CN102022230A - 一种汽油蒸汽排放控制装置 - Google Patents

Abstract

一种汽油蒸汽排放控制装置，包括汽油油箱、油箱呼吸管路、油汽分离器、双向压力控制阀，其特征在于，所述油箱能够承受的内部最大压力为Pmax，所述双向压力控制阀在向外方向打开的正向最小压差为一预设压力Pout，Pout小于Pmax、但大于油箱内部液体所能够产生的最大重力压力，而在向内方向打开的反向最小压差为Pin，所述双向压力控制阀串接在所述油箱呼吸管路中，位于所述油汽分离器的下游，所述油箱与外界的呼吸通过所述双向压力控制阀进行控制，在所述油箱倾倒或翻转时，所述双向压力控制阀限制汽油通过呼吸管路向外大量泄漏。

Description

一种汽油蒸汽排放控制装置

技术领域

本发明涉及燃用汽油的内燃机，以及以汽油发动机为动力的动力装置。

背景技术

汽油发动机是汽车、摩托车、通用动力机械等常用的原动机之一，其汽油从油箱蒸发出的汽油蒸汽是对大气环境非常有害的HC排放的主要来源之一。近年来，对汽车的汽油蒸汽排放，很多国家实施了控制法规，对摩托车和通用动力机械，也有部分国家开始实施控制法规，因此，如何以最低的成本减少这些汽油蒸汽排放，成为了有关行业的核心主题之一。特别是，对于摩托车和通用动力机械，因为产品本身附加值比汽车低很多，结构也要更为紧凑，所以汽油蒸汽排放控制系统的成本和占用空间的控制非常关键。

在汽车上，常用活性炭罐吸附汽油温度上升过程中产生的汽油蒸汽，在发动机运行后又通过发动机进气需要的新鲜空气来脱附活性炭罐，从而控制汽油蒸汽排放达到有关法规标准。这样的系统需要设计与油箱容积相匹配的活性炭罐容积，以及脱附控制装置，否则，如果活性炭罐的循环吸附能力小于在一个循环周期中产生的汽油蒸汽量，那么就会有多余的汽油蒸汽量排入大气。因此，汽车用活性炭罐系统比较复杂，活性炭罐体积较大，同时需要设计各种控制装置，还要采用为防止车辆倾斜或翻倒状态下的燃油大量泄漏所用的倾倒截止阀。这使汽车用汽油蒸汽排放控制系统更为复杂，成本也很高，体积也较大，在摩托车及小型汽油发动机动力装置上完全照搬有一定困难。

发明内容

本发明之目的在于提供一种简单有效的低成本汽油蒸汽排放控制系统，尤其适用于汽油油箱容积较小的摩托车及小型汽油发动机动力装置。

本发明之另一个目的在于减小大容积汽油箱所用的活性炭罐体积，降低汽油蒸汽排放控制系统在结构紧凑的摩托车及小型汽油发动机动力装置上的布置设计难度。

本发明之目的通过下列技术方案达到，即：一种汽油蒸汽排放控制装置，包括汽油油箱、油箱呼吸管路、油汽分离器、双向压力控制阀，其特征在于，所述油箱能够承受的内部最大压力为Pmax，所述双向压力控制阀在向外方向打开的正向最小压差为一预设压力Pout，Pout小于Pmax、但大于油箱内部液体所能够产生的最大重力压力，而在向内方向打开的反向最小压差为Pin，所述双向压力控制阀串接在所述油箱呼吸管路中，位于所述油汽分离器的下游，所述油箱与外界的呼吸通过所述双向压力控制阀进行控制，在所述油箱倾倒或翻转时，所述双向压力控制阀限制汽油通过呼吸管路向外大量泄漏。

根据上述技术方案，汽油蒸汽产生后首先被封存在油箱内部，只有油箱内部压力(表压)大于预设压力Pout时，汽油或汽油蒸汽才会通过所述双向压力控制阀从油箱呼吸管路排出，因此，只要设计Pout大于或接近于汽油由于温度上升而可能产生的压力升高值，就基本能够保证汽油蒸汽很少从油箱呼吸管路排出，达到控制汽油蒸汽排放的目的。

附图1为封闭的汽油油箱内部压力随汽油温度上升时的变化曲线举例，其中，由于气体(空气和汽油蒸汽)热涨产生的压力变化与温度变化成正比，由于汽油蒸发物饱和压力的变化而产生的压力变化与温度变化近似为指数关系，总压力变化为两者之和。图中的饱和压力曲线为一符合中国汽油夏季用油标准的典型汽油的数值，其雷德饱和蒸气压接近标准规定的上限值74kPa，代表了挥发性好的汽油。图中已经假定在15℃时盖上油箱盖，这时油箱内的压力等于外部大气压力，即油箱内部表压力为零。

由附图1可知，如果将汽油油箱设计为能够承受的最大内部压力Pmax大于95kPa，那么，在汽油温度小于等于40℃的情况下，可以通过设计所述双向压力控制阀的正向打开预设压力Pout＝95kPa，来保证不会产生汽油蒸发物向外部的排放。实际上，日常使用的昼夜温度变化导致的汽油温度的变化不可能达到25℃之大，一般也就5-10℃，因此，一般不需要设计Pout达到50kPa以上。Pout＝15kPa就可以保证在汽油温度小于30℃的情况下基本不会向外排出汽油蒸汽。

油箱内部液体所能够产生的最大重力压力等于油箱长宽高尺寸中的最大值对应的液体重力压力，一般不会超过7.3kPa(1米高度液体汽油产生的重力压力)，所以，一般可以设计Pout＝7.5-50kPa。这样，即使油箱倾倒或翻转从而导致油箱内汽油重力压力施加到油箱呼吸管路，所述双向压力控制阀一般也不会打开，即使打开也会在流出一些油后关闭，从而限制了汽油通过呼吸管路向外的大量泄漏。这样，就能够省略汽车上常用的倾倒截止阀。

油箱温度降低或汽油被发动机不断消耗时，油箱内部压力会逐渐减小，可能出现一定的真空度，为了防止由于这个真空度过大而破坏油箱，或影响油箱向发动机的燃油供应，必须限制油箱内真空度大小，这通过设计双向压力控制阀的向内方向打开的反向最小压差为Pin来保证。Pin一般为0.1-5kPa。

下列技术方案可对本发明进行进一步改进或限定。

所述油箱能够承受的内部压力Pmax大于15kPa，所述双向压力控制阀在向外方向打开的正向最小压差Pout在10kPa到15kPa之间，而在向内方向打开的反向最小压差Pin在0.1到2kPa之间。

根据上述技术方案，油箱只要能够承受15kPa以上的内部压力即可。一般的汽油机用油箱，其设计使用内部压力都大于15kPa，在30kPa作用下也不应损坏或严重变形。因此，这个方案基本不需要重新设计汽油油箱的耐压能力。

根据本发明所述的汽油蒸汽排放控制装置，在所述双向压力控制阀的下游、油箱呼吸管路的另一端口上，也可以设置一个汽油蒸汽吸附装置以及在发动机运转时利用发动机进气对所述汽油蒸汽吸附装置进行脱附的脱附装置，所述吸附装置为一个活性炭罐。

根据上述技术方案，所述活性炭罐能够进一步防止双向压力控制阀正向打开时排出的少量汽油蒸汽直接排到大气中，从而进一步减少了汽油蒸汽的排放。反过来说，由于设置了所述活性炭罐，可以将双向压力控制阀正向打开的预设压力Pout设计得较小一些，以降低油箱的制造成本。由于双向压力控制阀仍然起较大的作用，这里的活性炭罐容积要比没有考虑压力封存汽油蒸汽的系统中的活性炭罐容积要小很多，从而有利于在摩托车或动力装置上布置，也能够降低系统成本。

对本发明所述汽油蒸汽排放控制装置的进一步改进还包括，所述双向压力控制阀包括两个互为相反方向安装的弹性橡胶阀芯、安装阀芯的两个并列安装孔、以及处于安装孔周边的至少一个流通孔，所述阀芯的一个端部设有阀帽，阀芯安装在安装孔上，使所述阀帽有一定的预紧力封盖住所有流通孔，从而使每个阀只在其相应方向的压力差大于其预设值时才能打开通流。

上述技术方案的特点在于两个单向阀尺寸小，密封性好，结构简单可靠。

对本发明所述汽油蒸汽排放控制装置的另一个改进包括，所述双向压力控制阀包括一个由阀片和一个预紧弹簧组成的正向单向阀、一个安装在所述阀片上的同轴反向橡胶阀芯，所述阀片上设有橡胶阀芯安装孔和至少一个流通孔，所述橡胶阀芯的一个端部设有阀帽，阀芯安装到安装孔上后产生一定的预紧力封盖住所述流通孔，每个阀只在其相应方向的压力差大于其预设值时才能打开通流。

上述技术方案的特点在于两个单向阀同轴布置，尺寸小，正向开启压力取决于弹簧预紧力，易于设计较大的开启压力，且不受橡胶材料老化的影响。

总而言之，本发明的益处在于，提供了一种简单有效的低成本汽油蒸汽排放控制系统，尤其适用于汽油油箱容积较小的摩托车及小型汽油发动机动力装置；本发明还减小了大容积汽油箱所用的活性炭罐体积，使汽油蒸汽排放控制系统在结构紧凑的摩托车及小型汽油发动机动力装置上的布置设计更为容易。

附图说明

图1为封闭的汽油油箱内部压力随汽油温度上升时的变化曲线举例。

图2为本发明方案之系统简图。

图3为本发明实施例一之双向压力控制阀的结构图。

图4为本发明实施例二之双向压力控制阀的结构图。

下面借助这些附图来详细说明本发明。

具体实施方式

在附图2所示的本发明的实施例中，汽油蒸汽排放控制系统包括发动机1、脱附管路2、活性炭罐3、吸附管路4、双向压力控制阀5、汽油油箱6、油箱呼吸管路7、油汽分离器8、以及发动机供油装置9。

油汽分离器8位于汽油油箱6的最高位置，其功能是防止正常使用过程中液体燃油进入油箱呼吸管路7；除图示的油箱呼吸管路7通过双向压力控制阀5及活性炭罐3与外界通流气体，以及通过发动机供油装置9向外供液体燃油外，汽油油箱6在使用过程中始终处于封闭状态；双向压力控制阀5控制汽油油箱6的呼吸，其从汽油油箱6向吸附管路4方向的打开压力Pout大于汽油油箱6内部液体所能够产生的最大重力压力，但小于汽油油箱6能够承受的内部最大压力Pmax，例如对于一般汽油机油箱Pmax＞＝15kPa，可以设计为Pout＝15kPa；双向压力控制阀5在从吸附管路4向汽油油箱6的反方向的打开压力Pin一般很小，例如可以设计为Pin＝0.5kPa。

当外界温度变化导致汽油温度升高时，汽油油箱6的内部压力将增加，但在该压力达到Pout之前，汽油油箱6中的汽油蒸发物不会向外部排放。只有当汽油油箱6的内部压力大于Pout时，双向压力控制阀5才向外打开，汽油油箱6向外呼气，以防止汽油油箱6因内部压力过大而损坏，一旦汽油油箱6的内部压力降低到Pout，则双向压力控制阀5将重新关闭。由附图1的汽油油箱内部压力随汽油温度上升时的变化曲线可知，在30℃以下，温度变化引起的压力变化一般不会超过15kPa，因此汽油油箱6排放出的汽油蒸发物将得到有效控制。

当外界温度变化导致汽油温度降低或燃油被发动机不断消耗时，汽油油箱6的内部压力会逐渐降低，甚至产生负压，当其真空度大于Pin时，双向压力控制阀5向内打开，汽油油箱6向内吸入空气，从而防止了汽油油箱6因内部真空度过大而损坏，也防止了因汽油油箱6内部真空度过大而影响发动机供油装置9的正常工作。

发动机供油装置9包括化油器及其管路、或电喷装置及其管路；活性炭罐3用于吸附存储当汽油油箱6的内压力高于Pout时通过双向压力控制阀5从汽油油箱6排出的汽油蒸汽，也可以吸附存储来自化油器(图中未画出)的透气孔的汽油蒸汽；脱附管路2连接活性炭罐3和发动机的进气系统(例如节气门体，图中未画出)，当发动机运行时，发动机的进气系统的部分进气从脱附管路2吸入，这部分进气来自于活性炭罐3的对外开口10，这部分进气在通过活性炭罐3时，将把活性炭罐3上吸附的汽油蒸汽带入发动机燃烧掉，完成活性炭罐3的脱附。这个方案将进一步减小向大气的汽油蒸汽排放。

由于双向压力控制阀5的开启压力对汽油油箱6内部汽油蒸汽的封存，实际排出的汽油蒸汽将比没有压力封存或很低压力(小于5kPa)封存的系统小很多，因此活性炭罐3可以设计为很小的容积。对于容积较小的汽油油箱6，特别是容积较小的非外露式汽油油箱6，因为从汽油油箱6实际排出的汽油蒸汽变得很小，所以甚至可以不需要活性炭罐3来吸附，这时可以将吸附管路4直接连接到发动机的进气系统。

如果汽油油箱6倾倒或翻倒，其中的燃油可能进入油箱呼吸管路7，燃油重力产生的液体压力将作用到双向压力控制阀5的向外方向，但由于这个压力远小于Pout，双向压力控制阀5一般情况下将保持关闭状态，或者在打开短时间流出少量燃油后使汽油油箱6内部压力降低而关闭，因此能够保证油箱倾倒或翻倒时的安全性。

本发明之汽油蒸汽排放控制系统所使用的双向压力控制阀5可以采用附图3所示的结构，主要包括外壳27、外壳36、阀座体35、正向阀芯39和反向阀芯29等，外壳27和外壳36由金属或塑料制成，通过螺纹或粘接或卡扣等连接为一个整体，将阀座体35固定在其内腔中；外壳27上设有与脱附管路2或发动机1的进气系统相连接的接嘴42，外壳26上设有与油箱呼吸管路7相连接的接嘴21；阀座体35上设有阀芯安装孔(22、34)和流通孔(24、30、31、37)，并将外壳27和外壳36形成的内腔分成左腔43和右腔44，密封垫圈(25、26)保证密封，使两个内腔(43、44)只有通过正向阀芯39或反向阀芯29与阀座体35构成的单向阀才能够连通。

正向阀芯39和反向阀芯29都由弹性软材料如橡胶制成，其结构相近，包括一个阀帽(23或33)和一个凸起(28或38)，但预紧力和尺寸可以不同，并且在阀座体35上的安装方向相反；正向阀芯39从阀座体35的左平面41穿入阀芯安装孔34，直到凸起38穿出阀座体35的右平面40并因为凸起38的自由尺寸大于安装孔34的直径而固定，同时产生一定的弹性拉力使阀帽33的外边缘紧贴在左平面41上，封盖住流通孔(31、37)，使阀帽33的内腔32与左腔43相隔离，而与右腔44始终保持连通；右腔44与左腔43的压力差大于Pout时，该压力差产生的作用在阀帽33的向右方向的力将大于阀帽33作用在左平面41上的弹性预紧力，从而使阀帽33的外边缘离开左平面41，使左腔43与阀帽33的内腔32相连通，右腔44内的流体就会通过流通孔31和37流向左腔43；右腔44与左腔43的压力差小于Pout或为负值时，阀帽33的外边缘将始终紧贴在左平面41上，封盖住流通孔(31、37)，正向阀关闭。

反向阀芯29从阀座体35的右平面40穿入阀芯安装孔22，直到凸起28穿出阀座体35的左平面41并因为凸起28的自由尺寸大于安装孔22的直径而固定，同时产生一定的弹性拉力使阀帽23的外边缘紧贴在右平面40上，封盖住流通孔(24、30)；与上述正向阀芯39相反，在左腔43与右腔44的压力差大于Pin时，反向阀芯29的阀帽23的外边缘将被该压力差作用到离开右平面40，左腔43的流体就会通过流通孔24和30流向右腔44；在左腔43与右腔44的压力差小于Pin或为负值时，阀帽23将始终封盖住流通孔(31、37)，反向阀关闭。

本发明之汽油蒸汽排放控制系统所使用的双向压力控制阀5也可以采用附图4所示的结构，相同编号的部分与图3的实施例相同，主要包括外壳27、外壳36、阀片(阀座体)54、弹簧52、密封垫片56和反向阀芯29等，外壳27和外壳36由金属或塑料制成，通过螺纹或粘接或卡扣等连接为一个整体，密封垫圈26保证密封；外壳27上设有与脱附管路2或发动机1的进气系统相连接的接嘴42，外壳26上设有与油箱呼吸管路7相连接的接嘴21；阀片(阀座体)54上设有反向阀芯安装孔22和流通孔(24、30)，阀片(阀座体)54上还设有正向阀封口55，预压紧弹簧52套装在限位凸台51和53上，给阀片(阀座体)54施加压力，保持正向阀封口55紧贴密封垫片56，形成正向单向阀；弹簧52的预紧力和正向阀封口55的面积决定正向阀打开的最小正向压差Pout；与图3的实施例完全相同，反向阀芯29与阀片(阀座体)54形成反向单向阀；因此，外壳27和外壳36形成的内腔被分成左腔43和右腔44，它们只有通过正向单向阀或反向单向阀才能够连通。

本发明之汽油蒸汽排放控制系统，适用于以汽油为燃料的汽车、摩托车、ATV、通用动力装置等，尤其适用于油箱容积较小的摩托车和通用动力装置。

上述实施例的目的是为了说明本发明，但并不限定本发明。凡利用本发明之构思和精神实质进行的、对于本领域普通专业技术人员而言显而易见的改变设计，仍然属于本发明之权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种汽油蒸汽排放控制装置，包括汽油油箱、油箱呼吸管路、油汽分离器、双向压力控制阀，其特征在于，所述油箱能够承受的内部最大压力为Pmax，所述双向压力控制阀在向外方向打开的正向最小压差为一小于Pmax、但大于油箱内部液体所能够产生的最大重力压力的预设压力Pout，而在向内方向打开的反向最小压差为Pin，所述双向压力控制阀串接在所述油箱呼吸管路中，位于所述油汽分离器的下游，所述油箱与外界的呼吸通过所述双向压力控制阀进行控制，在所述油箱倾倒或翻转时，所述双向压力控制阀限制汽油通过呼吸管路向外大量泄漏。

2.如权利要求1所述汽油蒸汽排放控制装置，其特征在于，所述油箱能够承受的内部压力Pmax大于15kPa，所述双向压力控制阀在向外方向打开的正向最小压差Pout在10kPa到15kPa之间，而在向内方向打开的反向最小压差Pin在0.1到2kPa之间。

3.如权利要求2所述汽油蒸汽排放控制装置，其特征在于，在所述双向压力控制阀的下游、油箱呼吸管路的另一端口上设置一个汽油蒸汽吸附装置，以及在发动机运转时利用发动机进气对所述汽油蒸汽吸附装置进行脱附的脱附装置，所述吸附装置为一个活性炭罐。

4.如权利要求2或3所述汽油蒸汽排放控制装置，其特征在于，所述双向压力控制阀包括两个互为相反方向安装的弹性橡胶阀芯、安装阀芯的两个并列安装孔、以及处于安装孔周边的至少一个流通孔，所述阀芯的一个端部设有阀帽，阀芯安装在安装孔上，使所述阀帽有一定的预紧力封盖住所有流通孔，从而使每个阀只在其相应方向的压力差大于其预设值时才能打开通流。

5.如权利要求2或3所述汽油蒸汽排放控制装置，其特征在于，所述双向压力控制阀包括一个由阀片和一个预紧弹簧组成的正向单向阀、一个安装在所述阀片上的同轴反向橡胶阀芯，所述阀片上设有橡胶阀芯安装孔和至少一个流通孔，所述橡胶阀芯的一个端部设有阀帽，阀芯安装到安装孔上后产生一定的预紧力封盖住所述流通孔，每个阀只在其相应方向的压力差大于其预设值时才能打开通流。

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