CN104487274A - 燃料蒸气贮存和回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料蒸气贮存和回收装置(1)，其包括：填充有吸附剂材料的至少一个主蒸气贮存隔室(3)、至少一个蒸气入口(7)、至少一个大气排出口(8)以及至少一个清理口(9)，所述蒸气入口(7)能够连接至燃料箱排气管路，并且所述清理口(9)能够连接至发动机空气引入管路，其中，所述主蒸气贮存隔室(3)包括清理缓存区(14)和没有填充吸附剂材料的第一燃料蒸气分配室和第二燃料蒸气分配室(10，24)，其中，所述第一燃料蒸气分配室(10)布置在所述清理缓存区(14)的上游处并且与所述燃料蒸气入口(7)连通，所述第二燃料蒸气分配室(24)布置在所述清理缓冲区的下游处并且与所述清理口(9)连通。

Description

燃料蒸气贮存和回收装置
技术领域
本发明涉及一种燃料蒸气贮存和回收装置，所述燃料蒸气贮存和回收装置包括：填充有吸附剂材料的至少一个主蒸气贮存隔室、至少一个蒸气入口、至少一个大气排出口、以及至少一个清理口，所述蒸气入口能够连接至燃料箱排出管路，并且所述清理口能够连接至发动机空气引入管路，其中所述主蒸气贮存隔室包括清理缓冲区。
背景技术
上述类型的燃料蒸气贮存和回收装置在现有技术中通常是已知的，并且有时被称作所谓的碳罐。用在多种内燃机中的汽油燃料很容易挥发。从具有内燃机的车辆蒸发性排出燃料蒸气的排放主要是由于车辆的燃料箱的排气引起的。在停车时，温度或压力变化导致负载有碳氢化合物的空气从燃料箱逃逸出。在燃料箱内一些燃料不可避免地蒸发到空气中并且因此呈现蒸气形式。如果空气从燃料箱排放出，在允许未经处理的空气流入大气中的情况下，则空气将会不可避免地携带这种燃料蒸气。
为了阻止燃料蒸气损失到大气中，汽车的燃料箱通过导管排出气体至容纳有合适的燃料吸附剂材料(例如，活性炭)的罐。高比表面积的粒状活性炭材料被广泛地使用并且临时吸附燃料蒸气。
由于碳罐/燃料蒸气贮存和回收装置具有有限的吸附容量，因此碳罐通常必须时不时地更新。更新通常是这样实现的，即通过从发动机歧管(即发动机空气引入管路)抽吸大气空气反向通过碳罐来进行清理，从而使得碳氢化合物传输至发动机以用于借助发动机引入空气来烧尽。
通常，在刚开始清理操作时，负载有碳氢化合物的空气被抽吸成经由燃料箱排气管路通过碳罐进入发动机空气引入管路。一旦在清理管路/发动机空气引入管路中完全形成吸力，则通过大气通气口从碳罐的上游端部朝向碳罐的下游端部(即从头至尾)地抽吸环境空气，如此更新碳床。
为了阻止这样的直接清理(即碳氢化合物从燃料箱直接进入发动机空气引入管路从而部分地绕过碳罐内的吸附剂材料)，通常已知的是在碳罐内设置所谓的清理缓冲部。通常地，这种清理缓冲部消除发动机空气引入气流中的碳氢化合物峰，但这偶尔会导致难以控制废气排放。更具体地，碳罐内的清理缓冲部避免在发动机启动期间发动机引入混合物变得含碳氢化合物太多。
例如在WO 2009/073323 A2中公开了上述类型的具有清理缓冲部的碳罐。根据WO 2009/073323 A2的燃料蒸气回收装置包括输送导管，所述输送导管构造成提供机构以用于将发动机内产生的真空连通至壳体的内部区域中的碳床从而致使从碳床释放的负载有碳氢化合物物质的燃料蒸气混合物从壳体的内部区域排放出，使得燃料蒸气混合物能够在发动机内燃烧。这种输送导管包括虹吸门形件，所述虹吸门形件形成为包括燃料蒸气出口，所述燃料蒸气出口适于联接在蒸气传输***中，所述蒸气传输***被联接至发动机。输送导管包括底部虹吸管，所述底部虹吸管被设置成延伸进入壳体的内部区域并且进入碳床，并且被形成为包括位于碳床中的初始空气入口，以确保通过外部通气口进入壳体的内部区域中的一些燃料蒸气在通过初始空气入口进入底部虹吸管之前必须经过碳床。输送导管的底部虹吸管向下延伸进入碳床中以将初始空气入口朝向把碳床分成上碳床和下碳床的假想分隔线放置在碳床中。因此，任何从蒸气入口/燃料箱口直接抽吸到清理管路中的负载有碳氢化合物的气体必须首先流经碳床的一部分。
由于延伸进入碳床的输送导管的设计，经常在清理期间在碳床中形成所谓的碳死区。这种碳死区通常导致工作能力损失，这是由于在碳床中总是存在没有完全清理的区域。由于形成了这种碳仍然充满碳氢化合物的碳死区，所以蒸气入口/燃料箱口至大气通气口之间的过滤路径最终将变得更短。这导致部分地损失DBL工作能力(每天的放气损失工作能力)。
例如US 7,047,952 B1公开了另一种碳罐，所述碳罐包括缓冲活性碳室，所述缓冲活性碳室毗邻碳罐的清理口并且形成所谓的清理缓冲部。此外，在箱口和清理口之间设置分隔板以用于阻止这些部件彼此直接连通。US 7,047,952 B1公开的碳罐包括主吸附剂室以及设置在主吸附剂室和所述清理口之间的第一室和第二室，第一室和第二室中的一个容纳有活性炭，第一室和第二室中的另一个用作气室。第一室和第二室布置在主吸附剂室的上游端部处并且通过缓冲板中的通路互相连通。这种布置方案使得实际上清理缓冲部布置在单独的室内，并且气室和清理缓冲部是并排布置的，从而使得这些室之间的分隔壁也在主碳室中形成了碳死区。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种燃料蒸气贮存和回收装置，所述燃料蒸气贮存和回收装置包括清理缓冲体，所述清理缓冲体布置成使得尽可能地避免或尽量减小在清理期间在吸附剂材料中形成死区。
通过随附的各权利要求实现这些和其它目的。
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料蒸气贮存和回收装置，所述燃料蒸气贮存和回收装置包括：填充有吸附剂材料的至少一个主蒸气贮存隔室、至少一个蒸气入口、至少一个大气通气口、以及至少一个清理口，所述蒸气入口能够连接至燃料箱排气管路，并且所述清理口能够连接至发动机空气引入管路，其中所述主蒸气贮存隔室包括清理缓冲区和没有填充吸附剂材料的第一燃料蒸气分配室和第二燃料蒸气分配室，其中所述第一燃料蒸气分配室布置在所述清理缓冲区的上游处并且与所述燃料蒸气入口连通，并且其中所述第二燃料蒸气分配室布置在所述清理缓冲区的下游处并且与所述清理口相连通。
根据本发明，清理缓冲区优选是主蒸气贮存隔室的一部分并且从液力角度而言该清理缓存区布置在第一蒸汽分配室和第二蒸汽分配室之间，这提供了流经缓冲区的均匀气流。从本申请的这个方面上来讲，不排除部件主蒸气贮存隔室与缓冲区分开，例如通过过滤栅网等分开。
如在本文中所使用的术语“上游”和“下游”要相对于所描述的碳罐的操作(即排气操作或清理操作)来理解。在清理操作期间，通常针对碳罐将反向的气流从大气通气口通过碳床引向清理口。在排气操作期间，将流经碳罐的气流从箱口引向大气通气口。在清理阶段初期，只要流经燃料箱排气管路的流阻小于流经碳罐的碳床的流阻，则将短路径类型的气流从箱口引向清理口。
尽管在下文中有时吸附材料和吸附床指的是碳床或碳，但是本领域中的技术人员将理解的是吸附材料可以是活性炭或任何其它合适的吸附剂。吸附剂的形式可以是由粒状材料组成的床，替代性地和/或附加地，吸附剂包括整块状的碳或任何其它的整块状吸附剂材料。
在根据本申请的燃料蒸气贮存和回收装置的特别优选的实施例中，所述清理缓冲区被所述第一燃料蒸气分配室包封。这允许燃料蒸气贮存和回收装置具有相当紧凑的设计，并具有最大的空间利用率。
按照根据本申请的燃料蒸气贮存和回收装置的另一优选的实施例，所述第一蒸气分配室被至少一个内部分隔壁、外壁和至少一个底壁所限定，所述至少一个内部分隔壁包封并且屏蔽所述清理缓冲区，所述底壁包括多孔结构并且接触所述主蒸气贮存隔室的吸附剂材料。这允许将缓冲区完全布置在蒸气入口的上游处并且与之分离开。进入第一燃料蒸气分配室的蒸气将均匀地分布在主吸附剂室的整个上游端部上，并且在气流通过缓冲区之前蒸气必须首先流经主吸附剂室内的吸附剂材料的上部的一部分。因而气流差不多均匀地分布在缓冲区的整个横截面上。
多孔结构可以是由金属或塑料材料制成的栅网的形式。按照根据本发明的燃料蒸气贮存和回收装置的另一实施例，所述第二蒸汽分配室包括底壁，所述底壁包括多孔结构并且接触清理缓冲区的吸附剂材料。底壁优选在清理缓冲区的整个横截面上延伸，因而使得流经清理缓冲区的气流均匀地分布。
有利地，清理缓冲区形成主蒸气贮存隔室的吸附剂填充部的一部分，并且所述清理缓冲区布置在主蒸气贮存隔室的下游端部部分处、在排气操作期间处于吸附剂材料的死区中。在这个情况下，“死区”的含义是在燃料蒸气贮存和回收装置的正常排气操作过程中从箱口排出的负载有碳氢化合物的气体没有或几乎没有经过上述吸附剂材料。
根据本申请的燃料蒸气贮存装置的一个特别有用的实施例的特征在于：吸附剂材料在所述主蒸气贮存隔室的所述端部部分处具有阶梯状构造，所述阶梯状构造的升高部分形成所述清理缓冲区。
所述清理缓冲区可以是位于所述主蒸气贮存隔室的吸附剂填充部的端面处的缓冲环形件形式。从本申请的这个意义上来讲，环形件并不意味着清理缓冲区必须具有圆形横截面。
所述清理缓冲区可以被第二蒸气贮存隔室的内壁和所述第一燃料蒸气分配室的所述分隔壁限定。
在本文中公开的根据本发明的燃料蒸气贮存和回收装置可以包括一个或更多个蒸气贮存隔室，所述一个或更多个蒸气贮存隔室可以串联连接。在优选的实施例中，燃料蒸气贮存和回收装置包括与所述主蒸气贮存隔室串联连接的至少一个其他的或次级的蒸气贮存隔室。
为了达到严格的空间要求，所述主蒸气贮存隔室和次级蒸气贮存隔室可以按照彼此同心的关系布置。主蒸气贮存隔室可以包括管状吸附剂床或者管状构造，所述管状吸附剂床或管状构造将形成另一个吸附剂床的管状或圆筒状内通道包封，所述另一个吸附剂床与主吸附剂床以及所述主蒸气贮存隔室串联连接。
附图说明
参考附图在下文中描述了两个可替代的优选且有利的实施例，在附图中：
图1示出了根据本发明的第一实施例的燃料蒸气贮存和回收装置的横截面；
图2示出了根据图1的装置的上部的简化的放大横截面；以及
图3示出了根据本发明的装置的第二实施例的简化的横截面。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的第一实施例的燃料蒸气贮存和回收装置1。该燃料蒸气贮存和回收装置1包括大体上圆筒形的壳体2，所述壳体包封主蒸气贮存隔室3以及其它的蒸气贮存隔室4、蒸气贮存隔室5和蒸气贮存隔室6。所述壳体包括蒸气入口7、大气通气口8以及清理口9。
所有的蒸气贮存隔室3、4、5和6串联连接，并且主蒸气贮存隔室3环绕第二蒸气贮存隔室4和第三蒸气贮存隔室5，即主蒸气贮存隔室3、第二蒸气贮存隔室5和第三蒸气贮存隔室6是按照彼此同心的关系地布置的。主蒸气贮存隔室3以及第二蒸气贮存隔室4和第四蒸气贮存隔室6填充/填塞有粒状的活性炭作为吸附剂。第三蒸气贮存隔室5可以填充有整块状的吸附剂材料，例如整块状碳。附加地和/或替代性地，第三蒸气贮存隔室能够包含有一个或更多个清理加热器或包含有热交换器。
在根据本发明的燃料蒸气贮存和回收装置1的正常排气操作期间，来自连接至蒸气入口7的燃料箱管路的燃料蒸气将会被引导至第一燃料蒸气分配室10内，在所描述的优选实施例中所述第一燃料蒸气分配室具有环状形状并且沿着主蒸气贮存隔室3的上游端面延伸。第一燃料蒸气分配室10没有填充/填塞任何的吸附剂材料，即第一燃料蒸气分配室基本上是空的并且通过多孔结构11(过滤栅网)与主蒸气贮存隔室3连通。第一燃料蒸气分配室包括外壁12和内壁13，所述外壁形成壳体模铸件的外壁，所述内壁针对第一燃料蒸气分配室10地屏蔽或密封清理缓冲区14。所述清理缓冲区14围绕所述第三蒸气贮存隔室6。
应当注意的是，与第二蒸气贮存隔室4、第三蒸气贮存隔室5和第四蒸气贮存隔室6都存在的情况所相反的是，可仅存在一个次级的或第二蒸气贮存隔室，所述次级的或第二蒸气贮存隔室不必需按照相对于主蒸气贮存隔室3同心的关系地布置，如根据图3的实施例的情况那样。
如上所述，在正常排气操作的过程中，负载有碳氢化合物的气体均匀地分布在主蒸气贮存隔室3的上游面上，并且将会穿过主蒸气贮存隔室3进入位于主蒸气贮存隔室3的下游端部处的气室15。
所述气室15设置在壳体2的封盖16和位于主蒸气贮存隔室3的“下游端部”处的底部栅网17或底部格栅之间。就这方面而言，“下游”指的是相对于燃料蒸气贮存和回收装置1的正常排气操作而言的。
第二蒸气贮存隔室4、第三蒸气贮存隔室5和第四蒸气贮存隔室6是通过管状***件18和管状***件19限定的，这两个管状***件在壳体2内延伸并且被主蒸气贮存隔室3所包围。管状***件18包括圆筒状的间隔件20，所述间隔件与封盖16的圆筒状间隔件20a相配合。更具体地，封盖16的圆筒状间隔件20a延伸进入管状***件18的圆筒状间隔件20之间的间隙内，从而形成延续的迂回气流路径，所述气流路径的长度由间隔件20和间隔件20a的数量确定。在这个气流路径21中，从第一蒸气贮存隔室的下游端部处出来的被全部或部分地清洁的空气沿180°方向偏向若干次，直至所述空气进入第二蒸气贮存隔室5内为止。第三蒸气贮存隔室6包括杯状***件22，所述杯状***件也限定延续的迂回气流路径或气流间隙23，在所述迂回气流路径或气流间隙处，气流再次沿180°方向偏向若干次直至所述气流进入第三蒸气贮存隔室5为止。
最后，在气流间隙23的正下游端部处，提供第四蒸气贮存隔室6，所述第四蒸气贮存隔室也填塞有吸附剂材料。
在下文中，将更详细地描述燃料蒸气贮存和回收装置1的清理功能。
如在开头处提到的，壳体2包括清理口9，所述清理口与第二燃料蒸气分配室24相连通。第二燃料蒸气分配室24也形成为环状室，其由外壁25、内壁26和底壁27限定，所述底壁也包括多孔结构28。底壁27同时还限定清理缓冲区14的上游面。
在根据图1的实施例中，清理缓冲区14不与主蒸气贮存隔室3的吸附剂填充物分开。然而，本领域中的技术人员将理解的是清理缓冲区14可以通过多孔构件而分开。
第二燃料蒸气分配室24的底壁27完全覆盖清理缓冲区14的下游面。
在清理操作的过程中，经由发动机空气引入管路将吸力施加至清理口9。这种吸力将经由第二燃料蒸气分配室24均匀地施加至清理缓冲区14的整个横截面。这导致首先在蒸气入口7处存在压降，从而在刚开始清理操作时燃料蒸气将从燃料箱管路经由蒸气入口抽吸至第一蒸气分配室10内。当然，燃料蒸气起初倾向于选取从燃料蒸气入口7至清理口7的最短路线，但是燃料蒸气受到分隔壁3的阻碍，使得燃料蒸气必须经过多孔结构11并且进入主蒸气贮存隔室3内。从主蒸气贮存隔室3的这个上游端部开始，负载有燃料的气体将从下方进入清理缓冲区14，从而所述负载有燃料的气体将均匀地分布在清理缓冲区14的整个横截面上。从清理缓冲区14开始，然后气体将进入第二燃料蒸气分配室24，所述第二燃料蒸气分配室完全在清理缓冲区14的下游面上延伸并且与之相连通，使得气体将均匀地分布在清理缓冲区14的整个横截面上。
如从图2可更加容易地看出的，主蒸气贮存隔室具有阶梯状构造类型，并且清理缓冲区14形成主蒸气贮存隔室3的一部分。在图2所示的构造中，主蒸气贮存隔室3和清理缓冲区14之间基本上没有分隔部。清理缓冲区14是位于主蒸气贮存隔室3的端面/上游面上的升高环状件的形式并且清理缓冲区环绕管状***件19，所述清理缓冲区也接纳或是粒状碳床形式的吸附剂材料或是整块状碳形式的吸附剂材料或者其它整块状的吸附剂材料。
在图2中示出了根据本申请的燃料蒸气贮存和回收装置1的第二实施例。相同的附图标记指代相同的部件。
和第一实施例一样，主蒸气贮存隔室3具有一体化的清理缓冲区14，所述清理缓冲区布置在燃料蒸气入口7的上游处，即主蒸气贮存隔室3中与燃料蒸气入口7连通的开口/多孔端面的上游处。清理缓冲区14的朝向清理口9的开口表面相对于主蒸气贮存隔室3的朝向燃料蒸气入口7的开口表面位于上游处，获得的效果是：清理缓冲区中的吸附容积在燃料蒸气贮存装置1的正常排气操作期间是处于死区中的并且在排气操作期间保持基本上几乎不载有碳氢化合物(燃料蒸气)。在清理操作期间，清理气流会聚至清理缓冲区14的中央，从而首先将浓度降低了的碳氢化合物传送至发动机其次作为缓冲区起作用，来自主蒸气贮存隔室3的更高浓度的碳氢化合物必须经过所述缓冲区。
与根据图1的其中第一主蒸气贮存隔室3与第二蒸气贮存隔室4串联连接的实施例相反的是，与根据图1的实施例的同心布置方案相反的是所述第一主蒸气贮存隔室与第二蒸气贮存隔室大体是并排布置的。相应地，清理缓冲区14不是环状设计，而是圆盘状设计。术语“环状”和“圆盘状”不旨在将本发明限制成圆形的且旋转对称的设计。清理缓冲区14能够具有任何横截面，包括矩形或正方形或卵形或椭圆形横截面。
和第一实施例一样，在正常排气操作期间，负载有碳氢化合物的气体从燃料箱(未示出)进入蒸气入口7。蒸气入口7与第一燃料蒸气分配室10连通，所述第一燃料蒸气分配室通过分隔壁13与清理缓冲区14分开。第一燃料蒸气分配室的底壁包括多孔结构11，所述多孔结构形成主蒸气贮存隔室3的朝向蒸气入口7的开口式前部面。气体经过主蒸气贮存隔室3并且进入连接主蒸气贮存隔室3和第二蒸气贮存隔室4的气室15。然后气体经过第二蒸气贮存隔室4朝向大气通气口8而进入大气中。
附图标记：
1 燃料蒸气贮存和回收装置
2 壳体
3 主蒸气贮存隔室
4,5,6 第二蒸气贮存隔室，第三蒸气贮存隔室和第四蒸气贮存隔室
7 蒸气入口
8 大气通气口
9 清理口
10 第一燃料蒸气分配室
11 多孔结构
12 外壁
13 分隔壁
14 清理缓冲区
15 气室
16 封盖
17 底部栅网/底部格栅
18,19 管状***件
20 间隔件
20a 间隔件
21 气流路径
22 杯状***件
23 气流间隙
24 第二燃料蒸气分配室
25 外壁
26 内壁
27 底壁
28 多孔结构

Claims (10)

1.一种燃料蒸气贮存和回收装置(1)，所述燃料蒸气贮存和回收装置包括：填充有吸附剂材料的至少一个主蒸气贮存隔室(3)、至少一个蒸气入口(7)、至少一个大气通气口(8)以及至少一个清理口(9)，所述蒸气入口(7)能够连接至燃料箱排气管路，并且所述清理口(9)能够连接至发动机空气引入管路，其中，所述主蒸气贮存隔室(3)包括清理缓存区(14)和没有填充吸附剂材料的第一燃料蒸气分配室和第二燃料蒸气分配室(10，24)，其中，所述第一燃料蒸气分配室(10)布置在所述清理缓存区(14)的上游处并且与所述燃料蒸气入口(7)连通，并且其中，所述第二燃料蒸气分配室(24)布置在所述清理缓冲区(14)的下游处并且与所述清理口(9)连通。
2.根据权利要求1所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述蒸气缓存区(14)被所述第一燃料蒸气分配室(10)包封。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述第一燃料蒸气分配室(10)被至少一个内部分隔壁(13)、外壁(12)以及至少一个底壁所限定，所述内部分隔壁包封并且屏蔽所述清理缓冲区(14)，所述底壁包括多孔结构(11)并且接触所述主蒸气贮存隔室(3)的吸附剂材料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述第二燃料蒸气分配室(24)包括底壁(27)，所述底壁包括多孔结构(28)并且接触清理缓冲区(14)的吸附剂材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述清理缓冲区(14)形成主蒸气贮存隔室(3)的吸附剂填充部的一部分，并且所述清理缓冲区(14)布置在主蒸气贮存隔室(3)的下游端部部分处、在排气操作期间处于吸附剂材料的死区中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述吸附剂材料在所述主蒸气贮存隔室的所述端部部分处具有阶梯状构造，所述阶梯状构造的升高部分形成所述清理缓冲区(14)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述清理缓冲区(14)是位于所述主蒸气贮存隔室(3)的吸附剂填充部的端面上的缓冲环状件形式或缓冲突出部形式。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述清理缓冲区(14)被另一个蒸气贮存隔室的内壁和所述第一燃料蒸气分配室(10)的所述分隔壁(13)限定。
9.根据权利要求8所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述另一个蒸气贮存隔室与所述第一主蒸气贮存隔室(3)串联连接。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的燃料蒸气贮存和回收装置，其特征在于，所述第一主蒸气贮存隔室和另一个蒸气贮存隔室按照彼此同心的关系布置。
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