Адсорбер системы улавливания паров топлива
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к средствам, оснащенным двигателями внутреннего сгорания (ДВС), а именно к системам питания ДВС с адсорберами системы улавливания паров топлива, поглощающим топливные испарения из топливного бака. Адсорбер системы улавливания паров топлива содержит полый корпус, состоящий из нескольких частей, одной из которых является емкость (ловушка) для сбора конденсата (жидкого углеводородного топлива). Во внутреннем пространстве другой части корпуса размещено адсорбирующее вещество. На наружной поверхности части корпуса расположены три патрубка: подвода паров топлива к адсорбирующему веществу, отвода паров топлива от адсорбирующего вещества и патрубок, связывающий внутреннее пространство корпуса с окружающей атмосферой. Внутреннее пространство емкости имеет средство для связи с внутренним пространством корпуса, где находится адсорбирующее вещество. Корпус снабжен дополнительной емкостью (ловушкой), внутреннее пространство которой имеет средство для соединения с внутренним пространством части корпуса, в которой размещено адсорбирующее вещество. Патрубок отвода паров топлива от адсорбирующего вещества расположен на дополнительной емкости (ловушке). 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к транспортным средствам (ТС), оснащенным двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в частности к системам питания ДВС, а именно к адсорберам системы улавливания паров топлива (АСУПТ), поглощающим топливные испарения из топливного бака.
Известны устройства АСУПТ по заявкам Японии №63-32981, кл. МКИ F 02 M 25/08, опубл. 4.07.1988 г., №63-23379, кл. МКИ F 02 M 25/08, опубл. 16.05.1988 г., международной заявке №92/01585, кл. МКИ F 02 M 25/08, опубл. 6.02.1992 г., содержащие корпус, ограниченный крышкой и дном, имеющий три патрубка: подвода паров топлива из бензобака, отвода паров топлива в систему впуска ДВС и патрубок, связывающий внутреннее пространство корпуса с окружающей атмосферой. Внутри корпуса, между крышкой и дном находится адсорбирующее вещество (например, активированный уголь). Недостаток этих устройств заключается в отсутствии емкости (ловушки). Ловушка служит для сбора жидкого топлива (конденсата), образующегося в трубопроводе, связывающем АСУПТ с бензобаком. При ее отсутствии указанный конденсат попадет внутрь корпуса, на адсорбирующее вещество, что может вывести часть адсорбирующего вещества из строя и уменьшить, таким образом, поглощающую способность АСУПТ. Это в свою очередь, возможно, приведет к выходу части паров топлива (газообразных углеводородов) в окружающую атмосферу, повысив тем самым токсичность ТС.
В устройстве по патенту России №2194185, класс МКИ F 02 M 25/08, публикация 10.12.2002 г., бюллетень №34, в известной части корпуса АСУПТ имеется емкость (ловушка) для сбора жидкого топлива (конденсата). Конденсат может образоваться как в трубопроводе, связывающем корпус АСУПТ с топливным баком, так и в трубопроводе, связывающем корпус АСУПТ с системой впуска воздуха ДВС. Причем чем длиннее трубопровод, тем более вероятно образование конденсата в трубопроводе. Условия возникновения и количество конденсата зависят от конструктивных параметров трубопровода (наличие центров конденсации, скорости движения паров топлива по трубопроводу), а также температуры и давления окружающей атмосферы. При различных условиях эксплуатации ТС (движении и стоянке), конденсат, образовавшийся в трубопроводе, может двигаться вдоль трубопровода, под действием разности давления топливного пара и воздуха (газа), возникшего в топливном баке и АСУПТ или в АСУПТ и системе впуска воздуха ДВС. Причем при движении в том или ином направлении, конденсат может попасть в корпус АСУПТ. В указанном устройстве конденсат из патрубков, связывающих АСУПТ с топливным баком 7, и патрубка, связывающего АСУПТ с системой впуска воздуха ДВС, попадет на адсорбирующее вещество, а затем возможно стечет по боковой поверхности адсорбирующего вещества в емкость (ловушку). При этом часть адсорбирующего вещества выйдет из строя, т.к. оно (например, активированный уголь) становится не работоспособным при соприкосновении с жидким углеводородным топливом. Это уменьшит поглощающую способность АСУПТ (количество поглощаемых паров углеводородов в граммах за единицу времени) и отрицательно повлияет на токсичность ТС.
В устройствах по патентам России №2176745, (класс МКИ F 02 M 25/08, опубл. 10.12.2001 г., бюллетень №34), №2031237 (класс МКИ F 02 M 25/08, опубл. 20.03.1995 г., бюллетень №8) патрубки подвода и отвода паров топлива соединены трубкой, проходящей через центр АСУПТ, от крышки к дну, где в самой нижней части расположена ловушка для сбора конденсата. Это исключает попадание жидкого топлива на адсорбирующее вещество. Недостатком этих устройств является возможная перетечка паров топлива в режиме продувки (десорбции) АСУПТ при работе ДВС из патрубка, связывающего корпус АСУПТ с топливным баком, непосредственно в патрубок продувки, минуя адсорбирующее вещество. Регенерация (десорбция) адсорбирующего вещества при этом ухудшается, что приводит в конечном итоге к уменьшению поглощающей способности АСУПТ при следующем цикле насыщения парами топлива во время стоянки ТС.
В устройствах по патентам США №4750465 от 14.06.1988 г., класс МКИ F 02 M 39/00; России №2120561, класс МКИ F 02 M 25/08, опубл. 20.10.1998 г., №2158378, класс МКИ F 02 M 25/08, опубл. 27.10.2000 г. недостаток предыдущих устройств устранен, путем введения заужения сечения или введения жиклера в патрубок подвода паров топлива. Это уменьшит перетечки паров топлива из трубопровода, связывающего АСУПТ с топливным баком в патрубок отвода паров при работе ДВС и соответственно улучшит эффективность продувки адсорбирующего вещества (десорбцию). Особенностью вышеперечисленных устройств является то, что они установлены на (ТС) геодезически вертикально или с небольшим отклонением от вертикальной оси. Если угол отклонения от вертикальной оси АСУПТ будет большим, то конденсат, находящийся в нижней части корпуса зальет нижнюю часть адсорбирующего вещества, уменьшив тем самым поглощающую способность АСУПТ. Расположить АСУПТ на ТС строго вертикально или с небольшим отклонением от вертикальной оси не всегда возможно по компоновочным соображениям, т.к. в условиях минимизации конструкции узлы и агрегаты ТС расположены в непосредственной близости друг от друга. В конструкции адсорбера производимого фирмой "TOYOTA" (Япония) (См. приложение 1), ловушка конструктивно расположена на крышке, вне зоны размещения адсорбирующего вещества. Это позволяет увеличить углы наклона адсорбера и тем самым расширить возможности углового положения установки адсорбера на ТС. Установка АСУПТ на некоторых ТС возможна только горизонтально, что вызвано лимитированным пространством в вертикальной плоскости, в особенности в задней части ТС.
Этот вариант компоновочного решения отражен в устройствах по патентам Японии (заявка №53-39934, класс МКИ F 02 M 33/00, опубл. 24.10.1978 г.); Европейский патент №0360428, класс МКИ F 02 M 25/08, опубл. 28.03.1990 г. Недостатком этих устройств является также отсутствие ловушек для сбора конденсата, без которых часть адсорбирующего вещества зальется жидким топливом и выйдет из строя.
Известно устройство по патенту США №4714485, класс МКИ B 01 D 53/04 (прототип), содержащее: корпус, закрытый со всех сторон и состоящий из нескольких частей, герметично соединенных между собой. Внутри корпуса находится адсорбирующее вещество, а на наружной поверхности одной из его частей расположена дополнительная емкость (ловушка) для сбора конденсата топлива. Указанная ловушка имеет средство (отверстие) для соединения с внутренней частью корпуса, где расположено адсорбирующее вещество. На ловушке расположены два патрубка - подвода паров топлива из топливного бака и отвода паров топлива во впускную систему ДВС ТС. Кроме того, на наружной поверхности корпуса АСУПТ имеется третий патрубок, связывающий внутреннюю часть корпуса с окружающей атмосферой. Особенностью этого устройства является также возможность перетечек паров топлива, поступающих из бензобака в ловушку и из ловушки непосредственно во впускную систему ДВС во время его работы. Это происходит вследствие того, что оба патрубка - подвода паров топлива и отвода паров - входят в одну емкость (ловушку) и расположены в непосредственной близости друг от друга. Перетечка паров топлива не желательна, т.к. при этом не осуществляется в достаточной степени регенерация (десорбция) адсорбирующего вещества. Десорбция происходит наиболее эффективно, если воздух из окружающей атмосферы, поступающий через соответствующий патрубок, проходит через весь объем адсорбирующего вещества и далее во впускную систему ДВС, тем самым продувая (десорбируя) адсорбирующее вещество.
Решение технической задачи предполагает изменение конструкции адсорбера СУПТ и в конечном итоге повышение надежности его работы при эксплуатации ТС.
Предметом изобретения является адсорбер СУПТ ТС, имеющий полый корпус, состоящий из нескольких частей, одной из которых является емкость (ловушка) для сбора конденсата углеводородного топлива, во внутреннем пространстве другой части корпуса находится адсорбирующее вещество, на наружной поверхности части корпуса расположены три патрубка: подвода паров топлива к адсорбирующему веществу, отвода паров топлива от адсорбирующего вещества и патрубок, связывающий внутреннее пространство корпуса с окружающей атмосферой, а внутреннее пространство емкости (ловушки) имеет средство для связи с внутренним пространством корпуса, где находится адсорбирующее вещество.
Отличительной особенностью является то, что корпус содержит дополнительную емкость (ловушку), являющуюся его частью, причем внутреннее пространство дополнительной емкости имеет средство для соединения с внутренним пространством части корпуса, где находится адсорбирующее вещество. Патрубок отвода паров топлива от адсорбирующего вещества при этом расположен на дополнительной емкости (ловушке) Средством соединения внутреннего пространства дополнительной емкости с внутренним пространством части корпуса, где находится адсорбирующее вещество, является калиброванное отверстие. Калиброванное отверстие расположено с таким расчетом, чтобы конденсат мог попасть во внутреннее пространство, где расположено адсорбирующее вещество, после заполнения большей части объема дополнительной емкости. Проходное сечение калиброванного отверстия сравнимо или больше проходного сечения патрубка отвода паров топлива от адсорбирующего вещества.
Изобретение поясняется графически:
На Фиг.1 изображен адсорбер СУПТ.
На Фиг.2 изображен адсорбер СУПТ в сечении Б-Б по Фиг.1.
На Фиг.3 изображен вид А по Фиг.2.
На Фиг.4 изображено сечение В-В по Фиг.1.
На Фиг.5 изображено сечение Г-Г по Фиг.1.
На Фиг.6 изображена схема системы улавливания паров топлива.
Адсорбер 1 СУПТ по Фиг.1 имеющий полый корпус 2 (Фиг.2), состоящий из нескольких частей, а именно: крышки 3, емкости (ловушки) 4 (Фиг.2, 3, 4) и дополнительной емкости (ловушки) 5 (Фиг.3, 5). На ловушках 4 и 5 расположены патрубки подвода паров топлива 6 и отвода паров топлива 7. На корпусе 2 адсорбера 1, расположен патрубок 8, связывающий внутреннее пространство корпуса 2 с окружающей атмосферой. Внутреннее пространство ловушек 4 и 5 имеет средства, соответственно 9 и 10 для связи с внутренним пространством корпуса 2. Во внутреннем пространстве корпуса 2, адсорбера 1 имеется адсорбирующее вещество 11 (Фиг.2), представляющее собой, например, активированный уголь. Адсорбирующее вещество 11 расположено между двумя газопроницаемыми прокладками 12 и 13. Топливный бак 14 (Фиг.6) соединен трубопроводом 15 с патрубком подвода паров топлива 6, расположенным на ловушке 4 корпуса 2. Впускная труба 16 ДВС соединена с помощью паропровода 17 с патрубком отвода паров топлива 7, расположенным на дополнительной ловушке 5, корпуса 2. Паропровод 17 разделен клапаном продувки адсорбера 18. В ловушке 4 имеется конденсат 19, в дополнительной ловушке 5 имеется конденсат 20. Патрубок 8 соединен соосно с трубкой 21, проходящей во внутреннее пространство корпуса 2.
Адсорбер СУПТ работает обычным образом. При стоянке ТС и неработающем ДВС, воздух и легкие фракции газообразных углеводородов (пары бензина), образующиеся под воздействии окружающей температуры в бензобаке 14 (Фиг.6), поступают в трубопровод 15 и далее проходят через патрубок подвода паров топлива 6, расположенный на ловушке 4, в ловушку 4. Затем пары топлива из ловушки 4, через средство соединения 9 ее внутреннего объема (в данном случае это калиброванное отверстие), поступают во внутренний объем корпуса 2, адсорбера 1. Далее пары топлива проходят через газопроницаемую прокладку 12 и поглощаются (адсорбируются) адсорбирующим веществом 11. Газопроницаемые прокладки 12 и 13 служат для предотвращения высыпания (если это сыпучее, гранулированное адсорбирующее вещество 11), например активированного угля, в ловушку 5, в патрубок отвода 7 паров топлива и в паропровод 17, что может привести к засорению клапана продувки адсорбера и выходу его из строя. Физические явления "адсорбция", "десорбция" и процесс поглощения газов адсорбирующими веществами известны и описаны в научной и технической литературе. Движение паров топлива из бензобака 14 к адсорбирующему веществу 11 адсорбера 1 показано стрелками (Фиг.4, 6).
Кроме паров топлива и воздуха к адсорберу 1 по трубопроводу 15 движется и конденсат (жидкое углеводородное топливо) за счет давления газа внутри топливного бака 14 больше атмосферного. Причиной увеличения давления газа в топливном баке 14 является повышенное парциальное давление, созданное углеводородами топлива, за счет повышения окружающей температуры. Конденсат образуется в трубопроводе 15 под влиянием в основном условий окружающей среды (температуры, давления), подходящих для процесса конденсации. Количество конденсата зависит от геометрии трубопровода (диаметра, длины), материала и других факторов (например, наличия центров конденсации). Таким образом конденсат 19, двигаясь под воздействием давления в топливном баке 14, по трубопроводу 15, попадает через патрубок подвода паров 6, расположенный на ловушке 4, внутрь этой ловушки 4. Пары топлива, совершая одновременное с конденсатом движение по трубопроводу 15, как уже отмечалось, проходят через патрубок подвода паров 6, внутреннее пространство ловушки 4, калиброванное отверстие 9, газопроницаемую прокладку 12 во внутреннее пространство корпуса 2, адсорбера 1 к адсорбирующему веществу 11, где и поглощается им.
При включении ДВС и его работе во впускной системе 16 (Фиг.6) за дроссельной заслонкой создается разрежение (давление газа меньшее атмосферного). Это заставляет воздух из атмосферы проходить в корпус 2 адсорбера 1 через патрубок 8, связывающий внутреннее пространство корпуса 2 с окружающей атмосферой. Далее атмосферный воздух проходит по трубке 21 через газопроницаемую прокладку 13 и через адсорбирующее вещество 11 по всему его объему. При этом воздухом захватываются пары топлива (газообразные углеводороды), продувая (десорбируя) адсорбирующее вещество 11. Далее пары топлива и воздуха, через средство 10 дополнительной емкости 5 (Фиг.5) поступают во внутреннее пространство дополнительной емкости 5, откуда проходят в патрубок отвода паров топлива 7. Далее пары топлива проходят по паропроводу 17 к клапану продувки адсорбера 18 и во впускную трубу 16 ДВС. Пары топлива, смешиваясь с воздухом, образуя при этом рабочую смесь, сгорают в цилиндрах ДВС. Подвод паров топлива и воздуха из адсорбера 1 к впускной трубе 16 ДВС осуществляется за дроссельной заслонкой ДВС, в месте с наибольшим значением разрежения. Клапан продувки адсорбера 18 необходим для осуществления точного дозирования паров топлива и воздуха, поступающих из адсорбера 1 для сгорания в ДВС. Клапан продувки адсорбера 18 управляется специальным электронным устройством (не показан). Движение продувочного воздуха от адсорбера 1 к впускной трубе 16 ДВС показано двойной стрелкой (Фиг.5, 6). При работе ДВС часть топливного пара, проходя по паропроводу 17, сконденсируется (при условиях описанных выше). Если клапан продувки адсорбера 18 и впускная труба 16 ДВС расположены геодезически выше, чем адсорбер 1, то сконденсированные пары (жидкая фаза углеводородов топлива) 20 пойдут в обратном направлении от впускной трубы 16 ДВС к адсорберу 1 и попадут в дополнительную ловушку 5, а не на адсорбирующее вещество 11, что сохранит работоспособность (поглощающую способность) адсорбирующего вещества 11. Количество конденсата 20 будет зависеть от параметров паропровода 17, описанных выше, в частности в большой степени от длины паропровода 17. Патрубок отвода паров 7 и средство связи 10 расположены на максимальном расстоянии по высоте от уровня конденсата 20 с целью предотвращения попадания конденсата 20 на адсорбирующее вещество 11. Проходное сечение средства 9 и 10 (в данном случае калиброванных отверстий) сравнимо или больше проходных сечений патрубков подвода паров 6 и отвода паров 7. Это необходимо во избежание создания дополнительного гидравлического сопротивления при прохождении паров топлива через указанные отверстия внутрь корпуса 2, адсорбера 1. Конденсат 19 и 20, находящийся в ловушке 4 и дополнительной ловушке 5 соответственно, со временем испарится и поглотится адсорбирующим веществом 11. Крышка 3 герметично присоединяется к корпусу 2 адсорбера 1 после заполнения внутреннего пространства корпуса 2 адсорбирующим веществом 11, установки газопроницаемых прокладок 12, 13 и трубки 21.
Таким образом, введение дополнительной емкости 5 (ловушки) в продувочную магистраль (паропровод 17, патрубок отвода паров топлива 7) предотвращает попадание конденсата (жидкого углеводородного топлива) на адсорбирующее вещество, что и создает положительный эффект, т.к. сохраняет исходную поглощающую способность адсорбера СУПТ.
1. Адсорбер системы улавливания паров топлива, содержащий полый корпус, состоящий из нескольких частей, одной из которых является емкость (ловушка) для сбора конденсата (жидкого углеводородного топлива), во внутреннем пространстве другой части корпуса размещено адсорбирующее вещество, на наружной поверхности части корпуса расположены три патрубка: подвода паров топлива к адсорбирующему веществу, отвода паров топлива от адсорбирующего вещества и патрубок, связывающий внутреннее пространство корпуса с окружающей атмосферой, а внутреннее пространство емкости имеет средство для связи с внутренним пространством корпуса, где находится адсорбирующее вещество, отличающийся тем, что корпус снабжен дополнительной емкостью (ловушкой), внутреннее пространство которой имеет средство для соединения с внутренним пространством части корпуса, в котором размещено адсорбирующее вещество, при этом патрубок отвода паров топлива от адсорбирующего вещества расположен на дополнительной емкости (ловушке).
2. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что средством соединения внутреннего пространства дополнительной емкости с внутренним пространством части корпуса, где размещено адсорбирующее вещество, является калиброванное отверстие.
3. Адсорбер по п.2, отличающийся тем, что величина проходного сечения калиброванного отверстия составляет не менее величины проходного сечения патрубка отвода паров топлива от адсорбирующего вещества.
