CN101839195B - 一种膜片阀碳罐 - Google Patents

Abstract

一种膜片阀碳罐，属于燃油机械的有害气体排放控制技术领域，其脱附由真空度控制，包括上体和下体，下体包括一个阀座，上体与下体形成的空间被膜片和阀座分隔成真空室和油气室，其特征在于：所述真空室包括第一真空室和第二真空室，第一真空室与第二真空室分别位于膜片的两侧，脱附通道与第二真空室保持连通，当膜片离开阀座时，油气室中的燃油进入第二真空室，并从脱附通道脱附。本发明结构简单，可靠、使用寿命长，并且不容易产生操作失误。

Description

一种膜片阀碳罐

技术领域

本发明属于燃油机械的有害气体排放控制技术领域，涉及汽车摩托车等机动车辆，汽油发电机、割草机等通用燃油动力装置，具体涉及一种吸附燃油蒸汽的活性膜片阀碳罐。

背景技术

碳罐作为燃油机动车辆的一个重要部件，其作用是暂时将油箱蒸发出的燃油吸附在其中的活性炭中，然后由发动机进气脱附，并进入发动机燃烧室被燃烧掉，从而防止或减少燃油挥发进入大气中而浪费掉并造成对大气环境的污染。碳罐及其管路的泄漏不仅会导致燃油排出到大气造成污染，更重要的是会影响发动机正常工作，甚至导致安全事故。

一种由膜片阀开闭控制脱附过程的碳罐，结构上包括一个真空室和膜片阀，通常至少需要一个提供真空度的空气通道和一个脱附用的脱附通道，其工作原理是：由发动机进气道提供真空度打开膜片阀，燃油或其蒸汽不经过真空室直接进入发动机进气道。这样，碳罐与发动机进气道之间的连接管路较多，无论是脱附通道还是真空通道，任何故障都会导致系统失效。

发明专利ZL200820166170.7提供了一种新的连接方式，将碳罐的真空通道与脱附通道通过一个外部的三通件连接，三通件余下一端与发动机进气道连接。该结构尽管节省了发动机进气道上的一个接口，可以消除因为膜片阀破损而对发动机正常运行产生的不利影响，但外部管路数目并没有减少，而且还增加了一个外接零件和更多的管路接头，其密封等抗老化的能力下降，从而会降低系统的可靠性和使用寿命。除此之外，在所述发明的三通件中，还包括了一个限流孔，这个限流孔置于三通之中，将给生产和售后服务带来出错的机会，尤其在售后服务中，这个具有特殊结构的三通很容易被普通的三通所取代，这个具有特殊结构的三通很容易被普通的三通所取代，取代后，该装置将会偏离设计甚至失效。另外，上述方案中的膜片阀所用弹簧力不可以太大，对于膜片的硬度也有严格的要求，可选择膜片的强度都比较低，否则膜片阀关闭的可靠性将会降低，可以脱附的发动机工况选择性小。

因此，发明一种结构简单，可靠、长寿命，并且不容易产生操作失误的碳罐具有较大的现实意义。

发明内容

本发明之目的在于提供一种新型碳罐结构，以解决上述现有技术和产品的缺陷。该目的通过以下技术方案实现。

一种膜片阀碳罐，包括上体和下体，下体包括一个阀座，上体与下体形成的空间被膜片和阀座分隔成真空室和油气室，其特征在于：所述真空室包括第一真空室和第二真空室，第一真空室与第二真空室分别位于膜片的两侧，脱附通道与第二真空室保持连通，当膜片离开阀座时，油气室中的燃油进入第二真空室，并从脱附通道脱附。

所述方案的无需一个单独的真空通道用于控制膜片阀的开启，与碳罐连接的管路只需要一个吸附管和一个脱附管，因此结构简单可靠，不容易导致操作性错误。膜片阀的开启可以通过两侧的压差变化或者电磁力等方式控制。

一种具体结构是：所述阀座是一个环形体，所述第二真空室为环行体阀座与膜片围绕的空间。膜片可以由橡胶或者橡胶复合材料制成。

上述结构包括一个真空通道贯穿膜片两侧，使得第一真空室与第二真空室保持连通。为了减小膜片的振荡，所述真空通道流通面积可以设计的很小，其等效直径可以小于1毫米。

另一种方案是：一个单向阀跨越膜片两侧，入口位于第一真空室，出口位于第二真空室。这个单向阀的作用是：气体只能从第二真空室或者外界缓慢进入第一真空室，但气体进入第一真空室的阻力要远远大于排出第一真空室的阻力。在所述单向阀密封良好的情况下，可以在第一真空室与第二真空室或这与外界之间设一个用于渗流气体的微小通道。

上述单向阀可以是一个常用的伞形阀或者鸭嘴阀，它们通常由橡胶材料制成。由于膜片阀的打开相对比较容易，在加速过程的某个瞬间打开后，关闭相对比较缓慢，因此可以大大延长脱附时间，在发动机运转的各种工况内都可以脱附。此方案的另一个优势在于：由于膜片阀的开启是通过瞬间真空度实现的，因此，对于膜片的硬度要求并不严格，膜片可以采用复合材料制造，同时还可以采用较大的弹簧力关闭膜片阀，因此可靠性会大幅度提高。

在上述诸方案中，为了控制燃油的脱附速率，在脱附通道上可以设有一个节流孔，其等效直径可以限定在2毫米之内。

上述诸方案的下体包括一个或者多个吸溢通道，其中至少一个吸溢通道位于油气室的边沿。吸溢通道的作用是将保持油气室与大气连通，当油气室充满燃油或者其它液体时，能够排向大气。如果所述膜片阀碳罐倾斜或水平放置时，可以将位于油气室边沿的吸溢通道放置在最低位置，以便油气室中的液体不积累。

附图说明

图1 为本发明提供的第一实施例之剖面图。

图2为本发明提供的第二实施例之剖面图。

图3为本发明提供的第二实施例之一种方案的局部剖面图。

图4为本发明提供的第一应用实例图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

实施例1

如图所示为本发明提供的第一实施例之剖面图。膜片阀碳罐主要构成部分包括：上体1、下体2、阀座3、膜片4。膜片4与阀座3将上体1和下体2形成的空间分隔为真空室和油气室6。上体1和下体2通常由塑料等材料制成，它们之间可由弹性扣紧的机构或者螺扣、焊接等方式连接。

所述真空室包括第一真空室5和第二真空室5a，第二真空室5a与脱附通道7保持连通，下体包括一个围绕脱附通道7的脱附接嘴7a。

膜片4包括弹簧座10，弹簧座10包括一个与膜片4之间定位用的凸起10a，凸起10a可以是一个有通孔5b的旋转体，置于环形膜片4之中央孔4a内，膜片4的下方设有一圈环形筋4b用于增加局部的强度，通孔5b连通第一真空室5和第二真空室5a，通孔5b的直径大小会影响膜片4的振荡大小和频率，较小的直径可以减少甚至完全消除膜片4的振荡，从而延长寿命，一种典型的选择大约为0.3-1毫米。

在上体1之顶部与弹簧座10之间设有弹簧9，弹簧9提供膜片4与阀座3之间的压紧力，在无真空度的情况下，膜片4阀座3之密封带3a之间无间隙。为了增加密封性，密封带3a可以是一个凸起的弧面，以减小与膜片4的接触面积。

油气室6中包括有若干个细分的空间，每个空间之间由油气通道6a相互连通，其中细分空间6b用于放置和限定活性碳13移动，用于固定活性碳13的材料是上隔离过滤层11和下隔离过滤层11a，上隔离过滤层11和下隔离过滤层11a由多孔物质制成。

下体2还包括一个下端盖14，下端盖14与下体2本身通过焊接或者螺扣等方式连接。

在上体1上布置有上排支撑筋板2a，在下体2上布置有下排支撑筋板14a，分别用于支撑上隔离过滤层11和下隔离过滤层11a，以防止上隔离过滤层11和下隔离过滤层11a以及活性碳13自由移动，上排支撑筋板2a与下排支撑筋板14a对于所在空间没有隔离作用。

油气室6大致为一个圆柱形空间，其中吸附通道8和一个或者若干个吸溢通道15与之保持连通，围绕吸附通道8设有吸附接嘴8a，吸溢通道15穿过下端盖14的壁面，至少有一个吸溢通道15位于油气室6沿半径方向的边沿位置。

上述装置的工作原理为：来自油箱的燃油蒸汽从吸附通道8进入油气室6，并被吸附在活性碳13中，来自脱附通道7的负压克服弹簧力将膜片4从阀座3上抬起，空气通过吸溢通道15进入油气室6并扫过活性碳13，空气将吸附在活性碳13其上的燃油带入第二真空室5a，再从脱附通道7进入发动机进气道。

实施例2

如图2显示本发明提供的第二实施例之剖面图。没有特别标出的部分与实施例1相同，重复部分标号相同。与实施例1主要相同之处在于，本实施例在第一真空室5与第二真空室5a之间设有一个单向阀。如图2所示，这个单向阀是一个普通的伞形阀，包括伞形阀体22和阀座21，伞形阀体22设有阀杆22c和球形隆起22b，阀座21包括中孔21b和围绕其布置的流通孔21a，球形隆起22b经弹性变形穿越中孔21b到达阀座21的另一侧后为伞形阀提供密封弹力，使得伞形阀体22覆盖于流通孔21a，从而阻止第一真空室5和第二真空室5a之间的流体交换。阀座21与弹簧座10可以合而为一，由塑料或者金属等材料制成，伞形阀体22可由橡胶等材料制作。

所述单向伞形阀的作用是：当第二真空室5a相对第一真空室5的压力拉低后，第一真空室5中的气体流向第二真空室5a，这样第一真空室5中形成真空度，并保持一定的时间，同时膜片阀开启，油气室6中的气体比较顺利进入第二真空室5a并进行脱附。当第二真空室5a中的压力升高时，膜片阀依靠第一真空室中保持的真空度依然处于开启状态，燃油的脱附并不会因此而停止。由于第一真空室5不可能做到绝对密封，因此在第二真空室5a的压力升高一定时间后，第一真空室5的压力也会升高，这时膜片阀关闭。

如果第一真空室5的密封性很好以至于气体的泄露太慢，膜片阀的关闭时间太长，这样可以在第一真空室5与第二真空室5a之间设一个微小的流道21c以缩短膜片阀关闭所需时间。

本实施例与实施例1另一个不同之处在于：在脱附通道23中设有一个节流孔23a。设立节流孔23a的目的是降低单位时间的脱附量，从而实现脱附速率低，脱附时间长的目的，使得脱附过程对于发动机的影响工作尽量减小，这尤其对于化油器供油装置特别重要。

本实施例中的伞形阀也可以被另一种具有相同功能的鸭嘴阀25所代替，如图4所示，鸭嘴阀25是一个普通橡胶材料制成的鸭嘴型单向阀，其包括一个内部流道25a和一个密封嘴25b，鸭嘴阀25可以是一个独立零件，穿过弹簧座10和膜片4，固定在弹簧座10或者膜片4之上，也可以选择与膜片4相同的材料，结构上并合二为一。

应用实例1

应用实例如图4所示。

本发明应用在一台汽油发动机，膜片阀碳罐31的吸附接嘴及通道8a通过吸附管37连通到燃油箱32中的液体油与气体分离装置36，从而将燃油箱32中的蒸发气体引入油气室6b和6，在发动机34停车状态，弹簧9产生压力，通过弹簧座10将膜片4推向阀座3，从而形成一个膜片阀，由密封带3a将第二真空室5a与油气室6完全隔离，因此这些蒸发气体只有通过上隔离过滤层11进入活性炭室，从而被活性炭13吸附。

膜片阀碳罐的脱附通道7通过脱附接嘴7a与脱附口35连接。脱附口35可以设在节流阀33a附近并与发动机进气道38连通，节流阀33a可以是化油器33控制油气量的阀件，也可以是电喷系统用节气门体中的节气门板。

在发动机34启动运行期间，一旦节流阀33a打开一定量，发动机进气管道中的负压会通过脱附口35、脱附管37a和脱附通道7等进入第二真空室5a，在单向阀31a打开后，负压传入第一真空室5，当该负压大于预设的临界值，膜片4离开阀座密封带3a，油气室6中的油气进入第二真空室5a，并通过脱附管37a，进入发动机34。由于发动机34连续运行，所以必然产生连续的气体流量进入发动机34，这些气体流量来自下端盖14上的吸溢通道15处的空气，这些新鲜空气通过活性炭13的区域时，将带走吸附在活性炭13上的燃油，从而实现脱附。

在上述脱附过程中，发动机启动后的任何加速过程中或者达到一定负荷时，在脱附管37a中就会形成较大或者一定的负压，其瞬态真空度在发动机加速过程中尤为显著，能够开启单向阀31a和膜片阀31b，并在一定的时间，例如发动机停止运转后的10钟内，膜片阀31b保持开启状态，让膜片阀碳罐有足够的时间充分脱附，从而有利于延长膜片阀碳罐的寿命和容积利用率，并减少向大气的排放量。由于可以利用发动机的瞬态负压开启膜片阀31b，而发动机进气系统在加减速等瞬态过程形成的负压较大，这样就允许膜片4具有较高的强度，例如采用复合材料，也允许弹簧9有较大的刚性和预紧力，从而保证膜片阀的可靠地工作。该结构的另一个基本特征是：无论发动机进气歧管的真空度如何波动，膜片4的运动都是相对缓慢的，从根本上消除了振荡现象。

膜片阀碳罐的吸溢通道15设在下端盖14的外周边上，在安装到汽油发动机系统或应用汽油发动机的装置上时，吸溢通道15应该位于最下面位置，从而有利于膜片阀碳罐中的水或其他液体的自然排除。

本应用实例简化了膜片阀碳罐结构和发动机或车辆上的脱附管路系统，更为重要的是，对于真空度的稳定性要求不高，进气歧管真空度的波动不会引起膜片4的振动和与阀座3之间的冲击，另外，即使膜片4损坏，膜片阀碳罐系统也不会影响发动机的正常运转。

本发明能够应用于汽车、摩托车、全地形车等各种以汽油发动机为动力的车辆，也可以应用于小型发电机组、割草机等以汽油发动机为动力的通用动力机械，既可以应用于化油器发动机也可以应用于电喷发动机，能够防止或减少汽油通过燃油箱及燃油系统蒸发到大气中而形成的HC排放，还可以节约燃油，特别是能够优化碳罐系统在车辆或动力机械上的布置，降低系统的成本，提高系统的工作可靠性和寿命。

Claims (8)

1.一种膜片阀碳罐，包括上体和下体，下体包括一个阀座，上体与下体形成的空间被膜片和阀座分隔成真空室和油气室，其特征在于：所述真空室包括第一真空室和第二真空室，第一真空室与第二真空室分别位于膜片的两侧，脱附通道与第二真空室保持连通，所述阀座是一个环形体，所述第二真空室为环行体阀座与膜片围绕的空间，一个真空通道贯穿膜片两侧，使得第一真空室与第二真空室保持连通。

2.如权利要求1所述膜片阀碳罐，其特征在于：所述真空通道流通面积的等效直径小于1毫米。

3.如权利要求1所述膜片阀碳罐，其特征在于：一个单向阀跨越膜片两侧，入口位于第一真空室，出口位于第二真空室。

4.如权利要求3所述膜片阀碳罐，其特征在于：所述单向阀是一个伞形阀。

5.如权利要求3所述膜片阀碳罐，其特征在于：所述单向阀是一个鸭嘴阀。

6.如权利要求3所述膜片阀碳罐，其特征在于：在第一真空室和第二真空室之间存在一个泄流通道。

7.如权利要求1-6之一项所述膜片阀碳罐，脱附通道设有一个节流孔，其等效面积的直径小于2毫米。

8.如权利要求1-6之一项所述膜片阀碳罐，下体包括一个或者多个吸溢通道，其中至少一个吸溢通道位于油气室的边沿。

 

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