CN101734146A - 蒸发排放物控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蒸发排放物控制系统。可密封燃料蒸气存储和回收系统包括可密封燃料箱和蒸气存储装置。蒸气存储装置包括限定线性流动路径的第一端部、室和第二端部。排气阀可选择地被控制为开启位置和关闭位置中的一个且基本不施加流动限制。

Description

蒸发排放物控制系统
技术领域
本发明涉及蒸发排放物控制系统。
背景技术
本部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息且可能不构成现有技术。
蒸发排放物控制系统用来俘获并容纳由车辆的燃料箱和固定存储系统所产生的燃料蒸气。已知系统包括经由蒸气线路连接到燃料箱的蒸气存储装置。已知系统包括蒸气存储装置，该蒸气存储装置具有连接到大气空气的排气线路和连接到真空源(例如内燃机的进气歧管)的清洗线路。
燃料蒸气可持续地产生在燃料存储箱中且存储在蒸气存储装置中，燃料蒸气包括由于环境温度随时间的变化而产生的燃料蒸气(也称为昼间燃料蒸气)。例如当低压被引入到清洗线路且空气经由排气线路被抽吸通过蒸气存储装置时，所存储的燃料蒸气可由通过蒸气存储装置的空气流从蒸气存储装置清洗。在一些应用中，例如采用插上插入式(plug-in)充电系统的混合动力车辆中，燃料箱可产生用于存储在蒸气存储装置中的昼间燃料蒸气，且在延长的时间段内可能不清洗存储在蒸气存储装置中的燃料蒸气。如果蒸气存储装置未被清洗，那么蒸气存储装置可饱和并将任何随后产生的燃料蒸气释放到大气中。
发明内容
可密封燃料蒸气存储和回收系统包括燃料箱和蒸气存储装置。蒸气存储装置包括容纳燃料蒸气吸收材料且具有第一端部和第二端部的室，该第一端部包括第一和第二开口，且第二端部包括第三开口。第一端部、室和第二端部之间限定线性流动路径。蒸气存储装置的第一开口流体连接到燃料存储箱中的排气开口。蒸气存储装置的第二开口流体连接到清洗线路，该清洗线路经由清洗阀流体连接到进气系统。第三开口流体连接到排气阀，该排气阀与大气空气流体连通。排气阀可选择地控制为开启位置和关闭位置中的一个。当被控制为关闭位置时排气阀密封蒸气存储装置的第三开口，而当被控制为开启位置时排气阀具有与蒸气存储装置第三开口的截面面积相等的截面面积。
附图说明
参考附图，现将举例说明一个或多个实施例，该附图是根据本发明的可密封燃料蒸气存储和回收系统的示意图。
具体实施方式
现参考附图，其中该附图仅是为了描述某些示例性实施例的目的且不旨在限制本发明，附图示出了可密封燃料蒸气存储和回收系统10的实施例。附图是示意性的且部件未按比例绘制。可密封燃料蒸气存储和回收系统10描述为系统的构件，该系统在该实施例中包括内燃机12和控制模块14。可密封燃料蒸气存储和回收系统10可应用于采用多种推进技术的机动车辆，例如混合动力车辆，但是本发明并不限制于此。
内燃机12可包括多气缸内燃机，该多气缸内燃机通过在燃烧室(未示出)中燃烧包括汽油和其它可燃液体的燃料而产生机械动力。发动机12由控制模块14可操作地控制。控制模块14优选地包括数字可编程装置，该数字可编程装置包括微处理器，该微处理器监测来自传感器(未示出)的输入信号并产生输出信号以控制致动器(未示出)来操作发动机12和可密封燃料蒸气存储和回收系统10。发动机12与控制模块14之间的线路16示意性地描述了在它们之间的输入信号和输出信号流。
可密封燃料蒸气存储和回收系统10包括燃料箱18和燃料蒸气吸收罐50。在发动机12的操作期间，燃料由燃料泵(未示出，但通常位于燃料箱中)通过燃料线路(未示出)从燃料箱18输送至燃料轨道和燃料喷射器(未示出)，该燃料轨道和燃料喷射器优选地将燃料提供给发动机12的每个气缸。燃料泵和燃料喷射器的操作优选地由控制模块14管理。
在一个实施例中，燃料箱18是采用高密度聚乙烯制成的吹塑成形装置，燃料箱18具有燃料(包括汽油)不可渗透的一个或多个内层。加注管道22连接到燃料箱18，加注管道22具有燃料通过其注入的加注端部26和排出进入燃料箱18的出口端部28。单向阀30防止液体燃料溅出加注管道22。有可移除的燃料盖24，燃料盖24可密封地封闭加注端部26。车载补给燃料蒸气回收系统(ORVR)包括ORVR信号线路35，信号线路35将操作者请求传送给控制模块14以将燃料通过加注管道22注入到燃料箱18中。燃料32的体积以上表面34指示。浮动式燃料水平指示器36通过线路38提供燃料水平信号给控制模块14。在一个实施例中，燃料箱压力传感器40和温度传感器42分别产生经由线路44和46传输给控制模块14的信号。燃料箱18配备排气线路20，排气线路20从燃料箱18的顶部引导通过密封件48至燃料蒸气吸收罐50。燃料箱18内的浮动阀52防止液体燃料进入排气线路20中。与空气混合的燃料蒸气可流动通过排气线路20至燃料蒸气吸收罐50的第一开口54。优选地，当燃料通过加注管道22注入到燃料箱18中时，燃料蒸气流动通过排气线路至燃料蒸气吸收罐50，作为车载补给燃料蒸气回收的部分。
燃料蒸气吸收罐50优选地包括本体53，本体53包括由例如尼龙的燃料不渗透热塑性聚合物模制的封闭结构。燃料蒸气吸收罐50的封闭结构包括第一端部51和第二端部62，该第一端部51包括第一开口54和第二开口68，第二端部62包括第三开口66。第一端部51、本体53和第二端部优选地形成单个室56，单个室56用于容纳大量吸收材料58。燃料蒸气吸收罐50包括一个或多个颗粒固定构件(未示出)，以利于将吸收材料58固定在本体53的单个室56中。燃料蒸气吸收罐50包括一个或多个扩散器(未示出)，以将蒸气和空气流扩散在本体53的单个室56的截面上。吸收材料58优选地包括活性碳材料(例如活性碳颗粒)，以可操作地吸收从燃料箱18和ORVR系统传送经过排气线路20至第一开口54的碳氢化合物蒸气。优选地，本体53的第一尺寸限定纵向轴55。优选地第一端部51、本体53的单个室56和燃料蒸气吸收罐50的第二端部62平行于纵向轴55线性地设置。因此，在第一端部51、本体53的单个室56和第二端部62之间，限定通过燃料蒸气吸收罐50的大致平行于纵向轴55的线性流动路径。
在一个实施例中，排气管道70的第一端部连接到燃料蒸气吸收罐50的第三开口66。排气管道70的第二端部78连接到排气阀72，称为昼间控制阀(DCV)。DCV72优选地包括可操作地连接到常闭螺线管74的单级高流量可密封阀76，常闭螺线管74经由控制线路80可操作地连接到控制模块14。当DCV72在关闭位置时，可密封阀76密封地关闭排气管道70的第二端部78。当DCV72在开启位置时(如图所示)，排气管道70的第二端部78流体连接到大气空气，在一个实施例中包括经由第二管道70’连接到大气空气。优选地，在排气管道70或第二管道70’中没有节流孔或其它流动限制装置。优选地，当DCV72被控制在与任何期望系统压降和相关的蒸气流率有关的开启位置时，排气管道70、DCV72(开启时)和第二管道70’的内径使得它们对流入或流出燃料蒸气吸收罐50第三开口66的空气流施加极小的限制或基本上无限制。在一个实施例中，当被控制为开启位置时，管道70’、DCV72和排气管道70均具有与燃料蒸气吸收罐50第三开口66的截面流动面积相等的截面流动面积，以使得燃料蒸气吸收罐50的第三开口66与大气空气之间的流动限制最小化。在省去管道70’的一个实施例中(未示出)，DCV72和排气管道70均具有与燃料蒸气吸收罐50第三开口66的截面流动面积相等或比其更大的截面流动面积。在省去管道70’和排气管道70的一个实施例中(未示出)，DCV72直接流体连接到燃料蒸气吸收罐50的第三开口66且具有限定第三开口66截面流动面积的截面流动面积。
优选地，卸压阀96构造成在过压状况或过真空(或负压)状况下经由管道94提供绕过DCV72的流。卸压阀96保护可密封燃料蒸气存储和回收系统10不受由于过压和过真空事件引起的损坏。在一个实施例中，卸压阀96具有处于25kPa表压或接近25kPa表压的正压阀值，且具有处于10kPa表压或接近10kPa表压的负压阀值。DCV72是常闭的(未示出)，包括车辆关闭期间和在发动机12未工作的车辆操作期间。在发动机12操作期间的补给燃料事件期间和清洗事件期间，DCV72被激励开启。
燃料蒸气吸收罐50第一端部51的第二开口68经由清洗线路82、螺线管致动清洗阀84和第二清洗线路82’流体连接到进气系统。在一个实施例中进气系统包括发动机12的进气歧管(未示出)。清洗阀84包括可密封阀88和常闭螺线管86，可密封阀88和常闭螺线管86经由控制线路92可操作地连接到控制模块14。
可密封燃料蒸气存储和回收系统10的第一操作状态包括清洗阀84密封地关闭(如图所示)和DCV72密封地关闭(未示出)。当燃料盖24密封地关闭时，可密封燃料蒸气存储和回收系统10是封闭系统，且可经历由于温度变化(例如由于昼间温度差异)引起的气体膨胀或收缩导致的压力变化。当DCV72关闭时，经过燃料蒸气吸收罐50无压力差且因而没有流体通过。因此，出现燃料蒸气吸收罐50的极小负荷。第一操作状态由控制模块14在如下的情况下被指令：当发动机12被关闭且车辆被指令停止时。
可密封燃料蒸气存储和回收系统10的第二操作状态包括从ORVR信号线路35至控制模块14的信号指示补给燃料事件，并优选地在开启燃料盖24之前。当补给燃料信号经过ORVR信号线路35被接收时，DCV72被控制模块14指令开启，以利于在补给燃料和ORVR操作期间燃料蒸气和空气流由于沿燃料蒸气吸收罐50的压力差而通过燃料蒸气吸收罐50。清洗阀84在该操作状态期间保持密封地关闭。DCV72在燃料箱18被加压时可开启，从而使得箱中蒸气排出到燃料蒸气吸收罐50中。排出到燃料蒸气吸收罐50的蒸气体积与箱中蒸气空间体积成正比。几乎排空的燃料箱产生并排出比几乎全满的燃料箱更大体积的蒸气。燃料蒸气吸收罐50的吸收状态(即，被清洗或用补给燃料蒸气加载中的一种)是燃料箱中燃料水平的函数。几乎排空的燃料箱18指示完全清洗的燃料蒸气吸收罐50，因为发动机12之前已经工作一段时间足以消耗燃料，包括存储在其中的清洗燃料蒸气。因而，清洗的燃料蒸气吸收罐50具有足以吸收从加压燃料箱排出的燃料蒸气的蒸气存储容量。
可密封燃料蒸气存储和回收系统10的第三操作状态包括清洗燃料蒸气吸收罐50，在一个实施例中通过操作发动机12实现。在清洗期间(例如发动机工作期间)，DCV72被控制到开启位置且清洗阀84开启(未示出)，从而形成在管道70’、通过DCV72与燃料蒸气吸收罐50、通过第二开口68、通过螺旋管致动清洗阀84至清洗线路82之间的流动路径。在一个实施例中，至发动机12的进气歧管的流动路径是由发动机操作所致的压降引起的。在发动机操作期间，通过燃料蒸气吸收罐50的空气流清洗被吸收燃料，被吸收燃料可被吸入发动机12并燃烧。当被控制在关闭位置时，DCV72密封燃料蒸气吸收罐50的第三开口66。
可密封燃料蒸气存储和回收系统根据本发明的实施例建造成，以模拟包括以本文描述的第二操作状态操作的可密封燃料蒸气存储和回收系统10的操作。使用具有总容积为108升(29加仑)的矩形形状钢燃料箱来进行蒸发排放物测试，该钢燃料箱在24℃(75°F)时加注具有50kPa(7psi)的雷德蒸气压(Reid Vapor Pressure，RVP)的54升(14加仑)燃料。燃料箱通过将空气泵入箱中而加压至15kPa表压。该压力被释放至燃料蒸气吸收罐50的第一端部51中，其中DCV72被控制在开启位置，燃料蒸气吸收罐50在本文所述建造成具有线性流动路径。在称为SHED(用于蒸发排放物测定的密封壳体)外壳的测试单元中测量穿透排放物。连接到DCV72的第二管道70’配备具有各种直径的流动限制节流孔。表1示出了包括穿透排放物的排放物测试结果，按毫克碳氢化合物计，与流动限制节流孔的直径相对应。针对每个流动限制节流孔示出了压力从15kPa下降至1.5kPa的相对应经过时间段。结果表明：在节流孔直径尺寸减小时穿透排放物增加，这与预期的相反。
  节流孔，mm   穿透排放物，mg   压力下降至1.5kPa的时间，秒
  9   331   1.6
  6.7   361   2.8
  4   424   7.7
  0.5   945   500
在车载补给燃料事件期间，更大直径的节流孔导致通过燃料蒸气吸收罐50的更高蒸气流率，使得湍流增强且改善燃料蒸气与吸收材料58的碳颗粒之间的表面接触。在车载补给燃料事件期间以第二操作状态操作时，随着节流孔尺寸增加(即，在蒸气存储装置50的第三开口66与大气空气之间减少了流动限制)，碳氢化合物吸收增加并穿透排放物降低。
本发明已经描述了某些优选的实施例及其变型。他人在阅读并理解本发明之后可想到进一步的变型和变换。因此，本发明不旨在限于作为实施本发明的最佳模式描述的具体实施例，而是旨在包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (16)

1.一种可密封燃料蒸气存储和回收系统，包括：
燃料箱；
蒸气存储装置，所述蒸气存储装置包括容纳燃料蒸气吸收材料且具有第一端部和第二端部的室，所述第一端部包括第一和第二开口，所述第二端部包括第三开口，所述第一端部、所述室和所述第二端部之间限定线性流动路径；
所述蒸气存储装置的所述第一开口与所述燃料箱的排气开口流体连接；
所述蒸气存储装置的所述第二开口与清洗线路流体连接，所述清洗线路经由清洗阀流体连接到进气系统；
所述第三开口与排气阀流体连接，所述排气阀与大气空气流体连通；
所述排气阀可选择地控制为开启位置和关闭位置中的一个；和
所述排气阀在被控制为关闭位置时可操作地密封所述蒸气存储装置的所述第三开口且在被控制为开启位置时具有与所述蒸气存储装置的所述第三开口的截面面积大致相等的截面面积。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括清洗阀，所述清洗阀构造成在关闭位置时密封所述蒸气存储装置的所述第二开口。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃料箱中的排气开口构造成在补给燃料事件期间排出所述燃料箱中的燃料蒸气。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述进气系统包括内燃机的空气进气系统。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括控制模块，所述控制模块构造成在所述补给燃料期间将所述排气阀控制至开启位置。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括：所述控制模块构造成在所述内燃机的操作期间将所述清洗阀控制至开启位置并将所述排气阀控制至开启位置。
7.一种燃料蒸气存储和回收系统，包括：
燃料箱，所述燃料箱包括具有可密封盖的加注口，所述加注口与车载补给燃料蒸气回收管道流体连接，所述车载补给燃料蒸气回收管道流体连接到蒸气存储装置；
蒸气存储装置，所述蒸气存储装置包括容纳燃料蒸气吸收材料并具有第一端部和第二端部的室，所述第一端部包括第一和第二开口，所述第二端部包括第三开口，所述第一端部、所述室和第二端部之间限定线性流动路径；
所述第一开口与所述燃料箱中的排气开口流体连接；
所述第二开口与清洗线路流体连接，所述清洗线路可流体连接到清洗阀；
所述第三开口与排气阀的第一端部流体连接，所述排气阀可选择地控制为关闭位置以便流体密封所述第三开口；
所述排气阀的第二端部与大气空气流体连接；和
所述排气阀的所述第二端部构造成在所述排气阀被控制为开启位置时具有与所述蒸气存储装置的所述第三开口的截面面积大致相等的截面面积。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述排气阀包括单级可密封阀，所述单级可密封阀可选择地控制为开启位置和关闭位置中的一个。
9.一种燃料蒸气存储和回收系统，包括：
燃料箱，所述燃料箱包括具有可密封盖的加注口和与蒸气存储装置流体连接的排气管道；
所述蒸气存储装置包括：
所述蒸气存储装置的第一端部，所述第一端部包括流体连接到所述燃料箱的排气管道的第一开口和流体连接到可控清洗阀的第二开口；
所述蒸气存储装置的第二端部，所述第二端部包括经由可控排气阀流体连接到大气空气的第三开口；
所述可控排气阀构造成在被控制为关闭位置时流体密封所述第三开口；
当所述排气阀被控制为开启位置时，所述可控排气阀流体连接到大气空气；
容纳燃料蒸气吸收材料的室；以及
所述第一端部、所述室和所述第二端部限定通过所述蒸气存储装置的线性流动路径。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，仅当所述可控清洗阀被控制为开启位置时，所述第二开口经由可控清洗阀流体连接到进气系统。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述可控清洗阀构造成当被控制为关闭位置时流体密封所述第二开口。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述进气系统包括内燃机的进气系统。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括控制模块，所述控制模块构造成在燃料供应事件期间将所述排气阀控制至开启位置。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述排气阀包括单级高流量可密封阀，所述单级高流量可密封阀可选择地控制为开启位置和关闭位置中的一个。
15.根据权利要求14所述的系统，还包括排气阀，在所述排气阀被控制为开启位置时，所述排气阀具有与所述蒸气存储装置的所述第三开口的截面面积大致相等的截面面积。
16.根据权利要求12所述的系统，还包括控制模块，所述控制模块构造成当操作内燃机时将所述可控清洗阀控制至开启位置并将所述排气阀控制至开启位置。
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