CN101336341A - 用于燃料蒸汽回收系统的过滤设备 - Google Patents

Abstract

一种与燃料蒸汽回收系统(100)一起使用的用于过滤空气的过滤设备(8)，包括：外壳，该外壳包括具有至少一个空气入口(18)的上端(10)和具有至少一个空气出口(26)的下端(12)；第一通道(32)，与所述空气入口(18)流体连通，并且被设置用于与空气入口(18)相比增大穿过所述第一通道(32)的空气的速度；收集腔(34)，与所述第一通道(32)流体连通，并且被设置用于与所述第一通道(32)相比减小穿过所述收集腔(34)的空气的速度并突然地改变所述空气的流动方向；过滤腔(13)，与所述收集腔(34)流体连通，包括过滤介质(16)；以及干净空气腔(40)，与所述过滤腔(14)和外壳的所述空气出口(26)流体连通。

Description

用于燃料蒸汽回收系统的过滤设备

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2005年12月14日的美国临时申请序列号60/750,425的优先权，其教导被结合于此作为参考。

技术领域

本发明大致涉及用于蒸发排放系统的过滤系统。

背景技术

由于被提高的排放标准，传统的机动车辆典型地包括燃料蒸汽回收系统。所述燃料蒸汽回收系统包括用于接收在燃料箱中生成的燃料蒸汽的蒸汽或净化罐。在再次充装过程中当蒸汽被从燃料箱中移除时，位于蒸汽罐中的典型地为活性碳的燃料蒸汽吸收剂保持所述燃料蒸汽。在发动机工作时，保持在所述蒸气罐中的燃料蒸汽通过抽取新鲜空气经过所述罐并进入发动机的进气歧管进行净化。

一些燃料蒸汽回收系统包括用于在净化操作中过滤引入到所述罐中的新鲜空气的过滤设备。过去使用的一种过滤器包括置于矩形盒子中的泡沫过滤器。但是水很容易通过所述泡沫过滤器并进入到所述罐中，从而降低了吸收剂或木炭的有效性。同时，灰尘或其他污染物在所述泡沫过滤器上聚集并阻塞所述过滤器，这将进一步降低其效率。

因此，需要一种改进的过滤系统和方法。很重要的是应当注意，本发明不仅限于必须满足本发明中任意所阐述的一个或多个目的或特征的系统或方法。同时还很重要的是应当注意，本发明不仅限于本文中所述的优选的、示例性的或主要的实施例。本领域技术人员所做的修改和替换将被认为在本发明的范围内，并且只受以下权利要求的限制。

附图说明

本发明的特征和优点将通过与本发明相一致的实施例的说明进行阐述，这些说明应当结合附图进行理解，其中：

附图1为用于应用本发明的内燃机的燃料系统的示意图；

附图2为与本发明相一致的过滤系统的第一实施例的第一横截面视图；

附图2A和2B为附图2中所示实施例的相应部分的细节视图；

附图3为与本发明相一致的过滤系统的第一实施例的第二横截面视图；

附图4为与本发明相一致的过滤系统的第二实施例的第一横截面视图；

附图5为与本发明相一致的过滤系统的第二实施例的第二横截面视图；

附图6为与本发明相一致的过滤系统的第三实施例的第一横截面视图；

附图7为与本发明相一致的过滤系统的第三实施例的第二横截面视图；以及

附图7A和7B为附图7中所示实施例的相应部分的细节视图。

发明内容

与本发明的内容相一致，提供一种用于保护蒸发排放系统罐不被灰尘和水渗透的过滤系统。附图1示出了内燃机的燃料系统100的一个实施例。图中所示的示例性燃料系统100包括容纳燃料和燃料输送设备的燃料箱114，所述燃料输送设备包括燃料泵116、无刷电机118、电机驱动电子设备120、燃料发送器122、过滤器124、指示器、液压阀、输送模块杯、管和其他辅助设备。高压下的燃料可通过串联的燃料过滤器128被送至燃料分配管126上，该燃料分配管126位于发动机上。燃料喷射器130可将燃料注入通过进气歧管(未示出)进入发动机中的空气充量。但是燃料蒸汽可经过燃料箱压力传感器132被送至蒸汽管理系统111。

所述蒸汽管理系统111可以包括过滤系统110(也被称为集尘箱)，其可通过流体通道被连接到燃料蒸汽储存罐112上。在一种工作模式下，当燃料箱114被充填时，燃料蒸汽将被输送至蒸汽储存罐112中，并且从所述罐排出的干净空气进入到过滤系统110中并排入到大气中。在另一种工作模式下，系统111可以允许新鲜空气排空储存于蒸汽储存罐112中的燃料蒸汽。在这个过程中，一些污染物可能会进入蒸汽管理系统111中。所述过滤系统110将阻挡这些污染物并允许纯空气进入系统。

根据一个方面，所述过滤系统111可以被有效地应用于各种不同的定向中。过滤系统111可以容纳蒸发排放系统电磁排气阀。所述过滤系统111可提供相对低的初始过滤器限制，并且在吸入相对较大量的灰尘或其他污染物后，最小限制增大。此外，根据一个实施例，所述过滤系统111能够通过整体保持夹和密封外部端口而直接附接到蒸发排放罐外壳112上。此外，过滤系统111可被用于承受车辆下方的环境。在一个实施例中，并非所有的被过滤器111吸收的灰尘污染物都被直接吸收在过滤介质上或过滤介质中。这可以允许过滤系统111在多个定向上提供有效的过滤，并在吸入相对大量的灰尘后(例如在吸入大约100g灰尘后)提供最小的流动限制，同时保持一个相对小的包装尺寸，例如整体高度为大约70mm或更小。

参考附图2和3，过滤系统8的实施例可大致包括过滤器外壳顶部10、过滤器外壳底部12、空气导流板/泡沫支撑14以及过滤器元件或介质，如开孔泡沫元件16。所述过滤器外壳顶部10可大致包括为过滤系统10提供空气入口的新鲜空气进气口18。如图所示，所述进气口18可包括下切口，其有利于连接配套管，所述配套管可用于例如将空气流和/或空气源导向过滤器系统8。此外，所述进气口18可提供便于用O形环密封的平滑内表面。

所述过滤器外壳顶部10可包括带有下切口的锥形销。所述锥形销可被设定为在最终装配之前插入空气导流板/泡沫支撑14中的匹配孔中，并将所述空气导流板/泡沫支撑14保持在合适的位置，所述最终装配可包括例如焊接或粘接过滤器外壳顶部10和过滤器外壳底部12。

所述过滤器外壳顶部10可另外包括一个或多个允许将过滤系统8连接到EVAP罐上的部件。例如，所述过滤器外壳顶部10可包括连续地或间隔地围绕过滤系统8的周长设置的整体保持夹20。

如图所示，罐排气阀22(附图2)可与所述过滤系统8联接。所述罐排气阀22可包括例如电磁阀等。例如，所述过滤器外壳顶部10可包括可以至少部分地接收所述罐排气阀22的支撑管24，并且其为支撑和密封所述罐排气阀22提供平滑的内直径。

如前所述，过滤器外壳顶部10可通过例如焊接(如振动焊接)、粘结等沿振动焊接接头15联接到过滤器外壳底部12。如附图2A的细节视图所示，根据一个实施例，过滤器外壳顶部10与过滤器外壳底部12之间的焊接接头15可包括在空气导流板/泡沫支撑14的凸缘上闭合的壁，以提供周长唇形密封并将所述密封卡在至少部分地位于过滤器外壳顶部10与过滤器外壳底部12之间的位置，从而在贯穿过滤系统8的使用寿命中保持其完整性。在这样的实施例中，无需将所述空气导流板/泡沫支撑焊接或粘结到任一壳体上以密封收集腔。

所述过滤器外壳底部12可包括用于连接到EVAP罐(未示出)的出气端口26。如图所示，所述端口26可被设置为外部端口，并且其可以包括用以设置O形环28的接触面17，其有利于对EVAP罐的密封。在一个实施例中，所述过滤器出气端口26的内部可以为罐排气阀22提供支撑和密封。此外所述出气端口26和/或过滤器外壳底部12可设置一个或多个保持部件30，以利于将所述罐排气阀22固定在合适的位置。

所述空气导流板/泡沫支撑14可被设置为与过滤器外壳顶部10的内部相配合以提供流动通道32。所述流动通道32可使空气偏转穿过空气导流板/泡沫支撑14与过滤器外壳顶部10之间的缝隙而流至灰尘收集腔34，该灰尘收集腔可环绕过滤系统8内周长的至少一部分设置。在其它实施例中，所述灰尘收集腔34可被设置在过滤系统的内部，即所述灰尘收集腔可位于除环绕过滤系统内周长以外的位置上。

根据一个实施例，通过环绕空气导流板/泡沫支撑14的顶部设置向外延伸的柔性壁36，可将流动通道32保持围绕过滤器外壳顶部10的拐角半径。所述柔性壁36在装配时可通过与过滤器外壳顶部10的内壁相干涉的方式被推入功能位置。所述柔性壁36可以向下弯曲，从而所述流动通道32由柔性壁36和过滤器顶部10的内壁限定。在一个实施例中，所述流动通道32可以被一个或多个流动通道肋38保持，和/或流动通道的尺寸可受一个或多个流动通道肋38影响，所述流动通道肋条38被形成为柔性壁36上和/或过滤器外壳顶部10的内壁上的部件。

在另一个实施例中，所述流动通道32可以被限定在过滤器顶部10的内壁与空气导流板/泡沫支撑的模制壁之间，而不是被限定在过滤器顶部10的内壁与柔性壁之间。也就是说，从空气导流板/泡沫支撑14的上部延伸出来的壁的几何形状可以通过模制确定，而不是通过由于与过滤器壳体顶部10相干涉而导致的柔性壁36的干涉和/或弯曲来确定。

所述空气导流板/泡沫支撑14可包括一个或多个孔，例如在柔性壁36下方的区域中，以允许来自灰尘收集腔34的空气流入空气导流板/泡沫支撑14内部。此外，所述空气导流板/泡沫支撑14可包括在装配过滤系统8时至少部分地接收过滤器外壳顶部的锥形杆的孔。

如附图2A的细节视图所示，所述空气导流板/泡沫支撑凸缘的周边可具有在装配时可以变形的柔性唇形密封，以在空气导流板/泡沫支撑14与过滤器外壳顶部10和/或过滤器外壳底部12之间提供强制密封(positive seal)。所述密封可以将灰尘收集腔与干净空气腔40相分离。相似的部件在附图2B的细节视图中示出，其可设置在所述空气导流板/泡沫支撑14与罐排气阀支撑24之间。

所述空气导流板/泡沫支撑14可同时保护过滤元件16的周边。例如，所述空气导流板/泡沫支撑可防止损坏过滤元件16的周边和/或控制空气穿过过滤元件16流动。在这样的实施例中，仅允许穿过过滤元件16的气流从过滤元件16的顶部流向底部。

所述过滤元件16还包括开孔泡沫元件，其可以为流过过滤系统8的空气进行提供额外的过滤。因此过滤元件16可以捕获至少一部分残留在气流中的任意污染物。在一个实施例中，所述开孔泡沫元件30可包括每英寸30个气孔，但是也适合应用各种其它的孔尺寸。虽然示出的过滤元件16为泡沫过滤元件，但同样可以应用各种其它的过滤元件。例如，所述过滤元件16可以包括折叠纸或织物过滤器、网或筛过滤器、纤维过滤器等。

穿过过滤系统8的空气流由附图中的箭头所示。穿过过滤系统8的空气流可由发动机真空引导，该发动机真空可通过连接到EVAP罐的系统放泄阀或通过其它适当的方式进行计量。所述过滤器出气端口26可被连接到EVAP罐的新鲜空气入口。当空气通过进气端口18被抽取至过滤器中时，空气流过在过滤器外壳顶部10与空气导流板/泡沫支撑14的柔性壁之间限定的流动通道32。在示出的实施例中，空气流可大致朝向过滤系统8的周长，但是在其它实施例中空气流动无需朝向所述周长。

随着气流接近并进入灰尘收集腔34，所述气流通道32将会变窄。气流通道32的变窄将增加气流的速度，并且因此增加由气流所携带的任意颗粒或流体的速度。所述颗粒或流体速度的增加将会增大这种颗粒或流体的动量。当气流进入灰尘收集腔34时，由于气流例如通过压力差而被改向至空气导流板/泡沫支撑14内部，因此所述颗粒和流体的增大的动量将所述颗粒从气流中分离出来。所述颗粒或流体的动量将在气流的最初方向上、即进入灰尘收集腔34的方向上运送所述颗粒或流体。在一些实施例中，在具有最大动量的较大颗粒或液滴状流体中，这种效果最显著。气流方向相对急速地改变有利于分离，但并非必需的。除通过动量进行分离，所述灰尘颗粒和流体还可以通过作用于所述颗粒或流体上的重力进行收集。

所述气流可从灰尘收集腔34前进至空气导流板/泡沫支撑14内部。例如，所述空气导流板/泡沫支撑14可包括一个或多个与柔性壁36相邻的开口。除了提供进入所述空气导流板/泡沫支撑15内部的入口外，所述孔的位置还可提供有利地气流方向的急速改变。所述孔的位置还可以保护过滤元件16的周边。这样，仅有过滤元件16的顶部和底部向气流开放。随着空气流动穿过所述过滤元件16，额外的灰尘和流体可被捕捉并从所述气流中去除。

在气流进入干净空气腔40中后，干净空气流向罐排气阀22。所述罐排气阀22可控制进入EVAP罐的干净空气流。

附图4-7，7A和7B描述了过滤系统8的可替换实施例，其中相同附图标记代表相同元件。在每个实施例中，所述过滤系统8可以包括收集腔34，其中颗粒和流体可通过所述颗粒和流体上的惯性力和/或重力被分离到该收集腔34中。所述过滤系统8可进一步包括过滤元件16，其可以捕捉气流中的至少一部分灰尘或流体并将至少一部分灰尘或流体从气流中分离出来。过滤系统8还可以包括用于控制进入EVAP罐的空气流的罐排气阀22。

如附图4和5所示，所述空气导流板可由闭孔泡沫挡板50代替。此外，如开孔泡沫元件的过滤元件16的侧面可以被打开并且所述真空源52可以接近过滤元件16的中心。

除示出的变化外，与本申请相一致的过滤系统8可以包括多种阴、阳表面或凸缘端口，以联接到空气入口和EVAP罐上。此外，所述罐排气阀22可以相对于过滤系统8从外部被支撑，或者其可以包括多种可替换的支撑和密封设置。可以通过除整体保持夹特征之外的其它特征，如通过凸缘、托架等，将过滤系统8安装到EVAP罐上或其它结构或系统上。

因此，与本申请相一致的过滤系统8在多个定向(例如在五个垂直位置)上提供有效的过滤和灰尘和/或流体收集。过滤与灰尘和/或流体的收集可以包括首先将引入的空气导向收集腔34，其中该收集腔可以将至少一部分灰尘和/或流体污染物从引入的空气中分离。分离可以包括惯性和/或重力分离。例如，引入的气流速度将随着气流接近收集腔34而增大，从而增大了灰尘或流体的动量。气流的方向随后被改变，以允许颗粒或流体由于动量而继续进入收集腔34。在一个实施例中，所述收集腔34可围绕过滤元件16的周长的至少一部分设置。

在一些实施例中，由气流改向而提供在收集腔34处的颗粒或流体的惯性分离在去除ISO Course灰尘中具有50％的效率。由气流改向所提供的所述分离的效率可减少过滤元件16的负担。因此，由于最初的分离，即使在长期使用后，这里的过滤系统8可以仍提供改进的流。因此改进的过滤可以通过一起利用两个分离操作来提供。此外，这里的分离系统8适用于在多个定向采用。因此，与单独使用过滤元件相比，所述收集腔34可以提供更高的颗粒和流体保持能力。因此，与单独使用过滤元件所能容易实现的相比，过滤系统8的每包装容积的灰尘和流体保持能力更高。根据另一个方面，所述过滤系统8无需焊接或粘结操作以形成密封灰尘收集腔34。

因此，本申请描述了一个改进的过滤系统和方法。在一个实施例中，本申请描述了用在燃料蒸汽回收系统中用于过滤空气的过滤设备。所述过滤设备可以包括外壳，该外壳包括具有至少一个空气入口的上端和具有至少一个空气出口的下端。第一通道与所述空气入口流体连通，并被设置用于相对于空气入口增加穿过第一通道的空气速度。收集腔可以与所述第一通路流体连通，并被设置用于相对于第一通道减小穿过所述收集腔的空气速度并突然地改变其流动方向。过滤腔与包含过滤介质的所述收集腔流体连通。因此，干净空气腔可以与所述过滤腔和所述外壳的空气入口流体连通。

所述收集腔可选择地基本上围绕所述过滤腔的外周边。所述收集腔还可以去除包含于空气中的大约50％的污染物。所述过滤腔可邻近所述外壳的中心设置，并且所述过滤介质可包括从由泡沫、褶皱介质和筛所构成的组中选出的至少一种过滤介质。所述外壳的最大高度可以为大约70mm或40mm。壁的至少一部分可选择地确定所述过滤腔以及所述收集腔的至少一部分。所述壁可包括闭孔泡沫。所述外壳的上端可进一步包括末端向下朝向所述外壳下端的至少一个销，所述销与所述过滤腔中的至少一个孔配合接合。所述过滤腔另外包括设置在所述收集腔入口与所述第一通道的出口之间的至少一个柔性壁。罐排气阀可以被设置在所述外壳中的阀腔中，其被用于调节穿过所述外壳的空气出口的空气的流量。

在另一个实施例中，本发明描述了一种燃料蒸汽管理系统，其包括燃料蒸汽储存罐、流体地联接到所述燃料蒸汽储存罐上的过滤系统、以及罐排气阀。所述过滤系统可包括外壳，该外壳包括具有至少一个流体地设置以抽取大气空气的空气入口的上端，以及具有至少一个被联接到所述燃料蒸汽储存容器上的空气出口的下端。第一通道可以与所述空气入口流体连通，并被设置用于相对于空气入口增加穿过第一通道的空气速度。收集腔可以与所述第一通路流体连通，并被设置用于相对于第一通道减小穿过所述收集腔的空气速度并突然地改变其流动方向。过滤腔可与所述收集腔流体连通并包含过滤介质。干净空气腔可以与所述过滤腔和所述外壳的空气入口流体连通。另外，所述罐排气阀可以被设置在所述外壳的阀腔中，并被设置用于调节穿过所述外壳的空气出口的空气流量。

在另一个实施例中，本发明描述了一种过滤方法，其包括通过过滤系统的空气入口从大气中抽取包含污染物的引入空气，相对于空气入口增大引入空气和污染物穿过第一通道的速度，降低引入空气穿过与所述第一通道流体联接的收集腔的速度并改变其流动方向，其中将引入空气中的至少一部分污染物从引入空气中分离并将其收集到所述收集腔内，使所述引入空气和残留的污染物穿过设置在过滤系统的过滤腔中的过滤介质，其中所述过滤介质将至少一部分残留污染物从所述引入空气中分离。

如前所述，本发明并不仅限于必须满足本发明的任意所阐述的或所暗示的一个或多个目的或特征的系统或方法，并且不仅限于本文中所述的优选的、示例性的或主要的实施例。本发明的优选实施例的前述说明是用于描绘和描述的目的而给出的。前述精确的描述并不是穷举的也不是将本发明限制在前述精确的描述。通过上述教导，各种明显的修改和变化都是可能的。所述实施例的选择和描述是为了提供对本发明原理及其实际应用的最佳描绘，从而本领域技术人员能够以各种实施方式利用本发明并且做出各种修改以适应预期的特殊用途。当根据其合理、合法并且公正地授予的范围加以解释时，所有这些修改和变化都落入由权利要求确定的本发明的范围内。

Claims (20)

1、一种与燃料蒸汽回收系统一起使用的用于过滤空气的过滤设备，所述过滤设备包括：

外壳，其包括具有至少一个空气入口的上端和具有至少一个空气出口的下端；

第一通道，其与所述空气入口流体连通，并被设置用于与所述空气入口相比增大穿过所述第一通道的所述空气的速度；

收集腔，其与所述第一通道流体连通，并被设置用于与所述第一通道相比减小穿过所述收集腔的所述空气的速度并突然改变所述空气的方向；

过滤腔，其与所述收集腔流体连通，所述过滤腔包括过滤介质；以及

干净空气腔，其与所述过滤腔和所述外壳的所述空气出口流体连通。

2、根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述收集腔基本上环绕所述过滤腔的外周边。

3.根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述收集腔去除所述空气中的大约50％的污染物。

4、根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述过滤腔被设置成邻近所述外壳的中心。

5、根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述过滤介质包括从由泡沫、褶皱介质和筛构成的组中选出的至少一种过滤介质。

6、根据权利要求5所述的过滤设备，其中所述过滤介质包括开孔泡沫。

7、根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述外壳具有的最大高度大约为70mm。

8、根据权利要求7所述的过滤设备，其中所述外壳具有的最大高度大约为40mm。

9、根据权利要求1所述的过滤设备，其中限定所述过滤腔的壁的至少一部分也限定所述收集腔的至少一部分。

10、根据权利要求9所述的过滤设备，其中所述壁的所述至少一部分包括闭孔泡沫。

11、根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述外壳的所述上端还包括末端向下朝向所述外壳的所述下端的至少一个销，其中所述至少一个销与所述过滤腔中的至少一个孔配合接合。

12、根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述过滤腔还包括设置在所述收集腔的所述入口与所述第一通道的出口之间的至少一个柔性壁。

13、根据权利要求1所述的过滤设备，进一步包括设置在阀腔中的罐排气阀，所述罐排气阀被设置用于调节通过所述外壳的所述空气出口的所述空气的流量。

14、一种燃料蒸汽管理系统，其包括：

燃料蒸汽储存罐；

与所述燃料蒸汽储存罐流体联接的过滤系统，所述过滤系统包括：

外壳，其包括上端和下端，所述上端具有至少一个被流体地设置为用于抽取大气空气的空气入口，所述下端具有至少一个与所述燃料蒸汽储存罐联接的空气出口；

第一通道，其与所述空气入口流体连通，并被设置用于与所述空气入口相比增大穿过所述第一通道的所述空气的速度；

收集腔，其与所述第一通道流体连通，并被设置用于与所述第一通道相比减小穿过所述收集腔的所述空气的速度并突然改变所述空气的方向；

过滤腔，其与所述收集腔流体连通，所述过滤腔包括过滤介质；

干净空气腔，其与所述过滤腔和所述外壳的所述空气出口流体连通；以及

邻近所述外壳的所述空气出口设置的阀腔；和

布置在所述阀腔中的罐排气阀，其被设置用于调节穿过所述外壳的所述空气出口的所述空气的流量。

15、根据权利要求14所述的燃料蒸汽管理系统，其中所述收集腔基本上环绕所述过滤腔的外周边。

16、根据权利要求14所述的燃料蒸汽管理系统，其中所述过滤介质包括开孔泡沫。

17、根据权利要求14所述的燃料蒸汽管理系统，其中所述外壳具有的最大高度大约为70mm。

18、根据权利要求14所述的燃料蒸汽管理系统，其中限定所述过滤腔的壁的至少一部分也限定所述收集腔的至少一部分。

19、根据权利要求18所述的燃料蒸汽管理系统，其中所述壁的所述至少一部分包括闭孔泡沫。

20、一种过滤方法，包括：

通过过滤系统的空气入口从大气中抽取包含污染物的引入空气；

与所述空气入口相比增大所述引入空气和所述污染物穿过第一通道的速度；

减小所述引入空气穿过与所述第一通道流体联接的收集腔的速度并改变其流动方向，其中将所述引入空气中的至少一部分所述污染物从所述引入空气中分离并将其收集到所述收集腔中；以及

使所述引入空气和残留的污染物穿过设置在所述过滤系统的过滤腔中的过滤介质，其中所述过滤介质将至少一部分所述残留污染物从所述引入空气中分离。

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