燃料蒸汽存储器

摘要

本发明涉及一种供汽车蒸发燃料蒸汽排放控制系统使用的燃料蒸汽存储罐，例如碳罐。所述罐包括：壳体，其限定内壁和外壁；第一燃料蒸汽存储室，其设置在由所述内壁限定的空间内；以及第二燃料蒸汽存储室，其经由空气流动通路与第一燃料蒸汽存储室流体连通，其中，空气流动通路包括这样的区段，所述区段设置成通过壳体的内壁和外壁之间并提供热交换功能。由此在罐净化期间在第二燃料蒸汽室中通过吸热式解吸而被冷却的空气在它抵达第一燃料蒸汽室之前可被包围外壁的周围空气(或其他热物质)来加热，由此提供在第一燃料蒸汽室内更有效的解吸。同样在罐加载期间通过第一燃料蒸汽室内的放热式吸收而被加热的空气可在抵达第二燃料蒸汽室之前被周围空气冷却，由此提供在第二燃料蒸汽中更有效的吸收。

权利要求

1.吸收罐，用于控制来自汽车燃料箱的排放，所述吸收罐包括：活性碳的环形的第一吸附床（14），其构造用于端部到端部的流动并且具有侧壁（54）和中心壁（62、64、66），所述中心壁限定所述吸收罐的从第一吸附床的一端到另一端延伸的内部通道；与第一吸附床（14）的第一端连通的燃料箱端口（10）和净化端口（12），用于连接至燃料箱蒸汽管路（11）和发动机净化管路（13）；位于所述内部通道中的活性碳的第二吸附床（20）；流动通道（18），所述流动通道与第一吸附床（14）的第二端以及与第二吸附床（20）的第一端连通，用于将第一和第二吸附床串联连接；其中，所述流动通道（18）包括热交换器（60），所述热交换器构造成使第一吸附床和周围空气之间进行换热，所述热交换器被内部分隔成在第一吸附床的外壁上以蜿蜒路径（60a～60d）引导空气。

2.根据权利要求1所述的吸收罐，其中，热交换器（60）的内部分隔件（104、106、108）构造成使得气体在所述侧壁（54）的表面上形成两次、四次或六次通行。

3.根据权利要求1所述的吸收罐，其中，所述内部通道的和第二吸附床的壁（62、74）限定第一和第二吸附床（14、20）之间的空气空间（78）。

4.根据权利要求2所述的吸收罐，其中，所述内部通道的和第二吸附床的壁（62、74）限定第一和第二吸附床（14、20）之间的空气空间（78）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的吸收罐，还包括第三吸附床（26）和将第二和第三吸附床串联连接的第二流动通道（24）。

6.根据权利要求5所述的吸收罐，其中，第三吸附床（26）位于内部通道内，或第三吸附床（26）从内部通道的端部突出。

7.根据权利要求6所述的吸收罐，其中，另外的分隔件（101、103）使第二空气路径（24a～24c）折叠成使空气在第二和第三吸附床（20、26）之间形成三次通行。

8.根据权利要求6所述的吸收罐，其中，加热器（120）串联连接在第三吸附床（26）和内部通道的出口（28）之间。

9.根据权利要求8所述的吸收罐，其中，加热器（120）包括一个或多个管状碳单块。

10.车辆燃料箱，具有与其连接的根据权利要求1至9中任一项所述的吸收罐。

11.根据权利要求10所述的燃料箱，所述燃料箱用于客车。

12.根据权利要求10或11所述的燃料箱，所述燃料箱用于内燃/电动混合动力车辆。

说明书

燃料蒸汽存储器

技术领域

[0001] 本发明涉及减少汽车蒸发排放，而且更具体地涉及设置用于针对该目的装配于机动车辆的燃料蒸汽存储罐；涉及具有将这种罐装配于其上的机动车辆；以及涉及利用这种罐控制来自车辆燃料箱的燃料蒸汽排放的方法。本发明也说明在2008年9月22日提交的英国专利申请No.0817315.5中，该申请全部公开内容通过引用而结合在本文中。

背景技术

[0002] 机动车辆燃料（例如用于汽车的汽油）是比较易挥发的，而且一般希望减少逸出到大气中的燃料蒸汽量。的确，在许多国家，存在自机动车辆可释放出的燃料蒸汽的量进行限制的法律。蒸发燃料排放主要是由于自车辆燃料箱中排泄而产生的。因为燃料是易挥发的，所以燃料箱内的空气将通常大量地含有燃料蒸汽，而且就是这种向大气逸出的空气是来自机动车辆的燃料蒸汽排放的主要来源。

[0003] 存在有两种主要类型的从燃料箱蒸发排放燃料蒸汽，即所谓的昼间换气损失（DBL）和加燃料损失。昼间换气损失（也称为“泄放”）通常在时间上相对缓慢地出现，例如当车辆停车时，随着温度和/或压力变化引起含有碳氢化合物的空气从所述燃料箱中逸出。加燃料损失在加燃料期间因燃料使空气从所述箱中移出而更快速地出现。除非采取措施来防止来自燃料箱的未处理的空气抵达大气，否则燃料蒸汽将消失于大气。

[0004] 由此周知的是将机动车辆设置成带有用于临时存储来自其燃料箱的燃料蒸汽的燃料蒸汽存储罐，例如以在它们出现时吸收泄放和加燃料损失（术语“吸收”当用在全文时，它应广义地解释成还包括“吸附”，除非上下文另有要求）。存储的燃料蒸汽可随后从燃料蒸汽存储罐中抽出并进入到车辆发动机中，以用于在车辆使用的同时燃烧。这些燃料蒸汽存储罐常称为“碳罐”。这是因为碳（例如活性碳）通常用作吸收材料，以用于存储包括燃料蒸汽在内的碳氢化合物。

[0005] 在针对欧洲汽车市场的燃料回收系统中，加燃料损失/排放未在碳罐设计中扮演这样重要的角色，因为在符合欧洲立法下这些加燃料排放一般未必经由碳罐来排出。然而，在一体化的燃料蒸汽存储系统及回收系统中（例如供北美汽车市场使用），加燃料排放是经由碳罐排出的，而且用于该市场的碳罐经常需要能处理这些相当更快的损失。

[0006] 对于要被密封的汽车燃料箱系统而言，这不切换实际。为了减少燃料蒸汽损失于大气，燃料箱由此经由含有合适燃料吸收材料的罐来进行排泄。高表面积的活性碳颗粒（或球团形式）广泛地用于临时吸收燃料蒸汽。由此当含燃料的空气的从燃料箱中排泄出时，它穿过罐且空气中的碳氢化合物含量因吸收到碳中而减少。这种燃料蒸汽吸收到罐中可称为“加载”。当车辆发动机运行时，罐经由管道连接于发动机的空气入口岐管。在入口岐管处的减少的压力用于从大气中将空气抽吸经过罐并且使在之前的加载阶段期间存储在罐中的燃料蒸汽从罐中的吸收材料中释放（解吸）并进入到已吸入到发动机的空气中，以用于燃烧。这个从罐中脱出已存储的碳氢化合物可称为“净化”。由此在正常使用时，随着燃料蒸汽接连地捕获在罐中并随后被释放来用于在车辆发动机中燃烧，碳罐经历一系列加载和净化循环。

[0007] US-A-6540814（Hiltzik等人，Westvaco）公开了那个当时包含一致容量的活性碳的罐系统，所述罐系统容易能够在吸附和空气净化再生循环期间俘获和释放100克的蒸汽。这些罐系统还被要求具有低流动限制，以适应在加燃料期间来自燃料箱的被移出的空气和碳氢化合物蒸汽的整体流。这些作者还公开了已颁布的要求相对应控制蒸汽的途径在方法上进行变化的规则。从罐中可允许的排放水平应减少到这样低的水平，以至于排放出的蒸汽的主要来源（燃料箱）不再是主要问题，因为当前常规的蒸发排放控制看起来已实现高效的脱出效率。然而问题现在是，在再生（净化）步骤之后，碳氢化合物作为残留的“渣滓”留在碳吸附剂自身上。这种排放通常在车辆已停放且在几天期限内经受昼间温度变化时发生，这通常称为“昼间换气损失”。加利福尼亚低排放车辆规范使得希望来自罐系统的这些昼间换气损失（DBL）排放对于自2003新产品年度开始的大量车辆而言低于10mg（“PZEV”）、而对于自2004新产品年度开始的更大量车辆而言低于50mg，通常低于20mg（“LEV-II”）。（“PZEV”和“LEV-II”为加利福尼亚低排放车辆规范的标准）。所公开的方案是设置有串联连接的第一、第二和第三吸附床的罐，且所述罐在罐的第三或排泄侧中具有吸附剂，所述吸附剂具有在容积基础上呈现平的吸附等温线的吸附剂。出于与横跨吸附床深度的净化效率相关的原因，这个等温形态是重要的。针对具有平坦吸附等温线的吸附剂而言，根据定义，与具有更陡倾等温线的吸附剂相比，碳氢化合物蒸汽的浓度在与已吸附的碳氢化合物的平衡中随着已吸附的碳氢化合物的脱出而进一步减少。由此当这种材料作为吸附容积用在罐的排泄侧区域上时，净化能将净化入口区中的蒸汽浓度减少至非常低的水平。因为就是靠近净化入口的蒸汽最终以泄放显现，所以减少这个浓度将降低泄放排放水平。

[0008] US-A-7114492（Reddy，GM Global Technology）公开了泄放排放问题在混合动力车辆中是尤其尖锐的。出于更好的燃料经济，混合动力车辆将汽油燃料内燃（IC）发动机和电动机组合。如将认识到的，在混合动力车辆中，在车辆操作期间内燃发动机关闭接近一半时间。因为碳罐净化仅在内燃发动机操作期间进行，此时已解吸的蒸汽可在发动机燃烧中被消耗，所以发生利用新鲜空气的碳罐净化小于混合动力车辆运行时间的一半。由此，尽管混合动力车辆几乎产生与常规车辆同等量的蒸发燃料蒸汽，但是它的更低的净化速率可能不足以从碳罐中除净已解吸的燃料，由此导致更多的蒸发泄放或穿透排放。所公开的方案将提供具有第一、第二和第三吸附床的罐（第三吸附床称为“洗涤器”并在净化阶段期间供给来自发动机废气的热，以促进脱出已解吸的碳氢化合物。

[0009] WO2009/080127（Catton等人，Kautex Textron，该公开内容通过引用而结合在本文中）考虑了由于采用所谓的灵活燃料引起的另一问题，灵活燃料包括相当多量的乙醇。乙醇是具有相当高蒸汽压力的高挥发性燃料。例如，所谓的E10燃料（10%乙醇）具有目前市场上最高的蒸汽生成。那意味着碳罐从燃料箱的燃料蒸汽的摄取量是极高的。另一方面，在常规碳罐的通常净化模式期间，仅某些百分比的燃料蒸汽摄取量可被排出。结果，普通碳罐的燃料蒸汽容量被较快地耗尽。完全加载的碳罐的泄放排放通常随后增加到超过法律下允许的排放值的程度。这些发明人旨在提供这样一种燃料蒸汽存储回收罐，其针对所谓的泄放排放进一步被改善，即其具有改善的昼间换气损失效率，而且还这样做成具有相对低的碳容积、但不过具有高工作容量的相对紧凑设计。该方案提供具有至少第一和第二吸附床的罐，第一和第二吸附床串联连接且所述床彼此通过空气间隙扩散障来彼此分离。尤是通过在若干个蒸汽存储室或若干个蒸汽存储床之间设置空气间隙隔离，朝碳氢化合物的更低浓度（即朝大气）的碳氢化合物扩散显著地缓慢下来，由此显著地减少了昼间换气损失。在燃料蒸汽存储装置的一个实施例中，至少第一和第二吸附床以同心关系布置，术语“同心”未必指的是吸附床具有圆形横截面。在另一实施例中，提供了一种净化加热器，净化加热器在净化期间被启动且导致显著提高内燃发动机操作期间的碳氢化合物脱出率。净化加热器可在净化加热器室中定位成直接与所述净化端口连通。有利地，净化加热器处于净化循环期间的空气流的上游端，而且为了增强从净化加热器到碳床中的热传递，有利的是，净化加热器室由吸附床以非绝热方式包围，由此允许热辐射到包围的床中并提高净化效率。

[0010] US-A-5743943（Mareda等人，Nippondenso）关心碳罐的制造，其中在不存在横跨罐的无法接受的压降情况下减少碳氢化合物蒸汽扩散。其公开了具有第一和第二吸附室的吸附罐，第一和第二吸附室以并列关系设置且通过具有交互区域的连通通道互联。然而，采用连通通道的交互区域仅是用于增加所述吸附室之间的扩散路径且它通过气体填充室而与第一和第二吸附床隔离。未提及将使用具有交互或其他非线性区域的流动路径来用作热交换器，以接收来自吸附床的通过热传导穿过所述床的壁的热。

发明内容

[0011] 本发明实现一种吸收罐，用于控制来自汽车燃料箱的排放，所述吸收罐包括：活性碳的环形的第一吸附床，其构造用于端部到端部的流动并且具有侧壁和中心壁，所述中心壁限定所述吸收罐的从第一吸附床的一端到另一端延伸的内部通道；与第一吸附床的第一端连通的燃料箱端口和净化端口，用于连接至燃料箱蒸汽管路和发动机净化管路；位于所述内部通道中的活性碳的第二吸附床；流动通道，所述流动通道与第一吸附床的第二端以及与第二吸附床的第一端连通，用于将第一和第二吸附床串联连接；其中，所述流动通道包括热交换器，所述热交换器构造成使第一吸附床和周围空气之间进行换热，所述热交换器被内部分隔成在第一吸附床的外壁上以蜿蜒路径引导空气。

[0012] 根据本发明的第一个方面，提供一种燃料蒸汽存储罐，包括：壳体，其限定内壁和外壁；第一燃料蒸汽存储室，其设置在由所述内壁限定的空间内；以及第二燃料蒸汽存储室，其经由空气流动通路与所述第一燃料蒸汽存储室流体连通，其中，所述空气流动通路包括设置在所述壳体的所述内壁和所述外壁之间通过的区段。

[0013] 设置成在所述壳体的所述内壁和所述外壁之间通过的所述空气流动通路的所述区段由此提供了用于使在所述通路内的空气与所述外壁之外的环境之间进行换热的热交换功能，所述环境可包括周围空气或散热器，诸如金属体和/或含有热石蜡的室。这个热交换功能性可有助于提高罐不仅在加载时而且在净化时的效率。这是因为加载过程在低温下更有效，但是吸收过程自身是放热的。根据本发明的实施例，在罐加载期间，由第一燃料蒸汽室内的放热式吸收而被加热的空气在抵达所述第二燃料蒸汽室来用于进一步蒸汽吸收之前，通过与所述罐的所述外壁相邻的所述通路。由此由在第一燃料蒸汽室中的放热式加载而被加热的空气可通过所述外壁与周围空气或其他包围所述罐的热质量/散热器的热传导而被冷却。因为含燃料蒸汽的空气在抵达所述第二燃料蒸汽室之前冷却，所以在所述第二燃料蒸汽室中的吸收过程可进行得更有效。类似地，净化过程在更高温度下更有效（由此采用图1设计中的加热器），但是解吸过程自身为吸热性的。根据本发明的实施例，在净化期间由所述第二燃料蒸汽室中的吸热式解吸而被冷却的空气在抵达所述第一燃料蒸汽室之前通过与所述罐的所述外壁相邻的所述通路。由此，在所述第二燃料蒸汽室中来自吸热式净化过程的冷却空气可通过穿过所述外壁与周围空气或其他围绕所述罐的热质量/散热器的热传导而被加热。因为用于净化的空气在抵达所述第一燃料蒸汽室之前被加热，所以在所述第二燃料蒸汽室中的解吸过程进行得更有效。此外，所述内壁和所述外壁之间的腔还更一般地起到绝热层的作用，以减少环境温度变化对所述罐的影响，例如减缓由增加温度引起的碳氢化合物扩散损失。

[0014] 所述内壁和所述外壁可以处于同心布置，例如所述内壁至少部分由所述外壁围住。这可有助于提供紧凑设计。在所述内壁和所述外壁之间通过的所述空气流动通路的所述区段的至少一部分可分成多个子区段，所述多个子区段通过连接在所述内壁和所述外壁之间的一个或多个流动转向壁而与它们各自相邻的子区段分隔开。这为在所述内壁和所述外壁之间的间隙内多次通行（之字形往复）的空气流动通路。这可为所述空气流动通路作为热交换器提供有效长度，所述有效长度要比所述罐的总特征尺寸大。这提供所述空气流动通路和所述罐环境之间的更有效的热交换，以及提供两个室之间的增加的扩散障长度。

[0015] 所述第一燃料蒸汽存储室的至少一部分可由所述内壁限定。此外，所述第一和第二燃料蒸汽存储室可处于同心布置，例如通过所述第二燃料蒸汽存储室至少部分地由所述第一燃料蒸汽存储室包围。这些方法再次可提供更紧凑的罐设计。与所述第二燃料蒸汽存储室由所述第一燃料蒸汽存储室包围的部分相比，在所述内壁和所述外壁之间通过的所述空气流动通路的所述区段的至少一部分可位于所述第一燃料蒸汽存储室的相对侧上。所述第一燃料蒸汽存储室可具有环形横截面，且所述空气流动通路的一部分可包括与所述第一燃料蒸汽存储室的端部相邻的对应环的至少一部分。所述空气流动通路的所述环形环部分可例如通过有孔壁而与所述第一燃料蒸汽存储室分隔开。这提供了用于使空气在所述空气流动通路和所述第一蒸汽存储室之间移动的有效传导端口。所述第一和第二燃料蒸汽存储室可包含碳基燃料吸收材料，诸如颗粒或球团形式的活性碳或多孔碳结构。

[0016] 所述燃料蒸汽存储罐还可包括第三燃料蒸汽存储室，所述第三燃料蒸汽存储室经由第二空气流动通路与所述第二蒸汽存储室连通。这可为所述罐提供更大的总存储容量，而且还提供了第二扩散障。所述燃料蒸汽存储罐还可包括加热器，所述加热器可操作成加热所述罐内的空气，例如加热器元件包在所述外壁周围，以在净化期间依然进一步加热所述空气流动通路中的空气。

[0017] 根据本发明的第二个方面，提供了一种用于控制来自车辆燃料箱的燃料蒸汽排放的方法，所述方法包括：设置燃料蒸汽存储罐，所述燃料蒸汽存储罐包括壳体、第一燃料蒸汽存储室以及第二燃料蒸汽存储室，所述壳体限定内壁和外壁，所述第一燃料蒸汽存储室设置在由所述内壁限定的空间内并联接于所述燃料箱，所述第二燃料蒸汽存储室与所述第一燃料蒸汽存储室流体连通；以及驱动空气在所述第一和第二燃料蒸汽存储室之间沿通过所述壳体的所述内壁和外壁之间的路径运动。

附图说明

[0018] 现在参照附图仅通过实例来将说明如何实施本发明，在附图中：

[0019] 图1a为示出根据本发明的蒸发排放罐的主要构件的方框图，而图1b和图1c示出了分别处于加载模式和净化模式下的图1a的罐；

[0020] 图2为从侧面且从稍上方看到的蒸发排放罐的实施例的视图；

[0021] 图3是图1a的罐的实际形式的示意图，所述图处于竖直横截面内且示出用于罐的工作或加载模式的气体流动；

[0022] 图4是罐的第一和第二吸附床之间的流体通道的多个部分的示意展开图，示出其内部分隔件以及以交互布置的流动通路，示出用于罐的工作或加载模式的流动以及针对那个模式标出的代表性温度；

[0023] 图5为与图2的实施例类似的图1a的罐的另一实施例的示意竖直横截面，除了省略第二和第三吸附床之间的分隔件之外，而且同时示出工作或加载模式下的流动，标出罐内的多个位置处的代表性温度；

[0024] 图6和图7为与图4和图5类似的视图，除了流动示出为针对再生或净化模式；以及

[0025] 图8为示出罐的又一实施例的详图，其中第三吸附床处于罐的内部空间中且还示出供再生或净化模式使用的加热器。

具体实施方式

[0026] 本发明的实施例提供了一种吸收罐，所述吸收罐用于控制来自汽车燃料箱的排放，所述罐包括第一和第二吸附床以及流动通道，所述流动通道构造成将所述床串联连接，其中所述流动通道包括热交换器，所述热交换器构造成使所述第一吸附床和周围空气之间进行换热，所述热交换器被内部分隔成在所述第一吸附床的外壁上以蜿蜒路径引导空气。

[0027] 所述第一吸附床可构造成用于端部到端部流动且可具有多角形、椭圆形或圆柱形侧壁，所述热交换器构造成覆盖超过50%的所述侧壁的面积、在进一步的实施例中覆盖超过75%的所述侧壁的面积、且在还进一步的实施例中覆盖超过90%的所述侧壁的面积。所述热交换器的内部分隔件可构造成使得气体在所述侧壁的表面上形成两次、四次或六次通行。如前解释的，在多个实施例中，所述罐具有所述第一吸附床的一端到另一端延伸的内部通道，所述第二吸附床定位在所述内部通道中。此外，在一些实施例中，所述内部通道和所述第二吸附床的壁可限定所述第一和第二吸附床之间的空气空间。还可设置第三吸附床和将所述第二和第三吸附床串联连接的第二流动通道。在一些实施例中，所述第三吸附床位于所述内部通道内；而在其他实施例中，所述第三吸附床从所述内部通道的端部突出。在后者的情况下，所述第二空气路径可通过分隔件而被折叠，以使得空气在所述第二和第三吸附床之间形成三次通行。加热器可串联连接在所述第三吸附床和所述内部通道的出口之间，而且可包括一个或多个管状碳单块。

[0028] 此外，本发明的实施例还提供了一种车辆燃料箱，所述车辆燃料箱具有与其连接的按本发明的吸收罐，所述燃料箱用于包括在一些实施例中的内燃/电动混合动力车辆的客车、货车等。

[0029] 根据本发明的汽车蒸发排放罐或燃料蒸汽存储罐包括至少两个串联连接的碳氢化合物吸附床。在图1a～1c的实施例中，燃料箱端口10和净化端口12将燃料箱蒸汽管路11和发动机净化管路13与活性碳或其它燃料蒸汽吸附材料的第一吸附床14的第一端连通。第一流体通道18将床14的第二端与第二吸附床20的第一端连通。第二流体通道24将床20的第二端与第三吸附床26的第一端连通，第三吸附床26的第二端与排泄端口
28连通，排泄端口28继而与大气连通。床14、20、26中的每一个可包含不同的吸附材料，它们中的两个可包含相同的材料而第三个床的材料可不同，或者它们可全部包含相同的吸附材料，后一种布置且避免采用特殊级别的活性碳为与本发明的实施例相关的优点。合适的材料为活性碳球团或颗粒，球团（图8）为优选的，因为它们不易于脱落灰尘。要注意到，三个床在体积、直径和长度关系上为第一床>第二床>第三床。气体填充空间16、22围绕第一和第二吸附床14、20的侧壁，如以下说明的。蒸汽管路11和净化管路13中的螺线管控制阀11a、13a提供穿过罐的气体流动方向的控制。

[0030] 在将采用碳罐的机动车辆的发动机关闭期间，罐经由蒸汽入口或箱端口10连接于机动车辆的燃料箱并经由排泄端口28连接于大气。发动机的净化端口12可被关闭，例如通过螺线管操作阀13a。在发动机关闭期间，燃料箱内的燃料蒸发到燃料上方的空气空间中。在螺线管控制阀11a被打开时，这个含蒸汽的空气可经由蒸汽入口端口10流动进入到碳罐中。昼间换气损失（也称为“泄放”）通常在时间上相对缓慢地发生，例如当车辆停放时，因为温度和/或压力变化引起含有碳氢化合物的空气从燃料箱中逃逸出。在加燃料期间加燃料损失更快速地发生，因为燃料使空气从所述箱中移出。在车辆加燃料期间（至少在一体化的蒸发排放控制系统中），泵送到燃料箱中的燃料使空气在所述箱中移出并引起穿过蒸汽入口端口10的空气流动（加燃料损失）。所述流动速率广义地与加燃料速率对应。在这些情况下，来自燃料箱的含碳氢化合物的空气可能以高达每分钟60升的流动速率移出穿过碳罐。碳罐中的各个床14、20、26内的活性碳吸收碳氢化合物（即碳氢化合物分子被捕获在碳的内部孔结构内），从而以低燃料蒸汽含量将空气从排泄端口28向大气排出。这种状态示出在图1b中，空气和燃料蒸汽的流动由箭头表示。

[0031] 在如图1c所示的车辆的发动机运行循环期间，在螺线管控制阀13a打开时，罐经由净化端口12连接于发动机空气入口管路13并经由排泄端口28连接于大气。例如通过螺线管操作阀11a，从燃料箱过来的蒸汽入口端口10可被关闭。在这个净化阶段期间，内燃发动机从大气吸入一定量的空气，以在内燃发动机的气缸内燃烧，空气经由排泄端口28穿过碳罐并从净化端口12中排出，由此净化碳罐的部分或全部吸附燃料蒸汽的吸收材料，从而当发动机关闭时芯子保持吸附容量，空气和蒸汽流动方向与图1b的方向相反，如箭头所示。

[0032] 图2为从侧面且稍上方看到（如在那个图中所示的）的斜视图，示出图1a～1c的燃料蒸汽存储罐的实施例。存储罐整体由附图标记30表示。在该实施例中，它的结构构件大部分或全部由高密度聚乙烯制成，在一些实施例中高密度聚乙烯在120～130℃熔化，但是可采用具有合适耐热性和机械性能的其他塑料，例如聚丙烯、聚丁烯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS，或者外壁可由金属制成。在这个实施例中，罐30为大体圆柱形整体形状，而且围绕纵轴线32基本上圆形对称（图3）。其他形状是可行的，主要由在车辆中可获得的空间来规定，在可获得的空间内，要求将罐装配并可移动和更换。例如，罐可在横截面上为椭圆，或者它可为具有弧形纵边的大体方形或矩形。在该实施例中，它具有约220mm的长度（平行于轴线30）和约150mm的直径。为了有助于说明罐，罐在图2和图3的最上端的端部将称为罐的“顶部”，而罐在图2和图3的最下端的端部将称为罐的“底部”或“基部”。罐的连接在顶部和底部之间的特征称为“侧部”。然而，将认识到的，采用这些术语仅是为了便于针对图2和图3所示的取向进行解释。在使用时，例如当安装在汽车、厢式货车、卡车中时，罐30可以按所需的任意取向布置，以装配在赋予它的空间内。

[0033] 如图2看到的，罐包括本体32，本体32在该实施例中为与圆柱形接近的外部稍渐缩的锥形形状且容纳第一和第二吸附床14、20。所述本体在其上端具有通风区34，通风区34将燃料箱端口10和净化端口12与第一吸附床14的第一端连通。当将罐30安装在车辆中时，例如通过软管和螺线管操作阀，以任何通常用于将碳罐安装在车辆中的方式，箱端口
10可连接于车辆的燃料箱，而净化端口连接器12可连接于车辆发动机的空气入口。

[0034] 如在图3中看到的，罐30具有整体由附图标记31表示的三个空气填充空间。所述通风区提供了用于本体32的顶封闭且由短的大体圆柱形侧壁、下表面38和大体环形顶壁40来限定，顶壁40限定环形通风室42，通风室42与端口10、12连通并具有通向第一床14的第一端的下环形开口，环形的透气的保持床的材料（例如聚酯网材料）44装配到第一床14中。中心下表面区域38a在环形顶壁40内露出，并具有容纳向上突出的第三床26的孔口。
两个部件盖46、48装配到顶壁40上，留出其区域36暴露相邻的净化端口12，区域36具有大体向上地面向的圆柱形突出部，该突出部容纳第三床126的上部分且终止于端口28。本体32具有大体圆柱形的不透气的内侧壁54和与其同心的不透气的外侧壁56，不透气的外侧壁56与不透气的内侧壁54径向向外间隔且具有如所示出的稍向上和向内的渐缩，以限定大体围绕罐30周缘的环形腔60。腔30可在本实施例中为高约220mm而围绕罐周缘的约440mm的长度。外侧壁56在其上端于区域58处内弯来接触内侧壁54，而在其下端形成为具有外翻凸缘50，下端盖52的匹配凸缘装配于外翻凸缘50，用于为罐提供流体密封的下封闭。内侧壁54限定用于所述罐的内容积。在该实施例中，所述内容积为圆柱形且具有约
130mm的直径。中心壁从罐的基部至顶部延伸，以限定穿过罐的通道。它形成有相对大直径的下区域62、沿它的长度的中途处的向内成阶梯的截锥区域64、以及更小直径的上区域
66。

[0035] 第一吸附床14为环形并在内侧壁54和中心壁62、64、66之间基本延伸罐的轴向长度，在这个实施例中轴向长度为约200mm。它的更接近端口10和通风室42的上区域具有相对大的厚度，在该实施例中约为40mm，而它的在截锥壁区域64之下的下区域在该实施例中为约20mm厚度。床14的下端由有孔盖70容纳，有孔盖70为推入配合或附接于壁54、62的下端，且通过透气的泡沫塑料、纺粘型材料等制成的环形扩散体72使得气体可沿如图
1b和图1c所示的任一方向流动穿过床14。第二吸附床20在该实施例中为圆柱形且在通道内定位成穿过罐并位于截锥壁区域64和通道的下端之间。保持床20的不透流体的侧壁74沿截锥区域的长度的中途处从截锥区域64上垂下且附接于中心壁或与中心壁一体形成。它限定气体空间78，气体空间78形成第一吸附床14的下部和第二床20之间的热障，且它的下端接触盖70的透流体的有孔区域76。第二床20在其下端处由泡沫塑料、纺粘型材料等制成的透气的盘80来支撑并保持，而在其上端由透气的材料（例如聚酯基的网）制成的盘82来保持。在该实施例中，它可具有约65mm直径和约70mm长度（平行于轴线32）。如前所解释的，第三吸附床26在该实施例中未被容纳在内，但从由壳体32限定的外壳上向上突出。它在其下端处由有孔支撑件84、由泡沫塑料、纺粘型材料等制成的透流体的扩散体盘
86、以及由直立圆柱形侧壁88来限定，而在其上端处由可以为聚酯基的网的盘90来限定。
在该实施例中，第三床具有约50mm的直径和也为约50mm的长度（平行于轴线38）。第三床与第一和第二燃料蒸汽存储室同心地定位。需要认识到，术语“同心”形象地表示不仅是罐具有圆柱形或截锥壁的该实施例、而且针对形状为椭圆、方形、矩形等的其他实施例，但是床14、20、26的中心如所示出地大体重合。还将认识到，第二和第三床自与第一床的严格同心的一定偏移可被接受，只要它们的功能以及各种空气传递通道的功能未被过度阻碍。

[0036] 在第一床14的第二侧和第二床19的第一侧之间的气体通道18由端盖52的多个部分并由围绕第一床14的气体填充空间60来限定。图4示出了平面展开的气体填充空间60，由此可见，该空间被延伸空间60的整个高度的隔板102和从该空间的下端和上端沿其中部分交错延伸的隔板104、106、108来分割，以限定流动通路60a、60b、60c和60d，气体沿所述流动通路60a、60b、60c和60d以交互方式（即从一个流动通路到下一个流动通路在方向上交替变化）沿罐的周缘且以与床14的热交换关系流动。在该实施例中，存在有三个部分高度的分隔件104、106、108，从而气体流动沿罐的长度以四个并排关系形成四次通行，但是其他布置是可行的。如果存在着单个分隔件，那么气体会沿罐的长度形成两次通行。采用五个这种交错分隔件，会是六次通行，而采用七个这种分隔件，气体会形成八次通行。在气体路径长度和扩散质量（g/100毫升的碳）之间存在有相反关系，而且在第一和第二吸附床14、20之间的极度延伸的气体通道有助于减少碳氢化合物从一个床扩散到另一个床，例如在车辆正停着时。空间60由此用作双重目的，即提供所述吸附床之间的长的空气路径并提供一体化的自作用的热交换器。存在有用于气体流入和流出于气体填充空间60的端口
94、98，这些设置在流动通路60a和60d的、邻近并处于完全高度的分隔件102相对两侧上限定的下端处。再次参照图3，与端盖52相关的包括分隔件92的结构限定第一端口94并限定第二端口98，第一端口94提供了床14的第二端和空间60之间的如箭头96所示的气体流动连接，第二端口98提供从空间60到床20的第一端的如箭头100所示的气体流动连接。

[0037] 第二和第三吸附床20之间的气体通道24在该实施例被纵向折叠成通行道24a、24b、24c，以使得气体在它的通道中在这两个床之间沿罐的相关长度部分形成三次通行。折叠是通过直立且悬伸的圆柱壁101、103来进行的，各壁延伸通道24的大部分但非全部长度。然而，这种折叠是任选的，而且在图5的实施例中，折叠限定壁101、103被省略。不管气体通道是如图5中那样的平的还是如图3中那样的折叠的，它创建的路径长度有助于减少第二和第三床20、26之间的扩散质量，而且由此有助于进一步减少碳氢化合物蒸汽的排放。

[0038] 在图4和图5中，在加载模式下穿过罐的气体流动示意地通过用于空气的一系列块状箭头来表示，所述块状箭头由字母和空气的代表性温度来标示。对于特定罐设计和加载操作，未曾对温度进行模拟，但是单纯地选择为示例，来展示在罐操作下的原理。对于图4和图5示出的加载模式，箱端口10自由连接于车辆的燃料箱。然而，例如在将净化端口连接器连接于车辆发动机的管道中采用常规螺线管操作阀，穿过净化端口12的气体流动被阻止，如在该图中由加粗叉号示意地表示（在其他实施例中，净化端口连接器在加载期间可保持自由连接于车辆发动机）。在加载期间，在箱端口10处的空气压力增加。这可能是因为在昼间换气损失（泄放）的情况下燃料/燃料蒸汽在所述箱内热膨胀或者是因为在加燃料损失的情况下泵送到车辆的所述箱中的燃料使得空气移出。在箱端口10处增加的压力将空气推送穿过罐30至排泄端口28。在该实例中，将假设车辆处于正被加燃料的过程中，而且这就是什么正在驱动空气穿过罐。如前所解释的，在加燃料加载期间的流动速率可能通常为高达每分钟60升，这意味着相对快速地发生碳氢化合物的放热式吸收，这导致相对高的温度。例如，含燃料的空气以这种速率通过单个通常尺寸的碳床时可能将被加热到大约90℃，对于完全净化的“新”罐而言或许高达120℃。虽然如此，在泄放期间也发生类似的空气流动，尽管通常是在更低的速率下。

[0039] 由此，如图4由标上A的空气流动箭头所示，从燃料箱移出的含燃料的空气经由端口12进入罐。在该实例中，假设环境温度为25℃，而且这样这就是进入到罐中的空气的温度。空气流动箭头B、C和D表示正通过第一吸附床14的空气。空气中的燃料蒸汽被该床中的碳颗粒吸收，这为放热的，且由此空气当它通过床14时通过吸附而被加热例如到90℃。如果在该温度下离开床14的空气将被直接发送到第二吸附床20，则因为空气的这个高温而在那个床内的吸附会相对效率差。然而，根据本发明的实施例，空气首先通过腔60。进入到第一流动通路60a中的空气处于约90℃，如图4和图5中由箭头E示意地所示。当空气行进穿过该腔时，它与罐的外壁56紧密接触，外壁56继而与25℃的周围空气接触。外壁56通过热传导来冷却进入到腔60内的热空气（如图5中由离开罐的波浪箭头示意所示）。在一些实施例中，通过附加诸如金属散热肋片之类的散热器元件或者与外壁56热接触的热石蜡的室（或者外壁56自身可以为金属），可有助于增加壁56的有效热质量。穿过流动通路60a～60d的空气被冷却，如以箭头F～R表示的温度，以约54℃离开，在通路60a中的冷却速率稍高于在通路60d中的冷却速率，因为在通路60a中的空气温度和环境温度之间的差与在通路60d中的相应值相比较大。空气以接近50℃的温度而非约90℃的温度前进到第二吸附床20，而在第二吸附床中的加载与没有冷却时相比更有效。

[0040] 箭头T（图5）表示穿过第二吸附床20中途的空气。通过床20中的碳颗粒的吸附，该空气已失去另外的燃料蒸汽，由于进一步的放热反应的结果，在该位置处空气恢复至60℃。通过第二吸附床20放热加热继续，且空气呈现在此离开它并以约70℃的温度进入到第二和第三燃料蒸汽存储室之间的通路24中，如在图5中空气流动箭头U所示。空气流动箭头V表示当空气逼近第三吸附床26时的空气。在该区域内的空气呈现处于70℃，即与由箭头U表示的区域相同的温度。箭头W表示已通过床26并排泄到大气中的空气。在通过第三床时，空气经由碳颗粒的吸收已将更多燃料蒸汽沉积下来。这已引起更多的放热加热，而且在该实例中，空气在朝大气出来时获得80℃。实际上，在第三床26中的温度增加可以相对小，因为在第一和第三床中（尤其是在第一床中）空气已使它的大量燃料蒸汽被去除，由此导致在第三室内相应更少的放热式吸收。然而，如上所述，在此采用的示范性温度出于展示本发明实施例的原理，而且不旨在表示在任何具体条件下的罐行为的精确模式。

[0041] 由此，如参照图4和图5所述的，图2和图3所示的罐30可允许更有效地将碳氢化合物加载到燃料吸收材料中。这个更有效的吸收是如此实现的，即允许周围空气将在第一吸附床中加载期间冷却由放热式吸收而被加热的空气，从而在随后的吸附床中的吸收是更有效的。更有效的加载可有助于减少总蒸发排放，因为来自燃料箱的在空气中的更多部分的燃料蒸汽被吸收在罐中，这导致从大气端口28排放出更清洁的空气。

[0042] 图6和图7示意示出了在净化模式下罐30内的空气流动路径，即当将在前面的加载循环期间存储在罐内的燃料蒸汽去除时如此。再次，空气流动路径示意地由一系列块状箭头表示。字母设置在各箭头的头部，作为标识措施，同时空气流动在罐内从A到B到C到D…等等。各箭头也关联有温度标示并代表在相应箭头区域中的流动空气的温度。这些温度不是针对这个特定罐设计来模拟的，但是用作示例来展示在罐的操作下的原理。

[0043] 对于图6和图7给出的净化模式，净化端口12自由地连接于车辆发动机的真空端口，而例如在将箱端口10连接于车辆燃料箱的管道中采用常规螺线管操作阀，堵塞空气流动通过箱端口10，如在该图中用加粗叉号示意表示。这防止含燃料蒸汽的空气在净化期间从车辆燃料箱进入碳罐。如常规一样，当车辆发动机运行时净化发生，这意味着净化端口28处的空气压力降低且从周围大气中将空气抽吸穿过罐。如图6以标有A的空气流动箭头所示，25℃的空气经由端口28抽吸到罐中。箭头B表示已通过所述第三吸附床26的空气，而且空气现在包含从那个床中解吸的燃料。解吸为吸热性的，而且这样空气在通过第三吸附床时被冷却至例如20℃。箭头C表示在空气接近第二吸附床20时的空气。在这个区域内的空气呈现也处于20℃，但实际上空气在从箭头B到箭头C行进中可能稍微被冷却，因为围绕第一吸附床14可能比通道24内的空气更冷。箭头D表示穿过第二吸附床20中途的空气。该空气已由床20中的碳颗粒的解吸而拾取了更多的燃料蒸汽，这已引起进一步的吸热冷却，在该实例中吸热冷却至15℃。在更低温度下解吸效率更低，从而在净化期间同体积的燃料蒸汽被以比第三吸附床更低的效率从第二吸附床20抽出。吸热冷却继续进行，随着通过第二燃料蒸汽存储室的空气继续拾取解吸的燃料蒸汽，而且结果是，空气在此呈现如箭头E所示的以约10℃离开床20。如果以这个温度离开床20的空气将被直接发送到第一吸附床14中，以用于继续净化，则因空气寒冷而第一吸附床14中的解吸会是效率差的。然而，根据本发明的实施例，空气不直接通向床14，而是首先通过罐的内壁54和外壁56之间的腔60，在此空气由于横跨壁56与周围空气热交换被加热。

[0044] 从空气流动箭头E的区域中沿中间的第二空气流动通路84（在图5或图6中未具体示出）通过，以经由第二腔端口62进入腔35，如图5和图6中以空气流动箭头F所示。在该简单的展示示例中，在该区域中的空气依然处于10度。它经由第二端口98进入流动通道60d（图7），并被抽吸通过由内壁54、外壁56和分隔件102～109限定的流动路径。再有，所述流动路径具有约该腔高度四倍的有效长度。当空气被抽吸通过腔60时，空气与罐的外壁56紧密接触，外壁56继而与25℃的周围空气接触。该腔的外壁由此用作热源，以通过如图6以波浪箭头示意表示的热传导来加热通过腔60的冷空气。再有，在一些实施例中，例如通过附加诸如金属散热肋片之类的散热器元件或者使外壁56由金属制成，可有助于增加腔壁56的有效热质量。空气沿通路60d～60a至端口94流动通过腔60，代表性的温度由空气流动箭头F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Q、R和S表示。在该实例中，假设空气保留在该腔中足够长和/或穿过所述壁的传导效率足够高，从而当空气经由端口61出来时空气完全被加热至环境温度（25℃），如箭头S所示。如在图7中标在相应空气流动箭头上的温度所示，在该实例中，穿过该腔的空气沿其路径被连续加热，但是在其穿过该腔的路径的开始处要比朝向结束时加热得稍快，这是因为空气和罐外壁56之间的温差更大（例如在箭头G和箭头H之间的2℃与箭头Q和箭头R之间的1℃相比）。

[0045] 加热的空气从腔60经由端口96返回并进入到环形第一吸附床14并穿过其网状或有孔下壁。比若不带有热交换腔60的情况相比，加热的空气提供床14的更有效的净化。空气流动箭头T、U和V示意地示出朝向净化端口12行进通过第一床14的空气。示意由空气流动箭头W表示的经由那个端口离开罐30的空气处于5℃，在此它被抽吸到车辆发动机中且由该空气在其通过罐期间在解吸/净化过程中拾取的燃料蒸汽在发动机中燃烧。从净化端口12到车辆发动机的连接可保持打开，只要发动机一直在运行，从而空气继续被抽吸穿过罐，以从碳颗粒中将尽可能多的燃料蒸汽回收并使碳颗粒再生，以用于在发动机关闭时继续吸附。可替代地，可确定可接受的净化水平将在某个时间长度之后已经发生，而且净化端口连接器12与车辆发动机之间的连接在这个时间之后被阻断（例如通过螺线管操作阀），以使得不再有空气被抽吸通过罐。

[0046] 由此，如上所述，图2和图3所示的罐30与其他可能的、尤其是针对不带加热器的碳罐相比，可允许在多个室中（在这种情况下，存在有三个室，但是在其他情况下可采用更多个或者仅两个室）更快地解吸存储在燃料吸收材料中的碳氢化合物。这种更快的解吸是通过在净化期间允许周围空气加热由吸热式解吸而被冷却的空气来实现的，以使得在空气中的后续解吸随着空气通过罐时更有效。更有效的净化可有助于减少总蒸发排放，因为罐的存储容量用对于加载循环实际上被增加，如果在干预的净化周期中罐更有效地被“清洁”的话。这会是尤其重要的，例如，当可获得的净化时间较短的情况，例如因为车辆仅在短途中使用或者因为发动机结合到混合动力车辆中。预计本发明的实施例可获得在60升/分钟时压降≤2kPa，LEV II净化容积<50B.V.（床容积）、以及PZEV净化容积<80B.V.。

[0047] 在不脱离本发明的情况下，可对上述实施例作出各种修改。例如在图8中，在穿过吸附床14的通道内，沿那个通道的长度的中途且与第二吸附床20接触或与第二吸附床20间隔关系，重新定位第三吸附床26。在床26和端口28之间设置有加热元件120，例如如US2007-0056954中所述的碳单块形式。加热元件120仅在燃料蒸汽存储和回收装置的净化操作期间启动且用于加热从大气中抽吸的空气，这如上所述地已知晓用来提高净化效率。这是因为碳氢化合物在更热的条件下比更冷的条件更容易地从吸收材料上净化（解吸）。结合折叠的或多通行道的第一流体通道18，其也用作第一吸附床的热交换器，预计在要求满足PZEV标准的混合动力车辆中，净化体积≥50B.V可足够具有<2mg/天的碳氢化合物排放。