CN202073667U - 碳罐和进气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳罐和进气系统。四通道碳罐包括：盖子，密封地结合到注模的壳体，所述壳体具有第一室、与第一室流体连接的第二室、与第二室流体连接的导流件以及与导流件流体连接的第三室。第三室填充有碳粒，以吸收来自燃料槽的燃料蒸汽。通过将新鲜空气吸入到碳罐，碳罐被周期性地净化，新鲜空气释放碳氢化合物，然后被供应到内燃机并在其中被消耗。

Description

碳罐和进气系统

技术领域

本公开涉及一种作为机动车上的燃料蒸汽管理系统的一部分的碳罐和进气系统。

背景技术

多年以来，含有活性碳的碳罐被用在机动车上以降低或者防止燃料蒸汽从燃料槽泄露到大气中。在通常的应用中，蒸汽储存罐具有通过碳吸收材料结合到车辆燃料槽和发动机的与大气相通的开口。位于碳罐的大气侧的阀能够用于调节进入碳罐的气流。所述罐中的活性碳在储存模式过程(例如当燃料槽正被填充时)中吸收来自燃料槽的燃料蒸汽。在净化模式过程中，通过使来自大气的空气流过碳以释放燃料而使储存的燃料蒸汽由碳周期性地净化，在发动机运转过程中，所述燃料蒸汽被引入发动机并在其中被消耗。

一些罐包括被组装的多个部件。希望减少将被组装的部件的数量，以降低成本和部件的复杂度，并增加碳罐的坚固度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种净化效率提高的碳罐和一种进气系统。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于发动机的进气系统，所述进气系统包括：进气歧管；碳罐，具有壳体，限定有：第一室，与进气歧管流体连接；第二室，与第一室流体连接；导流件，部分由将第二室和导流件隔开的第一壁限定，第一壁具有孔以将第二室与导流件流体连接；第三室，与导流件流体连接。

节流阀可设置在进气歧管中，其中，第一室在节流阀的下游位置与进气歧管流体连接。

所述碳罐还可包括：净化口，设置在碳罐的第一端，净化口提供开口以将进气歧管和第一室流体连接，其中，第一室和第二室通过第二壁隔开，第二壁是仅仅延伸第一室和第二室之间的交界面的长度的一部分的部分壁，第一室和第二室之间的开口位于远离净化口的位置。

碳罐大体可呈长方体，碳罐还可包括：第一保持板，压入到碳罐的覆盖第一室和第二室的一端的一侧中；第二保持板，压入到碳罐的覆盖第三室的一端的所述一侧中，其中，第一保持板和第二保持板被导流件隔开。

所述碳罐还可包括：碳粒，填充第一室、第二室和第三室；盖子，摩擦焊接到碳罐的所述一侧，盖子与碳罐的外周接合；至少一个第一弹簧，设置在盖子和第一保持板之间，以使第一保持板朝着第一室和第二室偏置；第二弹簧，设置在盖子和第二保持板之间，以使第二保持板朝着第三室偏置。

碳罐大体可呈长方体，碳罐还可包括：净化口，设置在碳罐的一侧，净化口将第一室与进气歧管流体连接；回收口，设置在碳罐的所述一侧，回收口将燃料槽和第一室流体连接；排气口，设置在碳罐的所述一侧上，所述排气口将第三室和大气流体连接。

所述碳罐还可包括在碳罐的与所述一侧相对的一侧结合到所述壳体上的盖子。

第一壁中的孔可与所述一侧邻近，并且第一壁可密闭地结合到盖子上以防止在邻近所述盖子的位置第二室和导流件之间发生流动。

所述碳罐可大体呈长方体，并且第一室、第二室、第三室和导流件中的每个的最长尺寸的壁朝着同一方向延伸。

根据本实用新型的一方面，提供一种碳罐，所述碳罐包括注模的壳体和结合到所述壳体的盖子。所述壳体限定：第一室；第二室，与第一室流体连接；导流件，由将第二室和导流件隔开的第一壁部分限定，所述壁具有多个孔，以将第二室与所述导流件流体连接；第三室，与所述导流件流体连接。

碳罐包括：盖子，结合到注模的壳体。壳体包括：第一室；第二室，与第一室流体连接；导流件，由将第二室和导流件隔开的第一壁部分限定；第三室，与所述导流件流体连接。活性碳设置在所述室中，以在让其它气体进入到大气之前吸收来自燃料槽的碳氢化合物。第二室和导流件之间的壁具有多个孔，以将第二室与导流件流体连接，同时防止第二室中的碳进入导流件。碳罐大体呈长方体形状，并且被构造成直接在四个基本平行的通道中流动。所述四个通道在回收模式下包括第一室、第二室、导流件和第三室，在净化模式下包括第三室、导流件、第二室和第一室。所述壳体包括：回收口，将第一室与燃料槽流体连接；净化口，利用设置在进气歧管和第一室之间的净化阀将第一室与内燃机的进气歧管流体连接；排气口，将第三室与大气流体连接。

根据本实用新型的碳罐和用于发动机的进气系统的净化效率提高了。

附图说明

图1是在蒸汽回收模式下操作的燃料蒸汽回收系统的示意图；

图2是在净化模式下操作的燃料蒸汽回收系统的示意图；

图3是根据本公开的实施例的碳罐的截面图；

图4是显示碳罐壳体的被结合到盖子上的表面的端示图；

图5是显示有在回收模式过程中的流动方向的碳罐的截面图；

图6是图5的碳罐的气体流过第二室的一部分和导流件的截面图，箭头示出了流动方向；

图7是示出在净化模式下流动方向的碳罐的截面图；

图8是图7的碳罐的气体流过第二室的一部分和导流件的截面图，箭头示出了流动方向；

图9是在回收模式过程中和在回收模式后的扩散之后，作为通过没有导流件的三室碳罐的行进距离的函数的碳氢化合物浓度的曲线图；

图10是在回收模式过程中和在回收模式后的扩散之后，作为通过具有导流件的三室碳罐的行进距离的函数的碳氢化合物浓度的曲线图；

图11是根据本公开的实施例的碳罐的组装和制造的流程图。

具体实施方式

本领域普通技术人员应该理解，参照附图中的任意一个示出和描述的实施例的各种特征可以与在其它一个附图或者多个附图中示出的特征进行结合，以产生没有详细示出或者描述的可替换的实施例。示出的特征的结合为典型的应用提供有代表性的实施例。但是，根据本公开的教导的特征的各种结合和变型可以用于特定的应用或者实施。无论是否进行了明确的描述或者示出，本领域的普通技术人员都可以意识到相似的应用或者实施。

当机动车燃料槽被填充时，载有燃料蒸汽的空气被燃料替代。为了防止这些燃料蒸汽进入大气，燃料槽10设置有通过回收口16(在其它附图中也被称为回收口42)与碳罐14连通的燃料出口12，如图1示意性地所示。碳罐14填充有活性碳以吸收燃料蒸汽。当含有燃料蒸汽的气体流过碳层时，燃料蒸汽被碳粒所吸收。碳罐14还具有与大气连通的排气口18(在其它附图中也被称为排气口44)。当这种气体通过排气口18离开碳罐14时，所有的或者基本所有的燃料依靠与碳粒接触从燃料槽排出的气体中被去除。排气口18结合到在一些实施例中为开关阀的阀19，再结合到过滤器21。阀19和阀24能够关闭以使所述系统隔离，从而执行系统的泄露测试。如图1中所示的阀19打开阀24关闭的这种操作有时被称为蒸汽回收模式。在图1中示出了装料操作。当车辆停止时，盖子盖住燃料槽10，也会出现蒸汽回收现象。日温度变化导致在白天高温情况下燃料的小分子量成分被蒸发。燃料蒸汽在罐14中被吸收。在夜间，温度降落，系统中的气体收缩，通过排气口18引入新鲜空气。

活性碳具有有限的储存燃料的能力，因此，活性碳必须被净化使得它们能够重新吸收从燃料槽10排出的燃料蒸汽。这通过将新鲜空气引入碳罐14中的碳粒层，然后将含有释放的燃料的空气通过净化口22(在其它附图中也被称为净化口80)引导到运转中的内燃机20而完成，如图2所示。被释放到进入的空气中的燃料蒸汽在发动机20中被消耗，在从发动机20被排出之前，大部分形成二氧化碳和水。新鲜空气通过过滤器21和阀19(阀19在净化过程中是打开的)被吸入，而后通过排气口18进入碳罐14。位于发动机20的上游的阀24被电子控制单元26控制，以控制经过碳罐14的气体的流动。通过净化阀24被引入的气体与通过节流阀28进入进气岐管27(这也由电子控制单元26来控制)的空气混合。图2中所示的这种操作往往被称为净化模式。在本公开中，进气系统指的是燃料槽10、碳罐14和进气歧管27以及相关的管道、阀和这种阀的控制器。

图3示出了根据本公开的实施例的碳罐30的截面图。所述罐30的壳体32限定第一室34、第二室36、第三室38和导流件40，导流件40位于第二室36和第三室38之间。在图3中，仅仅示出一些碳粒46位于第一室34的角落。但是，在实际使用中，室34、36和38填充有碳，可能是颗粒形式的碳。回收口42与第一室34流体连接。净化口也与第一室34流体连接，但在图3的截面图中没有显示。排气孔44将第三室与大气流体连接。第一室34和第二室36中的碳粒通过保持板48被保持在适当位置。第三室38中的碳粒通过保持板50被保持在适当位置。盖子56设置在壳体32的底部。弹簧52设置在盖子56与保持板48之间。弹簧52抵靠着保持板48，使得碳被包围在第一室34和第二室36中。如果碳允许被挤压，则它们很快分裂成小块。类似地，弹簧54被压在盖子56和保持板50之间，以将碳粒包围在第三室38中。

壁58设置在第一室34与第二室36之间，从而进入回收口42的气体(在蒸汽回收模式过程中)在遇到将第一室34和第二室36连接起来的开口60之前向下经过第一室34的大部分长度。气体向上流动经过第二室36。狭长切口62(slit)设置成靠近导流件40的顶部，以允许气体从第二室36进入导流件40。在一些应用中，碳是圆柱形的，其长度基本超过颗粒的直径。狭长切口62的宽度小于颗粒的直径，或者小于假设能将碳引入导流件40中的最小尺寸的粒状碳。在图3中，设置了狭长切口。但是，可以使用能够防止碳粒进入导流件40的任何形状和尺寸的孔。气体沿导流件40继续向下流动。在导流件40的底部，靠近第二室36的壁64向下延伸到盖子56。以下，将更加详细地描述，导流件40的壁64被摩擦焊接(friction weld)到盖子56。靠近第三室38的壁66不是向下延伸到盖子56，而是具有将气体引入到盖子56和保持板50之间的容积中的开口68。保持板50具有足够小以防止碳粒穿过保持板50的直径的孔67。来自导流件40的气体能够穿过孔67进入第三室38。气体通过排气孔44离开第三室67。气体的描述指的是回收过程。除了气体离开净化口(在该视图中没有显示)而非回收口42之外，在净化过程中的气体以与上面的描述的方向相反地进行。

在图4中，为了讨论盖子(图4中没有示出盖子)被焊接连接到壳体69，碳罐的壳体69以立体图的形式被示出。外边缘70被焊接到盖子上。将第一室34与第二室部分分离的壁72没有延伸到壳体69的端部，因此，壁72没有与盖子邻接。壁72的端部没有焊接到其它部件。壁74和76延伸到外边缘70，即，延伸到壳体69的端部。因此，壁74和76焊接到盖子。壁74的一部分将第二室36和第三室38分隔开。在壁74的中央，设置有导流件40。壁76的一部分部分限定了导流件40的部分，壁78也部分限定了导流件40。壁78没有延伸到壳体69的端部，从而没有与盖子邻接。壁74的所述一部分和壁76的所述一部分与壳体69形成连续的连接。限定导流件40的另一壁78没有延伸到盖子。由于壁78没有与盖子接触而形成的开口允许气体在导流件40与第三室38之间流动。盖子被描述为焊接到壳体的特定表面。但是，可以使用将盖子密闭地结合到壳体的任何合适的方式，例如使用粘结剂。

在图5中，箭头表示在回收过程(即，当载有来自燃料槽的碳氢化合物的气体流入罐30中时)中气体通过罐30的方向。回收口42结合到燃料槽并引导气体进入第一室34、进入第二室36、进入导流件40、进入第三室38然后离开排气孔44到大气中。来自导流件40的气体离开由盖子56和保持板50之间限定的容积。保持板50设置有多个孔或者孔洞，以允许来自保持板50之下的容积的气体进入第三室38。保持板50中的孔或者孔洞防止第三室38中的碳进入盖子56和保持板50之间的容积，因此防止碳粒从导流件40进入导流件第三室38。

图6中示出图5的碳罐的气体流过第二室的一部分和导流件40的截面图。导流件40的容积突出到第二室36的中间部分(如图6所示)，从而第二室36围住并接触导流件40。气体从第二室36向上行进通过狭长切口62进入导流件40。或者，导流件40能够突出到第三室38的中间部分。如果这种选择被应用到图4中所示的实施例，则壁74、76通常是直的，并且壁78围绕导流件40。壁的布置能够调整以给所述室提供期望的容积。

在图7中，箭头示出在净化过程中(即，当新鲜空气被引入所述罐中以释放被吸收到碳粒上的碳氢化合物并将载有碳氢化合物的气体提供到发动机)气体通过罐30的方向。气体通过排气孔44进入第三室38，再进入导流件40，再进入第二室36，再进入第一室34，然后从净化口80离开到达发动机。注意到，图7中的截面图相对于图3和图5中的截面图在第一室34的附近平移，使得净化口80可见；但是，回收口42在图7中是不可见的。图8中示出了气体通过导流件40的截面图，气体通过狭长切口62从导流件40离开进入第二室36。此外，在该截面图中，第二室36位于导流件40的两侧。

导流件的目的在于减少从排气口离开进入大气中的碳氢化合物的量。导流件用作第二室和第三室之间的隔离件，如图9和图10所示。

根据罐的实施例，存在填充有碳粒的三个室和一个导流件，提供这样的四个通道通过所述罐，使得气体(在净化过程中)从大气被排放到进入口并在(回收过程中)从进入口到达大气。导流件不含有颗粒。在回收过程中，当载有碳氢化合物的气体被吸入到碳罐中时，碳氢化合物被优先吸收到颗粒上(两者第一次相遇)，载有碳氢化合物的气体和所示颗粒都在图5的第一室34中。碳氢化合物的浓度在第一室34中沿着行进长度然后在第二室36中沿着行径长度降低。理想地，离开第二室36并进入导流件40的气体是没有碳氢化合物的。如果不理想，则剩余的碳氢化合物的大部分被室38中的颗粒吸收。由于扩散使得在回收过程中浓度的变化率随着时间的过去而变得均匀，使得在第一室34和第二室36中的碳氢化合物的浓度最终实现均匀的浓度。导流件40中不存在颗粒使第二室中的碳粒与第三室中的碳粒之间的直接物理接触产生中断，因此导流件40用作第二室36与第三室38之间扩散的隔离件。第三室38中的碳氢化合物的浓度均匀，就像所述室36和38中一样。但是，因为第三室38中的碳氢化合物的浓度通常基本低于第一室34和第二室38中的碳氢化合物的浓度，在碳氢化合物扩散之后，第三室38中的最终的浓度比没有用作扩散隔离件的导流件的情况要低很多。对比在图9和图10中用曲线图的形式示出。

在图9中，在回收过程中没有导流件的罐的第三室中的碳氢化合物的浓度被实的曲线(200和202)示出。线部分200示出了充满的第一室的部分。碳在其吸收碳氢化合物的能力方面受到限制。在该示例中，第一室的部分不再能够吸收碳氢化合物并且碳氢化合物的浓度在该部分是不变的，处于饱和的水平。浓度水平在室1的剩余部分到室3下降，如曲线202所示。这种类型的浓度模式在碳氢化合物的回收过程中能够存在。但是，随着时间过去，浓度的变化率产生扩散，部分通过碳粒之间的直接物理接触而产生，从而在某个时间点，第一室、第二室和第三室中的浓度达到平均，并且碳氢化合物浓度大致如虚线204所示。

在图10中，在回收过程中具有导流件的罐的第三室中的碳氢化合物的浓度被示出(不连续的曲线210、212、214和216)。在第一室的部分中，碳氢化合物的浓度饱和，如曲线210所示。第一室的剩余部分以及第二室中的浓度降低，如曲线212所示。导流件中的碳氢化合物的浓度非常低且不变，如曲线214所示，这是因为与碳粒的碳氢化合物储存能力相比，空气的碳氢化合物的储存能力非常有限。此外，因为在导流件中没有吸收碳氢化合物，所以在气体行进通过导流件时浓度没有降低。第三室中的浓度大致到达浓度停止变化的情况并且进一步降低。此外，如果时间允许扩散，针对第三室中的所有颗粒，碳氢化合物均匀地扩散，以实现平均值。但是，第一室和第二室中的碳氢化合物扩散以实现不变的水平，但是没有扩散到第三室，这是因为导流件提供了直接物理接触的中断。在扩散时间经过之后，在第一室和第二室中的碳氢化合物的浓度如曲线220所示，第三室中的碳氢化合物的浓度如曲线222所示。因此，与图9中(没有导流件)的第三室中的浓度204相比，在图10(具有导流件)中的第三室中的可排放到大气中的最终的碳氢化合物的浓度222非常低，从而提高了净化效率。

在图11中，在步骤250，利用注模开始根据本公开的实施例的碳罐的制造和组装。所述部件包括：壳体、第一保持板、第二保持板和盖子。在步骤252中，壳体在第一室、第二室和第三室中填充有碳粒。在步骤254中，第一保持板安装到壳体中的开口，大致在第一室和第二室中。在步骤256中，第二保持板安装到壳体中的开口，大致在第三室中。在步骤258，弹簧放置在保持板之上。在步骤260，盖子被放置在弹簧上。在步骤262，盖子摩擦焊接到壳体上。

虽然已经相对于特定实施例详细地描述了最佳实施方式，但是熟悉本领域的人应该认识到，在不脱离权利要求的范围的情况下，有各种可替换的设计和实施例。虽然将多个实施例描述为针对一个或多个期望特征提供优点或优于其它实施例，但本领域技术人员应当认识到可在一个或多个特征之间进行折衷来实现期望的系统属性，这取决于具体的应用和实施。这些属性包括但不限于：成本、强度、耐用性、寿命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维修保养方便性、重量、可制造性、易装配性等等。对于一个或多个特征，这里描述的实施例特性不如其它实施例或现有技术实施方式理想，并不将其排除于本公开范围之外，其在特定应用中可能是期望的。

Claims (10)

1.一种用于发动机的进气系统，其特征在于，包括：

进气歧管；

碳罐，具有壳体，限定有：

第一室，与进气歧管流体连接；第二室，与第一室流体连接；导流件，部分由将第二室和导流件隔开的第一壁限定，第一壁具有孔以使第二室与导流件流体连接；第三室，与导流件流体连接。

2.如权利要求1所述的进气系统，其特征在于，还包括：

节流阀，设置在进气歧管中，其中，第一室在节流阀的下游位置与进气歧管流体连接。

3.如权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述碳罐还包括：

净化口，设置在碳罐的第一端，净化口提供开口以将进气歧管和第一室流体连接，其中，第一室和第二室通过第二壁隔开，第二壁是仅仅延伸第一室和第二室之间的交界面的长度的一部分的部分壁，第一室和第二室之间的开口位于远离净化口的位置。

4.如权利要求1所述的进气系统，其特征在于，碳罐呈长方体，碳罐还包括：

第一保持板，压入到碳罐的覆盖第一室和第二室的一端的一侧中；

第二保持板，压入到碳罐的覆盖第三室的一端的所述一侧中，其中，第一保持板和第二保持板被导流件隔开。

5.如权利要求4所述的进气系统，其特征在于，所述碳罐还包括：

碳粒，填充第一室、第二室和第三室；

盖子，摩擦焊接到碳罐的所述一侧，盖子与碳罐的外周接合；

至少一个第一弹簧，设置在盖子和第一保持板之间，以使第一保持板朝着第一室和第二室偏置；

第二弹簧，设置在盖子和第二保持板之间，以使第二保持板朝着第三室偏置。

6.如权利要求1所述的进气系统，其特征在于，碳罐呈长方体，碳罐还包括：

净化口，设置在碳罐的一侧，净化口将第一室与进气歧管流体连接； 

回收口，设置在碳罐的所述一侧，回收口将燃料槽和第一室流体连接；

排气口，设置在碳罐的所述一侧上，所述排气口将第三室和大气流体连接。

7.如权利要求6所述的进气系统，其特征在于，所述碳罐还包括在碳罐的与所述一侧相对的一侧结合到所述壳体上的盖子。

8.如权利要求7所述的进气系统，其特征在于，第一壁中的孔与所述一侧邻近，并且第一壁密闭地结合到盖子上以防止在邻近所述盖子的位置第二室和导流件之间发生流动。

9.如权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述碳罐呈长方体，并且第一室、第二室、第三室和导流件中的每个的最长尺寸的壁朝着同一方向延伸。

10.一种碳罐，其特征在于，包括：

注模的壳体，所述壳体限定：

第一室；

第二室，与第一室流体连接；

导流件，由将第二室和导流件隔开的第一壁部分限定，所述壁具有多个孔，以将第二室与所述导流件流体连接；

第三室，与所述导流件流体连接；

盖子，结合到所述壳体。 

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