通路12从燃料 箱10上的密封件104延伸到罐14。在燃料箱10内的浮阀106防止液态汽油进入蒸气通 气通路12。如前所述，车辆发动机42可能没有充分运行以适合地从EVAP罐14中清除所储 存的燃料。本发明的微波加热系统和实践提供在这些环境下从罐14中清除燃料的方法。 罐的出口阀关闭，并且被清除的燃料蒸气流通过燃料箱通气管线被导回并且进入到相对 冷的燃料箱中。
在本发明的另一实施例中，两个分立罐可设置用于插电式混合动力燃料蒸发控 制系统。一个罐可用于车载加燃料蒸气回收(ORVR)，并且第二个罐可用于日间排放物 控制。ORVR罐可在发动机消耗燃料的任何时候被清除，其中不需要微波再生。日间罐 将在发动机操作不足以清除罐时使用微波再生进行清除。本发明的实施已经通过例子显示，所述例子其仅用于例示，而不是用于限制本 发明。
权利要求
1.一种操作在插电式混合动力车辆中的燃料蒸发排放物控制系统的方法，所述车辆 通过由电池供能的电动机驱动并具有由辅助汽油发动机供能的发电机，所述发电机根据 需要而运行以补充用于所述车辆的电力，其中，所述车辆包括汽油燃料箱；燃料蒸气 通气通路，其从所述燃料箱至具有燃料蒸气吸附材料的燃料蒸气吸附罐；延自所述罐的 第一空气和燃料蒸气流动通路，用于向所述罐通气和用于将清除空气引入到所述罐以从 所述罐清除燃料蒸气；和延自所述罐的第二空气和燃料蒸气流动通路，用于使清除空气 和被清除的燃料蒸气从所述罐流动到所述发动机的进气系统，所述方法包括跟踪燃料蒸气从所述燃料箱至所述燃料蒸气吸附罐的流动；并且当所述罐的燃料含 量超过预定水平时通过微波辐射选择性地加热所述吸附罐的燃料蒸气吸附材料，以将燃料蒸气从所述 罐清除返回通过所述燃料蒸气通气通路进入所述燃料箱中。
2.如权利要求1所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其特征在于，还包括 使用在所述燃料蒸气通气通路中的真空泵将燃料蒸气从所述罐泵送到所述燃料箱，以帮 助所述燃料蒸气流回到所述燃料箱中。
3.如权利要求1所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其特征在于，所述微波 辐射的源是微波发生器，并且所述罐被围封在所述微波发生器中。
4.如权利要求1所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其特征在于，所述微波 辐射的所述源是微波发生器，所述微波发生器通过波导被连接到所述罐。
5.如权利要求1所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其中，所述微波辐射的 所述源是微波发生器，所述微波发生器处于所述插电式混合动力车辆之外。
6.如权利要求1所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其特征在于，还包括在发动机运行过程中开启所述第一和第二空气和燃料蒸气通路；当所述车辆未运行且汽油被加到所述燃料箱时，开启所述第一空气和燃料蒸气通 路，但不开启所述第二空气和燃料流动通路；跟踪燃料蒸气从所述燃料箱至所述燃料蒸气吸附罐的流动，并且当所述罐的燃料含 量超过一定水平且所述第一和第二空气和燃料蒸气通路均关闭时通过微波辐射选择性地加热所述吸附罐的燃料蒸气吸附材料，以将燃料蒸气从所述 罐清除返回通过所述燃料蒸气通气通路进入所述燃料箱中。
7.如权利要求6所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，特征在于，还包括 使用在所述燃料蒸气通气通路中的真空泵将燃料蒸气从所述罐泵送到所述燃料箱，以帮 助所述燃料蒸气流回到所述燃料箱中。
8.如权利要求6所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其特征在于，所述微波 辐射的源是微波发生器，并且所述罐被围封在所述微波发生器中。
9.如权利要求6所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其特征在于，所述微波 辐射的所述源是微波发生器，所述微波发生器通过波导被连接到所述罐。
10.如权利要求6所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其特征在于，所述微 波辐射的所述源是微波发生器，所述微波发生器处于所述插电式混合动力车辆之外。
11.如权利要求1所述的操作燃料蒸发排放物控制系统的方法，其特征在于，所述燃料蒸气吸附材料包括活性碳颗粒。
12.一种用于插电式混合动力车辆的设备，所述车辆通过由电池供能的电动机驱动并 具有由辅助汽油发动机供能的发电机，所述发电机根据需要而运行以补充用于所述车辆 的电力，所述设备包括汽油燃料箱；燃料蒸气通气通路，其从所述燃料箱至具有燃料蒸气吸附材料的燃料蒸气吸附罐； 延自所述罐的第一空气和燃料蒸气流动通路，用于向所述罐通气和用于将清除空气 引入到所述罐以从所述罐中清除燃料蒸气；延自所述罐的第二空气和燃料蒸气流动通路，用于将清除空气和被清除的燃料蒸气 从所述罐流动到所述发动机的进气系统；和 与所述罐相连的微波发生器。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述罐被围封在所述微波发生器中。
14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述微波发生器通过波导被连接到所述罐。
15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括在所述燃料蒸气通气通路中的真空泵。
16.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述燃料蒸气吸附材料包括活性碳颗粒。
全文摘要
一种插电式混合动力车辆通过由电池系统供能的一个或多个电动机驱动，电池系统具有由汽油发动机供能的发电机提供的补充电力。具有燃料蒸气吸附材料并通过燃料蒸气通气通路相连的罐用于在加燃料和日间加热过程中接纳和临时吸附来自车辆燃料箱的燃料蒸气。所述罐还具有空气流动通路，用于向所述罐通气和引入周围空气(沿逆向流动方向)以便在罐清除过程中移除被储存在罐中的气体。所述罐具有第二通路，用于将空气和被清除气体从所述罐传送到运行的发动机。当发动机运行不足以从燃料吸附材料清除燃料蒸气时，使用微波能量加热所述材料以清除被吸附的燃料蒸气并驱动所述气体返回通过燃料蒸气通风通路进入燃料箱中。通风通路中的真空泵可有助于被清除燃料蒸气的流动。
文档编号B60W20/00GK102016282SQ200880117781
公开日2011年4月13日 申请日期2008年9月2日 优先权日2007年9月27日
发明者S·R·里迪 申请人:通用汽车环球科技运作公司