用于蒸发排放储罐的碳加热元件的制作方法
【专利摘要】一种用于减少从车辆排放的燃料蒸气量的蒸发排放物控制系统包括存储罐和筒式加热器，该存储罐容纳吸收剂材料，而该筒式加热器至少部分地设置在存储罐内并与吸收剂材料直接接触。用于将加热器内的加热元件施加电力的电气端子设置在存储罐外部。至少一个散热器可包括在存储罐内并且与加热器直接接触。还披露一种制造蒸发排放控制系统的方法，该蒸发排放控制系统包括设置在存储罐中的筒式加热器。
【专利说明】用于蒸发排放储罐的碳加热元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于减少从车辆排放的燃料蒸气量的蒸发排放控制系统，并且本发明还涉及一种制造该蒸发排放系统的方法。
【背景技术】
[0002]来自具有内燃机的车辆的燃料蒸气的蒸发排放物主要由于车辆燃料箱的排放而发生。当车辆停车时，环境大气的温度或压力的每日变化会使得空气飘入和飘出燃料箱。其中一些燃料不可避免地蒸发到燃料箱内的空气中，且由此呈现蒸气的形式。如果从燃料箱排出的空气在未经处理的情形下流入到大气中，则该空气不可避免地携带有该燃料蒸气。然而，燃料蒸气是一种污染物。为此，多年来美国联邦和州政府已提出越来越严格的规定，来管理可从车辆的燃料系统中排放的燃料蒸气量。
[0003]一直以来，汽车制造商为了减少车辆向大气排放的燃料蒸气量而采用的一种方案包括使用存储罐。在此种方案中，通常称为“油箱管”的管件用于将燃料箱中的空气空间连接于存储罐。在存储罐内部容纳有吸收剂材料、通常是活性碳，该吸收剂材料的特性是能够吸收燃料蒸气。因此，当空气流出燃料箱时，油箱管将空气携带至存储罐，而在该存储罐中，燃料蒸气被吸附到吸收剂材料中。燃料蒸气暂时存储在该吸收剂材料中，使得这些燃料蒸气之后能在发动机中燃烧，而不是在发动机并不运行时排放至大气。由于日益严格的空气质量标准，因而在本领域总是在寻求改进。
【发明内容】
[0004]在本发明的第一方面中，揭示一种用于减少从车辆排放的燃料蒸气量的蒸发排放物控制系统，其中车辆具有带有进气通道和燃料系统的发动机。该控制系统包括存储罐，该存储罐具有清洗端口、油箱端口以及排放端口，该清洗端口、油箱端口以及排放端口与设置在存储罐内的吸收剂材料连通。清洗端口经由清洗阀与进气通道连通。油箱端口与燃料系统连通并且允许空气及其携带的燃料蒸气的混合物在燃料系统和存储罐之间传送。排放端口连接于排气阀的一个端部，该排放阀的另一端部与大气连通。存储罐具有基本上圆柱形的筒式加热器，该筒式加热器设置在该存储罐内，使得加热器设置成与吸收剂材料之间物理接触，从而允许热量从加热器传导至吸收剂材料。在至少一个预定时间间隔期间，当控制系统在再生操作阶段中操作时，电力通过位于存储罐外部的电气端子供给至加热器以加热吸收剂材料。在存储操作阶段期间，控制系统允许空气和燃料蒸气的混合物从燃料系统流过油箱端口并流入存储罐。在混合物流过存储罐时，吸收剂材料吸收一定百分比的燃料蒸气。空气和任何未经吸收的燃料蒸气的混合物然后流过排放端口并流过排气阀而流向大气。在再生阶段期间，控制系统允许从大气吸入的空气通过排气阀和排放端口流到存储罐中。在混合物流过存储罐时，使燃料蒸气从吸收剂材料释出。空气和经吸收的混合物由发动机通过清洗端口吸出到进气通道中，用以在发动机内燃烧。
[0005]在相关方面中，本发明提供一种制造蒸发排放物控制系统的方法。该方法包括接纳存储罐，该存储罐具有限定在存储罐的外壁中的孔。该方法还包括接纳基本上圆柱形的筒式加热器，该筒式加热器具有设置在加热器的一个端部处或附近的电气端子。该方法S还包括将散热器设置成与筒式加热器接触并且将筒式加热器设置成穿过存储罐中的孔，使得散热器位于存储罐内部，而电气端子位于存储罐外部。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]参照下文结合附图对本发明各实施例的描述，本发明的上述和其它特征以及优点会变得显而易见并更易于理解，附图中:
[0007]图1是用于减少蒸发燃料排放物的现有技术的存储罐的立体图。
[0008]图2是示出包括图1所示现有技术存储罐的蒸发排放物控制系统的示意图。
[0009]图3是示出本发明各方面的分解视图。
[0010]图4是用在本发明实施例中的散热器翅片的视图。
[0011]图5是示出本发明各方面的剖切视图。
[0012]图6是多个散热器翅片在一固定装置中的视图。
【具体实施方式】
[0013]图1和2示出大体由附图标记10指代的一种类型的存储罐，该存储罐通常用在汽车工业中。图1以立体图示出存储罐，而图2以剖视图示出该存储罐。该存储罐10包括容器18，该容器由分隔件24部分地分成两个隔室20和22。隔室间流道26将这些隔室连接起来。
[0014]存储罐10具有油箱端口 12和清洗端口 14，这两个端口都与第一隔室20连通。油箱端口 12连接于油箱管7，由此使得燃料箱8中的空气空间能与第一隔室20连通。从图2的角度来看，在油箱端口 12的左部，清洗端口 14连接于清洗管线19。清洗管线19通过清洗阀15连接于车辆11的进气通道9。(流入进气通道9的空气与燃料混合，而混合物最终吸入到气缸中以进行燃烧。)清洗阀15在发动机并不运行时关闭。然而，当发动机运行时，清洗阀15打开且由此使得存储罐10能经由第一隔室20与进气通道9连通。
[0015]存储罐10还具有排放端口 16，该排放端口与第二隔室22连通。排放端口 16连接于排放管线6。该排放管线6通过排气阀17与环境大气连通。排气阀17通常经由电磁阀控制，且正常情形下保持打开。在打开时，排气阀17使得存储罐10能经由第二隔室22、排放端口 16以及排放管线6与大气连通。在测试存储罐10是否泄漏时，排气阀17关闭。
[0016]此种类型的蒸发排放控制系统基本上具有两个操作阶段。在发动机关闭的存储阶段期间，该系统在清洗阀15关闭而排气阀17打开的情形下操作。在燃料箱8中的压力相对于大气压力较高时，来自燃料箱的空气及其携带的燃料蒸气流入到油箱管7中并通过油箱端口 12流入到存储罐10中。在存储罐10内部，随着携带燃料蒸气的空气经由隔室间流道26不仅流过第一隔室20而且流过第二隔室22，该燃料蒸气由吸收剂材料28吸收。虽然高百分比的燃料蒸气吸附到吸收剂材料28中，但空气在经由排放端口 16离开存储罐10时仍会将所带有的一些未经吸附的燃料蒸气携带至大气。
[0017]在发动机90运行的再生操作阶段期间，该系统在清洗阀15和排气阀17均打开的情形下操作。由于发动机90的气缸内发生的燃烧，在进气集管内产生真空。该真空最终使得来自大气的新鲜空气吸过排气阀17并进入存储罐10。确切地说，空气被真空吸过排放端口 16、第二隔室22、流道26、第一隔室20并流出清洗端口 14。在存储罐10内部，当新鲜空气流过吸收剂材料28时，该新鲜空气将该吸收剂材料在之前的存储循环期间所吸附的燃料蒸气去除。因此，吸收剂材料28可重新用于下一存储阶段。经清洗的燃料蒸气由空气流携带通过清洗管线19、清洗阀15、进气管道9并携带至气缸，而在此，这些燃料蒸气作为燃料在燃烧期间消耗。
[0018]在存储阶段期间，之前由吸收剂材料28吸附的燃料蒸气也可在燃料箱中的压力相对于大气压力较低时返回至燃料箱8。这会在燃料箱8内部的温度下降且燃料蒸气冷凝时发生。在正常打开的情形下，排气阀17在这些条件下使得空气进入存储罐10并解除真空。
[0019]通过将热量提供给存储罐中的吸收剂材料可有助于再生过程，由此使得吸收剂材料能更容易地释放经吸附的燃料蒸气。例如在美国专利6，230，693中已描述了对进入存储罐的排放端口的空气和/或存储罐中的吸收剂材料进行加热的系统，该文献的全部内容在此以参见的方式纳入本文。
[0020]参见图3至图5，本发明提供一种存储罐110，该存储罐110具有清洗端口 114、油箱端口 112以及排放端口 116，这些端口与分布在存储罐内的吸收剂材料128连通。清洗端口 114、油箱端口 112以及排放端口 116能以与之前关于图1和2所示的清洗端口 14、油箱端口 12以及排放端口 16描述的方式与车辆系统并且与大气连通。
[0021]例如图3中的分解视图以及图5的剖切视图所示，存储罐110具有筒式加热器140，该筒式加热器通过限定在存储罐110中的孔130设置在存储罐110内。如本文所使用的，术语“筒式加热器”用于指代如下一种加热器:该加热器包括容纳在基本上管状套筒内的电加热元件，且加热元件的电连接件设置在套筒的一个端部处。虽然筒式加热器140在本文示作具有基本上圆柱形套筒，但应理解的是，套筒也可采用其它截面形状，包括椭圆形或基本上多边形，而不会偏离本发明。在图3和5所示实施例中，存储罐110示作具有安装凸部134，该安装凸部围绕孔130。
[0022]附图中示出的筒式加热器140包括法兰132，以便于将筒式加热器140安装于存储罐Iio上的安装凸部134，并对筒式加热器140和存储罐110之间的界面进行密封。法兰132如图所示通过紧固件136附连于安装凸部134，但应理解的是，也可采用将筒式加热器140附连于存储罐110的其它装置，包括但不局限于卡配件、卡口安装件或粘合剂。对筒式加热器140和存储罐110之间的界面进行密封可通过多种已知装置中的任何一种来实现，这些已知装置包括但不局限于O形圈密封件、单独的垫圈、现场成形垫圈等等。如图5所示，筒式加热器140设置在存储罐110中，使得电连接件142能在存储罐110外部达到。设置在筒式加热器140的套筒内的加热元件包括电阻，该电阻由于向加热元件施加电压而产生的功耗释放热量。加热元件可例如形成为线圈或形成为一个或多个陶瓷元件。加热元件具有正温度系数(PTC)尤其有利，其特征在于，电阻随着加热元件的温度升高而增大。
[0023]继续参见图3，筒式加热器140设置成与吸收剂材料128的一部分直接物理接触，以使得热量能从加热器140传导至吸收剂材料128。当控制系统在再生操作阶段操作时，电力通过位于存储罐110外部的电气端子142供给至加热器140以加热吸收剂材料128。
[0024]在图3和图5所示的本发明实施例中，一个或多个散热器144在存储罐110内设置成与加热器140接触。散热器144用于辅助来自加热器140的热传递，既与吸收剂材料128的与散热器144直接接触的一部分进行传导热传递，又与流过存储罐110的空气和所吸收的燃料蒸气的混合物进行对流热传递。在图4中示出合适的散热器144。参见图4，散热器144限定第一开口 146，该第一开口构造成接纳加热器140。通过将加热器140压配穿过散热器144中的开口 146，可将散热器144组装至加热器140。散热器144还可限定从开口146伸出的槽148，以便于将散热器144组装至加热器140。散热器144中的开口 146还可设有半径或斜面引入部150，以便于在组装过程中加热器140相对于开口 146定位。
[0025]散热器144还可设有第二开口 152，将参照图5来识别其目的。在筒式加热器140以悬臂方式仅仅支承在法兰132和存储罐110上在孔130处的安装凸部134之间界面处的情形下，筒式加热器140的在存储罐110内部并且离法兰132最远的端部154会易于由于其安装环境而在存储罐110上引起的振动负荷而运动。此种运动会损坏加热器140附近和/或在散热器144附近的部分吸收剂材料128的结构，和/或会损坏在法兰132附近的加热器140和/或存储罐110。为了抑制加热器140和散热器144的运动，可在存储罐110的内部设置一结构，以抑制加热器140的端部154和存储罐110之间的相对运动。图5将该结构示作柱部156，该柱部设置成与散热器144的第二开口 152彼此抵触。在一较佳实施例中，散热器144的第二开口 152放置在柱部156之上，且柱部156穿过第二开口 152的端部变形，从而通过热熔来固定散热器144相对于柱部156的位置。
[0026]在本发明的相关方面中，提供一种制造蒸发排放物控制系统的方法。可参照图3中的分解视图来理解该方法。该方法包括接纳存储罐110的步骤，该存储罐具有限定在存储罐110的壁中的孔130。该方法还包括接纳筒式加热器140的步骤，该筒式加热器具有设置在该筒式加热器140的一个端部处的电气端子142。该方法还包括将至少一个散热器144设置在存储罐内部并与筒式加热器140接触，使得电气端子142位于存储罐110的外部。
[0027]在本方法的一方面中，将至少一个散热器144设置成与筒式加热器140接触的步骤包括将筒式加热器140插过限定在散热器144中的第一开口 146。在该方法的有利实施例中，加热器140和散热器144构造成在加热器140和散热器144之间产生压配。
[0028]在本发明的又一方面中，一个或多个散热器144可位于一固定装置中，该固定装置构造成在将加热器140插过限定在一个或多个散热器144中的开口 146的同时、将一个或多个散热器144支承在期望的位置中。图6示出在将散热器144组装至筒式加热器140之前包括多个散热器144的此种固定装置160。
[0029]在本发明的又一方面中，该方法可包括将限定在散热器144中的第二开口 152定位成基本上围绕限定在存储罐110内部的结构156。该结构156的一部分可随后变形，以防止散热器144和存储罐110之间产生相对运动。
[0030]尽管以特定的实施例来描述本发明，但本发明还可在本说明书的精神和范围内作出修改。本申请旨在使用本文披露的总体原理覆盖本发明的任何变型、用途或改适。此外，本申请旨在覆盖本发明的这些偏离，只要符合本发明所涉及的本领域已知或惯常实践并且落在下文权利要求的范围内即可。
【权利要求】
1.一种用于减少从车辆排放的燃料蒸气量的蒸发排放物控制系统，所述车辆具有发动机，所述发动机具有进气通道和燃料系统，且所述控制系统包括: 存储罐，所述存储罐具有清洗端口、油箱端口以及排放端口，所述清洗端口、所述油箱端口以及所述排放端口与设置在所述存储罐内的吸收剂材料连通，所述清洗端口构造成经由清洗阀与所述进气通道连通，所述油箱端口构造成在所述燃料系统和所述存储罐之间传送空气和所述燃料蒸气的混合物，且所述排放端口构造成通过排气阀与大气连通；以及 筒式加热器，所述筒式加热器至少部分地设置在所述存储罐内，其中所述加热器设置成与所述吸收剂材料直接物理接触，从而允许热量从所述加热器传导至所述吸收剂材料， 其中在至少一个预定时间间隔期间，电力通过电气端子从所述车辆传送至所述加热器，从而在所述控制系统处于再生操作阶段操作时加热所述吸收剂材料，所述电气端子从所述加热器伸出并且设置在所述存储罐外部；使得所述控制系统: (a)在存储操作阶段期间，允许所述混合物通过所述油箱端口从所述燃料系统流到所述存储罐中，其中所述吸收剂材料吸收一定百分比的所述燃料蒸气，然后通过所述排放端口和所述排气阀通至大气，以及 (b)在所述再生阶段期间，允许从大气吸入的空气通过所述排气阀和所述排放端口流到所述存储罐中，以从所述吸收剂材料中吸收所述燃料蒸气，然后所述经吸收的燃料蒸气由所述发动机通过所述清洗端口吸出到所述进气通道中。
2.如权利要求1所述的蒸发排放物控制系统，其特征在于，还包括散热器，所述散热器与所述加热器直接物理接触并且设置在所述存储罐内。
3.如权利要求2所述的蒸发排放物控制系统，其特征在于，所述加热器插过限定在所述散热器中的第一开口。
4.如权利要求3所述`的蒸发排放物控制系统，其特征在于，所述加热器和所述散热器物构造成使得所述散热器和所述加热器之间的配合是压配。
5.如权利要求2所述的蒸发排放物控制系统，其特征在于，所述散热器的一部分附连于限定在所述存储罐内部中的附连结构。
6.如权利要求5所述的蒸发排放物控制系统，其特征在于，所述附连结构是柱部，其中第二开口限定在所述散热器的所述部分中，且所述柱部的一部分在穿过所述第二开口之后变形。
7.如权利要求2所述的蒸发排放物控制系统，其特征在于，所述散热器与所述吸收剂材料直接物理接触。
8.—种制造蒸发排放物控制系统的方法，所述方法包括如下步骤: 接纳存储te，所述存储te具有限定在所述存储te的壁中的孔； 接纳筒式加热器，所述筒式加热器具有设置在所述筒式加热器的一个端部附近的电气端子； 将所述筒式加热器设置成穿过所述存储罐中的孔；以及 将散热器设置成与所述筒式加热器接触； 其中所述散热器在所述存储罐内部，而所述电气端子在所述存储罐外部。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述存储罐的内部和所述存储罐的外部之间的液密密封形成在所述筒式加热器周围。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将散热器设置成与所述筒式加热器接触的步骤包括将所述筒式加热器插过限定在所述散热器中的第一开口。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述散热器和所述筒式加热器构造成使得所述散热器和所述筒式加热器之间的配合是压配。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤:在将所述散热器设置成与所述筒式加热器接触之前，将所述散热器定位在一结构中。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤:将所述散热器附连于限定在所述存储te内部的附连结构。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，将所述散热器附连于附连结构的步骤包括将所述附连结构的一部分穿过限定在所述散热器中的第二开口。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤:使所述附连结构的穿过限定在所述散热器中的 第二开口的一部分变形。
【文档编号】F02M25/08GK103867349SQ201310517495
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2012年12月10日
【发明者】T·C·梅耶 申请人:德尔福技术有限公司