АДСОРБЕР-ДЕСОРБЕР
ADSORBER-DESORBER

Изобретение относится к двигателям автомобиля, в частности к системам подачи топлива или горючей смеси, и может быть использовано в качестве устройства для улавливания и поглощения (адсорбции) паров топлива, испаряющегося из топливного бака и поплавковой камеры двигателя автомобиля, и последующего возвращения паров топлива путем продувки адсорбента (десорбции) атмосферным воздухом.
Адсорберы-десорберы паров топлива уже известны. Обычно они содержат адсорбент, заключенный в корпус преимущественно цилиндрического типа, который закрыт герметично сверху и снизу основаниями, выполняющими функции днища и крышки. В частности, известен адсорбер-десорбер паров топлива корпусного типа, содержащий, по крайней мере, крышку корпуса, блок адсорбции и впускную камеру, связанную проходящими через крышку корпуса впускной трубкой с топливным баком и трубкой для продувки - со всасывающим трактом двигателя автомобиля. Таковым является, например, адсорбер-десорбер, описанный в патенте США №4714485 [1]. Блок адсорбции этого адсорбера-десорбера образует с одним из оснований зону, связанную с атмосферным воздухом, а с другим основанием - впускную камеру. Чтобы попасть во впускную камеру, трубка для продувки и впускная трубка этого адсорбера-десорбера входят в крышку и проходят через блок адсорбции. При этом торец впускной трубки установлен вблизи верхней плоскости впускной камеры, а торец трубки продувки - вблизи нижней поверхности впускной камеры. Для предотвращения попадания капель жидкого топлива во всасывающий тракт двигателя в трубке продувки вблизи верхней поверхности впускной камеры выполнено отверстие.
При длительных стоянках автомобиля возможно такое большое скопление паров топлива в камере адсорбера, при котором они пересыщаются с образованием конденсата. Для сбора конденсата впускные камеры располагают, как правило, в нижней части адсорбера и предусматривают в них дополнительные накопительные емкости в днище камеры (например, колодец во впускной камере адсорбера по патенту США №4750465 [2]).
Однако при расположении впускной камеры с накопительной емкостью между входным концом трубки продувки и блоком адсорбции имеется опасность переполнения накопительной емкости и засасывания конденсата во всасывающий тракт двигателя.
Адсорбер-десорбер, лишенный такого недостатка, описан в патенте РФ №2251017. В соответствии с этим патентом адсорбер-десорбер паров топлива, содержащий, по крайней мере, корпус с крышкой, блок адсорбции, сообщающийся с атмосферой, камеру, сформированную стенками корпуса между блоком адсорбции и крышкой, впускную трубку, проходящую через крышку корпуса и предназначенную для связи камеры с топливным баком двигателя, трубку продувки, проходящую через крышку корпуса и предназначенную для связи камеры со всасывающим трактом двигателя, диафрагму, установленную в камере и разделяющую ее на верхнюю и нижнюю полости, один или несколько патрубков, находящихся в верхней полости камеры и предназначенных для сообщения обоих полостей друг с другом, причем первые концы патрубков вмонтированы в диафрагму, а вторые концы патрубков образуют с поверхностью крышки гарантированный зазор. При этом впускная трубка и трубка продувки размещены в верхней полости камеры так, что торец впускной трубки образует гарантированный зазор с поверхностью диафрагмы, а торец трубки продувки выполнен заподлицо с поверхностью крышки.
При неработающем двигателе автомобиля излишки образующегося в верхней полости камеры конденсата через зазор между поверхностью крышки и торцами патрубков переливаются в нижнюю полость камеры на блок адсорбции, а входной торец трубки продувки гарантирован от достижения уровня конденсата. Расположение входного торца впускной трубки вблизи поверхности диафрагмы в случае образования конденсата в верхней полости камеры выполняет функцию пневматического клапана, создающего избыточное давление насыщенных паров топлива в топливном баке, что ограничивает поступление паров бензина в адсорбер.
Однако, как показал опыт эксплуатации адсорберов-десорберов такого типа, при работающем двигателе автомобиля в его всасывающий тракт попадают пары бензина не только из блока адсорбции, но и из топливного бака.
Целью настоящего изобретения является предотвращение засасывания паров топлива (в частности, бензина) из топливного бака (бензобака) во всасывающий тракт двигателя автомобиля.
Поставленная цель достигается тем, что в известном адсорбере-десорбере паров топлива (содержащем, по крайней мере, корпус с крышкой, блок адсорбции, сообщающийся с атмосферой, камеру, сформированную стенками корпуса между блоком адсорбции и крышкой, впускную трубку, проходящую через крышку корпуса и предназначенную для связи камеры с топливным баком двигателя автомобиля, трубку продувки, проходящую через крышку корпуса и предназначенную для связи камеры со всасывающим трактом двигателя автомобиля, диафрагму, установленную в камере и разделяющую ее на верхнюю и нижнюю полости так, что торец впускной трубки оказывается в верхней полости камеры, один или несколько патрубков, находящихся в верхней полости камеры и предназначенных для сообщения обоих полостей друг с другом, причем первые концы патрубков вмонтированы в диафрагму, а вторые концы патрубков образуют с внутренней поверхностью крышки гарантированный зазор торец трубки продувки введен в нижнюю полость камеры, а между торцем впускной трубки и торцем трубки продувки, находящимися по разные стороны диафрагмы, установлено одно или несколько дроссельных средств. При этом торец впускной трубки может быть заключен в жестко прикрепленный к диафрагме впускной стакан и установлен в нем с гарантированным зазором относительно его дна, а дроссельное средство установлено в зоне края стакана. Дроссельными средствами могут быть снабжены и первые концы патрубков, предназначенных для сообщения обеих полостей камеры друг с другом.
Благодаря такой конструкции адсорбера-десорбера в процессе десорбции для паров бензина создается значительное гидродинамическое сопротивление на пути во всасывающий тракт двигателя из бензобака, которое значительно больше, чем гидродинамическое сопротивление для паров бензина на пути во всасывающий тракт двигателя из блока адсорбции.
Для еще большего повышения гидродинамического сопротивления парам бензина на пути во всасывающий тракт двигателя из бензобака торец впускной трубки может быть заключен в жестко прикрепленный к диафрагме впускной стакан и установлен в нем с гарантированным зазором относительно его дна, а дроссельные средства установлены как в зоне края стакана, так и в первых концах патрубков, предназначенных для сообщения обоих полостей камеры друг с другом.
Варианты воплощения изобретения иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез адсорбера-десорбера, на фиг.2 - вид на адсорбер сверху по линии А-А, на фиг.3 - осевой разрез адсорбера-десорбера по линии Б-Б, а на фиг.4 - осевой разрез варианта конструкции адсорбера-десорбера.
Как показано на фиг.1, адсорбер-десорбер размещается в цилиндрическом корпусе 1, закрытом круглой крышкой 2. Разумеется, корпус может иметь и призматическую форму с соответствующей формой крышки. Корпус 1 имеет днище в виде усеченного конуса, на малом основании которого выполнены четыре равнорасположенные по окружности бобышки 3. Поверхности бобышек 3 и большее основание конусного днища служат опорой для центральной воздухозаборной трубки 4 с фланцем 5, нижнего сетчатого экрана 6 и нижнего пористого диска 7. Пространство, ограниченное с боков внутренними стенками корпуса 1 и наружными стенками центральной воздухозаборной трубки 4, с одной стороны, и нижним пористым диском 7, с другой стороны, заполнено адсорбирующим порошком 8 (активированным рекуперационным углем) и закрыто верхним пористым диском 9 и верхним сетчатым экраном 10. Совокупность элементов 6-10 формирует блок адсорбции, который с помощью центральной воздухозаборной трубки 4 связан с атмосферой. Нижний и верхний сетчатые экраны 6 и 10 выполнены из жесткого материала и служат для предотвращения высыпания адсорбирующего порошка 8 из блока адсорбции. На верхнем сетчатом экране 10 блока адсорбции выполнены четыре бобышки 11, на которые опирается крышка корпуса 2. Пространство между верхним сетчатым экраном 10 блока адсорбции, внутренними стенками корпуса 1, крышкой корпуса 2, наружными стенками центральной воздухозаборной трубки 4, проходящей через центральное отверстие крышки 2, формирует камеру адсорбера-десорбера. Через крышку 2 корпуса 1 проходят также еще две трубки (фиг.1 и фиг.2) - впускная трубка 12, связывающая камеру с топливным баком, и трубка для продувки 13, связывающая камеру со всасывающим трактом двигателя внутреннего сгорания. Диафрагма 14 разделяет камеру на верхнюю и нижнюю полости (фиг.1 и фиг.3). Она выполнена в виде кольца чашеобразного профиля, охватывающего центральную воздухозаборную трубку 4, и жестко крепится своим краем к внутренней поверхности крышки 2 корпуса 1 (элементы ее крепления к крышке 2 ради упрощения на чертежах не показаны).
Торец трубки продувки 13 прикреплен непосредственно к диафрагме 14 и введен в нижнюю полость камеры. Впускная трубка 12 в верхней полости камеры заключена в жестко прикрепленный к диафрагме 14 цилиндрический впускной стакан 15. Разумеется, форма впускного стакана 15 не существенна, и может быть не только цилиндрической, но и, например, призматической. Торец впускной трубки 12 образует гарантированный зазор В относительно дна стакана 15, а в зоне своего края впускной стакан 15 снабжен гидравлическим (пневматическим) дроссельным средством. В качестве дроссельного средства, т.е. средства, понижающего скорость прохождения потока газов путем повышения сопротивления его прохождению, в данном случае выступает зазор Г между краем впускного стакана 15 и внутренней поверхностью крышки 2 корпуса 1. Ширина зазоров В и Г колеблется от 1 до 1,5 мм. На фиг.4 показан другой вариант выполнения дроссельного средства - в виде упирающегося своим краем в крышку 2 корпуса 1 стакана 17, имеющего в зоне своего края вертикальный паз Д (или несколько пазов Д) шириной 1 мм. Возможен также и вариант выполнения дроссельного средства в зоне края впускного стакана в виде серии малых отверстий, или варианты использования других известных гидравлических (пневматических) дроссельных средств.
Как показано на фиг.2, отверстия в крышке 2, предназначенные для крепления впускной трубки 12, центральной воздухозаборной трубки 4 и трубки для продувки 13, размещены в одной диаметральной плоскости крышки 2. В перпендикулярной ей диаметральной плоскости в верхней полости камеры размещены два равнорасположенных по окружности цилиндрических патрубка 16 (показаны пунктиром). Разумеется, оба патрубка 16 могут иметь не только цилиндрическую, но и призматическую форму. Патрубки 16 предназначены для сообщения обоих полостей камеры друг с другом. Для этой цели нижние концы патрубков 16 (фиг.3) вмонтированы в диафрагму 14, а верхние концы патрубков 16 находятся вблизи внутренней поверхности крышки 2 и образуют с этой поверхностью гарантированный зазор Е. Нижние концы патрубков 16 также снабжены дроссельным средством в виде узких пазов Ж, выполненных в диафрагме 14. Зазоры Е и пазы Ж, как и зазоры и пазы В, Г и Д, имеют ширину порядка 1 мм.
Адсорбер-десорбер работает следующим образом. При неработающем двигателе жидкое топливо в топливном баке автомобиля под действием положительных внешних температур испаряется. Для предотвращения загрязнения внешней среды пары топлива по впускной трубке 12 (фиг.1) отводятся через крышку 2 корпуса 1 во впускной стакан 15. Пары топлива заполняют полость впускного стакана 15 через зазор В, образованный торцом впускной трубки 12 и дном впускного стакана 15, затем через зазор Г, образованный краем впускного стакана 15, с внутренней поверхностью крышки 2 пары топлива (или конденсат) попадают (переливаются) в верхнюю полость камеры адсорбера-десорбера, отделенную от нижней полости диафрагмой 14. В варианте конструкции, показанном на фиг.4, пары бензина попадают в верхнюю полость через вертикальный паз Д впускного стакана 17, а в случае образования во впускном стакане 17 конденсата, определять его максимальный уровень будет нижний край паза Д. В верхней полости камеры часть паров бензина конденсируется, а избыток паров через зазоры Е попадает в пару патрубков 16 и далее через пазы Ж в диафрагме 14 в нижнюю полость камеры. Там пары бензина через верхний сетчатый экран 10 и пористый диск 9 попадают в адсорбирующий порошок (активированный рекуперационный уголь) 8 и поглощаются им. Указанное перемещение паров топлива в направлении от топливного бака к адсорберу осуществляется благодаря избыточному давлению паров в топливном баке и сообщению блока адсорбции с атмосферой через центральную воздухозаборную трубку 4 с фланцем 5, через нижний сетчатый экран 6, лежащий на нижних бобышках 3, и пористый диск 7 блока адсорбции.
При включении двигателя внутреннего сгорания специальный электромагнитный клапан (на чертежах не показан) по определенному временному закону подключает трубку для продувки 13 к всасывающему тракту двигателя, благодаря чему начинается процесс десорбции: атмосферный воздух через центральную воздухозаборную трубку 4 просасывается через нижний сетчатый экран 6 с нижним пористым диском 7 и через активированный уголь 8, извлекая из него частицы топлива в виде пара. Полученная таким образом топливовоздушная смесь через верхний пористый диск 9 и верхний сетчатый экран 10 поступает в нижнюю полость камеры, образованную верхним сетчатым экраном 9, диафрагмой 14 и крышкой 2, удерживаемой над сетчатым экраном 9 четырьмя верхними бобышками 11. Топливовоздушная смесь под воздействием вакуума устремляется в трубку для продувки 13.
При этом засасывание топливовоздушной смеси в двигатель автомобиля происходит, в основном, по пути «воздухозаборная трубка 4 - блок адсорбции - трубка продувки 13». Это достигается благодаря установке ряда дроссельных средств на пути «впускной патрубок 12 - зазор В - впускной стакан 15 (или 17) - зазор Г (или пазы Д) - зазоры Е над патрубками 16 - патрубки 16 - пазы Ж в диафрагме 14 - трубка продувки 13», из-за чего гидродинамическое сопротивление парам бензина по пути во всасывающий тракт двигателя из бензобака стало значительно большим, чем гидродинамическое сопротивление парам бензина по пути во всасывающий тракт двигателя из блока адсорбции.
Ссылочная литература
1. Патент США №4,714,485 (аналог).
2. Патент США №4,750,465 (аналог).
3. Патент России №2.251.017 (прототип).