一種汽油蒸汽排放控制裝置的製作方法

2023-05-27 01:59:06 4

專利名稱：一種汽油蒸汽排放控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃用汽油的內燃機，以及以汽油發動機為動力的動力裝置。
技術背景
汽油發動機是汽車、摩託車、通用動力機械等常用的原動機之一，其汽油從油 箱蒸發出的汽油蒸汽是對大氣環境非常有害的HC排放的主要來源之一。近年來，對汽 車的汽油蒸汽排放，很多國家實施了控制法規，對摩託車和通用動力機械，也有部分國 家開始實施控制法規，因此，如何以最低的成本減少這些汽油蒸汽排放，成為了有關行 業的核心主題之一。特別是，對於摩託車和通用動力機械，因為產品本身附加值比汽車 低很多，結構也要更為緊湊，所以汽油蒸汽排放控制系統的成本和佔用空間的控制非常 關鍵。
在汽車上，常用活性炭罐吸附汽油溫度上升過程中產生的汽油蒸汽，在發動機 運行後又通過發動機進氣需要的新鮮空氣來脫附活性炭罐，從而控制汽油蒸汽排放達到 有關法規標準。這樣的系統需要設計與油箱容積相匹配的活性炭罐容積，以及脫附控制 裝置，否則，如果活性炭罐的循環吸附能力小於在一個循環周期中產生的汽油蒸汽量， 那麼就會有多餘的汽油蒸汽量排入大氣。因此，汽車用活性炭罐系統比較複雜，活性炭 罐體積較大，同時需要設計各種控制裝置，還要採用為防止車輛傾斜或翻倒狀態下的燃 油大量洩漏所用的傾倒截止閥。這使汽車用汽油蒸汽排放控制系統更為複雜，成本也很 高，體積也較大，在摩託車及小型汽油發動機動力裝置上完全照搬有一定困難。發明內容
本發明之目的在於提供一種簡單有效的低成本汽油蒸汽排放控制系統，尤其適 用於汽油油箱容積較小的摩託車及小型汽油發動機動力裝置。
本發明之另一個目的在於減小大容積汽油箱所用的活性炭罐體積，降低汽油蒸 汽排放控制系統在結構緊湊的摩託車及小型汽油發動機動力裝置上的布置設計難度。
本發明之目的通過下列技術方案達到，即一種汽油蒸汽排放控制裝置，包括 汽油油箱、油箱呼吸管路、油汽分離器、雙向壓力控制閥，其特徵在於，所述油箱能夠 承受的內部最大壓力為Pmax，所述雙向壓力控制閥在向外方向打開的正向最小壓差為一 預設壓力Pout，Pout小於Pmax、但大於油箱內部液體所能夠產生的最大重力壓力，而 在向內方向打開的反向最小壓差為Pin，所述雙向壓力控制閥串接在所述油箱呼吸管路 中，位於所述油汽分離器的下遊，所述油箱與外界的呼吸通過所述雙向壓力控制閥進行 控制，在所述油箱傾倒或翻轉時，所述雙向壓力控制閥限制汽油通過呼吸管路向外大量 洩漏。
根據上述技術方案，汽油蒸汽產生後首先被封存在油箱內部，只有油箱內部壓 力(表壓)大於預設壓力Pout時，汽油或汽油蒸汽才會通過所述雙向壓力控制閥從油箱 呼吸管路排出，因此，只要設計Pout大於或接近於汽油由於溫度上升而可能產生的壓力升高值，就基本能夠保證汽油蒸汽很少從油箱呼吸管路排出，達到控制汽油蒸汽排放的 目的。
附圖1為封閉的汽油油箱內部壓力隨汽油溫度上升時的變化曲線舉例，其中， 由於氣體(空氣和汽油蒸汽)熱漲產生的壓力變化與溫度變化成正比，由於汽油蒸發物飽 和壓力的變化而產生的壓力變化與溫度變化近似為指數關係，總壓力變化為兩者之和。 圖中的飽和壓力曲線為一符合中國汽油夏季用油標準的典型汽油的數值，其雷德飽和蒸 氣壓接近標準規定的上限值74kPa，代表了揮發性好的汽油。圖中已經假定在15°C時蓋 上油箱蓋，這時油箱內的壓力等於外部大氣壓力，即油箱內部表壓力為零。
由附圖1可知，如果將汽油油箱設計為能夠承受的最大內部壓力Pmax大於 95kPa,那麼，在汽油溫度小於等於40°C的情況下，可以通過設計所述雙向壓力控制閥的 正向打開預設壓力Pout = 95kPa，來保證不會產生汽油蒸發物向外部的排放。實際上，日 常使用的晝夜溫度變化導致的汽油溫度的變化不可能達到25°C之大，一般也就5-10°C， 因此，一般不需要設計Pout達到50kPa以上。Pout = 15kPa就可以保證在汽油溫度小於 30°C的情況下基本不會向外排出汽油蒸汽。
油箱內部液體所能夠產生的最大重力壓力等於油箱長寬高尺寸中的最大值對應 的液體重力壓力，一般不會超過7.3kPa(l米高度液體汽油產生的重力壓力)，所以，一般 可以設計Pout= 7.5-50kPa。這樣，即使油箱傾倒或翻轉從而導致油箱內汽油重力壓力 施加到油箱呼吸管路，所述雙向壓力控制閥一般也不會打開，即使打開也會在流出一些 油後關閉，從而限制了汽油通過呼吸管路向外的大量洩漏。這樣，就能夠省略汽車上常 用的傾倒截止閥。
油箱溫度降低或汽油被發動機不斷消耗時，油箱內部壓力會逐漸減小，可能出 現一定的真空度，為了防止由於這個真空度過大而破壞油箱，或影響油箱向發動機的燃 油供應，必須限制油箱內真空度大小，這通過設計雙向壓力控制閥的向內方向打開的反 向最小壓差為Pin來保證。Pin —般為0.1_5kPa。
下列技術方案可對本發明進行進一步改進或限定。
所述油箱能夠承受的內部壓力Pmax大於15kPa，所述雙向壓力控制閥在向外方 向打開的正向最小壓差Pout在IOkPa到15kPa之間，而在向內方向打開的反向最小壓差 Pin在0.1到2kPa之間。
根據上述技術方案，油箱只要能夠承受15kPa以上的內部壓力即可。一般的汽 油機用油箱，其設計使用內部壓力都大於15kPa，在30kPa作用下也不應損壞或嚴重變 形。因此，這個方案基本不需要重新設計汽油油箱的耐壓能力。
根據本發明所述的汽油蒸汽排放控制裝置，在所述雙向壓力控制閥的下遊、油 箱呼吸管路的另一埠上，也可以設置一個汽油蒸汽吸附裝置以及在發動機運轉時利用 發動機進氣對所述汽油蒸汽吸附裝置進行脫附的脫附裝置，所述吸附裝置為一個活性炭罐。
根據上述技術方案，所述活性炭罐能夠進一步防止雙向壓力控制閥正向打開時 排出的少量汽油蒸汽直接排到大氣中，從而進一步減少了汽油蒸汽的排放。反過來說， 由於設置了所述活性炭罐，可以將雙向壓力控制閥正向打開的預設壓力Pout設計得較小 一些，以降低油箱的製造成本。由於雙向壓力控制閥仍然起較大的作用，這裡的活性炭罐容積要比沒有考慮壓力封存汽油蒸汽的系統中的活性炭罐容積要小很多，從而有利於 在摩託車或動力裝置上布置，也能夠降低系統成本。
對本發明所述汽油蒸汽排放控制裝置的進一步改進還包括，所述雙向壓力控制 閥包括兩個互為相反方向安裝的彈性橡膠閥芯、安裝閥芯的兩個並列安裝孔、以及處於 安裝孔周邊的至少一個流通孔，所述閥芯的一個端部設有閥帽，閥芯安裝在安裝孔上， 使所述閥帽有一定的預緊力封蓋住所有流通孔，從而使每個閥只在其相應方向的壓力差 大於其預設值時才能打開通流。
上述技術方案的特點在於兩個單向閥尺寸小，密封性好，結構簡單可靠。
對本發明所述汽油蒸汽排放控制裝置的另一個改進包括，所述雙向壓力控制閥 包括一個由閥片和一個預緊彈簧組成的正向單向閥、一個安裝在所述閥片上的同軸反向 橡膠閥芯，所述閥片上設有橡膠閥芯安裝孔和至少一個流通孔，所述橡膠閥芯的一個端 部設有閥帽，閥芯安裝到安裝孔上後產生一定的預緊力封蓋住所述流通孔，每個閥只在 其相應方向的壓力差大於其預設值時才能打開通流。
上述技術方案的特點在於兩個單向閥同軸布置，尺寸小，正向開啟壓力取決於 彈簧預緊力，易於設計較大的開啟壓力，且不受橡膠材料老化的影響。
總而言之，本發明的益處在於，提供了一種簡單有效的低成本汽油蒸汽排放控 制系統，尤其適用於汽油油箱容積較小的摩託車及小型汽油發動機動力裝置；本發明還 減小了大容積汽油箱所用的活性炭罐體積，使汽油蒸汽排放控制系統在結構緊湊的摩託 車及小型汽油發動機動力裝置上的布置設計更為容易。


圖1為封閉的汽油油箱內部壓力隨汽油溫度上升時的變化曲線舉例。
圖2為本發明方案之系統簡圖。
圖3為本發明實施例一之雙向壓力控制閥的結構圖。
圖4為本發明實施例二之雙向壓力控制閥的結構圖。
下面藉助這些附圖來詳細說明本發明。
具體實施方式
在附圖2所示的本發明的實施例中，汽油蒸汽排放控制系統包括發動機1、脫附 管路2、活性炭罐3、吸附管路4、雙向壓力控制閥5、汽油油箱6、油箱呼吸管路7、油 汽分離器8、以及發動機供油裝置9。
油汽分離器8位於汽油油箱6的最高位置，其功能是防止正常使用過程中液體燃 油進入油箱呼吸管路7 ；除圖示的油箱呼吸管路7通過雙向壓力控制閥5及活性炭罐3與 外界通流氣體，以及通過發動機供油裝置9向外供液體燃油外，汽油油箱6在使用過程中 始終處於封閉狀態；雙向壓力控制閥5控制汽油油箱6的呼吸，其從汽油油箱6向吸附管 路4方向的打開壓力Pout大於汽油油箱6內部液體所能夠產生的最大重力壓力，但小於 汽油油箱6能夠承受的內部最大壓力Pmax，例如對於一般汽油機油箱Pmax > = 15kPa, 可以設計為Pout= 15kPa;雙向壓力控制閥5在從吸附管路4向汽油油箱6的反方向的打 開壓力Pin —般很小，例如可以設計為Pin = 0.5kPa。
當外界溫度變化導致汽油溫度升高時，汽油油箱6的內部壓力將增加，但在該 壓力達到Pout之前，汽油油箱6中的汽油蒸發物不會向外部排放。只有當汽油油箱6的 內部壓力大於Pout時，雙向壓力控制閥5才向外打開，汽油油箱6向外呼氣，以防止汽 油油箱6因內部壓力過大而損壞，一旦汽油油箱6的內部壓力降低到Pout，則雙向壓力控 制閥5將重新關閉。由附圖1的汽油油箱內部壓力隨汽油溫度上升時的變化曲線可知， 在30°C以下，溫度變化引起的壓力變化一般不會超過15kPa，因此汽油油箱6排放出的汽 油蒸發物將得到有效控制。
當外界溫度變化導致汽油溫度降低或燃油被發動機不斷消耗時，汽油油箱6的 內部壓力會逐漸降低，甚至產生負壓，當其真空度大於Pin時，雙向壓力控制閥5向內打 開，汽油油箱6向內吸入空氣，從而防止了汽油油箱6因內部真空度過大而損壞，也防止 了因汽油油箱6內部真空度過大而影響發動機供油裝置9的正常工作。
發動機供油裝置9包括化油器及其管路、或電噴裝置及其管路；活性炭罐3用於 吸附存儲當汽油油箱6的內壓力高於Pout時通過雙向壓力控制閥5從汽油油箱6排出的 汽油蒸汽，也可以吸附存儲來自化油器(圖中未畫出)的透氣孔的汽油蒸汽；脫附管路2 連接活性炭罐3和發動機的進氣系統(例如節氣門體，圖中未畫出)，當發動機運行時， 發動機的進氣系統的部分進氣從脫附管路2吸入，這部分進氣來自於活性炭罐3的對外開 口 10，這部分進氣在通過活性炭罐3時，將把活性炭罐3上吸附的汽油蒸汽帶入發動機燃 燒掉，完成活性炭罐3的脫附。這個方案將進一步減小向大氣的汽油蒸汽排放。
由於雙向壓力控制閥5的開啟壓力對汽油油箱6內部汽油蒸汽的封存，實際排出 的汽油蒸汽將比沒有壓力封存或很低壓力(小於5kPa)封存的系統小很多，因此活性炭罐 3可以設計為很小的容積。對於容積較小的汽油油箱6，特別是容積較小的非外露式汽油 油箱6，因為從汽油油箱6實際排出的汽油蒸汽變得很小，所以甚至可以不需要活性炭罐 3來吸附，這時可以將吸附管路4直接連接到發動機的進氣系統。
如果汽油油箱6傾倒或翻倒，其中的燃油可能進入油箱呼吸管路7，燃油重力產 生的液體壓力將作用到雙向壓力控制閥5的向外方向，但由於這個壓力遠小於Pout，雙向 壓力控制閥5 —般情況下將保持關閉狀態，或者在打開短時間流出少量燃油後使汽油油 箱6內部壓力降低而關閉，因此能夠保證油箱傾倒或翻倒時的安全性。
本發明之汽油蒸汽排放控制系統所使用的雙向壓力控制閥5可以採用附圖3所示 的結構，主要包括外殼27、外殼36、閥座體35、正向閥芯39和反向閥芯四等，外殼27 和外殼36由金屬或塑料製成，通過螺紋或粘接或卡扣等連接為一個整體，將閥座體35固 定在其內腔中；外殼27上設有與脫附管路2或發動機1的進氣系統相連接的接嘴42，外 殼沈上設有與油箱呼吸管路7相連接的接嘴21 ；閥座體35上設有閥芯安裝孔02、34) 和流通孔04、30、31、37)，並將外殼27和外殼36形成的內腔分成左腔43和右腔44， 密封墊圈05、26)保證密封，使兩個內腔03、44)只有通過正向閥芯39或反向閥芯四 與閥座體35構成的單向閥才能夠連通。
正向閥芯39和反向閥芯四都由彈性軟材料如橡膠製成，其結構相近，包括一個 閥帽(23或3 和一個凸起( 或38)，但預緊力和尺寸可以不同，並且在閥座體35上 的安裝方向相反；正向閥芯39從閥座體35的左平面41穿入閥芯安裝孔34，直到凸起38 穿出閥座體35的右平面40並因為凸起38的自由尺寸大於安裝孔34的直徑而固定，同時產生一定的彈性拉力使閥帽33的外邊緣緊貼在左平面41上，封蓋住流通孔(31、37)，使 閥帽33的內腔32與左腔43相隔離，而與右腔44始終保持連通；右腔44與左腔43的壓 力差大於Pout時，該壓力差產生的作用在閥帽33的向右方向的力將大於閥帽33作用在 左平面41上的彈性預緊力，從而使閥帽33的外邊緣離開左平面41，使左腔43與閥帽33 的內腔32相連通，右腔44內的流體就會通過流通孔31和37流向左腔43;右腔44與左 腔43的壓力差小於Pout或為負值時，閥帽33的外邊緣將始終緊貼在左平面41上，封蓋 住流通孔(31、37)，正向閥關閉。
反向閥芯四從閥座體35的右平面40穿入閥芯安裝孔22，直到凸起觀穿出閥座 體35的左平面41並因為凸起觀的自由尺寸大於安裝孔22的直徑而固定，同時產生一定 的彈性拉力使閥帽23的外邊緣緊貼在右平面40上，封蓋住流通孔04、30)；與上述正 向閥芯39相反，在左腔43與右腔44的壓力差大於Pin時，反向閥芯四的閥帽23的外 邊緣將被該壓力差作用到離開右平面40，左腔43的流體就會通過流通孔M和30流向右 腔44 ；在左腔43與右腔44的壓力差小於Pin或為負值時，閥帽23將始終封蓋住流通孔 (31、37)，反向閥關閉。
本發明之汽油蒸汽排放控制系統所使用的雙向壓力控制閥5也可以採用附圖4所 示的結構，相同編號的部分與圖3的實施例相同，主要包括外殼27、外殼36、閥片(閥 座體)54、彈簧52、密封墊片56和反向閥芯四等，外殼27和外殼36由金屬或塑料制 成，通過螺紋或粘接或卡扣等連接為一個整體，密封墊圈沈保證密封；外殼27上設有與 脫附管路2或發動機1的進氣系統相連接的接嘴42，外殼沈上設有與油箱呼吸管路7相 連接的接嘴21;閥片(閥座體)54上設有反向閥芯安裝孔22和流通孔04、30)，閥片 (閥座體) 上還設有正向閥封口 55，預壓緊彈簧52套裝在限位凸臺51和53上，給閥 片(閥座體) 施加壓力，保持正向閥封口 55緊貼密封墊片56，形成正向單向閥；彈簧 52的預緊力和正向閥封口 55的面積決定正向閥打開的最小正向壓差Pout ；與圖3的實施 例完全相同，反向閥芯四與閥片(閥座體) 形成反向單向閥；因此，外殼27和外殼 36形成的內腔被分成左腔43和右腔44，它們只有通過正向單向閥或反向單向閥才能夠連ο
本發明之汽油蒸汽排放控制系統，適用於以汽油為燃料的汽車、摩託車、 ATV,通用動力裝置等，尤其適用於油箱容積較小的摩託車和通用動力裝置。
上述實施例的目的是為了說明本發明，但並不限定本發明。凡利用本發明之構 思和精神實質進行的、對於本領域普通專業技術人員而言顯而易見的改變設計，仍然屬 於本發明之權利要求的保護範圍。權利要求
1.一種汽油蒸汽排放控制裝置，包括汽油油箱、油箱呼吸管路、油汽分離器、雙向 壓力控制閥，其特徵在於，所述油箱能夠承受的內部最大壓力為Pmax，所述雙向壓力控 制閥在向外方向打開的正向最小壓差為一小於Pmax、但大於油箱內部液體所能夠產生的 最大重力壓力的預設壓力Pout，而在向內方向打開的反向最小壓差為Pin，所述雙向壓力 控制閥串接在所述油箱呼吸管路中，位於所述油汽分離器的下遊，所述油箱與外界的呼 吸通過所述雙向壓力控制閥進行控制，在所述油箱傾倒或翻轉時，所述雙向壓力控制閥 限制汽油通過呼吸管路向外大量洩漏。
2.如權利要求1所述汽油蒸汽排放控制裝置，其特徵在於，所述油箱能夠承受的內 部壓力Pmax大於15kPa，所述雙向壓力控制閥在向外方向打開的正向最小壓差Pout在 IOkPa到15kPa之間，而在向內方向打開的反向最小壓差Pin在0.1到2kPa之間。
3.如權利要求2所述汽油蒸汽排放控制裝置，其特徵在於，在所述雙向壓力控制閥的 下遊、油箱呼吸管路的另一埠上設置一個汽油蒸汽吸附裝置，以及在發動機運轉時利 用發動機進氣對所述汽油蒸汽吸附裝置進行脫附的脫附裝置，所述吸附裝置為一個活性 炭罐。
4.如權利要求2或3所述汽油蒸汽排放控制裝置，其特徵在於，所述雙向壓力控制閥 包括兩個互為相反方向安裝的彈性橡膠閥芯、安裝閥芯的兩個並列安裝孔、< 以及處於安 裝孔周邊的至少一個流通孔，所述閥芯的一個端部設有閥帽，閥芯安裝在安裝孔上，使 所述閥帽有一定的預緊力封蓋住所有流通孔，從而使每個閥只在其相應方向的壓力差大 於其預設值時才能打開通流。
5.如權利要求2或3所述汽油蒸汽排放控制裝置，其特徵在於，所述雙向壓力控制閥 包括一個由閥片和一個預緊彈簧組成的正向單向閥、一個安裝在所述閥片上的同軸反向 橡膠閥芯，所述閥片上設有橡膠閥芯安裝孔和至少一個流通孔，所述橡膠閥芯的一個端 部設有閥帽，閥芯安裝到安裝孔上後產生一定的預緊力封蓋住所述流通孔，每個閥只在 其相應方向的壓力差大於其預設值時才能打開通流。
全文摘要
一種汽油蒸汽排放控制裝置，包括汽油油箱、油箱呼吸管路、油汽分離器、雙向壓力控制閥，其特徵在於，所述油箱能夠承受的內部最大壓力為Pmax，所述雙向壓力控制閥在向外方向打開的正向最小壓差為一預設壓力Pout，Pout小於Pmax、但大於油箱內部液體所能夠產生的最大重力壓力，而在向內方向打開的反向最小壓差為Pin，所述雙向壓力控制閥串接在所述油箱呼吸管路中，位於所述油汽分離器的下遊，所述油箱與外界的呼吸通過所述雙向壓力控制閥進行控制，在所述油箱傾倒或翻轉時，所述雙向壓力控制閥限制汽油通過呼吸管路向外大量洩漏。
文檔編號F02M25/08GK102022230SQ200910152850
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月22日 優先權日2009年9月22日
發明者俞雲祥, 周家榮, 楊延相, 郗大光, 金中國 申請人:浙江飛亞電子有限公司, 浙江鼎立實業有限公司