[发明专利]燃料蒸汽存储和回收设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料蒸汽存储和回收设备，用于减少来自机动车辆的蒸发排放。近年来，包括有燃料蒸汽存储罐的燃料蒸汽存储和回收设备在现有技术中是众所周知的。在许多内燃机中使用的汽油燃料是非常易挥发的。主要是由于车辆燃料箱的通风而在具有内燃机的车辆中出现燃料蒸汽的蒸发排放。当车辆停放时，温度或压力的变化使得空气中载有从燃料箱逸出的碳氢化合物。一些燃料必然蒸发到燃料箱内的空气中，由此形成蒸汽的形式。如果允许从燃料箱排放的空气不经处理就流入大气，那么该空气必然携带有燃料蒸汽。关于车辆燃料系统可以排放多少燃料蒸汽政府定有规章。

背景技术

通常，为了防止燃料蒸汽损失到大气中，汽车的燃料箱通过管道通风排出到碳罐中，该碳罐容纳有合适的燃料吸附材料，例如活性碳。大表面面积的活性碳颗粒被广泛使用，并且暂时性地吸收燃料蒸汽。

当车辆长期停止运转时以及当车辆补给燃料且载有蒸汽的空气从燃料箱中排出(补给燃料排放)时，包括有燃料蒸汽存储罐(所谓的碳罐)的燃料蒸汽存储和回收设备必须应对燃料蒸汽排放。

在用于欧洲市场的燃料回收系统中，因为补给燃料排放一般不通过碳罐排出，所以补给燃料排放通常不起重要的作用。然而，在用于北美市场的一体的燃料蒸汽存储和回收系统中，这些补给燃料排放还是通过碳罐排出。

由于碳罐中吸附剂的特性，显然碳罐具有有限的填充量。通常希望碳罐具有高的碳工作容量，然而，对于设计目的而言还希望碳罐具有较小的体积。为了确保碳罐总是具有足够的碳工作容量，在内燃机运转的情况下，通常通过碳罐的燃料蒸汽出口从发动机的进气系统向罐的内部施加一定的负压。这样，使得大气空气通过大气空气进口进入碳罐，以便吸收(pick up)捕集的燃料蒸汽，并且通过燃料蒸汽出口将该燃料蒸汽携带至发动机的进气系统的进气歧管。在这个罐脱附(purge)模式期间，存储在碳罐中的燃料蒸汽在内燃机中燃烧。

尽管现代燃料蒸汽存储和回收系统非常有效，但是仍然会允许残留的碳氢化合物排放到大气中。尤其是当在碳罐的大气通风口与吸附剂之间存在高的碳氢化合物浓度梯度时，通过扩散来推动这些所谓的“逃逸排放(bleed emission)”(昼间呼吸损失/DBL)。当能够降低碳氢化合物浓度梯度时，可以显著地减少逃逸排放。很显然这可以通过增大碳罐的工作容量来实现。

然而，还应当清楚，存储在碳罐中的碳氢化合物仅仅只有一定的百分比能够在脱附期间被有效地脱附或排出。这对于仅仅只能有有限的时间用于进行脱附的汽车而言是个问题，例如，内燃机的运转模式较短的电混合动力车(electro hybrid car)。

使用所谓的包含大量乙醇的弹性燃料(flexi fuel)存在另一个问题。乙醇是高挥发性燃料，具有比较高的蒸汽压力。例如，目前在市场上所谓的E10燃料(10％的乙醇)具有最高的蒸汽发生。这意味着碳罐从燃料箱中吸收的燃料蒸汽量极高。另一方面，在传统碳罐的正常脱附模式期间，仅仅只有一定百分比的燃料蒸汽吸收量可以被排出。结果，较快地耗尽普通碳罐的燃料蒸汽容量。然后，全负荷碳罐的逃逸排放通常增大到超过法律规定的排放值的程度。

为了改进脱附模式期间的脱附去除率，已经提出了几种使用所谓脱附加热器的蒸汽存储和回收装置。通过加热经由大气空气进口进入罐中的大气空气，显著地增强去除在吸附剂的微孔中捕集的碳氢化合物的效率。

例如，US6,230,693B1公开了一种蒸发排放控制系统，其用于通过提供辅助罐来降低从车辆排放的燃料蒸汽量，该辅助罐与蒸发排放控制系统的存储罐一起操作。该存储罐包括第一吸附材料并且具有与该第一吸附材料连通的通风口。辅助罐包括封闭件、第一和第二通道、加热器以及连接器。在封闭件内侧，第二吸附材料与加热器完全接触。在控制系统的操作的再生阶段，加热器可以用来加热第二吸附材料和经过的脱附空气。这使得第二和第一吸附材料能够更加容易地释放在该操作的之前的存储阶段期间吸收的燃料蒸汽，使得该燃料蒸汽能够在燃烧期间进行燃烧。

此外，根据US6,230,693的蒸发排放控制系统的存储罐包括两个通过流动通道并排连接的燃料蒸汽存储舱室。具体地，罐的隔开实际上意味着流动限制。因为流过罐的驱动压力非常低，所以将流动限制保持最小是重要的设计考虑。

发明内容