專利名稱：降低發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的排放的含碳成型圓筒的制作方法
本申請(qǐng)要求2002年10月8日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/416974的權(quán)益。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種降低來自汽車揮發(fā)控制系統(tǒng)的排放的方法，該方法通過使用吸收罐從流體流中除去揮發(fā)性有機(jī)化合物及其它化學(xué)試劑。具體地說，本發(fā)明涉及氣體吸收材料在燃燒烴燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用。更具體地說，本發(fā)明涉及使用氣體吸收材料從汽車進(jìn)氣系統(tǒng)(AIS)中除去揮發(fā)性有機(jī)化合物。
2.相關(guān)技術(shù)的描述(包括根據(jù)37CFR1.97和37CFR1.98公開的信息)車輛燃料系統(tǒng)的汽油揮發(fā)是烴空氣污染的一個(gè)主要潛在來源。汽車工業(yè)被迫對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的部件和系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以盡可能保住僅美國(guó)每年從車輛燃料系統(tǒng)所揮發(fā)的近十億加侖的汽油。控制汽車揮發(fā)物排放的嚴(yán)格法規(guī)要求汽車制造商采取措施，控制通過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)(AIS)的烴損耗。烴源包括發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉序列中所噴射的未燃燒的燃料，燃料噴射器的泄漏，曲軸箱氣體的竄漏，溶解于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油中的燃料以及其它。烴逸出而進(jìn)入外界環(huán)境的途徑包括從發(fā)動(dòng)機(jī)部件通過空氣管傳播并自然對(duì)流進(jìn)入大氣，以及通過發(fā)動(dòng)機(jī)及管道部件的泄漏。汽車制造商正在尋求低成本的汽車排放控制方法，該方法不會(huì)顯著地影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。雖然在降低從發(fā)動(dòng)機(jī)中逸出而進(jìn)入環(huán)境的烴量上取得了進(jìn)展，但對(duì)于一些車輛來說這仍然是一個(gè)相當(dāng)大的污染源，仍需要加以控制。
控制發(fā)動(dòng)機(jī)揮發(fā)物排放的一般原理包括(1)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)采用諸如活性碳或沸石的吸附劑來吸附烴，防止大多數(shù)的烴穿透吸附劑逸出，并在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過發(fā)動(dòng)機(jī)氣體吹掃使烴解吸而在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒，和(2)通過管道的幾何形狀來降低烴的逸出速率。
現(xiàn)有的吸附技術(shù)包括(1)具有蜂窩孔的活性碳，(2)具有蜂窩孔的沸石，(3)包含褶皺薄層的活性碳，(4)包含片板的活性碳以及其它。這些技術(shù)對(duì)捕獲和吹掃烴都有較好的效果，但都會(huì)在AIS中產(chǎn)生相當(dāng)大的額外壓降，使發(fā)動(dòng)機(jī)需要作更多的功，以便達(dá)到相同的空氣通過量。增加的壓降導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)馬力下降，因?yàn)樵龃罅藲怏w通過AIS所需的工作負(fù)荷。在通常條件下，蜂窩孔使壓降增加最高達(dá)4”水柱(w.c.)或更多。片板型過濾器能增加0.5”w.c.或更多的壓力損失。本發(fā)明公開了一種手段，其能有效捕獲和吹掃烴同時(shí)在AIS中產(chǎn)生顯著更小的壓降。
發(fā)明簡(jiǎn)述在本文中描述并請(qǐng)求專利權(quán)保護(hù)的發(fā)明主題被描述為一種蒸汽容納制品，其用于將構(gòu)成蒸汽容納制品器壁的材料添加到管道或AIS部件(例如共鳴器，空氣罩等)或AIS管道的內(nèi)壁中，其部件優(yōu)選進(jìn)行成型，以與所述管道的形狀相適應(yīng)。圓筒部件的內(nèi)部保持開放，允許空氣無阻礙地通過該制品，而使壓降增加為較小(1”w.c.)至沒有。該制品由吸附材料部件和支持部件構(gòu)成。
吸附劑覆蓋了管道或進(jìn)氣系統(tǒng)部件的內(nèi)部，而管道本身即為支持部件。該吸附材料還能夠作為沿著管道的分隔物，而不會(huì)顯著增加壓力損失。
附圖簡(jiǎn)述

圖1a是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的透視圖。
圖1b是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的透視圖。
圖1c是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的透視圖。
圖1d是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的透視圖。
圖2表示用于量化本發(fā)明的容納蒸汽的中空的排放控制部件的排放的測(cè)試裝置。
圖3是表示本發(fā)明部件的直徑與長(zhǎng)度之比與其排放控制性能之間的相關(guān)性的圖表。
圖4表示用于量化本發(fā)明的吸收蒸汽的剛性中空?qǐng)A筒和柔性吸收片材的排放的測(cè)試裝置。
圖5表示采用圖4所示測(cè)試裝置對(duì)于2.25”I.D.×5”L的剛性和柔性片吸收?qǐng)A筒所產(chǎn)生的預(yù)期排放的圖表。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述本發(fā)明的好處來源于對(duì)在低壓降構(gòu)造中有效控制擴(kuò)散和對(duì)流性揮發(fā)物排放所必須的內(nèi)徑相對(duì)于長(zhǎng)度的常規(guī)要求的理解。本發(fā)明的好處還來源于本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路，即通過使氣體通過成型制品的一側(cè)或兩側(cè)，以及通過控制吸附材料的床厚度來升高或降低吹掃速率。
本發(fā)明的部件可采用多種形式，這取決于應(yīng)用的性質(zhì)和部件所需的容量或效率。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該部件為(例如，活性碳或沸石和陶瓷，以及活性碳或沸石和塑料)擠壓或形成的開放圓筒(圖1a)。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該部件為開放圓筒，其通過將含碳片材(含碳的布或紙)卷繞成圓筒而形成，并且其一端或兩端可能由塑料，橡膠，金屬或泡沫支撐物來支持(圖1b)。
在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該部件由褶皺的開放圓筒構(gòu)成，其一端或兩端可能由塑料，橡膠，金屬或泡沫支撐物來支持(圖1c)。所述褶皺材料由含碳的布或紙構(gòu)成。如果褶皺的開放圓筒具有端部支撐物，則可以包括使空氣從中由圓筒的外表面通過的通道以增加吹掃能力。
在再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該部件為波浪狀和柔性的，使其能夠與柔性或非直(包括帶角度的或彎曲的)管道部分(圖1d)相適應(yīng)。篩、柵欄或肋材可加于其內(nèi)表面，用于在吹掃過程中沿該表面產(chǎn)生輕微的局部渦流，以便輔助吹掃作用。涂覆管道或AIS部件的可能方式包括將碳直接粘附在管道內(nèi)或以含碳的布或紙為襯層。在包括布或紙的上述任一實(shí)施方案中，紙包括天然纖維和合成纖維，包括但不限于聚丙烯，尼龍和聚乙烯。該含□部件可由5～95％(優(yōu)選10～90％)和95～5％(優(yōu)選90～10％)的支持材料構(gòu)成。
該新型系統(tǒng)吸收烴的效率取決于該部件或涂層的內(nèi)徑與長(zhǎng)度之比，其又和吸附材料與支持材料之比或吸附材料總質(zhì)量與支持材料總質(zhì)量之比相關(guān)。已經(jīng)進(jìn)行了一些測(cè)試來導(dǎo)出主要的關(guān)系。被測(cè)的本發(fā)明裝置的吸附效率與從氣體/蒸汽相到碳表面的傳質(zhì)速率相關(guān)。本發(fā)明的部件必須具有合適長(zhǎng)度(對(duì)于給定的直徑)以便吸附目標(biāo)量的烴。
實(shí)施例1制造若干外徑為3英寸的碳和陶瓷的開放圓筒，其具有3種不同內(nèi)徑(1)2.5英寸，(2)2英寸，和(3)1英寸，每一個(gè)的長(zhǎng)度為1英寸和2英寸。將這些圓筒分別封閉在一個(gè)閉合圓筒內(nèi)(見圖2)，以使圓筒的一側(cè)/一端的汽油負(fù)荷為300mg/d，在該碳圓筒另一側(cè)/另一端進(jìn)行排放測(cè)量。碳圓筒的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)通過在3天中對(duì)排放的追蹤來采集。數(shù)據(jù)見表1。
表1
確定第3天的排放和圓筒內(nèi)徑與長(zhǎng)度之比的相關(guān)關(guān)系，并顯示在圖3中。當(dāng)內(nèi)徑與長(zhǎng)度之比下降時(shí)，擴(kuò)散通過該部件的烴量下降。
實(shí)施例2制備含碳紙質(zhì)圓筒(紙基重為270磅纖維/3000平方英尺，135磅活性碳/3000平方英尺，用聚丙烯和乳膠作粘結(jié)劑)和剛性含碳圓筒(80％碳)(形成2.25”I.D.，長(zhǎng)度為5”L的圓筒)，并測(cè)試其工作性能。在預(yù)調(diào)節(jié)步驟中，將每一圓筒都反復(fù)(3個(gè)周期)暴露于45mg/min負(fù)荷的汽油，以便具有30mg的穿透，并在300scfm下進(jìn)行吹掃30分鐘，然后將其放入圖2所示的測(cè)試裝置中。該測(cè)試裝置置于環(huán)境室中，進(jìn)行從65到105到65的24小時(shí)溫度周期。對(duì)每一個(gè)圓筒都進(jìn)行15克的汽油噴射，并監(jiān)控3天的排放情況。各種類型圓筒的比較結(jié)果見表II。
表II
表II的數(shù)據(jù)用柱形圖表示在圖5中。
中空?qǐng)A筒和紙質(zhì)圓筒都顯示出顯著降低排放的能力。
雖然參考本發(fā)明的具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了以上描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，不背離這里公開的本發(fā)明構(gòu)思的基本原則，可以對(duì)所述的發(fā)明細(xì)節(jié)作細(xì)小的改變、修改和變化，包括多種顯而易見的替換，例如替換pH調(diào)節(jié)用的酸和/或堿。然而，本發(fā)明的主題在如下權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種用于通過吸附來自通過進(jìn)氣系統(tǒng)的流體流的排放而降低來自汽車進(jìn)氣系統(tǒng)的烴排放的成型制品，所述成型制品包括支持部件和吸附部件，其中所述成型制品使流體相對(duì)暢通地通過該成型制品。
2.如權(quán)利要求1所述的成型制品，其中所述支持部件選自聚合物、樹脂和纖維。
3.如權(quán)利要求2所述的成型制品，其中所述纖維部件為選自合成纖維和天然纖維的纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的成型制品，其還包括一種粘合材料。
5.如權(quán)利要求1所述的成型制品，其中所述吸附部件為選自活性碳、硅膠和沸石的材料。
6.通過用由粘合劑部件和吸附劑部件形成的材料涂覆汽車進(jìn)氣系統(tǒng)和相關(guān)管道而構(gòu)成的成型制品，所述成型制品用于通過吸附來自通過進(jìn)氣系統(tǒng)的流體流的排放而降低來自汽車進(jìn)氣系統(tǒng)的烴排放，其中所述成型制品使流體相對(duì)暢通地通過該成型制品，產(chǎn)生低于1”水柱的壓降。
全文摘要
在本文中描述并請(qǐng)求專利權(quán)保護(hù)的發(fā)明主題被描述為一種蒸汽容納制品，其用于將構(gòu)成該部件器壁的材料添加到管道或AIS管道的內(nèi)壁中，其部件優(yōu)選進(jìn)行成型，以與所述管道的形狀相適應(yīng)。圓筒部件的內(nèi)部保持暢通，允許空氣無阻礙地通過該制品，而壓降較小。
文檔編號(hào)F02M25/08GK1703577SQ200380101004
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者M·F·尚茨 申請(qǐng)人:米德韋斯瓦科公司