CN102536538B - 用于冷却和冷凝燃料蒸汽的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却发动机燃料的装置，具有一个包括蒸发区(16)和冷凝区(17)的热管(15)。为了减少输送到机动车燃料箱(1)的燃料箱通风装置(3)的活性炭过滤器的气体碳氢化合物量，并由此避免不期望的泄漏排放或加大活性炭过滤器(4)，按照本发明建议，所述热管(15)的蒸发区(16)与燃料蒸汽热接触，用于使在燃料蒸汽中含有的气体碳氢化合物在可能进入到活性炭过滤器里面之前，使燃料蒸汽部分冷凝。

Description

用于冷却和冷凝燃料蒸汽的装置
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于冷却和冷凝发动机燃料的装置。
背景技术
由EP0211419A2已知一种上述形式的具有热管的装置，其蒸发区设置在发动机与燃料箱之间的回流管系中的通流燃料的腔室里面，但是也可以选择位于燃料箱里面或者供油泵的入口上，用于在那里冷却液体燃料。
在机动车的发动机中在环境温度升高时也加热燃料箱。这导致易于挥发的碳氢化合物从液体燃料中剧烈地汽化，由此提高燃料箱中的气体压力。为了避免气体压力达到临界值，一般设有燃料箱通风阀，当气体压力超过给定的阈值时，打开通风阀。同时为了避免气体的碳氢化合物(HC)逸出到外界环境里面，法律规定，在燃料箱通风阀与环境之间必需设有活性炭过滤器。该活性炭过滤器用于，吸附通过燃料箱通风阀排出的气体混合物里面的碳氢化合物，由此只能使空气逸出到环境。为了保持活性炭过滤器的吸附能力，必需有规律地再生活性炭过滤器，即通过在发动机运行时将环境空气穿过活性炭过滤器而吸入到发动机的进气道里面，用于吹洗活性炭过滤器使其没有吸附的碳氢化合物并且使碳氢化合物与吸入的空气一起输送到发动机燃烧室里面燃烧。
如果机动车仅仅利用发动机或者例如在混合动力车情况下交替地由发动机和由电动机驱动，可以使活性炭过滤器有规律地再生，因为发动机经常投入运行。与此不同，在所谓的插电式(Plug-in)机动车中主要是电动机运行，它具有作为驱动马达的电动机和只作为辅助马达的用于机动车蓄电池充电一起携带的发动机。由此在这种机动车中可能出现，吸附有大量碳氢化合物的活性炭过滤器在较长的时间内不再生。这也可能导致泄漏排放(Bleed-Emissionen)，即，由于扩散过程不期望地从活性炭过滤器排出碳氢化合物到外界环境。为了避免这一点，可以使活性炭过滤器尺寸设计得更大，但是这在结构空间和成本方面是不利的。
发明内容
因此本发明的目的是，有目的地改进上述形式的装置，使得可以减少输送到活性炭过滤器的气体碳氢化合物量，用于避免不期望的泄漏排放或加大活性炭过滤器。
这个目的按照本发明由此得以实现，使所述热管(heatpipe)的蒸发区与燃料蒸汽热接触，用于使在燃料蒸汽中含有的气体碳氢化合物在可能进入到活性炭过滤器里面之前，使燃料蒸汽冷凝。
本发明的思想在于，利用通过热管排出的热量/冷量使气体的碳氢化合物冷凝，用于防止其进入到活性炭过滤器。
因为从燃料中汽化的碳氢化合物主要聚集在燃料箱中的燃料水平面以上，本发明的一个优选的扩展结构规定，所述热管的蒸发区同样设置在这个位置上，即，在燃料箱内部且在燃料箱中燃料的燃料水平面以上。其优点一方面是，使在位于燃料水平面以上的热管蒸发区外表面上冷凝的燃料蒸汽直接滴落在燃料箱中的燃料里面。另一方面可以使热管穿过通常位于燃料箱上侧上的、通过一盖封闭的开孔从燃料箱引出来，并且在燃料箱上方设置在具有较低环境温度的机动车部位。由此使冷凝区在燃料箱外部位于比燃料箱内部的蒸发区更高的水平上，从而一方面使在冷凝区冷凝的工作或载热介质在热管内部通过其重力支持地流回到蒸发区，另一方面通过对流支持在蒸发区中蒸发的工作或载热介质的上升。
但是所述热管的蒸发区也可以在燃料水平面以上这样组合到燃料箱的边界壁或者用于封闭燃料箱开孔的一盖里面，使得可保证与燃料箱中的燃料蒸汽的热接触。
所述热管的冷凝区适宜地设置在一个位置，在这个位置温度至少在发动机运行期间并且最好也在发动机停机期间低于要被冷凝的燃料蒸汽或蒸发区的温度，从而在热管中产生从蒸发区到冷凝区的传热。在机动车中优选这些位置，在这些位置行驶风或以制冷运行工作的空调设备的风机空气在热管旁边流过。为了改善从热管到行驶风或风机空气上的热传递，可以使热管在冷凝区部位配有冷却筋。
而本发明的另一扩展结构规定，使整个热管这样设置在燃料箱内部，其中所述蒸发区位于燃料箱上部部分的燃料水平面以上，而冷凝区位于燃料箱底部附近，在那里冷凝区被液体燃料包围。因为在环境温度上升时由于通过机动车车身的不同隔绝大多不是从所有侧面均匀地加热机动车燃料箱，因此至少在加热燃料箱期间经常在燃料内部产生一个温度梯度，其中在燃料水平面附近的燃料最热并且在燃料箱底部附近的燃料最冷。这个温度梯度可以充分利用，使在燃料箱中燃料水平面以上的部分燃料蒸汽冷凝，即通过利用热管使来自位于该区域的蒸发区的热量排到位于燃料箱底部附近的热管冷凝区里面。但是在这种情况下热管必需使用油芯，用于使位于热管内部的、在冷凝区冷凝的载热介质通过毛细力再向上输运到蒸发区。
本发明的另一有利扩展结构规定，所述热管的蒸发区沿着一个从机动车燃料箱导引到活性炭过滤器的燃料箱通风管道设置并且优选设置在燃料箱通风管道中燃料箱通风阀的燃料箱一侧，并且在那里与燃料蒸汽建立热接触。所述燃料箱通风管道适宜地这样设置，使它从燃料箱出来直到热管的蒸发区总是升高，由此使在热管蒸发区中冷凝的燃料通过其重力自动流回到燃料箱里面。
通过本发明的这个扩展结构一方面能够使在打开燃料箱通风阀时一部分从燃料箱流到活性炭过滤器的燃料蒸汽在到达活性炭过滤器之前冷凝并且通过燃料箱通风管道流回到燃料箱里面，由此降低活性炭过滤器的吸附。在燃料箱通风阀关闭时同样使一部分位于燃料箱中的燃料蒸汽通过扩散和/或对流穿过燃料箱通风管道一直进入热管的蒸发区里面，冷凝的液体燃料从那里通过燃料箱通风管道流回到燃料箱里面。
为了改善在热管的蒸发区与燃料箱通风管道内部的燃料蒸汽之间的热传递，可以使燃料箱通风管道至少在蒸发区部位由金属制成并且有利地被热管的蒸发区包围。
为了改善冷凝的液体燃料与燃料蒸汽的分离，可以使热管的蒸发区是集液器(LiquidTrap)的一部分，在集液器中使冷凝的燃料导引到分开的室里面，然后从那里使燃料再流回到燃料箱里面。由此首先在打开燃料箱通风阀时防止，冷凝的液体燃料被流经燃料箱通风管道的气体混合物以小液滴的形式向活性炭过滤器方向上带走。通过燃料箱通风管道可以使液体燃料流回到燃料箱里面，例如通过在关闭燃料箱通风阀时打开小室到燃料箱通风管道的出口，或者以分离的路径，例如通过分开的燃料管道或者通过将集液器装配在燃料箱的上侧上，使液体燃料从集液器通过燃料箱孔流回到燃料箱里面。
附图说明
下面借助于几个在附图中示出的实施例详细解释本发明。附图中：
图1简示出一个机动车燃料箱，具有燃料箱通风装置和一个用于冷凝燃料箱中的燃料蒸汽的热管；
图2简示出对应于图1的视图，但是具有不同的热管布置；
图3简示出对应于图1和2的视图，但是具有另外的热管布置；
图4简示出一个机动车燃料箱，具有一个燃料箱通风装置和一个用于冷凝燃料箱通风装置的燃料箱通风管道中的燃料蒸汽的热管；
图5简示出对应于图4的视图，但是具有附加的集液器。
具体实施方式
在附图中所示的实施例中气密封封闭的机动车燃料箱1用于容纳燃料，燃料从燃料箱1输送到(未示出的)机动车发动机。
为了消除由于液体燃料2在燃料箱1中汽化产生的气体压力，同时不会使燃料蒸汽选出到机动车外界环境里面，所述燃料箱1具有一个燃料箱通风装置3。该燃料箱通风装置3包括一个活性炭过滤器4，它通过燃料箱通风管道5与燃料箱1、通过再生管道6与(未示出的)发动机进气管以及通过换气管道7与环境连接。
在燃料箱通风管道5里面安装有一个可控的燃料箱通风阀8。该燃料箱通风阀8设计为压力阀，当燃料箱1中的气体压力例如由于环境温度上升超过给定的阈值时，压力阀自动打开，用于使一部分在燃料水平面9以上在燃料箱1的气体容积10中含有的气体混合物穿过活性炭过滤器4排到环境，同时使燃料蒸汽阻留在活性炭过滤器4里面。此外当燃料箱1通过注油管接头12加油时，由控制单元11打开燃料箱通风阀8，用于防止燃料蒸汽通过该注油管接头12逸出。
在换气管道7里面同样安装一可控的压力阀13，当活性炭过滤器4中的气体压力在打开燃料箱通风阀8时升高时，自动打开该压力阀。此外该压力阀13由控制单元11一方面在灌充燃料箱1时与燃料箱通风阀8一起打开，并且另一方面在活性炭过滤器再生期间打开。
在再生管道6里面安装一个可控的阀门14，它由控制单元11在发动机的确定运行状态中与换气管道7中的压力阀13一起脉动地/节拍式地打开，用于使环境空气通过活性炭过滤器4和吸气管吸入到发动机里面进行燃烧。
为了减少活性炭过滤器4的碳氢化合物吸附并由此使活性炭过滤器的相互衔接的再生过程之间的时间间隔没有泄漏排放危险地延长或者减小所需的活性炭过滤器4结构尺寸，所述燃料箱1在图1至3中的实施例中包括一个用于冷却和冷凝燃料蒸汽的热管15。
热管(Heatpipe)是公知的并且一般为管状，具有密闭封闭的、局部以流体的工作或载热介质填充的空心内部容积/空间。当热管的一端位于比相对的热管端部更热的环境里面时，在适当选择工作或载热介质时根据环境温度在位于较热环境中的端部上形成蒸发区，在其中工作或载热介质在内部容积中蒸发，而在位于较冷环境中的端部上形成冷凝区，蒸发的工作或载热介质在其中再冷凝。冷凝的工作或载热介质通过毛细作用、必要时通过其重力的支持再运回到蒸发区，并在那里重新蒸发。因为热管在工作或载热介质蒸发时从蒸发区的环境吸收热量并且在蒸发的工作或载热介质冷凝时给出热量到冷凝区的环境，因此热管被动地、即没有从外面加入其它能量地将热量从蒸发区输运到冷凝区。
这种效应在图1至3中的实施例中被充分利用，用于使从燃料箱1中的燃料中汽化的碳氢化合物或燃料蒸汽冷凝。为此使热管15这样设置，使其要作为蒸发区的端部段16在燃料箱1里面位于燃料水平面9以上的气体容积10中，在该气体容积中聚集汽化的碳氢化合物。作为蒸发区使用的端部段16朝其自由端略微向下倾斜，由此使在蒸发区16外表面上冷凝的碳氢化合物向自由端方向上流动并且从那里滴落到燃料箱的燃料2里面。
在图1和2的两个燃料箱中作为冷凝区使用的热管15的相对端部段17位于燃料箱1外部的机动车部位，其温度低于燃料箱1内部的温度，例如在被行驶风入流的部位或者在机动车空调设备的冷却器附近。为了加大冷凝区17的入流表面可以使冷凝区配有冷却筋18。在两种情况下热管15都穿过一封闭燃料箱上侧上开孔20的盖19延伸。
在图3中的实施例中整个热管15、即不仅蒸发区16而且冷凝区17都位于燃料箱1内部，其中冷凝区17在燃料箱1底部21附近安置在液体燃料2里面，在那里燃料2的温度一般最低。热管15在那里总体C形地弯曲，其中冷凝区17总体上平行于燃料箱1底部21取向。
在图4和5的实施例中燃料蒸汽通过排热不是在燃料箱1内部、而是在燃料箱通风装置3的燃料箱通风管道5里面冷凝。为此在图4的实施例中设有多个平行的热管15，其蒸发区16作为空心的管状体前后地沿着由金属制成的燃料箱通风管道5分段22设置并且包围分段22，用于在那里更好的热传递。该分段22设置在燃料箱1与燃料箱通风阀8之间。从热管15排出到蒸发区16的“热量”在那里主要在打开燃料箱通风阀8时使部分通过燃料箱通风管道5在活性炭过滤器4方向上流动的燃料蒸汽冷凝，由此使较少的碳氢化合物(HC)进入到活性炭过滤器4里面。即使在燃料箱通风阀8关闭时通过扩散从燃料箱1进入到燃料箱通风管道分段22的燃料蒸汽也在那里被冷凝，它们。冷凝的燃料通过向着燃料箱1向下倾斜的燃料箱通风管道5流回到燃料箱1里面。热管15的冷凝区17与配有冷却筋18的管体23连接，它位于具有较低温度的机动车部位。
在图5的实施例中通过热管15同样使燃料蒸汽在燃料箱通风管道5的分段22里面冷凝，用于减少进入到活性炭过滤器4的气体碳氢化合物量。该分段22在那里包括一个通过热管15的蒸发区24冷却的集液器24。在集液器24里面可以收集冷凝的液体燃料，由此在打开燃料箱通风阀8时不会使燃料被在活性炭过滤器4方向上流经燃料箱通风管道5的气体混合物带走。所述集液器24设置在盖19上方并且通过一个穿过盖19延伸的燃料管道25与燃料箱1内部连接，通过该燃料管道使液体燃料从集液器24流回到燃料箱1里面。
通过上述的热管(Heatpipe)15可以实现高的热流密度并由此实现热传递的高功率密度，无需用于工作或载热介质循环的能量。
附图标号清单
1燃料箱
2燃料
3燃料箱通风装置
4活性炭过滤器
5燃料箱通风管道
6再生管道
7换气管道
8可控的燃料箱通风阀
9燃料水平面
10气体体积
11控制器
12注油管接头
13可控的换气阀
14可控的阀门
15热管
16蒸发区
17冷凝区
18冷却筋
19盖
20开孔
21燃料箱底部
22燃料箱通风管道段
23体部
24集液器
25燃料管道

Claims (9)

1.一种用于冷却发动机燃料的装置，具有一包括蒸发区和冷凝区的热管，其特征在于，所述热管(15)的蒸发区(16)与燃料蒸汽热接触，以用于冷凝部分燃料蒸汽，并且所述热管(15)的蒸发区(16)沿着从发动机的燃料箱(1)导引到活性炭过滤器(4)的燃料箱通风管道(5)与燃料蒸汽热接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热管(15)的蒸发区(16)在发动机的燃料箱(1)内部设置在燃料箱(1)的燃料水平面(9)以上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热管的蒸发区在燃料箱的边界壁中设置在燃料箱燃料水平面以上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热管(15)的蒸发区(16)在设置在燃料箱通风管道(5)中的燃料箱通风阀(8)的燃料箱侧与燃料蒸汽热接触。
5.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述热管(15)的蒸发区(16)通过燃料箱通风管道(5)的金属壁与燃料蒸汽热接触。
6.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述热管(15)的蒸发区(16)包围燃料箱通风管道(5)的一分段(22)。
7.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，设有集液器(24)，用于使冷凝的燃料与燃料箱通风管道(5)中的燃料蒸汽分开。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述热管(15)的冷凝区(17)设置在这样的部位，在这个部位温度至少在发动机运行期间低于要被冷凝的燃料蒸汽或蒸发区的温度。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述热管(15)的冷凝区(17)在燃料箱(1)内部设置在燃料水平面(9)以下靠近燃料箱(1)底部(21)处。
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