CN102220922A - 一种吸附燃油蒸汽的碳罐 - Google Patents

Abstract

一种吸附燃油蒸汽的碳罐，包括壳体、端盖、活性炭、吸附口、脱附口、通大气口，其特征在于：所述活性炭存储于所述壳体和所述端盖形成的碳室内，所述脱附口、所述吸附口和所述通大气口三者之间的所有连通路径中，都包含一段处于所述碳室内的路径，且该段路径的长度不小于所述碳室的最短内腔尺寸的三分之一。

Description

一种吸附燃油蒸汽的碳罐

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。

现有的碳罐，结构上包括一个真空室和膜片阀，在非脱附过程中，膜片阀关闭脱附管路以防止燃油蒸发物为经过活性炭而直接通过脱附管路进入大气中。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，膜片阀是振荡式工作，容易疲劳损坏，另外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。

例如实用新型专利ZL200820166170.7公开的方案，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，但膜片阀并不能省略，外部管路数目并没有减少，而且由于控制膜片阀的真空度很小，限制了脱附工况，膜片密封用压紧弹簧的预紧力不得不很小，这导致膜片阀密封可靠性变低，膜片难以采用强度更好的纤维增强材料，膜片更容易疲劳损坏。另外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。

因此，发明一种结构简单、可靠、长寿命的无膜片阀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无膜片阀碳罐结构，以解决上述现有碳罐技术和产品的缺陷，并降低碳罐成本。该目的通过以下技术方案实现。

一种碳罐，包括壳体、端盖、活性炭、吸附口、脱附口、通大气口，其特征在于：所述活性炭存储于所述壳体和所述端盖形成的碳室内，所述脱附口、所述吸附口和所述通大气口三者之间的所有连通路径中，都包含一段处于所述碳室内的路径，且该段路径的长度不小于所述碳室的最短内腔尺寸的三分之一。

根据本发明所述碳罐，由于通过所述吸附口进入的燃油蒸气，不可能直接进入所述脱附口或所述通大气口，而必须首先通过所述活性炭，因此必然先被所述活性炭吸附，所以即使在非脱附过程中，也不需要防止燃油蒸气不经过活性炭而直接排出碳罐的控制阀，系统结构大为简化，成本降低，可靠性提高。

对上述技术方案的改进包括：所述吸附口及吸附接嘴设在所述壳体上，所述通大气口设在所述端盖上，所述脱附口设在所述壳体或所述端盖上；或将所述吸附口及吸附接嘴设在所述端盖上，所述通大气口设在所述壳体上，所述脱附口设在所述壳体上。这两种方案都很容易制作。

对上述技术方案的进一步改进包括：在所述壳体底部设有第一空腔、第一支撑柱和第一碳隔离网，所述第一碳隔离网由所述第一支撑柱托起，将所述活性炭与所述第一空腔隔离，但允许气体通过；所述端盖的上部设有第二空腔、第二支撑柱和第二碳隔离网，所述第二碳隔离网由所述第二支撑柱托起，将活性炭与所述第二空腔隔离，但允许气体通过，所述通大气口与所述第二空腔连通。

本发明所述碳罐的实施方案可以为：所述吸附口伸入到碳室的内部中心部位，在所述吸附口外部设有第三碳隔离网，防止活性炭进入所述吸附口内，所述脱附口与所述第一空腔相连通。

根据本方案，在吸附过程中，通过所述吸附口进入的燃油蒸气，一部分被上半部分活性炭吸附，其余部分被下半部分活性炭吸附，因此不会直接溢出碳罐。而在所述脱附口有脱附真空度时，被吸附的燃油蒸气都会被来自所述通大气口的新鲜空气所脱附。

本发明所述碳罐的另一种更优的实施方案为：所述吸附口伸入到所述第一空腔的中部，所述碳室中设有一隔板，将所述碳室分为左右两个，左边碳室在下端与所述第二空腔通过所述第二碳隔离网相连通，在上端与所述第一空腔通过所述第一碳隔离网相连通，右边碳室在上端与所述第一空腔通过所述第一碳隔离网相连通，而在下端通过第四碳隔离网与第三空腔相连通，所述脱附口与所述第三空腔相连通。

根据本实施方案，通过所述吸附口进入的燃油蒸气，一部分被左边碳室的活性炭吸附，其余部分被右边碳室的活性炭吸附，因此不会直接溢出碳罐。由于同样尺寸的碳罐可以得到更长的吸附路径，并且容易做到对称吸附，因此吸附效率更高。而在所述脱附口有脱附真空度时，被吸附的燃油蒸气都会被来自所述通大气口、且先经过左边碳室的活性炭、再经过右边碳室活性炭的新鲜空气所脱附。由于脱附流通截面积变小，脱附流速增加并且死角区域减少，因此这个方案的脱附效率更高。

本发明所述碳罐，可以用于控制汽车摩托车等汽油发动机系统的燃油蒸发，也可以用于控制小型发电机组等汽油发动机系统的燃油蒸发，在这些应用中，所述吸附口连接到燃油箱等燃油系统，脱附口直接连接到发动机进气系统。

为了控制发动机只在规定的运行工况或条件下脱附，或通过脱附和不脱附运行过程中的发动机进气空燃比的变化等来诊断碳罐系统的工作正常与否，可让所述脱附口经过一个机械控制式或电控常开式阀门连接到发动机进气系统，在发动机运行中不需要脱附所述碳罐时，通过所述阀门来切断进入所述脱附口的真空度。

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为本发明提供的第三实施例之剖面图；

图4为本发明应用到汽油发动机系统实例一之系统构成图；

图5为本发明应用到汽油发动机系统实例二之系统构成图。

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1所示为本发明提供的第一实施例之剖面图。碳罐主要构成部分包括：吸附接嘴1、壳体2、第一空腔3、第一支撑柱4、脱附口5、脱附接嘴6、第一碳隔离网7、活性炭8、吸附口9、第三碳隔离网10、第二碳隔离网11、第二空腔12、通大气口13、第二支撑柱14、 端盖15。吸附接嘴1和脱附接嘴设在壳体2上，通大气口13设在端盖15上。第一碳隔离网7、第二碳隔离网11和壳体2形成了存放活性炭8的碳室，吸附口9伸入到所述碳室的内部，其端部罩有第三碳隔离网10，以防止活性炭8进入吸附口9。第一支撑柱4支撑第一碳隔离网7形成第一空腔3，脱附口5位于第一空腔3的壁面上。第二支撑柱14支撑第二碳隔离网11形成第二空腔12，通大气口13位于第二空腔12的壁面上。

图1所示本发明之碳罐的工作过程如下：

在吸附过程中，燃油蒸汽从吸附接嘴1进入，经过吸附口9和第三碳隔离网10进入所述碳室，其中一部分通过路径17扩散流动，流向第二碳隔离网11和第二空腔12；一部分通过路径18扩散流动，流向第一碳隔离网7和第一空腔3。任何燃油蒸汽在扩散流动过程中都与活性炭8接触而被吸附暂存。所有可能的路径17和路径18大部分位于所述碳室之内，因此从吸附接嘴1进入的燃油蒸汽能被活性炭8充分吸附而不能直接逃逸出碳罐。

在脱附过程中，脱附口5处有真空度，因此新鲜空气沿着路径16从通大气口13进入第二空腔12后，穿过第二碳隔离网11、活性炭8和第一碳隔离网7进入第一空腔3，然后汇集到脱附口5，从脱附接嘴6流出碳罐。

实施例2

如图2所示为本发明提供的第二实施例之剖面图，是一个比第一实施例更优的方案。与图1中相同名称的部件使用相同的标号，与实施例1不相同的特点主要是：所述碳室被隔板10分为左右两部分，左边碳室存放活性炭8a，右边碳室存放活性炭8b，吸附口9通向了第一空腔3的中部，脱附接嘴6位于壳体2的右下部，右边活性炭8b的下端由第四碳隔离网20承接，第三支撑柱21支撑第四碳隔离网20形成第三空腔22，脱附口5位于第三空腔22的壁面上。

图2所示本发明之碳罐的工作过程如下：

在吸附过程中，燃油蒸汽从吸附接嘴1和吸附口9进入第一空腔3，其中一部分通过路径17扩散流动，经过左边活性炭8a流向第二碳隔离网11和第二空腔12；一部分通过路径18扩散流动，经过右边活性炭8b流向第四碳隔离网20和第三空腔22。任何燃油蒸汽在扩散流动过程中都会与活性炭8a或8b接触而被吸附暂存。所有可能的路径17和路径18必须通过所述碳室，因此从吸附接嘴1进入的燃油蒸汽能被活性炭8a和8b充分吸附而不能直接逃逸出碳罐。

在脱附过程中，脱附口5处有真空度，因此新鲜空气沿着路径16从通大气口13进入第二空腔12后，先穿过第二碳隔离网11、左边活性炭8a和第一碳隔离网7进入第一空腔3，然后再穿过第一碳隔离网7和右边活性炭8b及第四碳隔离网20，进入第三空腔22，最后汇集到脱附口5，从脱附接嘴6流出碳罐。

本实施例之碳罐，吸附和脱附路径处于活性炭区的距离更长，而流通截面积更小，因此流动速度更大，吸附和脱附效率更高。

实施例3

图3显示本发明提供的第三实施例之剖面图，是对第二实施例的进一步优化。与图1和图2中相同名称的部件使用相同的标号，与实施例2不相同的主要特点是：壳体2放置在下部，端盖15放置在上部，吸附接嘴1设在端盖15上，脱附接嘴6和通大气口13设在壳体2上，隔板10与壳体2整体注塑成型，因此结构更为紧凑，隔板10对左边活性炭8a和右边活性炭8b的隔离容易做到彻底，彻底杜绝了脱附空气流量直接从第二空腔12短路到第三空腔22，容易保证脱附效率。

图4为将本发明之碳罐应用于汽油发动机系统的一个实例，所述碳罐30的吸附接嘴1通过吸附管33联结到燃油箱系统31，脱附接嘴6通过脱附管34联结到发动机35的进气管36。燃油箱系统31中设有油气分离器32，以防止液体燃油由于晃动而进入碳罐30。在发动机停车期间，来自燃油箱系统31的燃油蒸汽进入碳罐30被其中的活性炭8吸附，而在发动机运行后，通过空滤器38吸入主要的进气，但也会有少量的空气通过脱附管34和碳罐30由碳罐30的通大气口13吸入，当这部分空气流过活性炭8时，活性炭8吸附的燃油蒸汽将被带入发动机燃烧掉，从而实现对碳罐30的脱附。

在这个系统中，由于通过吸附管33进入碳罐30的燃油蒸汽必须经过活性炭8才能够逃逸出碳罐30，因此系统不需要设置吸附过程中防止燃油蒸汽排放到大气中的任何控制阀，所以系统结构极为简单，管路最少，成本降低，工作可靠。为了防止空燃比不确定的脱附流量对发动机怠速及小油门工况的影响，图3中将脱附管34联结到了节气门体或化油器的节流装置37(如门板或柱塞)的上游，在怠速工况，脱附管34中的真空度很小几乎不产生脱附流量，而随着节流装置37的打开，脱附管34中的真空度逐渐上升，在某个开度达到最大，产生足够的脱附流量。这是一种机械式脱附流量控制装置。

图5为将本发明之碳罐应用于汽油发动机系统的另一个实例，与实施例一类似，系统不 需要设置吸附过程中防止燃油蒸汽排放到大气中的任何控制阀，所以系统结构极为简单，管路最少，成本降低，工作可靠。所不同的是，碳罐30为本发明实施例3所示之碳罐，另外，为了进一步增加脱附的灵活性，同时采用了由电控单元(ECU)40控制的常开型电磁阀39来控制脱附管34的开关。这种方案还为通过ECU监测碳罐系统的工作提供了方便，通过脱附管34处于开或关状态下的发动机空燃比的变化，就可以监测到脱附系统是否正常工作？脱附气体是偏浓(正在脱附)还是偏稀(已经脱附干净或脱附管破裂)？如果脱附管34的开关不影响发动机空燃比，那么就可能是碳罐系统出现了堵塞等故障。

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，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 (9)

1.一种碳罐，包括壳体、端盖、活性炭、吸附口、脱附口、通大气口，其特征在于：所述活性炭存储于所述壳体和所述端盖形成的碳室内，所述脱附口、所述吸附口和所述通大气口三者之间的所有连通路径中，都包含一段处于所述碳室内的路径，且该段路径的长度不小于所述碳室的最短内腔尺寸的三分之一。

2.如权利要求1所述碳罐，其特征在于：所述吸附口及吸附接嘴设在所述壳体上，所述通大气口设在所述端盖上，所述脱附口设在所述壳体或所述端盖上。

3.如权利要求2所述碳罐，其特征在于：所述壳体底部设有第一空腔、第一支撑柱和第一碳隔离网，所述第一碳隔离网由所述第一支撑柱托起，将所述活性炭与所述第一空腔隔离，但允许气体通过。

4.如权利要求3所述碳罐，其特征在于：所述端盖的上部设有第二空腔、第二支撑柱和第二碳隔离网，所述第二碳隔离网由所述第二支撑柱托起，将活性炭与所述第二空腔隔离，但允许气体通过，所述通大气口与所述第二空腔连通。

5.如权利要求4所述碳罐，其特征在于：所述吸附口伸入到碳室的内部中心部位，在所述吸附口外部设有第三碳隔离网，防止活性炭进入所述吸附口内，所述脱附口与所述第一空腔相连通。

6.如权利要求4所述碳罐，其特征在于：所述吸附口伸入到所述第一空腔的中部，所述碳室中设有一隔板，将所述碳室分为左右两个，左边碳室在下端与所述第二空腔通过所述第二碳隔离网相连通，在上端与所述第一空腔通过所述第一碳隔离网相连通，右边碳室在上端与所述第一空腔通过所述第一碳隔离网相连通，而在下端通过第四碳隔离网与第三空腔相连通，所述脱附口与所述第三空腔相连通。

7.如权利要求1所述碳罐，其特征在于：所述吸附口及吸附接嘴设在所述端盖上，所述通大气口和所述脱附口设在所述壳体上。

8.如权利要求5至7所述之任一碳罐，其特征在于：所述碳罐用于控制汽油发动机系统的燃油蒸发，所述吸附口连接到燃油箱等燃油系统，脱附口直接连接到发动机进气系统。

9.如权利要求8所述碳罐，其特征在于：所述脱附口经过一个机械控制式或电控常开式阀门连接到发动机进气系统，在发动机运行中不需要脱附所述碳罐时，通过所述阀门来切断进入所述脱附口的真空度。

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