專(zhuān)利名稱(chēng)：用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和空氣控制的蒸發(fā)炭罐凈化預(yù)測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及和蒸氣存儲(chǔ)炭罐聯(lián)系的系統(tǒng)和方法。更詳細(xì)地，本發(fā)明關(guān)系到估算從凈化蒸發(fā)(evap)炭罐吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的烴蒸氣和空氣并將此估算用于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和燃料控制。
背景技術(shù)：
汽車(chē)工業(yè)積極尋求改進(jìn)的排放減少，包括由于汽油蒸發(fā)作用的排放減少。汽油包括從較高揮發(fā)性丁烷(C4)到較低揮發(fā)性的C8及C10烴的烴混合物。在填充燃料箱過(guò)程中由于例如環(huán)境溫度或者蒸氣置換的狀況，當(dāng)箱中的蒸氣壓力增加的時(shí)候，燃料蒸氣通過(guò)燃料箱中的通道流出。為了防止燃料蒸氣流失到大氣中，將燃料箱排放到包含吸附劑材料如活性炭顆粒稱(chēng)作“蒸發(fā)炭罐”的炭罐中。
由于燃料蒸氣進(jìn)入炭罐的入口，燃料蒸氣混合入炭粒中并被臨時(shí)吸收。選擇炭罐的大小和吸附材料量來(lái)適應(yīng)期望燃料蒸氣的產(chǎn)生。在Reddy的U.S.專(zhuān)利號(hào)6,279,548中描述了一種可仿效的蒸發(fā)控制系統(tǒng)，它作為引用結(jié)合于本文中。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，控制系統(tǒng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口真空通過(guò)吸附劑吸收空氣來(lái)釋放燃料。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以使用發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM)、動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊(PCM)、或者其他這種控制器來(lái)優(yōu)化燃料效率和最小化受管制排放。將釋放的燃料蒸氣作為第二空氣/燃料混合物導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣感應(yīng)系統(tǒng)來(lái)消耗釋放的燃料蒸氣。為了優(yōu)化燃料效率，希望將第二空氣/燃料源考慮進(jìn)來(lái)。然而目前，沒(méi)有計(jì)量炭罐凈化燃料和空氣，因此在調(diào)整給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和空氣中ECM沒(méi)有數(shù)據(jù)使用。在炭罐凈化過(guò)程中將廢氣的氧傳感器反饋控制用于調(diào)整燃料控制。反饋控制，由于它在行為之后，在廢氣排放控制中不是非常有效。然而，嚴(yán)格的廢氣排放規(guī)則要求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中空氣/燃料比日益仔細(xì)的控制。另一方面，更加嚴(yán)格的蒸發(fā)排放規(guī)則要求增加的凈化空氣率，意味著甚至更多來(lái)計(jì)量的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。
此外，炭罐中吸附的燃料蒸氣量在釋放過(guò)程中變動(dòng)。從炭罐中吸入的燃料蒸氣的比率將降低，因?yàn)樵絹?lái)越多的被消除直到最后從炭罐釋放出所有燃料。將希望在優(yōu)化燃料效率和最小化排放使發(fā)動(dòng)機(jī)或者動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊(“控制器”)能夠考慮從存儲(chǔ)罐吸入的燃料蒸氣量并且當(dāng)吸附的燃料耗盡時(shí)能夠?yàn)閬?lái)自存儲(chǔ)炭罐的燃料蒸氣的減少而調(diào)整。
給控制器提供從存儲(chǔ)罐吸入的燃料蒸氣和凈化空氣的信息的一個(gè)方法將是利用凈化烴傳感器直接測(cè)量從存儲(chǔ)炭罐吸入的烴和空氣量，以便發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可以減少?gòu)娜剂舷渥⑷氲桨l(fā)動(dòng)機(jī)中和來(lái)自相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)風(fēng)口的燃料。該途徑將導(dǎo)致在廢氣排放控制中非常有效的前饋控制，但是將要求給發(fā)動(dòng)機(jī)添加昂貴的凈化傳感器。
從而具有預(yù)測(cè)通過(guò)炭罐吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣中的烴量的方法是有用的，用于更好的前饋燃料控制而不用給發(fā)動(dòng)機(jī)添加昂貴的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在凈化蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐的過(guò)程中用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和燃料率的方法和裝置。該裝置包括使用計(jì)算以估算來(lái)自蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐的凈化蒸氣中烴和空氣量來(lái)減少進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)量的燃料和空氣量的已編程控制器。
炭罐包含能夠從存儲(chǔ)揮發(fā)性燃料的燃料箱吸附燃料蒸氣的吸附性材料。炭罐包括連接到燃料的蒸氣入口、連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣感應(yīng)系統(tǒng)的凈化出口以及從存儲(chǔ)在炭罐中每日的和補(bǔ)給燃料事件在燃料箱中產(chǎn)生的燃料蒸氣。在凈化過(guò)程中，空氣感應(yīng)系統(tǒng)通過(guò)炭罐吸入空氣。當(dāng)通過(guò)炭罐吸入時(shí)，釋放的燃料蒸氣(在此也作為烴蒸氣提及)進(jìn)入空氣。在收回的烴蒸氣/空氣混合物中的烴蒸氣將通過(guò)凈化操作降低。凈化的蒸氣中的釋放的烴蒸氣的初始濃度，如果不已知，可以從例如自上次凈化之后的燃料等級(jí)變化、自補(bǔ)給燃料之后的時(shí)間間隔(即，自增加燃料等級(jí)之后)、環(huán)境溫度、燃料的周期性RVP以及蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐中的吸附劑的吸附能力和數(shù)量的有關(guān)因素來(lái)估算。
控制器利用凈化中的烴蒸氣的初始濃度的估算或者確定以及預(yù)測(cè)來(lái)自蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐的凈化中烴量隨時(shí)間降低的方程式來(lái)計(jì)算來(lái)自蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐的凈化蒸氣烴和空氣量。此方程式優(yōu)選基于Langmuir吸附等溫線方程式。
本發(fā)明還提供用于凈化具有吸附燃料(或者烴)蒸氣外加具有控制提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量的系統(tǒng)例如電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的發(fā)動(dòng)機(jī)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐的方法。在此方法中，利用凈化中的烴蒸氣的初始濃度的估算或者確定以及預(yù)測(cè)來(lái)自蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐的凈化中烴量隨時(shí)間降低的方程式來(lái)估算凈化中的燃料蒸氣和空氣量。此方程式優(yōu)選基于Langmuir吸附等溫線方程式。凈化空氣中的烴蒸氣的初始濃度可以基于已知因素例如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、自補(bǔ)給燃料之后的時(shí)間、燃料的周期性RVP和在蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐中的吸附劑的吸附能力和數(shù)量來(lái)測(cè)量或估算。ECM或PCM利用在凈化過(guò)程中從炭罐流出的燃料蒸氣的計(jì)算來(lái)改進(jìn)燃料效率和/或減少?gòu)U氣排放。通過(guò)凈化流中燃料蒸氣和空氣的已知量可以減少?gòu)娜剂舷浜?或進(jìn)風(fēng)口空氣吸入的燃料量。
在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)而且炭罐的凈化啟動(dòng)時(shí)，基于自發(fā)動(dòng)機(jī)上次開(kāi)之后的時(shí)間指示器和炭罐有多熱(例如，在補(bǔ)給燃料過(guò)程中是否被從蒸氣吸附散發(fā)的熱量加熱)從多少蒸氣可以存儲(chǔ)在炭罐中來(lái)確定或估算凈化蒸氣中的烴的初始濃度。接著，利用方程式來(lái)確定凈化燃?xì)庵械臒N蒸氣的降低。此方程式可以從Langmuir吸附等溫線方程式建模。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的適用性的區(qū)域?qū)囊韵绿峁┑脑敿?xì)說(shuō)明變得明白。應(yīng)該理解，詳細(xì)說(shuō)明和特定的例子，在指示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的同時(shí)，意圖僅僅是為了例證而不是意指限制本發(fā)明的范圍。
在描述本發(fā)明中，“發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊”、“ECM”、“動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊”、“PCM”和“控制器”可交替地使用來(lái)指可以調(diào)整提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和空氣量的控制模塊。


從詳細(xì)說(shuō)明和附圖中，本發(fā)明將變得完全明白，其中圖1是用于車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和蒸發(fā)控制系統(tǒng)的原理框圖；圖2A和2B合起來(lái)是闡明車(chē)輛控制器通過(guò)它估算來(lái)自蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)罐的凈化中的燃料蒸氣量的步驟的流程圖；以及圖3是示出測(cè)量的和計(jì)算的凈化烴的體積百分比的圖表。
具體實(shí)施例方式
下列優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明實(shí)際上僅僅是示例性的而決不意圖限制本發(fā)明、它的應(yīng)用或者使用。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，闡明具有進(jìn)風(fēng)口歧管80和廢氣歧管10的發(fā)動(dòng)機(jī)12。車(chē)輛可以是包括內(nèi)燃機(jī)的傳統(tǒng)的(非混合)車(chē)輛或者包括內(nèi)燃機(jī)和電氣發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)的混合車(chē)輛。發(fā)動(dòng)機(jī)12優(yōu)選是由控制器14控制的內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)12通常燃燒汽油、酒精和其他揮發(fā)性的烴基燃料?？刂破?4可以是獨(dú)立的控制器或可以組成發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM)、動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊(PCM)或者另外的車(chē)輛控制器的一部分。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12啟動(dòng)時(shí)，控制器14從一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器、傳輸控制部件和/或排放控制部件接收信號(hào)。從發(fā)動(dòng)機(jī)12到控制器14的線16示意性地描繪傳感器信號(hào)的流程。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，汽油21從燃料箱18由燃料泵20通過(guò)過(guò)濾器28及燃料線33和22傳送到燃料軌道(未示出)。燃料注入器將汽油注入到發(fā)動(dòng)機(jī)12的汽缸中或者供應(yīng)汽缸組的端口中。圖1示出一個(gè)這種燃料注入器26。燃料注入器的定時(shí)和運(yùn)行以及注入的燃料量通過(guò)燃料控制器24來(lái)處理。燃料控制器24通過(guò)控制器14(控制線未示出)來(lái)控制。進(jìn)風(fēng)口歧管80中的空氣控制器82處理進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)12的空氣量并且也由控制器14通過(guò)控制線75控制。
燃料箱18通常由以一種或多種汽油不透水內(nèi)層提供的吹模、高密度聚乙烯制成。燃料箱包含燃料發(fā)送模塊32。燃料泵20將汽油21通過(guò)過(guò)濾器28和燃料線33泵入壓力調(diào)整器34，其中未使用的燃料被返回到燃料箱。支路線31將未使用的汽油返回到燃料泵入口。
燃料箱18包括通風(fēng)孔線30，從燃料箱18延伸到燃料蒸氣吸附劑炭罐62。當(dāng)汽油壓力增加時(shí)燃料蒸氣壓力增加。蒸氣在壓力下通過(guò)通風(fēng)孔線30流出到燃料蒸氣吸附劑炭罐62。蒸氣進(jìn)入炭罐62并在中心壁兩邊由適當(dāng)?shù)奈絼┎牧侠缁钚蕴坎牧喜东@(未示出)。燃料蒸氣吸附劑炭罐62可由任何合適的材料形成。例如，澆鑄的熱塑性聚合體例如通常使用尼龍。在炭罐中燃料蒸氣被吸附之后，空氣通過(guò)通氣孔線66排出。
在來(lái)自炭罐62的吸附的燃料蒸氣的凈化過(guò)程中，通氣孔線66提供空氣。凈化空氣和燃料蒸氣流通過(guò)凈化線70排出炭罐。凈化線70包含閥72，選擇性地將炭罐62從發(fā)動(dòng)機(jī)12隔離。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12在運(yùn)行時(shí)凈化閥72通過(guò)信號(hào)導(dǎo)線74由控制器14操作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12不在運(yùn)行時(shí)，凈化閥72被關(guān)閉，但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12在運(yùn)行于凈化吸附蒸氣時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)12預(yù)熱之后被打開(kāi)。凈化流通過(guò)凈化閥72的脈寬調(diào)制(PWM)由ECM14控制。例如，凈化流在空閑和/或當(dāng)凈化蒸氣具有高濃度烴時(shí)的過(guò)程中減少?？諝廨d滿(mǎn)釋放自炭罐62的釋放的烴燃料蒸氣。載滿(mǎn)燃料的空氣通過(guò)凈化線70吸入并進(jìn)入進(jìn)風(fēng)口歧管80?？刂破?4通過(guò)燃料控制器24估算來(lái)自?xún)艋€70的凈化空氣中的燃料蒸氣量并調(diào)整注入到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量和吸收到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣二者的量，并且空氣控制器82利用預(yù)測(cè)烴濃度中的變化的模型作為控制器要求的凈化體積的函數(shù)。
控制器使用可以具有三個(gè)主要步驟的算法。在第一步中，控制器確定炭罐的狀態(tài)來(lái)估算存儲(chǔ)了多少蒸氣及炭罐有多熱。炭罐可以由補(bǔ)給燃料蒸氣吸附熱散發(fā)而被加熱。作為選擇，可以完成凈化蒸氣中的初始烴濃度的實(shí)際測(cè)量。圖2A和2B中闡述的一個(gè)實(shí)施例中，步驟102-109用于估算凈化蒸氣中的初始烴濃度，步驟111到113用于確定凈化蒸氣中實(shí)際的初始烴濃度。在第二主要步驟中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)炭罐吸入空氣時(shí)，控制器計(jì)算凈化蒸氣中烴濃度的降低。在圖2A和2B中，步驟114到117表示該計(jì)算。在第三主要步驟中，利用凈化蒸氣體積和凈化蒸氣中烴蒸氣的濃度，在發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和燃料計(jì)算中控制器使用凈化烴蒸氣和空氣量來(lái)確定從燃料箱中采用的燃料量和進(jìn)風(fēng)口空氣量用于改進(jìn)的燃料效率和廢氣排放控制。這是圖2B中的算法100的步驟118。(下面更詳細(xì)的描述圖2A和2B的算法100的單個(gè)步驟。)用于預(yù)測(cè)烴濃度中變化的模型作為控制器要求的凈化體積的函數(shù)可以使用從凈化炭罐和/或車(chē)輛狀況估算的初始烴濃度或者可以使用測(cè)量的初始烴濃度。凈化蒸氣中的初始烴濃度可以基于例如自上次凈化之后的燃料等級(jí)變化、自補(bǔ)給燃料以后(即，自增加燃料等級(jí)之后)的時(shí)間間隔、環(huán)境溫度、燃料的周期性RVP以及蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐中吸附劑的吸附能力和數(shù)量的因素來(lái)估算。
凈化蒸氣中的初始烴濃度可以通過(guò)監(jiān)視在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下帶和不帶炭罐凈化的燃料注入速率來(lái)測(cè)量。
控制器接著使用初始烴濃度(預(yù)測(cè)的或者測(cè)量的)和模型作為要求的烴蒸氣體積的函數(shù)來(lái)估算凈化蒸氣中的烴濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)對(duì)凈化蒸氣中烴濃度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量的值擬合曲線完成適當(dāng)?shù)哪Ｐ妥鳛橛糜谔囟ㄜ?chē)輛、凈化炭罐、吸附劑和凈化狀況的要求的凈化蒸氣體積的函數(shù)。在另一實(shí)施例中，模型可以是從持續(xù)凈化的初始烴濃度預(yù)測(cè)凈化蒸氣中烴濃度的指數(shù)地降低的形式。在該實(shí)施例中，凈化蒸氣中的烴濃度，CHC可以從方程式估算CHC＝CHC0EXP(-(αCHC0+β)V)，其中V是要求的凈化體積的立方尺；CHC0是凈化中烴蒸氣的初始濃度；CHC是要求的凈化體積V立方尺后的凈化中的烴蒸氣濃度；以及α和β是常數(shù)，它們的值依賴(lài)于車(chē)輛的特定發(fā)動(dòng)機(jī)和制造。常數(shù)是給定值，調(diào)整預(yù)測(cè)曲線來(lái)將實(shí)驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)擬合到期望范圍。完美的擬合對(duì)于商業(yè)有用的方程式不是必需的。
在優(yōu)選實(shí)施例中，將材料平衡和等溫線方程式的組合作為要求的凈化體積的函數(shù)用來(lái)計(jì)算凈化烴濃度。要求的凈化體積從凈化閥脈寬調(diào)制或者凈化閥打開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算。用于預(yù)測(cè)炭罐凈化空氣和烴流的基于等溫線的模型使用從蒸發(fā)炭罐凈化的烴量等于當(dāng)凈化啟動(dòng)時(shí)蒸發(fā)炭罐中吸附的初始的烴量減去凈化結(jié)束后蒸發(fā)炭罐中吸附的最終烴量的公式。發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)的凈化蒸氣的總量定義為ΔV。包含在蒸發(fā)炭罐中的碳的體積是(1-ε)Vc，其中ε是吸附劑(例如活性炭)的多孔性而Vc是蒸發(fā)炭罐容積。在等溫線模型中使用這些公式，(1-ε)Vc(Q)-(1-ε)Vc(Q1)＝(ΔVP)÷(RT)和Q1＝QmBbP÷(1+QmBbP)其中(1-ε)Vc是蒸發(fā)炭罐中碳的體積，Q是每單位體積碳初始吸附的烴量，ΔV是凈化蒸氣的體積，Q1是在ΔV體積凈化蒸氣后的單位體積碳最終吸附的烴量，R是氣體法定常數(shù)，P是凈化蒸氣中烴蒸氣的部分壓力，
T是空氣的開(kāi)氏溫度，以及Qm和Bb是等溫線常數(shù)，其中Qm＝A+B/T和Bb＝EXP(C+D/T)，A、B、C和D是蒸發(fā)炭罐中吸附劑(例如碳)的特征常數(shù)。例如，當(dāng)吸附劑是15BWC碳而烴是丁烷時(shí)，A、B、C和D分別是0.00368，0.365200，-8.6194和3102。
此方程式可以重新整理成二次方程式來(lái)求解PKBbP2+(K-QBb+QmBb)P-Q＝0，其中K＝(ΔV)÷((1-ε)VcRT)。
對(duì)P求解二次方程式P=-b+b2-4ac2a]]>其中a＝KBb，b＝K-QBb+QmBb，而c＝-Q。
需要修正因數(shù)來(lái)解決吸附劑的不完整利用(例如碳床)和部分填充。在多數(shù)情形下，即使在填充滿(mǎn)燃料箱的過(guò)程中，蒸發(fā)炭罐中僅僅一部分吸附劑是烴飽和的。吸附劑床的一些部分可以是部分飽和的而其他部分可以保持清潔以防止突發(fā)的損失。通常，只有大約2.1L炭罐吸附劑床的50％可以在完全補(bǔ)給燃料之后是蒸氣飽和的。用于吸附劑利用的修正可以對(duì)于特定車(chē)輛和設(shè)備實(shí)驗(yàn)確定。在一個(gè)例子中，對(duì)碳利用的修正因數(shù)kc和對(duì)于部分填充的修正因數(shù)kf包括在方程式中K＝ΔV/(kckf(1-ε)VcRT)。
利用模型的控制器算法也可以考慮通常在一般車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中凈化烴的濃度不超過(guò)大約5％。此外，在夏天溫度下(溫度高于50)對(duì)于炭罐凈化以下一個(gè)或兩個(gè)蒸發(fā)炭罐的每日烴蒸氣的裝載，可以將初始凈化烴濃度估算為大約10％并當(dāng)凈化持續(xù)時(shí)慢慢降低。在冬天溫度下(低于50)的蒸發(fā)炭罐的每日烴蒸氣裝載是可以忽略的。最后，緊接補(bǔ)給燃料之后，可以將凈化蒸氣中初始烴蒸氣估算為大約35％，當(dāng)凈化持續(xù)時(shí)它指數(shù)地降低。車(chē)輛補(bǔ)給燃料導(dǎo)致在夏天和冬天二者的環(huán)境溫度下幾乎飽和的、變熱的炭罐。
此算法也可以考慮對(duì)于蒸發(fā)炭罐的丁烷裝載和熱燃料處理的兩個(gè)異常狀況。首先，如果補(bǔ)給燃料沒(méi)有發(fā)生(沒(méi)有檢測(cè)到燃料等級(jí)變化)但是車(chē)輛氧傳感器在環(huán)境溫度低于大約90下檢測(cè)到高凈化烴濃度，那么算法可以設(shè)定裝載丁烷的炭罐在凈化蒸氣中的烴濃度的估算隨著持續(xù)的凈化衰減。其次，如果補(bǔ)給燃料沒(méi)有發(fā)生(沒(méi)有檢測(cè)到燃料等級(jí)變化)但是車(chē)輛氧傳感器在大約90或者更高的環(huán)境溫度下檢測(cè)到高凈化烴濃度，那么算法可以設(shè)定熱燃料處理情形(高燃料蒸氣壓力)，其中凈化蒸氣中有少量或者沒(méi)有空氣。
現(xiàn)在返回到圖形，圖2A和2B合起來(lái)時(shí)闡明此方法的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖，通過(guò)它車(chē)輛控制器14利用預(yù)測(cè)模型的優(yōu)選實(shí)施例來(lái)估算來(lái)自蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)罐62的凈化中的燃料蒸氣量。算法100以車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始于步驟101。在步驟102，控制器(例如ECM或PCM)在發(fā)動(dòng)機(jī)上次運(yùn)行的時(shí)間的最后(即，在浸泡(soak time)的開(kāi)始或者上次行程的最后)讀取發(fā)動(dòng)機(jī)浸泡時(shí)間t(即，自發(fā)動(dòng)機(jī)上次運(yùn)行之后經(jīng)過(guò)了多久)、燃料等級(jí)F1和環(huán)境溫度TF1，以及在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的燃料等級(jí)F2和環(huán)境溫度TF2。在步驟103控制器作決定發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是否是冷啟動(dòng)——例如，t是否超過(guò)大約五小時(shí)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不是冷啟動(dòng)，算法進(jìn)入到步驟105將此停止視為補(bǔ)給燃料停止。如果發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是冷啟動(dòng)，算法進(jìn)入步驟104并對(duì)每日凈化狀況測(cè)試。
在步驟104，算法將燃料等級(jí)F1與燃料等級(jí)F2比較。如果燃料等級(jí)沒(méi)有變化，算法設(shè)定每日凈化狀況。在每日凈化情形下，如果TF1和TF2不超過(guò)大約50，凈化蒸氣中的初始烴濃度(CHC0)被設(shè)置為零；否則，算法設(shè)定近似10％體積的烴蒸氣和90％體積的空氣的初始凈化蒸氣，并且初始烴濃度(CHC0)被設(shè)置為10％體積的凈化中的烴蒸氣。如果F2比F1高，算法設(shè)定補(bǔ)給燃料蒸氣凈化，其中初始凈化蒸氣將具有近似10％體積的烴蒸氣和90％體積的空氣，并且初始烴濃度(CHC0)被設(shè)置為10％體積的凈化中的烴蒸氣。算法接著進(jìn)入到步驟109以開(kāi)始閉環(huán)燃料控制。
如果算法在步驟103確定凈化在補(bǔ)給燃料之后開(kāi)始，接著在步驟105算法詢(xún)問(wèn)F2是否高于F1(燃料等級(jí)增加了)并且停止時(shí)間t是否低于大約10分鐘。如果這些條件都符合，那么算法移到步驟106，設(shè)定凈化蒸氣中35％烴蒸氣，并將CHC0設(shè)置到35，并進(jìn)入步驟108。如果，另一方面，補(bǔ)給燃料后接著t小時(shí)的浸泡時(shí)間，此間炭罐冷卻，CHC0將小于35，而在步驟107估算CHC0來(lái)隨時(shí)間指數(shù)地跌落。CHC0可以利用此方程式估算CHC0＝10+25EXP(-0.9t)算法接著進(jìn)入步驟108。在步驟108，算法利用F1和F2計(jì)算部分填充因數(shù)kf，接著繼續(xù)移到步驟109以開(kāi)始閉環(huán)燃料控制。
在閉環(huán)燃料控制中，ECM或者PCM將氧傳感器反饋用于燃料控制。炭罐凈化被使能，或者一旦發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入閉環(huán)，凈化啟動(dòng)?，F(xiàn)在進(jìn)入步驟109，算法進(jìn)入閉環(huán)燃料控制部分。在步驟110，算法確定強(qiáng)行地測(cè)量?jī)艋谐跏既剂险魵鉂舛?CHC0)是否是可能的。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行(例如如果發(fā)動(dòng)機(jī)空閑或者徘徊于固定速度)，強(qiáng)行地測(cè)量是可能的。如果可以強(qiáng)行測(cè)量CHC0，算法進(jìn)入步驟111；如果不行，算法進(jìn)入步驟114。
在步驟111，控制器關(guān)閉炭罐凈化，接著存儲(chǔ)或者箱燃料消耗速率或者注入器脈寬(INJPW1)的值。在步驟112開(kāi)啟炭罐凈化，并且控制器算法當(dāng)炭罐開(kāi)啟時(shí)存儲(chǔ)箱燃料消耗速率或者注入器脈寬(INJPW2)的第二個(gè)值。最后，在步驟113，初始凈化烴濃度CHC0利用在步驟112和113確定的箱燃料消耗速率或者注入器脈寬的值來(lái)確定。算法接著進(jìn)入步驟114。
在步驟114，算法在空氣溫度T下計(jì)算等溫線常數(shù)Qm和Bb常數(shù)，其中T是開(kāi)氏空氣溫度。算法也通過(guò)將凈化蒸氣中的烴蒸氣的初始濃度分?jǐn)?shù)乘以大氣壓力(它可以作為1個(gè)大氣采用)計(jì)算烴蒸氣部分壓力P。最后，利用方程式Q＝QmBbP÷(1+QmBbP)將Qm，Bb和P用來(lái)計(jì)算Q。算法接著繼續(xù)步驟115。在步驟115，算法從凈化閥PWM(脈寬調(diào)制)計(jì)算要求的凈化體積ΔV。
在步驟116，算法利用上述基于等溫線的模型計(jì)算凈化蒸氣成分。K利用方程式K＝(ΔV)÷((1-ε)VcRT)來(lái)確定。對(duì)P求解二次方程式P=-b+b2-4ac2a]]>其中a＝KBb，b＝K-QBb+QmBb，而c＝-Q，而Q具有在步驟114中確定的值。當(dāng)P已被計(jì)算，接著凈化蒸氣中的烴CHC濃度分?jǐn)?shù)從它的部分壓力P對(duì)大氣壓力Patm的比例來(lái)確定CHC＝P/Patm最后，算法在步驟118計(jì)算凈化烴流ΔVCHC和凈化空氣流ΔV(1-CHC)用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和空氣的計(jì)算。
圖3是示出用于具有包含15BWC碳的1850cc蒸發(fā)炭罐的2004Buick Rendezvous的測(cè)量的和計(jì)算的凈化烴量百分比的圖表。烴蒸氣利用NGK烴傳感器來(lái)測(cè)量。此車(chē)輛使用具有以100％PWM(脈寬調(diào)制)的28L/min凈化流的Delphi凈化閥。在10英里城市駕車(chē)之后補(bǔ)給燃料之后采用該數(shù)據(jù)。補(bǔ)給燃料是在環(huán)境溫度55下的14加侖燃料。在補(bǔ)給燃料之后在高速路上駕駛此車(chē)輛，作為要求的凈化的立方尺的函數(shù)測(cè)量?jī)艋臒N濃度。代表基于等溫模型預(yù)測(cè)的曲線顯示了與試驗(yàn)確定數(shù)據(jù)的緊配合。
本發(fā)明的說(shuō)明實(shí)際上僅僅是示例性的并且，從而，沒(méi)有背離本發(fā)明本質(zhì)的變種確定為本發(fā)明的范圍之內(nèi)。不將這種變種視為違反本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在烴蒸氣凈化過(guò)程中控制從包含吸附的烴蒸氣的炭罐中導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料量的方法，包含步驟為包含吸附的烴蒸氣的所述炭罐中所述烴蒸氣的濃度提供初始值CHCO；將空氣吸入到包含吸附的烴蒸氣的所述炭罐中并從所述炭罐中抽出一定體積的包含釋放的烴蒸氣的凈化蒸氣；計(jì)算所述凈化蒸氣中釋放的烴蒸氣的濃度；并且利用所述凈化蒸氣中的凈化蒸氣體積和烴蒸氣的濃度來(lái)計(jì)算所述的凈化烴蒸氣和凈化空氣量并基于所述凈化烴蒸氣和凈化空氣量調(diào)整從燃料箱獲得的燃料量和進(jìn)風(fēng)口空氣量。
2.依照權(quán)利要求1，一種用于在烴蒸氣凈化過(guò)程中控制從包含吸附的烴蒸氣的炭罐中導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料量的方法，其特征在于，CHCO通過(guò)監(jiān)視在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下帶和不帶炭罐凈化的燃料注入速率來(lái)測(cè)量。
3.依照權(quán)利要求1，一種用于在烴蒸氣凈化過(guò)程中控制從包含吸附的烴蒸氣的炭罐中導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料量的方法，其特征在于，CHCO從凈化炭罐和/或車(chē)輛狀況來(lái)估算。
4.依照權(quán)利要求1，一種用于在烴蒸氣凈化過(guò)程中控制從包含吸附的烴蒸氣的炭罐中導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料量的方法，其特征在于，所述凈化蒸氣中的所述釋放的烴蒸氣的濃度利用擬合到所述凈化蒸氣中烴濃度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的曲線計(jì)算，作為特定車(chē)輛、凈化炭罐、吸附劑和凈化狀況的要求的凈化蒸氣量的函數(shù)。
5.依照權(quán)利要求1，一種用于在烴蒸氣凈化過(guò)程中控制從包含吸附的烴蒸氣的炭罐中導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料量的方法，其特征在于，所述凈化蒸氣中的所述釋放的烴蒸氣的濃度利用預(yù)測(cè)隨著持續(xù)凈化所述凈化蒸氣中烴濃度從初始烴濃度指數(shù)地降低的模型來(lái)計(jì)算。
6.依照權(quán)利要求1，一種用于在烴蒸氣凈化過(guò)程中控制從包含吸附的烴蒸氣的炭罐中導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料量的方法，其特征在于，所述凈化蒸氣中的所述烴濃度CHC從方程式計(jì)算CHC＝CHCOEXP(-(αCHCO+β)V)，其中V是要求的凈化量的立方尺；CHCO是所述凈化中烴蒸氣的初始濃度；CHC是要求的凈化量的V立方尺之后所述凈化中所述烴蒸氣的濃度；以及α和β是常數(shù)，它們的值依賴(lài)于特定發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輛的型號(hào)。
7.依照權(quán)利要求1，一種用于在烴蒸氣凈化過(guò)程中控制從包含吸附的烴蒸氣的炭罐中導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料量的方法，其特征在于，所述凈化蒸氣中所述烴濃度CHC利用將材料平衡和等溫線方程式組合的模型來(lái)計(jì)算。
8.依照權(quán)利要求1，一種用于在烴蒸氣凈化過(guò)程中控制從包含吸附的烴蒸氣的炭罐中導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料量的方法，其特征在于，所述凈化蒸氣中的所述烴濃度分?jǐn)?shù)CHC利用方程式CHC＝P/Patm由它的部分壓力和大氣壓力Patm的比率來(lái)確定，其中P=-b+b2-4ac2a]]>其中a＝KBb，b＝K-QBb+QmBb，及c＝-Q，并且K＝ΔV/(kckf(1-ε)VcRT)，其中ΔV是凈化蒸氣體積，kc是碳利用的修正因數(shù)，kf是部分填充的修正因數(shù)，(1-ε)Vc是所述蒸發(fā)炭罐中所述碳的體積，ε是所述蒸發(fā)炭罐中所述吸附劑的多孔性，而Vc是所述蒸發(fā)炭罐體積，R是氣體法定常數(shù)，而T是空氣的開(kāi)氏溫度，Q是每單位體積碳的初始的烴吸附量，Q1是凈化蒸氣量ΔV之后的每單位體積碳的最終的烴吸附量，其中Q1＝QmBbP÷(1+QmBbP)，而Qm和Bb是等溫線常數(shù)，其中Qm＝A+B/T而B(niǎo)b＝EXP(C+D/T)，A、B、C和D是所述蒸發(fā)炭罐中所述吸附劑的特征常數(shù)。
9.一種操作帶車(chē)輛的方法，所述車(chē)輛具有帶有空氣感應(yīng)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，連接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)以給所述發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)燃料的燃料箱，包含已編程微處理器以控制傳輸?shù)剿霭l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口空氣的電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊，以及從所述燃料箱中吸附蒸氣的炭罐，包括與所述燃料箱結(jié)合的蒸氣入口和與所述空氣感應(yīng)系統(tǒng)結(jié)合的凈化出口，所述方法包括步驟通過(guò)所述凈化入口從所述燃料箱將燃料蒸氣吸附入所述炭罐；通過(guò)來(lái)自所述電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的信號(hào)打開(kāi)所述凈化閥并通過(guò)所述凈化出口從所述炭罐釋放燃料蒸氣，并通過(guò)所述炭罐將空氣吸入所述空氣感應(yīng)系統(tǒng)；計(jì)算所述凈化蒸氣中所述釋放的烴蒸氣的濃度；利用所述釋放的烴蒸氣的濃度和凈化蒸氣體積來(lái)計(jì)算所述凈化烴蒸氣和凈化空氣量并且利用所述電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊來(lái)調(diào)整從所述燃料箱傳輸?shù)剿霭l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和/或所述進(jìn)風(fēng)口空氣量來(lái)響應(yīng)已計(jì)算的凈化烴蒸氣和凈化空氣量。
10.一種具有用于確定從包含吸附的烴蒸氣的炭罐吸入的凈化蒸氣中的所述烴蒸氣濃度的算法的控制器，所述算法包括提供凈化蒸氣中初始烴濃度的步驟；確定要求的凈化體積和凈化蒸氣成分的步驟；以及計(jì)算凈化空氣修正和凈化烴修正并將所述修正應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和燃料進(jìn)風(fēng)口的計(jì)算中的步驟。
11.依照權(quán)利要求10所述的控制器，其特征在于，利用擬合到所述凈化蒸氣中烴濃度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的曲線來(lái)確定所述凈化蒸氣成分，作為用于特定車(chē)輛、凈化炭罐、吸附劑和凈化狀況的要求的凈化蒸氣體積的函數(shù)。
12.依照權(quán)利要求10所述的控制器，其特征在于，所述凈化蒸氣成分利用隨著持續(xù)凈化預(yù)測(cè)所述凈化蒸氣中烴濃度從所述初始烴濃度指數(shù)地降低的模型來(lái)確定。
13.依照權(quán)利要求10所述的控制器，其特征在于，所述凈化蒸氣成分利用將材料平衡和等溫線方程式組合的模型來(lái)確定。
14.一種車(chē)輛，其具有帶有空氣感應(yīng)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，連接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)以給所述發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)燃料的燃料箱，包含已編程微處理器以控制傳輸?shù)剿霭l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和空氣的電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊，和從所述燃料箱吸附蒸氣的炭罐，包括與所述燃料箱結(jié)合的蒸氣入口、與所述空氣感應(yīng)系統(tǒng)結(jié)合的凈化出口以及空氣入口，其中，編程所述微處理器來(lái)從預(yù)測(cè)所述凈化空氣中的燃料蒸氣濃度從所述凈化空氣中的初始燃料蒸氣濃度的降低的方程式估算從所述炭罐吸入的凈化空氣中的烴蒸氣濃度，并且進(jìn)一步地，所述電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊調(diào)整傳輸?shù)剿霭l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和空氣以響應(yīng)所述凈化空氣中已估算的烴蒸氣濃度。
15.依照權(quán)利要求14所述的車(chē)輛，其特征在于，所述方程式預(yù)測(cè)隨著持續(xù)凈化所述凈化蒸氣中烴濃度從所述初始烴濃度的指數(shù)的降低。
16.依照權(quán)利要求14所述的車(chē)輛，其特征在于，所述方程式將材料平衡和等溫線方程式結(jié)合。
全文摘要
在用于凈化具有通過(guò)存儲(chǔ)炭罐吸入空氣的吸附燃料蒸氣的蒸氣存儲(chǔ)罐的系統(tǒng)和方法中，存儲(chǔ)炭罐與帶有控制提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量的系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合，凈化中的燃料蒸氣量利用預(yù)測(cè)凈化蒸氣中的燃料蒸氣濃度的模型來(lái)估算。為了凈化過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和燃料的更好的控制，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器使用從蒸發(fā)的蒸氣存儲(chǔ)炭罐引入發(fā)動(dòng)機(jī)的已估算的燃料蒸氣和空氣量。
文檔編號(hào)A62B7/00GK1946446SQ200580012566
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者S·R·雷蒂 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)公司