液体分离器和可进行排放的燃料罐配置的制作方法

专利名称：液体分离器和可进行排放的燃料罐配置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种内燃机的燃料系统，并且更特别是涉及一种 液体分离器和燃料罐的配置。
背景技术：
用于例如汽油的挥发性碳氢燃料的车辆燃料罐通常包括一定容积 的液体燃料和液体燃料之上的一定容积的气体。环境温度波动导致燃 料罐内相应的压力波动。燃料罐内过渡的压力累积通过燃料罐排放系 统来减小，燃料罐排放系统将燃料蒸气排放到燃料罐的排放出口、在
活性碳罐体(ACC)内收集并存储燃料蒸气，并且将下游的燃料蒸气释 放到操作发动机以便在发动机内燃烧。
液体分离器放置成在燃料罐和ACC之间流体连通，以便防止液体 燃料的一部分从燃料罐转移到ACC。因此，液体分离器分离并包含某些 液体燃料，并使得气体燃料蒸气经过到ACC。但是，随着时间推移，液 体燃料必须从液体分离器转移到燃料罐的液体燃料容积，以便防止液 体分离器填充并阻挡气体燃料蒸气流过其中。
对于这种问题具有三个传统解决方法。首先，液体分离器可位于 燃料罐内，并且燃料罐内的燃料泵或喷射泵可放置成与液体分离器流 体连通，以便将液体燃料从液体分离器排出并进入燃料罐的液体燃料 容积。其次，液体分离器可放置在燃料罐内部的上部气体部分内，并 且可包括朝着排放开口倾斜的底壁，以便通过重力排放液体燃料。第 三，液体分离器可放置在燃料罐之上，使得液体分离器的排放口高于 燃料罐的蒸气出口 ，使得液体分离器在重力下将液体燃料排放到燃料

发明内容
按照一个实施例的燃料系统包括燃料罐和液体分离器。燃料罐包 括其中包含液体燃料和燃料蒸气的内部，并且具有与燃料罐内部的蒸 气拱顶流体连通的至少一个排放口 (vent)。液体分离器与燃料罐内的 至少 一个排放口流体连通，并且具有位于比至少 一个排放口低的高度 处的燃料口 ，使得液体分离器内的液体燃料在燃料罐内的负压条件下被动抽吸。
按照 一个实施例的方法包括排空液体分离器。该方法包括提供具 有排放开口的燃料罐，并且提供具有燃料口的液体分离器。该方法还
包括相对于燃料罐将液体分离器布置在一个高度处，使得燃料口布置 在比燃料罐的排放开口低的高度处，使得液体分离器内的液体燃料在 燃料罐内的负压条件下被动抽吸。
可以通过本发明的至少某些实施例实现的至少某些目的、特征和 优点包括提供一种燃料系统，该燃料系统不需要燃料泵或喷射器以便
从液体分离器排放液体燃料；不需要在燃料罐的上部内部或燃料罐之 上安装液体分离器；使得液体分离器安装在燃料罐的内侧或外侧，并 且在燃料罐的负压条件下抽吸；具有相对筒单的结构、经济地制造和 组装、经久耐用并且在使用中具有长的使用寿命。
当然本领域的普通技术人员在此披露中将明白其它的目的、特征 和优点。体现本发明的不同的其它燃料系统可以实现或多或少的所述 目的、特征或优点。


从下面优选实施例和最佳模式、所附权利要求以及附图的详细描 述中将明白本发明的这些和其它特征和优点，附图中
图1是包括燃料罐和液体分离器的燃料系统的当前优选形式的示 意图2是在液体分离器开始排放阶段的图1的燃料系统的示意图； 图3是在液体分离器排放结束阶段的图1的燃料系统的示意以及
图4是包括燃料罐和液体分离器的燃料系统的另一当前优选形式 的示意图。
具体实施例方式
更加详细地参考附图，图1表示用于包含、排放和分离机动车辆 的发动机的例如汽油的挥发性碳氢燃料的燃料蒸气和液体燃料的示例 性燃料系统10。燃料系统10包括包含和排放燃料的燃料罐l2以及将 液体燃料与气体燃料蒸气分离的液体分离器l4。燃料系统IO还可包括
在液体分离器14和燃料罐12之间流体连通的燃料导管16。燃料导管 16可包括任何适当装置，例如液体分离器14或燃料罐12之间的一个或多个软管、管道、短管或整体通道。燃料导管16的示例性尺寸是大 约8mm直径的等级。
燃料罐12可包括具有可拆卸封闭件或盖19使得燃料进入燃料罐 12的内部20的燃料填充器管道18以及使得燃料蒸气从燃料罐12的内 部20排放的排放口 22。排放口 22可包括燃料罐12的壁内的开口、与 这种开口流体连通的单向或双向止回阀或者与这种开口连通的翻转排
放阀。换言之，排放口 22可以是任何适当的流体连通结构或装置，并 且包括排放开口 23。燃料罐12保持积累到预定最大高度26的液体燃 料24，其中蒸气拱顶27在燃料罐12的内部的液体燃料之上。蒸气拱 顶27可包括拱形几何结构，但是还可包括液体燃料24之上的可变容 积的气体空间。排放口 22及其排放开口 23与蒸气拱顶27和导管16 流体连通。燃料罐12的示例性尺寸是大约90升的级别。
液体分离器14包括接收进入的燃料蒸气并输送输出液体燃料的一 个或多个燃料口 28，并且还可包括将输出的气体燃料蒸气输送到例如 具有活性碳的罐体31的下游装置的一个或多个气体燃料蒸气出口 30。 燃料口 28可位于液体分离器14的最上部分处或附近。液体分离器14 限定内部32，其中液体燃料34可积累到预定最大高度36。液体分离 器14的示例性尺寸是大约500ml的级别，有用容积是大约250ml的级 别。
通常，液体分离器14可布置在燃料罐12的内侧或外侧。更特别 是，不管布置在燃料罐12的内侧还是外侧，液体分离器14相对于燃 料罐12布置在一个高度处，使得燃料口 28布置在比燃料罐12的排放 开口23低的高度。更特别是，液体分离器14可相对于燃料罐12布置 在一个高度处，使得液体分离器14内液体燃料其最大高度处的表面布 置在比燃料罐12的排放口 22的排放开口 23低的高度处。同样，气体 燃料蒸气出口 30可布置在比燃料口 28高的高度处，并且最好尽可能 布置成更好地液体蒸气分离。同样，例如，燃料口28可布置在比排放 口 22低大约5-400mm的范围内。另外，燃料口 28可布置在比燃料罐 12内的最大液体燃料高度26高的高度处。在示例性燃料系统中，对于 燃料口 28和排放开口 23之间的每lmm的高度差，需要大约0. OlkPa 的负燃料罐压力来将液体燃料从液体分离器14抽吸到燃料罐12 。
在使用中，燃料罐12内的液体燃料24的某些部分转换成燃料蒸气，燃料蒸气(和任何液体燃料一起)经过排放口 22的开口 23排放、 经过导管16并进入液体分离器14。随后，液体燃料的某些部分与排放 的燃料蒸气分离，并保持在液体分离器14内，燃料蒸气连通到例如ACC 和/或操作发动机的下游装置。按照三种示例性情况，在燃料罐12内 的压力是负时，液体分离器14内的液体燃料34从燃料口 28被动抽吸， 经过导管16、经过排放口 22的开口 23并回到燃料罐12。这种情况在 下面参考图l-3来描述。但是首先，下面提出另一燃料系统。
图4表示燃料系统110的另一当前优选形式。此形式在某些方面 类似于图1-3的形式，并且该形式之间的类似标号在附图的多个视图 中总体表示类似或相应的元件。因此，燃料系统10的描述被整体结合 到燃料系统110的以下描述中。另外，相同主题的描述通常不在这里 重复描述。
在图4中，燃料系统110包括排放口 122和布置在燃料罐112的 内部120内的液体分离器114。排放口 122可以任何适当方式在燃料罐 112内承载，例如使用可以安装在燃料罐112上并适用于承载排放口 122的任何适当的支架121。按照一种选择，排放口 122可直接安装在 燃料罐112的壁上，而没有支架121。类似地，液体分离器114以任何 适当的方式在燃料罐112内承载，例如使用可以安装在燃料罐ll2上 并适用于承载液体分离器114的任何适当的支承件115。按照一种选 择，液体分离器114静置在燃料罐112的底部上，并且可直接安装其 上，而没有支承件115。
在任何情况下，液体分离器114可相对于燃料罐112布置在一个 高度处，使得燃料口 128布置在比燃料罐112的排放开口 123低的高 度处。更特别是，液体分离器114可相对于燃料罐112布置在一个高 度处，使得液体分离器114内液体燃料其最大高度处的表面布置在比 燃料罐112的排放口 122的排放开口 123低的高度处。另外，燃料口 128可布置在比燃料罐112内的最大液体燃料高度126高的高度处。
在车辆下坡时出现一种情况，其中大气压力增加，由此在燃料罐 内形成相对压力降。例如，在车辆从海平面以上的大约2500米行驶到 海平面以上大约500米时，大气压力从大约750mbar (75kPa)增加到 大约950mbar (kPa)。换言之，这种车辆降低在2000米降低过程中造 成大约20kPa的压力增加，或者是大约0. OlkPa/米。再次，对于示例性液体分离器内处于其最大高度处的液体燃料表面和燃料罐排放开口
之间的每1毫米(mm)垂直高度差来说，需要大约0. OlkPa的负燃料 罐压力来将液体燃料从示例性液体分离器抽吸到其燃料罐内。因此， 对于10mm的高度差来说，需要10m的车辆降低来将燃料从示例性液体 分离器抽吸到燃料罐。
在燃料罐温度降低时出现另一情况，例如在车辆长时间停止、停 车以及停放之后。燃料罐温度的示例性减小从大约40匸到大约28"C的 范围。理想的气体定律可以筒化为PxV/T-常数，其中P是容器内的气 体压力，V是容器的气体容积，并且T是容器内的温度。K。因此，P, x V,/T尸P2X V2/T2，其中V产Vi+AV。对于燃料容积AV: avx V燃料x AT 来说，典型车辆汽油的容积膨胀因数av-O. OOllK1。
示例性的试验涉及液体分离器内位于其最大高度处的液体燃料表 面和燃料罐排放开口之间的大约25mm的高度差。在此高度差下，需要 大约0. 25kPa的负压来抽吸液体分离器。按照示例性试验，初始罐压 力P,是大约107kPa，初始蒸气容积Vi是大约80升(1 )，并且初始液 体燃料容积是大约901的总燃料罐容积的大约101,并且初始温度1\ 是大约39t: ( 312K)。在车辆停车大约6. 5分钟之后，液体燃料开始从 液体分离器流入燃料罐，并且中间温度T2是大约37匸(310K)。
从所述的等式，AV=0. 0011K—1 (101 x 2K)=0. 00211,并因此，中间 容积 V2=801+0. 0221=80. 021 。因此，中间压力 P2= (P, x V,/L)/(V2/TXl07kPa x 801/312K) / (80. 021/310K) =106. 3kPa。初始 和中间压力P!和P2之间的大约0. 7kPa的压力降超过所需的0. 25kPa， 并且因此，开始液体分离器的抽吸。在大约180分钟之后，所有液体 燃料从液体分离器中抽吸，并且燃料罐和液体分离器内的压力相同， 使得最终压力P3等于零。
在车辆长时间停车之后车辆开始启动时出现另一情况。由于温度 基本恒定，在筒化的理想气体定律的情况下，P x V-常数，使得Pi x V产P2 xV2。因此，对于燃料罐内的气体容积来说，P产PiXV,/V2。 V尸V!+Vw(对 于发动机消耗来说从燃料罐泵送的燃料容积)。
一个示例性试验过程中的参数值包括每小时(lph) 1升的燃料消 耗、大约lbar大气压的初始气体压力Pi以及大约201的初始气体容积 V,。在这些条件下，车辆启动大约1.2分钟之后，燃料开始从液体分离器流到燃料罐。因此，中间气体容积V尸201+(llphx 1. 2/60h)=20. 021。 因此，中间气体压力P尸lbar x 201/20. 021=0. 99bar。因此抽吸开始时 燃料罐内的压力降是大约0. Olbar或lkPa。液体分离器内100ml的燃 料以llph的燃料消耗的速度抽吸。因此，液体分离器抽吸的周期可以 如下计算(1000ml/60min) /100ml=6分钟。因此，液体分离器在车 辆启动之后在大约7. 2分钟内抽吸。
图l表示时间ti的初始状态，其中液体分离器的内部容积的某些 部分包含液体燃料。按照所述的第一和笫三示例性情况，燃料罐内的 初始压力PT1大致等于液体分离器的初始压力Pu,并且初始燃料罐和分 离器压力Pn、 Pu大致等于或略微大于初始大气压力P"。按照第二示 例性情况，燃料罐内的初始温度TT1大致等于初始液体分离器温度Tu, 两者大于初始大气温度TA1。按照第三示例性情况，初始杆温度Tn大 致等于初始分离器和大气温度Tu和TA1，并且发动机燃料消耗是Olph。 在这些条件下，没有出现液体燃料从液体分离器抽吸。
图2表示初始时间t,之后在中间时间t2时液体燃料从液体分离器 开始抽吸。按照第一示例性情况，中间大气压力PA2相对于初始大气压
力P"升高，并且PA2大于大致与初始罐压力Pn相同的中间罐压力PT2。
按照第二示例性情况，初始大气温度TV大致等于中间大气温度TA2，但
是中间罐温度Tt2低于初始罐温度TT1，并且中间罐压力Pn低于初始罐 压力PT1。按照第三示例性情况，中间罐压力Pn低于初始罐压力PT1，
这是由于燃料消耗大约Olph，由此在燃料罐内形成将液体燃料从液体
分离器抽吸的负压。
图3表示中间时间t2之后在结束时间t3时结束液体分离器的抽吸。 按照第一示例性情况，结束大气压力PA3大于中间大气压力P",但是等
于都等于结束大气压力Pw的初始罐和分离器压力Pn和Pu，这是由于 液体分离器现在没有液体燃料。 一旦通过从分离器去除液体燃料使得
PT1 = PU，温度不相关。按照第二示例性情况，结束大气温度T"低于或
等于大致等于结束液体分离器温度Tu的结束罐温度TT3。同样，燃料罐、
液体分离器和大气的压力都稳定并大致相同。类似地，按照笫三示例
性情况，发动机燃料消耗大于Olph，并且有效地排空液体分离器，由
此在分离器和罐内造成稳定和大致相同的压力。
虽然这里披露的本发明的形式构成当前优选的实施例，也可以采用其它形式。这里不打算提及本发明的所有可能等同的形式和分支。 应该理解到这里使用的术语只是描述性的，而没有限制含义，可以进 行不同变化而不偏离本发明的精神或范围。
权利要求
1.一种燃料系统，包括燃料罐，具有其中包含液体燃料和燃料蒸气的内部，并且具有与燃料罐的内部的蒸气拱顶流体连通的至少一个排放口；以及液体分离器，与燃料罐内的至少一个排放口流体连通，并且具有布置在比至少一个排放口低的高度处的燃料口，使得液体分离器内的液体燃料在燃料罐内的负压状态下被动抽吸。
2. 如权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，燃料口布置在比 至少一个排放口低大约5-400mm的范围内。
3. 如权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，燃料口布置在比 燃料罐内的最大液体燃料高度高的高度处。
4. 如权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，液体分离器布置 在燃料罐的外侧。
5. 如权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，液体分离器布置 在燃料罐的内侧。
6. —种排空液体分离器的方法，包括 提供具有排放开口的燃料罐； 提供具有燃料口的液体分离器；相对于燃料罐将液体分离器布置在一个高度处，使得燃料口布置 在比燃料罐的排放开口低的高度处，使得液体分离器内的液体燃料在 燃料罐内的负压条件下被动抽吸。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，液体分离器相对于燃 料罐布置在一个高度处，使得液体分离器内位于其最大高度处的液体 燃料表面布置在比燃料罐的排放开口低的高度处。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，液体分离器布置在燃 料罐的外侧。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，液体分离器布置在燃 料罐的内側。
全文摘要
本发明涉及一种液体分离器和可进行排放的燃料罐配置，其中燃料系统包括燃料罐，具有其中包含液体燃料和燃料蒸气的内部，并且具有与燃料罐的内部的蒸气拱顶流体连通的至少一个排放口；以及液体分离器，与燃料罐内的至少一个排放口流体连通，并且具有布置在比至少一个排放口低的高度处的燃料口，使得液体分离器内的液体燃料在燃料罐内的负压状态下被动抽吸。
文档编号F02M37/00GK101315053SQ20081010957
公开日2008年12月3日 申请日期2008年6月2日 优先权日2007年6月1日
发明者A·霍赫施泰因, M·斯蒂克尔 申请人:Ti汽车技术中心有限责任公司