Адсорбер системы улавливания паров топлива

 

Изобретение относится к транспортным средствам, оснащенным двигателем внутреннего сгорания (ДВС), в частности к системе питания ДВС, а именно к адсорберам, поглощающим топливные испарения из топливного бака. Адсорбер содержит корпус 1 цилиндрического типа, ограниченный крышкой 2 и дном 3. Внутри корпуса 1 расположено адсорбирующее вещество, представляющее собой единый блок 4, установленный с зазором по отношению к внутренней боковой стенке корпуса. В крышке 2 имеются три патрубка сообщения блока 4 с атмосферой, топливным баком и системой впуска воздуха в ДВС. На крышке и дне выполнены центрирующие кольцевые выступы 8 и 9, направленные внутрь корпуса, входящие в контакт с блоком и обеспечивающие зазор. Между центрирующим выступом на дне и блоком, а также между крышкой и блоком установлены эластичные прокладки. Технический результат заключается в повышении эффективности работы адсорбера. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам, оснащенным двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в частности к системам питания ДВС, а именно к адсорберам системы улавливания паров топлива (СУПТ), поглощающим топливные испарения из топливного бака.

Из патента ЕПВ (заявка 0242049, МПК F 02 M 25/08, опубл. 21.10.87, 43) известно устройство адсорбера, содержащее корпус цилиндрического типа с крышкой и дном, внутри корпуса расположено адсорбирующее вещество. В крышке имеются патрубки сообщения адсорбирующего вещества с атмосферой, топливным баком и системой впуска воздуха ДВС.

Для предотвращения выхода топливных паров в атмосферу во время стоянки транспортного средства топливные испарения из бензобака направляются по трубопроводу к адсорберу, где поглощаются адсорбирующим веществом (например, гранулированным активированным углем). При работе ДВС с помощью патрубка, связанного с системой впуска воздуха ДВС, в корпусе адсорбера создается разрежение (давление меньше атмосферного), и пары топлива продуваются воздухом из атмосферы в ДВС, где и сгорают.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность поглощения паров, т. к. патрубки сообщения адсорбирующего вещества с топливным баком и системой впуска воздуха расположены не по оси корпуса, что при поглощении паров адсорбером приведет к неравномерности заполнения адсорбирующего вещества. При этом может произойти выход топливных паров в атмосферу через патрубок сообщения адсорбирующего вещества с атмосферой, прежде чем топливные пары заполнят весь объем адсорбирующего вещества, что нежелательно, т.к. приведет к увеличению токсичности транспортного средства. При продувке воздух из атмосферы, поступающий из патрубка 30, захватывает (продувает) не весь объем адсорбирующего вещества, часть остается в удаленных от указанного патрубка местах (углах верхней части корпуса адсорбера). Это приведет к снижению поглощающей способности адсорбера при последующих циклах поглощения.

Другое устройство по патенту США 4750465 (ПМК F 02 M 39/00, опубл. 31.06.87), содержащее вышеперечисленные элементы конструкции по патенту ЕПВ, где трубки сообщения адсорбера с топливным баком и системой впуска воздуха ДВС совмещены в одну трубку, проходящую по оси корпуса адсорбера, что улучшает эффективность поглощения и продувки. Несмотря на это, все же продувается не весь объем адсорбирующего вещества, т.к. в пристеночном слое (слой адсорбирующего вещества, расположенный вблизи внутренней стенки корпуса адсорбера) наблюдается слабое движение воздуха и в связи с этим продувка затруднена. Это также приведет к снижению эффективности адсорбера.

Устройство по патенту Японии (заявка 6332980, ПМК F 02 M 25/08, опубл. 04.07.88), содержащее вышеперечисленные элементы, частично лишено недостатков предыдущих устройств, т.к. внутри корпуса расположено адсорбирующее вещество в виде единого блока, причем боковая поверхность блока вплотную, без зазора подходит к внутренней стенке корпуса адсорбера, это также является недостатком, т.к. приведет к снижению поглощающей способности адсорбера при последующих циклах поглощения из-за низких скоростей воздуха в пристеночном слое, что может привести к переполнению адсорбера парами топлива и выходу их через патрубок сообщения адсорбирующего вещества с атмосферой в окружающую среду и повышению токсичности транспортного средства, что недопустимо.

В качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ 2120561 (ПМК F 02 M 25/08, опубл. 20.10.98), содержащее цилиндрический корпус с крышкой и дном. Внутри корпуса расположено адсорбирующее вещество в виде единого блока, причем между боковой поверхностью блока и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса имеется кольцевой зазор. В крышке имеются патрубки сообщения адсорбирующего вещества с атмосферой, топливным баком и системой впуска воздуха в ДВС. Данное устройство имеет преимущество по сравнению с вышеописанными аналогами, т.к. кольцевой зазор способствует более эффективному насыщению (адсорбции) и последующей продувке (десорбции) воздухом. Это происходит за счет более качественного использования всего поглощающего объема блока из-за доступности топливных паров (при адсорбции) и воздуха (при десорбции) к любой точке боковой поверхности блока, что увеличивает его поглощающую способность.

Недостатком этого устройства является снижение поглощающей способности при насыщении (адсорбции) и продувке (десорбции) воздухом из-за нестабильности размеров этого кольцевого зазора (между боковой поверхностью блока и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса адсорбера). Это происходит из-за возможного несовпадения оси блока и корпуса в результате перекоса блока внутри корпуса (его радиального смещения к какой-либо стороне боковой поверхности корпуса ввиду отсутствия центрирующих элементов блока относительно корпуса). В этом случае часть поверхности блока может войти в контакт с внутренней поверхностью корпуса, что и приведет к уменьшению эффективности продувки блока и последующего насыщения. Этот недостаток может способствовать переполнению адсорбера парами топлива и выходу их через патрубок сообщения блока с атмосферой в окружающую среду и повышению токсичности транспортного средства при его эксплуатации в условиях высоких окружающих температур воздуха, что недопустимо.

Другим недостатком является опасность разрушения блока при вибронагрузках, возникающих при движении транспортного средства. Слабозафиксированный блок в корпусе может выкрашиваться при соударениях с внутренней поверхностью корпуса адсорбера, т.к. состоит из активированного угля, спеченного с небольшим количеством пластмассовых гранул, что не обеспечивает достаточную прочность. Выкрашивание блока недопустимо, т.к. частицы угля могут попасть в цилиндры ДВС через патрубок 8 связи блока с системой впуска воздуха в ДВС и способствовать выходу его их строя из-за абразивного износа.

Техническая задача, решаемая в изобретении, заключается в том, что в адсорбере системы улавливания паров топлива, содержащем герметичный цилиндрического типа корпус, ограниченный крышкой и дном, внутри корпуса расположено адсорбирующее вещество, представляющее собой единый блок, установленный с зазором по отношению к внутренней боковой стенке корпуса, в крышке имеются патрубки сообщения блока с атмосферой, топливным баком и системой впуска воздуха в ДВС.

Отличительной особенностью является то, что на крышке и дне выполнены центрирующие кольцевые выступы, направленные не внутрь корпуса, а между центрирующим выступом на дне и блоком, а также между центрирующим выступом на крышке и блоком установлены прокладки из эластичного материала, при этом блок поджат с усилием в осевом направлении между этими прокладками.

Изобретение поясняется графически: - на фиг.1 изображен адсорбер СУПТ в сечении по его оси; - на фиг.2 - схема СУПТ транспортного средства.

Адсорбер СУПТ по фиг.1 содержит корпус 1 цилиндрического типа, ограниченный крышкой 2 и дном 3, внутри корпуса расположено адсорбирующее вещество, представляющее собой единый блок 4. В крышке 2 имеются три патрубка: патрубок 5 сообщения блока 4 с атмосферой, патрубок 6 сообщения блока 4 с топливным баком и патрубок 7 сообщения с системой впуска ДВС. По оси крышки 2 выполнен центрирующий кольцевой выступ 8, направленный внутрь корпуса 1. По оси дна 3 также выполнен центрирующий кольцевой выступ 9, направленный внутрь корпуса 1. При этом оси корпуса 1, крышки 2 и дна 3 совпадают.

Цилиндрического типа блок 4 имеет встроенные верхний 10 и нижний 11 торцы, выполненные из пластмассы. По оси блока 4 выполнено отверстие 12, которое связано с патрубком 5 сообщения с атмосферой. Между выступом 8 в крышке 2 и верхним торцом 10 блока 4 имеется эластичная герметизирующая прокладка 13, а между выступом 9 дна 3 и нижним торцом 11 блока 4 также имеется эластичная демпфирующая прокладка 14, которые герметизируют и демпфируют соответственно блок 4 в корпусе 1. Между внутренней боковой стенкой корпуса 1 и блоком имеется кольцевой зазор 15 (воздушное пространство).

На фиг. 2 изображена схема СУПТ транспортного средства. При стоянке транспортного средства топливные пары из топливного бака 16 по трубопроводу 17 поступают в корпус 1 адсорбера через патрубок 6, расположенный в крышке 2. Пневмоклапан 18 необходим для создания небольшого избыточного давления насыщенных паров топлива в топливном баке 16. При работе ДВС топливные пары из адсорбера через патрубок 7 в крышке 2 поступают в систему впуска 19 ДВС по трубопроводу 20. Электромагнитный клапан 21 дозирует количество топливных паров, поступающих в ДВС с помощью электронного блока (не показан). Корпус 1, крышка 2 и дно 3 герметично соединены между собой.

Адсорбер необходим для предотвращения выхода испарившегося топлива из топливного бака в атмосферу и ее загрязнения. С помощью СУПТ выполняются международные экологические требования, предъявляемые к транспортным средствам.

Адсорбер работает обычным образом.

Преимущественно при стоянке автомобиля и неработающем ДВС часть жидкого топлива, находящегося в топливном баке 16, под влиянием окружающей температуры испаряется и скапливается в верхней его части. При достижении определенного избыточного давления в топливном баке 16 открывается клапан 18, пары топлива и воздуха по трубопроводу 17 проходят через патрубок 6 крышки 2 адсорбера внутрь корпуса 1, где находится адсорбирующее вещество в виде единого блока 4. Материалом адсорбирующего вещества может служить активированный уголь, смешанный с небольшим количеством пластмассы и спеченный для придания ему формы блока в виде цилиндра, повторяющего внутреннюю боковую стенку корпуса 1 адсорбера. На поверхности адсорбирующего вещества по всему объему блока 4 происходит адсорбция (поглощение) топливных паров, воздух при этом не удерживается адсорбирующим веществом, а свободно проходит через блок 4 в сквозное отверстие 12, в патрубок 5 крышки 2 и далее выходит в атмосферу. Движение топливных паров и воздуха из топливного бака 16 и внутри адсорбера показано стрелками (см. фиг.1 и 2).

Кольцевой зазор 15 способствует равномерному заполнению топливных паров по всему объему блока 4 с минимальным сопротивлением и тем самым позволяет увеличить скорость заполнения адсорбера без риска, что часть топливных паров проскочит в отверстие 12 и патрубок 5 в атмосферу через адсорбирующее вещество блока 4. Увеличение скорости заполнения может произойти при однократном впуске большего объема топливных паров через патрубок 6 при открытии клапана 18, работающего дискретно. Клапан 18 нужен для создания избыточного давления насыщенных паров топлива в топливном баке с целью ограничения поступления паров в адсорбер и возможного его переполнения в условиях высоких температур окружающей среды. Например, топливо в топливном баке нагревается от асфальтированного дорожного покрытия, т. к. большинство легковых транспортных средств оборудованы топливными баками, расположенными под полом транспортного средства.

Кроме того, кольцевой зазор позволяет качественно использовать весь поглощающий объем адсорбирующего вещества блока 4 за счет доступности топливных паров к любой точке боковой поверхности блока 4, что увеличивает его эффективность (отношение количества поглощенных топливных паров в граммах, к весу чистого блока). Торцы 10 и 11 блока 4 необходимы для придания каркасности блоку 4 и одновременно являются элементами центровки блока 4 в корпусе 1 с помощью кольцевого выступа 8 на крышке 2 и кольцевого выступа 9 на дне 3 корпуса 1, которые и обеспечивают стабильные размеры кольцевого зазора 15 между боковой поверхностью блока 4 и боковой стенкой корпуса 1. Кроме того, между кольцевыми выступами 8 и 9 и торцами 10 и 11 имеются соответственно герметизирующая и демпфирующая прокладки из эластичного материала. Прокладки предназначены для предотвращения перетечки топливных паров непосредственно из патрубка 6 в патрубок 5 и в атмосферу, минуя блок 4, а также для предотвращения передачи вибронагрузок и как следствие - разрушение блока 4 при движении транспортного средства. При этом кольцевой зазор 15 не уменьшается по высоте корпуса адсорбера, что обеспечивает максимальное заполнение блока 4 по всему его объему.

При включении ДВС и его работе в системе впуска 19 возникает разрежение (давление меньше атмосферного), что заставляет воздух из атмосферы проходить в корпус 1 адсорбера через патрубок 5 в крышке 2, т.к. корпус 1 связан трубопроводом 20 с системой впуска 19. Воздух проходит через отверстие 12 в блоке 4, через адсорбирующее вещество по всему его объему и захватывает топливные пары, продувая (десорбируя) таким образом адсорбирующее вещество блока 4. В основе насыщения и продувки адсорбера лежит физический процесс адсорбции и десорбции, широко известный и описанный в научно-технической литературе. Топливные пары вместе с воздухом таким образом попадают из корпуса 1 через патрубок 7 в крышке 2 по трубопроводу 20 в систему впуска 19 и далее - в цилиндры ДВС, где и сгорают.

Дозирование топливных паров, поступающих в систему впуска 19, осуществляется с помощью электромагнитного клапана 21 с помощью электронного блока (не показан). Продувка блока 4 также происходит эффективно, т.к. топливные пары, продуваемые воздухом, выходят из блока 4 по всей его боковой поверхности и далее по кольцевому зазору 15 поступают в патрубок 7 с минимальным гидравлическим сопротивлением, что увеличит поглощающую способность адсорбирующего вещества блока 4 при последующих циклах насыщения. Этому также способствует стабильность размеров кольцевого зазора 15 по всей высоте блока 4. Движение продувочного воздуха показано двойной стрелкой на фиг.1.

Таким образом, введение кольцевого зазора 15, имеющего стабильные размеры, с помощью центрирующих выступов 8, 9 (фиг.1), позволяет увеличить площадь соприкосновения топливных паров при насыщении и атмосферного воздуха при продувке, с адсорбирующим веществом блока 4, что увеличивает поглощающую способность адсорбера при сохранении объема адсорбирующего вещества блока 4, чем и достигается положительный эффект.

Формула изобретения

1. Адсорбер системы улавливания паров топлива, содержащий герметичный цилиндрического типа корпус, ограниченный крышкой и дном, внутри корпуса расположено адсорбирующее вещество, представляющее собой единый блок, установленный с зазором по отношению к внутренней боковой стенке корпуса, в крышке имеются патрубки сообщения блока с атмосферой, топливным баком и системой впуска воздуха в двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что на крышке и днище выполнены центрирующие кольцевые выступы, направленные внутрь корпуса.

2. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что между центрирующим выступом на дне и блоком, а также между крышкой и блоком установлены прокладки из эластичного материала.

3. Адсорбер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что блок поджат с усилием в осевом направлении между центрирующим выступом на дне и центрирующим выступом на крышке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2