CN101598084A - 发动机碳氢化合物吸附器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机碳氢化合物吸附器，提供了用于从内燃发动机的进气系统吸附碳氢化合物的装置、系统和方法。所公开的用于内燃发动机的碳氢化合物吸附装置包括：具有一定横断面形状并配置在发动机内的进气管；定位于进气管内配置用于支撑横断面形状的内部结构元件；及邻近内部结构元件设置的碳氢化合物吸附器，其中穿过进气管的含有碳氢化合物的流体能够与碳氢化合物吸附器接触。本发明提供了多种用于将该吸附器放置在进气道内导致较高的净化的选择，因为该吸附器能够直接地邻近该发动机气流，并且减小对流量限制的影响。

Description

发动机碳氢化合物吸附器

技术领域

本发明涉及一种发动机碳氢化合物吸附器。

背景技术

可在吸附系统中捕捉来自车辆的发动机进气系统的碳氢化合物蒸气排放。

当发动机关闭时示例装置吸附这些碳氢化合物。当发动机运转时碳氢化合物被解吸并在发动机中燃烧掉。在整个车辆的使用寿命中碳氢化合物加载和净化循环可持续进行。一些装置在进气中施加流量限制以提供充分地吸附，而其他装置则没有。一些系统仅在选定的条件下利用多种额外的阀门和/或通道以开启/关闭和/或暴露吸附元件。

然而，本发明的发明人已经认识到这些方法的一系列问题。例如，为了提供充分的碳氢化合物吸附，一些系统会不能接受地增加空气流量限制。此外，操作者可能通过移除吸附器部件干预(tamper)流量限制部件，而移除不是显而易见的。作为另一个例子，可能存在有关于关闭和/或开启进气系统部件的机械驱动的劣化的问题，可能会导致意外的空气流量限制的增加或减少，或两者。

发明内容

因此，在一个方法中提供了用于内燃发动机的碳氢化合物吸附装置。该碳氢化合物吸附装置可包括具有一定横断面形状并配置在该发动机内的进气管。内部结构元件可定位在进气管内并且可配置用于支撑横断面形状。碳氢化合物吸附器可邻近该内部结构元件设置，其中穿过进气管的含有碳氢化合物的流体能够与碳氢化合物吸附器接触。这个方法提供了多种用于将该吸附器放置在进气道内导致较高的净化的选择，因为该吸附器能够直接地邻近该发动机气流，并且减小对流量限制的影响(马力损失)。

在一个具体的方面，该内部结构元件可将碳涂纸固持在进气管内，并经由切口或内部结构内的窗口暴露碳涂纸。这样，可为塑料插入件的结构元件不但能够在高气流和高热工况期间维持弹性清洁气管横断面的打开，而且也作用于至少在发动机关闭状况期间收集碳氢化合物。

应该明白的是内部结构元件可为多种形式。如所提到的，其可为塑料插入件。同样，该结构元件可将碳氢化合物吸附器固持在其自身与进气管的内壁之间。可选择的，吸附器可粘附至结构元件的内壁上。最后，结构元件可包括多种内部的和外部的笼或壳，其中笼和/或壳固持该吸附器，该结构元件被插入并固持在清洁气管内。

还应该明白的是这种空气流入发动机的燃烧室的方法可取决于是否存在碳氢化合物吸附器，这样如果碳氢化合物吸附器被干扰或被客户移除，发动机的性能会受到弹性管的变形影响。

附图说明

图1显示了示出示例发动机的车辆的示意图

图2显示了具有两个以虚线指示安装于其内的碳氢化合物吸附装置的清洁气管的顶视图。

图3显示了示例碳氢化合物吸附装置的分解组装图。

图4A和4B显示了图3中所示的碳氢化合物吸附装置的各自下部子总成和上部子总成的顶视图。

图5显示了说明示例制造方法的流程图。

图6A显示了可替代示例碳氢化合物吸附装置的分解组装图。

图6B和6C显示了图6A中所示的碳氢化合物吸附装置的立体图。

图7显示了说明另一个示例制造方法的流程图。

图8显示了图7中说明的可替代示例制造方法的流程图。

具体实施方式

图1为显示可包括在车辆11的推进系统或其他商用装置中的多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图。发动机10可至少部分由包括控制器12的控制系统和/或由来自车辆驾驶员经由例如加速器踏板的输入装置的输入控制。发动机10的燃烧室(例如汽缸)30可包括带有定位于其内的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可连接至曲轴40。

燃烧室30可经由进气道42从进气歧管44接收进气31并且经由排气道48排出废气。进气歧管44和排气道48可选择性地经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30连通。

进气31可经由例如清洁气管70的进气道的内通道68进入进气歧管44。清洁气管70可在入口33的下游并经由入口33与大气流体连通。空气净化器35可位于清洁气管70的上游，大气可在进入清洁气管70之前通过空气净化器35。清洁气管70可在节气门62的下游或如这里在图1中所示在节气门62的上游。

碳氢化合物吸附装置72可设置于清洁气管70内以当发动机10没有在运转时吸附可从燃烧室30或进气歧管44逃离的碳氢化合物。碳氢化合物吸附装置72可包括碳氢化合物吸附材料74。碳氢化合物吸附材料74可为任何合适的配置用于吸附碳氢化合物的材料，例如碳涂层板。碳涂层板上的碳可为例如活性碳或沸石等。碳氢化合物吸附装置72可包括配置用于将碳氢化合物吸附材料74固定在内燃发动机10的清洁气管70内的内笼76。内笼76可配置用于将至少一部分碳氢化合物吸附材料74暴露至清洁气管70的内通道68。例如，内笼76可包括孔78以暴露碳氢化合物吸附材料74。在另一个实施例中，内笼76可包括配置用于将部分碳氢化合物吸附材料74暴露在肋部(rib)之间的条笼(rib-cage)结构。这样，在发动机关闭期间，可经由进气门52和进气歧管44从燃烧室30蒸发出的碳氢化合物可能接触碳氢化合物吸附材料74并且被其吸附，并且从而防止碳氢化合物逃离进大气中。当发动机处于运转时，空气可随后通过清洁气管70，并且随后碳氢化合物可从碳氢化合物吸附材料74解吸出来以在燃烧室30内燃烧。

内笼76可配置用于安装在外壳80内。碳氢化合物吸附材料74可置于内笼76和外壳80之间。

在一些实施例中，清洁气管70可由弹性材料例如橡胶等制造而来，其可获得较宽松的尺寸公差，这在装配和/或再装配发动机的部件时是有利的。尽管这个例子使用了橡胶管，也可以使用多种其他的类似橡胶的材料，例如合成橡胶或其他橡胶替代品。弹性也有利于在发动机10运转期间减小噪声，并且适应发动机颠簸以及使得发动机10弯曲在其悬置上以适应发动机输出扭矩的范围。例如，取决于发动机扭矩输出，发动机10可弯曲和/或扭转不同量。

清洁气管70可受到清洁气管70的内部和外部之间的压差。例如，清洁气管70可受到由在燃烧室30内的活塞36的向下冲程及上游气流阻力产生的内通道68内的真空压力。上游气流阻力可为例如空气净化器35。

当清洁气管70为弹性材料制造时，那么当受到压差和/或真空压力时其可变形。在一些实施例中，内笼76或外壳80或者内笼76和外壳80的组合可被配置为抗真空塌陷装置(anti-vacuum collapse device)，并且当暴露于真空压力时能够支撑该清洁气管70抵抗塌陷，同时提供这里提到的碳氢化合物吸附操作。因此，在一些实施例中，碳氢化合物吸附装置72的碳氢化合物吸附特性可与抗真空塌陷装置一体制造、或作用为抗真空塌陷装置或为抗真空塌陷装置。

内笼76可配置用于在仍然将碳氢化合物吸附材料74稳固地保持在清洁气管70内的同时提供足够的强度抵抗清洁气管70的真空导致的塌陷。内笼76可包括孔78，或例如可包括其间存在间隔的肋。孔78和/或肋之间的间隔可暴露部分碳氢化合物吸附材料74以允许在清洁气管70中碳氢化合物和碳氢化合物吸附材料74之间的充分交互以确保充分吸附和解吸。

在一些实施例中，内笼76和/或外壳80包括防旋转形状。

另外，在一些例子中，系统可提供显示干预(tamper-evident)特征。如果碳氢化合物吸附装置72被移除，清洁气管70可变形，或在特定情况下塌陷。随后塌陷的或变形的清洁气管可导致车辆11的发动机10较差地运行或根本不运行，并且提供碳氢化合物吸附装置72已被损害的指示。

孔112(将在后面进一步讨论)可配置用于在清洁气管70的内通道68和其它发动机部件例如连接至发动机10的曲轴箱的曲轴箱强制通风阀(PCV)116之间提供流体连通。

继续参考图1，多个实施例可使用所谓的进气道喷射。在这样的配置中，燃料喷射器66可设置在进气歧管44内以将燃料提供至燃烧室30上游的进气道。

如上所提及，进气道42可包括具有节流板64的节气门62。节气门62可运转以改变提供至燃烧室30和其他发动机汽缸中的进气。进气道42可进一步包括质量空气流量传感器120和/或歧管空气压力传感器122用于提供各自的MAF和MAP信号至控制器12。

尽管显示了火花点火部件，在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可以压缩点火模式运转，带有或不带有点火火花。

图1中所示的控制器12可为微型计算机，并且可从连接至发动机10的传感器接收多种信号，除了上面讨论的那些信号外，还包括来自质量空气流量传感器120的吸入的质量空气流量(MAF)的测量值、来自连接至冷却套筒114的温度传感器69的发动机冷却剂温度(ECT)、来自连接至曲轴40的霍尔效应传感器118的脉冲点火感测信号(PIP)、来自节气门传感器的节气门位置(TP)和来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。

如上所述，图1仅显示了多个汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可类似地包括其各自组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

图2为示出可被配置为具有第一部分82和经由柔软元件86连接至第一部分82的第二部分84的清洁气管70的顶视图。柔软元件86可使得第一部分82更容易相对于第二部分84重定位。例如柔软部分86可为可折叠波状轮廓壁等。第一部分82和第二部分84可在成型操作中彼此一体成型。第一部分82可相对于第二部分84具有不同的横断面，和/或不同的纵向形状。例如，第一部分82可沿其纵向长度弯曲并且可例如具有一点卵形或椭圆形横断面形状。第二部分84可为基本上圆柱形，沿其纵向长度上具有基本上不变的横断面。进气流可首先通过第二部分并且随后通过第一部分，尽管在其他实施例中其可为首先通过第一部分。

清洁气管70可包括多于一个碳氢化合物吸附装置72。例如，第一碳氢化合物吸附装置72可设置在清洁气管70的第一部分82内，并且第二碳氢化合物吸附装置172可设置于清洁气管70的第二部分84内。每个碳氢化合物吸附装置72、172可包括通过各自的第一和第二内笼76、176支撑在清洁气管70内的各自的第一和第二碳氢化合物吸附材料74、174。每个内笼76、176可配置于安装在各自的第一和第二外壳80、180内。第一和第二碳氢化合物吸附材料74、174可设置于各自的内笼76、176和外壳80、180之间。在一些实施例中，可只用内笼76、176而不用外壳80、180或者可替代地只用外壳80、180而不用内笼76、176来将各自的碳氢化合物吸附材料74、174保持在清洁气管70内。各自的内笼76、176，外壳80、180和碳氢化合物吸附材料74、174，例如各自的碳氢化合物吸附装置72、172可具有一定形状以安装在各自的第一部分82和第二部分84内。

图3为第一碳氢化合物吸附装置72的分解图。第一碳氢化合物吸附装置72可包括具有第一形状的下部外壳90。下部碳氢化合物吸附材料94可具有基本上相似的第一形状，并且可以嵌套方式定位于下部外壳90内。下部内笼98也可具有基本相似的第一形状，并且以类似的嵌套方式定位形成如图4A所示的下部子总成104。下部内笼98和下部外壳90可包括对接卡扣(mating snap)120、121以辅助它们的连接。可替代地，当与图4B中所示的和下面讨论的相应的上部子总成106接合时他们可焊接或粘接在一起，或者简单地嵌套并且在保持在适当位置。

类似地，第一碳氢化合物吸附装置72也可包括具有第二形状的上部外壳92。上部碳氢化合物吸附材料96可具有基本上相似的第二形状，并且可以嵌套方式定位于上部外壳92内。上部内笼100也可具有基本相似的第二形状，并且以类似的嵌套方式定位形成如图4B中所示的上部子总成106。下部外壳90和上部外壳92可包括对接卡扣120、121以辅助它们的连接。可替代地，当与图4A中所示的相应的下部子总成104接合时他们可焊接或粘接在一起，或者如上所述简单地嵌套并且在保持在适当位置。

因此，在为第一碳氢化合物吸附装置72的情况下，外壳80可包括两个部件，下部外壳90和上部外壳92。类似地，内笼76可包括两个部件，下部内笼98和上部内笼100。同样类似地，碳氢化合物吸附材料74可包括两个部件，下部碳氢化合物吸附材料94和上部碳氢化合物吸附材料96。在内笼首先被稳固地连接至各自的外壳90、92，或者在上部和下部子总成106、104被稳固地连接的情况下，碳氢化合物吸附材料可被稳固地保持在适当位置。此外，通过切割碳氢化合物吸附材料94、96以成型安装于外壳90、92内可最大化碳氢化合物吸附材料94、96的有效面积。倘若独自地成型上部和下部子总成106、104，其可在仍然可成型安装入其被安装的进气管内的同时使得每个子总成可以最大化碳氢化合物吸附。这可包括但不限于，有效的遵循管轮廓，和成型管部分以包括与清洁气管70内的孔对齐的孔。此外，通过成形每个碳氢化合物吸附装置72、172以配合清洁气管的特定部分，可最大化管内的碳氢化合物吸附材料74的总有效面积。

现请参考图2，第一固持凸缘124可设置在清洁气管70内作为内部导引和固持装置以定位第一碳氢化合物吸附装置72。第二固持凸缘126可设置在清洁气管70内作为内部导引和固持装置以定位第一碳氢化合物吸附装置72。固持凸缘124、126可与橡胶清洁气管70一体制造并且可能需要推动第一碳氢化合物吸附装置72通过弹性凸缘用于第一碳氢化合物吸附装置72的安装。可替代地，橡胶进气管70可在张紧状态下并且基本上环绕内笼的边缘成型以防止内笼76和/或外壳80从橡胶进气管70内部脱落。

现请参考图2、4A和4B，第一碳氢化合物吸附装置72可包括可设置以与清洁气管70内的第一孔110对齐的第一孔108和可设置以与清洁气管70内的第二孔114对齐的第二孔112。第一孔108可配置用于在清洁气管70的内通道68和例如谐振器的其他发动机组件之间提供流体连通。第二孔112可配置用于在清洁气管70的内通道68和例如可连接至发动机10的曲轴箱的曲轴箱强制通风阀(PCV)116(图1)的其他发动机组件之间提供流体连通。

图5为说明用于构造依照本发明一个实施例的内燃发动机的碳氢化合物吸附装置的方法500的流程图。方法500可包括，在502处通过例如注射成型每个元件以成型下部外壳90、上部外壳92、下部内笼98和上部内笼100中的每个。如在504处所说明的，方法500可包括通过例如模切将下部碳氢化合物吸附材料94和上部碳氢化合物吸附材料96切割为合适的形状。随后，在506处，方法可包括将下部碳氢化合物吸附材料94和上部碳氢化合物吸附材料96定位于各自的下部外壳90和上部外壳92内。下部和上部碳氢化合物吸附材料94、96可由可包括由可移除薄膜覆盖的粘合背衬的材料切割而成。在被切割成型之后，可从碳氢化合物吸附材料94上移除可移除薄膜以暴露粘合背衬以使得下部和上部碳氢化合物吸附材料94、96能够粘合至各自的下部外壳90和上部外壳92。在一些实施例中，方法500可包括，在508处通过将每个下部内笼98和上部内笼100固定至各自的下部外壳90、上部外壳92而各自的下部和上部碳氢化合物吸附材料94、96固定在其中间来成型下部子总成104和上部子总成106。各自的下部和上部子总成104、106的成型可包括将外壳90、92热熔至各自的内笼98、100以将各自的碳氢化合物吸附材料94、96保留在其中间。可使用其它的连接方法，例如包括但不限于Tinnerman型夹具或螺栓、粘合剂、焊接或卡扣的机械紧固件。随后，方法500可包括，在510处将上部子总成106固定至下部子总成104。下部和上部子总成104、106可包括对接元件例如卡扣。510处的固定可包括将上部子总成106卡扣至下部子总成104。在510处的固定可替代地或额外地包括将上部子总成106焊接至下部子总成104。

在一些实施例中，下部内笼98可首先固定至上部内笼100。随后，装配的笼可定位在下部外壳90和上部外壳92之间，而如上面所述将下部和上部碳氢化合物吸附材料94、96粘合在适当位置。

由于可能在大范围的发动机生产线以模块化方式混合和匹配多种子总成以适应多种进气管轮廓和孔配置，方法500可提供装配简便和制造灵活性。由于碳氢化合物吸附装置72难于拆卸并且如果被拆卸则难于移除碳氢化合物吸附材料74，方法500也可以至少提供较高水准的抗干预性。

图6A为在图2中用虚线说明的第二碳氢化合物吸附装置172的分解组装图。图6B和6C为装配后的第二碳氢化合物吸附装置172的立体图。第二碳氢化合物吸附装置172可包括可定位于橡胶进气管70内的内笼176，并且可配置用于减小橡胶进气管70的变形。内笼176可包括与一个或多个肋134连接的第一环130和第二环132。肋134可在其间提供开口178。碳氢化合物吸附材料174可设置于内笼176和橡胶进气管70之间，其中穿过进气管的含有碳氢化合物的流体可至少经由笼内的开口与碳纸接触。

第二碳氢化合物吸附装置172也可包括外壳180。内笼176可配置用于以伸缩方式安装在外壳180内。碳氢化合物吸附碳纸可固定在内笼176和外壳180之间。这也可以伸缩方式完成。在一些实施例中，图2中说明的第一碳氢化合物吸附装置72的全部或一部分可以伸缩方式装配。

内笼176可包括第一特征例如槽口140，并且外壳180可包括第二特征例如可配置用于对接以提供内笼176在外壳180内的正定向的突起或凸部142。碳氢化合物吸附材料174也可包括可确保相对于内笼176的正定向的槽口143。

如图2中所示，清洁气管70可包括配置用于将碳氢化合物吸附装置172固定在进气管70内的固持凸缘144。内笼和外壳可预装配并且作为已装配单元定位于清洁气管内。可推动总成通过固持凸缘144以将碳氢化合物吸附装置172安装在进气管70内并通过固持凸缘144固定在适当位置。可使用其他固持方法，例如使用卡扣配合或干涉配合。

内笼176或外壳180可包括第三特征且清洁气管可包括可配置用于与第三特征对接的第四特征以提供外壳在清洁气管70内的正定向。例如，内笼176可包括可定位在固持凸缘144内的开口中的片体146。

内笼176可包括可配置用于与外壳180的内侧上的凹槽150对接的脊部148。这些特征可辅助碳氢化合物吸附装置172的装配和功能。

图7为说明可用于构造依照本发明一个实施例的内燃发动机的第二碳氢化合物吸附装置172的方法的流程图。方法700可包括，在702处，成型外壳和内笼。这可通过例如成型操作来完成。方法700也可包括，在704处将碳氢化合物吸附材料切割为一定形状以安装进外壳内。例如可用模切操作来完成切割。碳氢化合物吸附材料可为碳纸。方法700也可包括，在706处，将碳纸装配进外壳并且成型为子总成。706处的装配可包括将切割的碳氢化合物吸附材料弯曲为圆柱形状并且将其安装入外壳内。方法700也可包括，在708处，将内笼装配进外壳/碳氢化合物吸附材料子总成中。图8为说明在708处所示的装配的可替代例的流程图，其中在710处，装配可包括将内笼伸缩地安装至子总成内。该安装可为压配合、卡扣配合、焊接或热熔。

应了解，此处公开的配置与程序实际上为示例性，且这些具体实施例不可认定为限制，因为可能存在多种变形。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本发明的主旨包括此处公开的多种系统与配置以及其它特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合与子组合。

本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可指为“一个”元素或“第一”元素或其等同物。这些权利要求应该了解为包括一个或多个这种元素的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元素。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求得到主张。这些权利要求，与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，也被认为包括在本发明主题内。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机的碳氢化合物吸附装置，包括：

具有一定横断面形状并配置在所述发动机内的进气管；

定位于所述进气管内配置用于支撑所述横断面形状的内部结构元件；及

邻近所述内部结构元件设置的碳氢化合物吸附器，其中穿过所述进气管的含有碳氢化合物的流体能够与所述碳氢化合物吸附器接触。

2.如权利要求1所述的碳氢化合物吸附装置，其特征在于，所述内部结构元件支撑所述进气管抵抗由在所述进气管内产生的真空导致的变形而不需要实质性地限制流至所述发动机的流体，其中所述流体包括空气流。

3.如权利要求1所述的碳氢化合物吸附装置，其特征在于，所述内部结构元件包括窗口以将所述碳氢化合物吸附器暴露至所述流体。

4.如权利要求3所述的碳氢化合物吸附装置，其特征在于，所述碳氢化合物吸附器包括经由所述内部结构元件固持在所述进气管内的碳纸。

5.如权利要求1所述的碳氢化合物吸附装置，其特征在于，所述内部结构元件包括内笼。

6.如权利要求1所述的碳氢化合物吸附装置，其特征在于，所述内部结构元件包括外壳。

7.如权利要求1所述的碳氢化合物吸附装置，其特征在于，所述内部结构元件包括防旋转形状。

8.如权利要求1所述的碳氢化合物吸附装置，其特征在于，所述内部结构元件配置为能显示干预。

9.一种用于内燃发动机的碳氢化合物吸附装置，包括：

配置在所述发动机内以经历由发动机运转产生的真空的可变形进气管；

可定位于所述进气管内的内笼，所述内笼具有开口；

环绕所述内笼定位并连接至所述内笼的外壳，所述内笼和外壳的每个均配置用于减小所述进气管的变形；及

设置在所述内笼和所述外壳之间的碳氢化合物吸附碳纸，其中穿过所述进气管的含有碳氢化合物的空气能够至少经由在所述内笼中的开口与所述碳纸接触。

10.一种构造用于内燃发动机的碳氢化合物吸附装置的方法，包括：

成型配置用于定位在发动机的进气管内的塑料结构元件；

将纸状碳氢化合物吸附材料切割为相应于所述结构元件的形状；

将所述碳氢化合物吸附材料邻近于所述结构元件定位；及

通过将所述碳氢化合物吸附材料固定至所述结构元件成型子总成。

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