CN101909917A - 抑制液体蒸发的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种例如液体燃料箱的液体箱(2)，以及一种操作该箱(2)的方法和用于在该箱中使用的结构(12)。在至少一个实施例中，液体箱(2)是包括壳体(19)和漂浮构件(12)的液体燃料箱(2)，所述壳体(19)具有能够容纳液体燃料(16)的内室和位于所述液体燃料(6)的上表面上方的空气空间(10)，所述漂浮构件(12)被包含在所述内室(19)内，其中所述漂浮构件(12)被配置为当所述内室内部存在有所述液体燃料(9)时在所述液体燃料(9)的所述上表面(18)附近漂浮。所述漂浮构件(11)包括至少一个锥形表面，并且所述漂浮构件覆盖所述液体燃料(9)的所述上表面的大部分，由此与不存在所述漂浮构件(12)的情况相比所述液体燃料(9)的蒸发程度较小。

Description

抑制液体蒸发的系统和方法

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技术领域

本发明涉及内燃机，更具体而言，涉及用于内燃机中的燃料储存和输送系统及方法。

背景技术

燃料箱典型地被使用于内燃机中以储存燃料，例如汽油、柴油和发动机所使用的其它种类的液体燃料。当位于燃料箱内时，典型地一定量的液体燃料发生蒸发，特别是当箱内温度升高、当箱遭受高强度的冲撞和/或当箱内未被燃料占据(且填充有空气)的容积变大时。即使在燃料在燃料箱内的正常储存过程期间燃料的蒸发也在继续。

从内燃机的燃料箱散发的燃料蒸汽是这种发动机的蒸发排放的一个主要促成因素。这种来自燃料箱的排放可尤其当例如为了排气目的而形成连接燃料箱内部与外部大气的通道(多个通道)时以及当进行燃料添加时发生。由于燃料蒸汽可导致臭氧和城市烟雾以及在其它方面对环境产生消极影响，越来越期望完全消除或至少减少这些来自燃料箱的蒸发排放。特别地，最近在许多管辖地域已经制定了法规(或正在制定过程中)，例如加利福尼亚颁布了对小型非道路发动机(SORE)的蒸发排放的限制，例如在各种小型非道路车辆和其它被用于执行各种与环境有关的功能的小型车辆(诸如割草机和吹雪机)中使用的小型非道路发动机。

至少由于这些原因，因此，如果能创造一种改进的系统/装置和/或方法以防止或减少来自燃料箱(例如包括如SORE发动机的内燃机的燃料箱)的蒸发排放将是有利的。

发明内容

本发明者认识到减小来自燃料箱的蒸发排放的期望，并进一步认识到这种排放可以通过减小暴露于燃料箱内的空气的燃料箱内的燃料的表面积而减小，从而减少燃料箱内蒸发的燃料的量。进一步地，本发明者认识到，至少在一些实施例中，上述目的可以通过采用漂浮在燃料中并同时减小暴露于燃料箱内的空气的燃料的总表面积的一个或多个锥形或双锥形结构而实现。这种结构的特别有利之处在于，该结构以最大程度地减小暴露的燃料表面的方式自然地自定位。

在至少一些实施例中，本发明涉及一种包括具有能够容纳液体燃料的内室和位于所述液体燃料的上表面上方的空气空间的壳体的液体燃料箱。所述液体燃料箱进一步包括包含在所述内室内的漂浮构件，其中所述漂浮构件配置为当所述内室内存在有所述液体燃料时在所述液体燃料的所述上表面附近漂浮。另外，所述漂浮构件包括至少一个锥形表面，其中所述漂浮构件覆盖所述液体燃料的所述上表面的大部分，由此与不存在所述漂浮构件的情况相比所述液体燃料的蒸发程度较小。

进一步地，在至少一些实施例中，本发明涉及一种液体箱。该液体箱包括能够蒸发的一部分液体以及其中放置有所述一部分液体的内部区域，并且在所述内部区域中进一步有位于所述一部分液体的上表面上方的空气空间。所述液体箱还包括用于覆盖至少所述上表面的大部分的装置，其中所述上表面的被覆盖的部分与所述空气空间隔离，由此，由于用于覆盖的所述装置所述液体的蒸发以减小的水平发生。

此外，在至少一些实施例中，本发明涉及一种操作燃料箱的方法，该方法包括将所述燃料箱填充有一定量的液体燃料，其中空气空间保持在所述液体燃料的上表面的上方，并且使一个结构在所述燃料箱内漂浮。所述结构在所述液体燃料的所述上表面附近漂浮，并向上延伸到所述液体燃料之外至所述上表面上方，所述结构包括锥形表面，使得所述结构的截面面积随着沿所述结构远离所述上表面向上而逐渐变小，并且所述上表面的一部分由于所述结构而与所述空气空间隔离。

进一步地，在至少一些实施例中，本发明涉及一种用于在液体燃料箱中使用的结构。该结构包括至少一个锥形表面，其中所述结构被配置为沿着所述液体燃料箱内的液体燃料的上表面漂浮并减小所述上表面的暴露面积从而减小所述液体燃料的蒸发。

附图说明

图1是为阐释方便而示出为透明的简化的燃料箱的侧视图，其中燃料箱半填充有燃料并采用根据本发明的一个实施例的第一示范性漂浮构件。

图2是图1的燃料箱的侧视图，其中燃料箱采用根据本发明的另一实施例的第二示范性漂浮构件。

图3是沿着图2的3-3线截取的图2的燃料箱的剖视图。

具体实施方式

参照图1，示出了根据本发明的至少一些实施例的示范性燃料箱2的侧视图。为了易于阐释，燃料箱2是由透明材料(例如透明塑料)形成的容器或壳体，从而能够通过燃料箱壁看到燃料箱内的内容物。然而，应该理解的是，在其它实施例中燃料箱2可以由无需透明的各种材料制造。同样出于简明，燃料箱2可假定具有圆柱形或大致圆柱形，并且该圆柱形燃料箱的中心轴线竖直地或大致竖直地延伸。然而，在替换实施例中，燃料箱2可呈现其它形状，包括不对称的形状。

如图所示，燃料箱2被部分填充有燃料6到达由表面8所指示的液位。空气空间10形成在燃料箱2内位于表面8上方，来自燃料6的蒸发排放通常存集于空气空间10内。当燃料通过排出通道4(排出通道4可假设通过软管或其它管路而被连接到汽化器、燃料喷射器等)从燃料箱2排出时，表面8朝燃料箱的底部向下移动并且空气空间10的体积增大。燃料可通过输入孔5添加到燃料箱2中，在本实施例中输入孔5通过帽15来密封。本实施例中燃料6规定为代表各种挥发性流体(例如，在普通温度和压力下能够蒸发的流体)，包括例如汽油、柴油燃料、煤油、原油、其它石油基燃料、矿物油、乙醇混合物等。在其它实施例中，燃料6可为有机流体，比如丙酮和苯或除上述之外的其它类型的挥发性流体。

为了最小化或尽可能完全地消除蒸发排放，在燃料6之上设置有漂浮构件12。漂浮构件12被配置为保持漂浮在燃料6的表面8处。虽然在本实施例中漂浮构件12由能浮起的塑料制成，在其它实施例中，漂浮构件12还可由其它非金属材料制成，或潜在可能由金属材料制成。在本实施例中，燃料箱2只包括形成为单件的单个漂浮构件12，尽管在替换实施例中可采用多个漂浮构件。然而，应该相信的是，使用具有如以下所讨论的适当的物理形状和大小的单个漂浮构件相对于使用多个这种构件在提供坚固性和限制产生的蒸发排放的总量方面均是有利的。

根据实施例，漂浮构件12可具有多种形状和大小。然而，在图1的本实施例中，漂浮构件12被设计成圆锥形(或大致圆锥形)。图1特别地将漂浮构件12示出为成圆锥形形状并且稍微倾斜，使得漂浮构件的顶部13朝远离观察者的方向倾倒，并且使得漂浮构件的底面17可见。应该理解的是，在实际中，尽管大体上趋向于直立位置，漂浮构件12还将随着燃料箱2内的燃料6被冲撞或到处活动而摇摆和晃动。进一步如图所示，底面17的形状被配置为大体上对应于燃料箱2的内周界。因此，在燃料箱2为圆柱形或大致圆柱形的图1的本示范性实施例中，漂浮构件12为圆锥体，该圆锥体具有大体上遵循燃料箱的内圆形周界的圆形(或大致圆形)的底部表面17。

更具体地，漂浮构件12的圆锥形状被配置以实现特定的目标。首先，漂浮构件12被设计为，当漂浮构件在燃料6中漂浮时，将漂浮构件替换并覆盖燃料的程度最大化以减小暴露于空气空间10的燃料的表面8的总程度，从而减少燃料蒸发。漂浮构件12在燃料箱2内的存在用于在不改变燃料箱2的体积、尺寸或任何其它特征的情况下减小燃料6的暴露表面面积。由于漂浮构件12，本实施例中燃料6的表面8被减小为围绕漂浮构件12的边缘/周界且存在于该边缘/周界与燃料箱2的内表面之间的环形区域9，并且绝大部分燃料蒸发仅发生在该环形区域部分。虽然根据实施例任何减少量都是可能的，在本实施例中，漂浮构件12将暴露表面的总尺寸减小至少一半，或甚至更多(例如四分之三、八分之七或甚至更多)。

其次，漂浮构件12的构造被选择以限制或最小化漂浮构件的高度，和/或对应于燃料箱的顶或顶部19的形状。这允许表面8的暴露面积即使在燃料箱2被完全充满燃料6时也能保持最小化。更具体地，在本实施例中，燃料箱2的顶19为大体上呈圆锥形(虽然带有稍微凹入的外观)并因而大体上对应于漂浮构件12的形状。因此，当燃料6被加入到燃料箱12时，漂浮构件12大体上随着表面8一起连续地向上升高，直到漂浮构件碰到燃料箱的顶19，此时燃料箱被完全充满。采用这样的设计，由于漂浮构件12在燃料箱2内向上运动受到限制，而导致表面8相对于漂浮构件上升至使蒸发排放显著增加的程度的情况大体上不会出现。

另外，漂浮构件的圆锥形结构用于最小化在漂浮构件顶部冷凝的蒸发燃料。更确切地，在圆锥形漂浮构件12顶部冷凝的燃料趋向于从圆锥体的侧面流下返回到燃料6的表面8，从而重新进入燃料的主存储中。进一步地，由于在本实施例中燃料箱2的输入孔5位于漂浮构件12正上方，通过该口加入到燃料箱的燃料当冲击到漂浮构件上时也同样地从漂浮构件的侧面流下并进入燃料6的主存储中，而没有燃料在漂浮构件顶部显著积聚。

圆锥形漂浮构件12可以被制造为实心件也可以是空心的。进一步地，漂浮构件12在燃料6的表面8下方延伸的程度可根据漂浮构件的浮力和所使用的特定燃料而改变。虽然在本实施例中圆锥形漂浮构件12的直径大于漂浮构件12的高度，然而在其它实施例中可设计为直径小于高度或还可能具有相等的尺寸。

现在参考图2，漂浮构件的替换实施例(图示为漂浮构件14)被示出为位于燃料箱2内。与图1的漂浮构件12相反，图2的漂浮构件14是包括两个圆锥体段、即上圆锥体段16和下圆锥体段18的双侧圆锥形构件，上圆锥体段16和下圆锥体段18在接合处20以各自的底部背对背联结从而朝向截然相反的方向(向上和向下)。这样的双侧圆锥形漂浮构件14除了提供图1的漂浮构件12的所有优点之外还可以潜在地避免因圆锥形漂浮构件翻转(例如，180度)而限制其减小燃料蒸发和/或坐落于漂浮构件顶部的燃料量的效果的情况发生。具体地说，如果图2的漂浮构件14翻转颠倒，使得上圆锥体段16倒转为向下朝向燃料6内，由此下圆锥体段18倒转(从图示的位置)为向上朝向燃料外，因而在翻转前和翻转后由漂浮构件12提供的优点将继续被提供。

虽然形成双侧圆锥形漂浮构件14的两个圆锥形段16和18被示出为具有相等的高度和直径，本发明的意图还在于包括具有不同高度和直径的两个圆锥体段的漂浮元件的替换实施例。例如，圆锥体段18可具有大于其直径的高度，而圆锥体段16具有小于其直径的高度，反之亦然。然而，典型(虽然不是必需的)情况下，至少圆锥体段16和18的直径具有相同的尺寸以使漂浮构件14在最小化蒸发排放方面的优点最大化。同样，虽然典型地圆锥形漂浮构件14被设计为背对背联结的两个圆锥体段16和18，两个圆锥体段16和18均由相同材料制成，但在替换实施例中两个圆锥体可被整体形成为单件或由不同材料制成。另外，双侧圆锥形漂浮构件14可被制成为实心或空心结构。与漂浮构件12同样地，漂浮构件14在燃料6内的高度可根据漂浮构件的浮力、燃料的特性等而改变。

现在转向图3，提供了沿图2的3-3线截取的剖视图，示出了具有部分浸没在燃料6中的圆锥形漂浮构件14的燃料箱2。如图所示，具体地，漂浮构件14的上圆锥形段16是可视的，同时漂浮构件的圆锥形段16、18之间的接合处20的边缘22在燃料表面8之下是可视的，并且另外的接合处24表明燃料6的表面与圆锥形段16相遇的位置。漂浮构件14的尖端26典型地始终保持在燃料6的表面外侧。假设对采用漂浮构件12的图1的燃料箱进行相似的剖切将得到同样的或相似的剖视图。由图3可以明显看出，燃料只能够从位于另外的接合处24与燃料箱2的壁之间的环形区域9蒸发。

尽管提供了上述实施例，本发明的意图在于包括漂浮构件和燃料箱的多种其它布置。例如，虽然图1和图2中的现有实施例没有将漂浮构件12和14图示为接触燃料箱2的侧面，然而本发明的意图在于也包括这样的实施例，其中漂浮构件接触或接近燃料箱2的侧面。进一步地，如已经提到的，漂浮构件和/或燃料箱的确切形状和大小可随着实施例而改变。例如，燃料箱可具有椭圆形截面(而非如图3所示的圆形截面)，或可为盒形。漂浮构件还可以采用另外的形式以配合不同的燃料箱形状和大小。在至少一些实施例中，在给定的燃料箱中可采用一个以上的漂浮构件(例如两个半圆锥体)。

本发明涉及能够被采用于多种应用中并为了多种目的的燃料箱和漂浮构件的多种实施例。例如，本发明的实施例可以被采用于车辆中所使用的多种不同的内燃发动机中或被采用为了多种其它目的。本发明的实施例可特别有益于减少甚至消除燃料的蒸发排放。

在其它目的中，本发明的一些实施例可被采用于包括1类和2类小型非道路发动机的SORE发动机中，比如使用于各种机器和车辆(包括例如，剪草机、雪地摩托车等)中的小型非道路发动机。实际上，在至少一些这样的实施例中，本发明的意图在于能够应用于在美国联邦法规第40编第90.3(40C.F.R.§90.3)中限定的“非道路发动机”，美国联邦法规第40编第90.3在相关部分中陈述如下：“非公路发动机是指......任何内燃发动机：(i)在自力推进的或通过既自推进又执行其它功能而提供双重目的的一件设备(例如园艺拖拉机、非公路用移动吊车、推土机)中或上；或(ii)在用于在执行其功能的同时被推进的一件设备(例如剪草机和修边机)中或上；或(iii)其自身或在一件设备中或上是便携或可运输的，意思是，设计为并且能够从一个位置被运送或移动到另一个位置。可运输性的标记包括但不限于：车轮、制轮器、提把、台车、拖车、平台等。”

同样，在至少一些另外的实施例中，本发明的实施例能够用于排量小于一升的发动机，或排量小于一升且符合上述规章所规定的准则的发动机。在又更进一步的实施例中，本发明的意图在于包括其它小型发动机、大型火花点火发动机(LSI)、和/或其它更大的(中型甚至大型)发动机。在另外的实施例中，本发明的意图在于用于除了容纳挥发性流体的燃料箱之外的容器或储存箱，该容器或储存箱为挥发性有机化合物(VOC)或蒸发排放的产生者。

可明确预期地是，本发明不限于本文所包括的实施例和阐述，还包括落在权利要求范围之内的具有实施例的某些部分和不同实施例的元素结合的以上实施例的修改形式。

Claims (24)

1.一种液体燃料箱，包括：

壳体，具有能够容纳液体燃料的内室和位于所述液体燃料的上表面上方的空气空间；和

包含在所述内室内的漂浮构件，其中所述漂浮构件被配置为当所述内室内存在有所述液体燃料时在所述液体燃料的所述上表面附近漂浮，

其中所述漂浮构件包括至少一个锥形表面，并且

其中所述漂浮构件覆盖所述液体燃料的所述上表面的大部分，

由此与不存在所述漂浮构件的情况相比所述液体燃料的蒸发程度较小。

2.根据权利要求1所述的液体燃料箱，其中所述漂浮构件由塑料材料制成。

3.根据权利要求1所述的液体燃料箱，其中所述漂浮构件由金属材料制成。

4.根据权利要求1所述的液体燃料箱，其中所述漂浮构件覆盖超过所述液体燃料的所述上表面的四分之三。

5.根据权利要求1所述的液体燃料箱，其中所述箱的截面为大致圆形。

6.根据权利要求1所述的液体燃料箱，其中所述漂浮构件具有锥形顶部并包括大致圆形的底部。

7.根据权利要求6所述的液体燃料箱，其中所述箱的截面为大致圆形，并且其中所述上表面的环形部分保持未被所述漂浮构件覆盖。

8.根据权利要求1所述的液体燃料箱，其中所述漂浮构件包括背对背放置的第一和第二锥形表面。

9.根据权利要求8所述液体燃料箱，其中围绕位于所述第一和第二锥形表面之间的接合处的边缘被配置为，当所述漂浮构件漂浮在所述液体燃料中时保持稍微在所述液体燃料的所述上表面的一部分之下。

10.一种内燃机，包括根据权利要求1所述的液体燃料箱。

11.根据权利要求10所述的内燃机，其中所述内燃机是小型非道路发动机(SORE)。

12.一种剪草机，包括根据权利要求10所述的内燃机。

13.根据权利要求1所述的液体燃料箱，其中燃料输入口位于所述漂浮构件的上方，并且其中，当所述液体燃料在所述漂浮构件上冷凝或通过所述燃料输入口被提供到所述燃料箱中时，所述燃料从所述至少一个锥形表面流下。

14.根据权利要求1所述的液体燃料箱，其中所述漂浮构件包括至少一个空心的内部区域。

15.根据权利要求14所述的液体燃料箱，其中所述漂浮构件是空心的圆锥体，该圆锥体具有沿着所述圆锥体的底部的孔。

16.根据权利要求1所述的液体燃料箱，进一步包括输出口，所述燃料能够通过所述输出口离开所述内室。

17.一种液体箱，包括：

能够蒸发的一部分液体；

内部区域，在该内部区域中放置有所述一部分液体，并且在所述内部区域中进一步有位于所述一部分液体的上表面上方的空气空间；和

用于覆盖至少所述上表面的大部分的装置，其中所述上表面的被覆盖的部分与所述空气空间隔离，

由此，由于用于覆盖的所述装置所述液体的蒸发以减小的水平发生。

18.根据权利要求17所述的液体箱，其中所述液体从由汽油、柴油燃料、煤油、原油、其它石油类燃料、乙醇类燃料、矿物油、丙酮、苯、其它有机流体和其它挥发性流体构成的集合中选择。

19.根据权利要求17所述的液体箱，其中用于覆盖的所述装置包括至少一个锥形表面。

20.根据权利要求19所述的液体箱，其中用于覆盖的所述装置包括至少一个大致圆锥体形状的表面。

21.一种操作燃料箱的方法，该方法包括：

将所述燃料箱填充有一些液体燃料，其中空气空间保持在所述液体燃料的上表面的上方；并且

使一个结构在所述燃料箱内漂浮，其中所述结构在所述液体燃料的所述上表面附近漂浮，并向上延伸到所述液体燃料之外至所述上表面上方，

其中所述结构包括锥形表面，使得所述结构的截面面积随着沿所述结构远离所述上表面向上而逐渐变小，并且

其中，所述上表面的一部分由于所述结构而与所述空气空间隔离。

22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：

在所述结构的顶部接收所述液体燃料，以及

允许所述液体燃料流下所述结构的所述锥形表面并到达所述上表面。

23.根据权利要求21所述的方法，其中所述锥形表面包括至少一个大致圆锥体形状的部分。

24.一种用于在液体燃料箱中使用的结构，该结构包括：

至少一个锥形表面，其中所述结构被配置为沿着所述液体燃料箱内的液体燃料的上表面漂浮并减小所述上表面的暴露面积从而减小所述液体燃料的蒸发。

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