用于處理混合動(dòng)力車輛中的燃料蒸氣的方法
【專利摘要】一種用于處理混合動(dòng)力車輛中的燃料蒸氣的方法，所述混合動(dòng)力車輛包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)即ICE和用于所述ICE的燃料系統(tǒng)，根據(jù)該方法利用吸收式制冷裝置將所述燃料系統(tǒng)中所產(chǎn)生的燃料蒸氣至少部分地冷凝。所述吸收式制冷裝置包括再生器，所述再生器使用所述燃料蒸氣的一部分在適當(dāng)?shù)难b置中燃燒產(chǎn)生的燃燒熱作為熱源。
【專利說明】用于處理混合動(dòng)力車輛中的燃料蒸氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于處理混合動(dòng)力車輛中的燃料蒸氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來在汽車市場(chǎng)中引入了一種新型車輛，這種車輛利用電力和內(nèi)部燃燒來驅(qū)動(dòng)自身。這類車輛被稱為“混合動(dòng)力”車輛。盡管這些車輛僅占全球汽車市場(chǎng)的一小部分，但它們的市場(chǎng)份額每年都在增加。該混合動(dòng)力車輛的一種新變型僅在給定旅行中的前40至60英里使用電力，假設(shè)在旅行前已將該車輛插入電源進(jìn)行充電達(dá)預(yù)定量的時(shí)間。這些車輛被認(rèn)為是“插電式混合動(dòng)力”車輛。
[0003]通常，由于燃料壓力和溫度變化而在燃料箱內(nèi)部產(chǎn)生燃料蒸氣，這些燃料蒸氣被貯存在活性碳罐中以防止烴類蒸發(fā)排放到大氣中。定期地將這些燃料蒸氣清除出活性碳罐并輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料蒸氣在正常燃燒過程期間被消耗。在標(biāo)準(zhǔn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛中，這可以在任何可能的時(shí)候進(jìn)行，以防止由于活性碳罐變?nèi)麧M而使烴類排放到環(huán)境中。通常，這些清除期和相關(guān)的清除體積在混合動(dòng)力車輛上是有限的，并且當(dāng)車輛在電動(dòng)模式中運(yùn)行時(shí)根本不能發(fā)生清除。“插電式混合動(dòng)力”車輛可在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)始終不運(yùn)行的情況下經(jīng)歷許多驅(qū)動(dòng)循環(huán)。因此，燃料系統(tǒng)需要通過保持該系統(tǒng)密封并保持在壓力下來容納蒸氣達(dá)較長(zhǎng)時(shí)間段，以限制燃料蒸發(fā)。
[0004]目前存在用于限制活性碳罐的蒸氣負(fù)載量的若干解決方法。這些解決方法中的一種是將燃料箱密封。這將使燃料箱的壓力增加，因?yàn)檎魵猱a(chǎn)生與燃料箱內(nèi)部壓力有很大關(guān)系。蒸氣形成導(dǎo)致燃料箱壓力積累到某個(gè)平衡點(diǎn)，在此平衡點(diǎn)基本上不再產(chǎn)生蒸氣。通常假設(shè)在積累了 30至45kPa的壓力之后就不再產(chǎn)生蒸氣。因此，壓力增加達(dá)大約20kPa至大約50kPa的燃料箱，將顯著減小活性碳罐中燃料蒸氣的負(fù)載量。
[0005]一般來說，金屬燃料箱可以應(yīng)付該問題，但金屬燃料箱較重。目前使用的塑料燃料箱通常不是被設(shè)計(jì)用于在不顯示明顯變形的情況下承受超過IOkPa的內(nèi)部壓力。然而，要滿足的關(guān)于箱壁變形的技術(shù)規(guī)格是非常狹窄的，因此重要的是避免變形的增加。
[0006]目前存在用于提高塑料燃料箱的耐壓強(qiáng)度/尺寸穩(wěn)定性的若干解決方法。然而，這些解決方法通常導(dǎo)致更重的燃料系統(tǒng)，因?yàn)檫@些解決方法通常涉及加強(qiáng)件和/或增大的壁厚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是解決這些問題并且提供一種用于混合動(dòng)力車輛中的燃料蒸氣處理的解決方法。
[0008]因此，本發(fā)明涉及一種用于處理混合動(dòng)力車輛中的燃料蒸氣的方法，所述混合動(dòng)力車輛包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)即ICE和用于所述ICE的燃料系統(tǒng)，根據(jù)該方法利用吸收式制冷裝置將所述燃料系統(tǒng)中所產(chǎn)生的燃料蒸氣至少部分地冷凝。所述吸收式制冷裝置包括再生器，所述再生器使用所述燃料蒸氣的一部分的燃燒熱作為熱源，所述燃料蒸氣的所述一部分為此在適當(dāng)?shù)难b置中燃燒。
[0009]結(jié)果，燃料系統(tǒng)中積累較小的壓力或者甚至幾乎不積累壓力，并且可以將所述系
統(tǒng)簡(jiǎn)化并使其重量變輕。
[0010]術(shù)語(yǔ)“混合動(dòng)力車輛”意指利用兩種或更多種不同的動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)自身的車輛，動(dòng)力源中的一種是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)。該術(shù)語(yǔ)最通常是指將ICE與一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)。
[0011]因此，所述車輛包括用于將燃料加入ICE中的燃料系統(tǒng)。
[0012]在本發(fā)明的框架內(nèi)，“燃料”表示由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)燃燒的烴。燃料可以是汽油或柴油，任選地與醇混合。因?yàn)槠?純汽油或者與醇的共混物)比柴油更具揮發(fā)性，所以本發(fā)明優(yōu)選地適用于使用汽油的混合動(dòng)力車輛。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的燃料系統(tǒng)通常包括:用于貯存燃料的燃料箱；用于將燃料加入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)的泵；燃料供給管線、電氣線路和通風(fēng)管線。
[0014]燃料箱優(yōu)選地是由塑料制成(即，燃料箱的壁主要是由塑料制成)。
[0015]術(shù)語(yǔ)“塑料”表示包含至少一種合成樹脂聚合物的任何材料。
[0016]任何類型的塑料會(huì)是合適的。特別合適的塑料屬于熱塑性塑料的類型。
[0017]特別地，可以使用聚烯烴類、熱塑性聚酯類、聚酮類、聚酰胺類及其共聚物。也可使用聚合物或共聚物的共混物；類似地，也可以使用聚合材料與無(wú)機(jī)、有機(jī)和/或天然填料(例如但不限于:碳、鹽類和其它無(wú)機(jī)衍生物、天然纖維或聚合物纖維)的共混物。也可以采用由包含上述聚合物或共聚物中的至少一種的堆疊接合層所構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
[0018]常用的一種聚合物是聚乙烯。當(dāng)使用高密度聚乙烯(HDPE)時(shí)獲得優(yōu)異的結(jié)果。
[0019]燃料箱的壁可由單一的熱塑性層構(gòu)成、或者由兩層構(gòu)成。一個(gè)或多個(gè)其它可能的附加層可以有利地由對(duì)于液體和/或氣體而言的阻隔材料制成的層所構(gòu)成。優(yōu)選地，通過選擇阻隔層的性質(zhì)和厚度，而使與燃料箱內(nèi)表面接觸的液體和氣體的滲透最小化。優(yōu)選地，阻隔層是基于阻隔性樹脂，亦即燃料不可透過的樹脂，例如EVOH (部分水解的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)?？商娲?，為了達(dá)到對(duì)燃料是不可透過的目的，燃料箱可經(jīng)過表面處理(氟化或磺化)。
[0020]燃料箱優(yōu)選地包括位于基于HDPE的層之間的基于EVOH的阻隔層。
[0021]通常，以密封、不泄漏方式將燃料系統(tǒng)的不同元件連接到一起，從而防止燃料排放到大氣中。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，將所述燃料系統(tǒng)中產(chǎn)生的至少部分的燃料蒸氣冷凝，S卩，將它們液化。優(yōu)選地，使液態(tài)的、冷凝的燃料回流到燃料箱。
[0023]本發(fā)明的方法用于冷凝這些燃料蒸氣的是吸收式制冷裝置，S卩，利用熱源來提供驅(qū)動(dòng)冷卻過程所需的能量、基于吸收式制冷原理的裝置。吸收式冷卻循環(huán)可以被描述成三個(gè)階段:
[0024]1.蒸發(fā):液體制冷劑在低分壓環(huán)境中蒸發(fā)，因此從其周圍(冷凍機(jī))汲取熱量。在本發(fā)明的框架中，冷凍機(jī)通常是接納來自燃料系統(tǒng)的燃料蒸氣的封閉體積。因此，吸收循環(huán)中的蒸發(fā)起到燃料蒸氣的冷凝器的作用。
[0025]2.吸收:將氣態(tài)制冷劑吸收入或溶解入另一種液體、或者吸收在固體上從而降低其在蒸發(fā)器中的分壓，從而允許更多的液體制冷劑在所述蒸發(fā)器中蒸發(fā)。[0026]3.再生:將富含制冷劑的液體或固體加熱，從而導(dǎo)致制冷劑蒸發(fā)出來。然后將其冷凝以補(bǔ)充蒸發(fā)器中液體制冷劑的供應(yīng)。
[0027]所述裝置使用制冷劑，即其凝結(jié)是放熱且蒸發(fā)是吸熱的流體；以及吸收劑，即將制冷劑蒸氣吸收到(優(yōu)選地經(jīng)過放熱反應(yīng))其中或其上面的液體或固體。優(yōu)選的是液體吸收齊U，因?yàn)檫@樣可以更容易地以連續(xù)方式實(shí)施其再生，使得該過程/方法循環(huán)工作。實(shí)踐中獲得良好結(jié)果的一對(duì)流體是氨(作為制冷劑)與水(作為吸收劑)，即νη3/η20。
[0028]從以上所述可以看出，本發(fā)明的吸收式制冷裝置通常包括再生器。該吸收式制冷裝置還包括:蒸發(fā)器、吸收器和冷凝器。通常，該制冷裝置還包括:用于將液體從吸收器泵送至再生器的泵、以及允許冷凝的制冷劑蒸發(fā)的位于蒸發(fā)器入口的膨脹裝置(通常為閥)。
[0029]再生器需要用于蒸發(fā)被吸收的制冷劑蒸氣的熱源。此熱源可以是在車輛上可以利用的任何熱源，或者可以是一個(gè)特定的外部熱源。
[0030]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，熱源是由部分的燃料蒸氣自身所組成。在此實(shí)施例中，使部分的蒸氣在適當(dāng)?shù)难b置中燃燒，然后將如此產(chǎn)生的燃燒熱用于再生器。為了這個(gè)目的，可以使用配備有熱絲或火花點(diǎn)火的小燃燒器。
[0031]值得注意的是該實(shí)施例也可以有利地應(yīng)用于任何燃料系統(tǒng)，無(wú)論該燃料系統(tǒng)是否將會(huì)應(yīng)用于混合動(dòng)力車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0032]在另一個(gè)具體實(shí)施例中，當(dāng)所述車輛是HEV時(shí)，一種可容易利用的熱源是利用電氣裝置(包括電池和交流發(fā)電機(jī))的焦耳效應(yīng)所產(chǎn)生的熱量。另一個(gè)熱源將會(huì)是發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量(可容易地從所述發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液以及其排氣中獲得)。
[0033]在又一個(gè)具體實(shí)施例中，可以提到高熱容量或相變材料。相變材料(PCM)是具有高熔化熱或結(jié)晶熱的物質(zhì)，當(dāng)該材料在某個(gè)溫度下熔化和固化時(shí)能夠儲(chǔ)存和釋放大量的能量。當(dāng)該材料從固體變?yōu)橐后w時(shí)吸收或釋放熱量，反之亦然；因此，相變材料(PCM)被分類成潛熱存儲(chǔ)(LHS)材料。可以使用基于石蠟或者石蠟與鹽的混合物的相變材料(PCM)。
[0034]本實(shí)施例也可以有利地適用于任何燃料系統(tǒng)，無(wú)論它是否將會(huì)應(yīng)用于混合動(dòng)力車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)。
[0035]本發(fā)明還涉及適合于上述方法的混合動(dòng)力車輛，因此該混合動(dòng)力車輛包括ICE、產(chǎn)生燃料蒸氣的燃料系統(tǒng)、以及與燃料系統(tǒng)相連通的能夠冷凝至少部分這些蒸氣的吸收式制冷裝置。
[0036]在本發(fā)明方法框架內(nèi)的所有上述(優(yōu)選的)特征也適用于根據(jù)本發(fā)明的混合動(dòng)力車輛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]下面參照?qǐng)D1和圖2更詳細(xì)地描述本發(fā)明，這些附圖只是用來說明本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例而并非意圖將本發(fā)明的范圍局限于這些實(shí)施例。
[0038]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
[0039]圖2示出了所述方法中的一個(gè)部分的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1的左側(cè)示出了有關(guān)于燃料循環(huán)的方法。該圖中示出了燃料箱I產(chǎn)生燃料蒸氣流2 ;使燃料蒸氣流2與蒸發(fā)器3接觸，在蒸發(fā)器3中使液NH3蒸發(fā)從而冷卻并冷凝至少部分的燃料蒸氣，冷凝后的燃料蒸氣以液流4的形式回流到燃料箱I。未被冷凝的蒸氣(如果存在)(例如，在極端的燃料蒸氣發(fā)生水平的情況下)以蒸氣流5的形式被輸送到輔助罐(未圖示)。
[0041]圖1的右側(cè)示出了有關(guān)于吸收式制冷循環(huán)的方法。在此循環(huán)中，離開蒸發(fā)器3的NH3蒸氣被吸收器6中的水吸收，因此吸收器6中容納了富含NH3的NH3水溶液。用泵8將此溶液流送入到再生器7中。
[0042]利用如上所述的提供給再生器7的熱量而產(chǎn)生NH3蒸氣流9，該NH3蒸氣流9被輸送到冷凝器10，然后液NH3流11離開冷凝器10，液NH3流11在進(jìn)入蒸發(fā)器3之前利用膨脹閥12 (例如節(jié)流閥)發(fā)生膨脹。
[0043]將含有剩余(尚未被蒸發(fā)的)NH3的水流13送回到吸收器6。
[0044]圖2示出了上面描述的優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例:
[0045]-離開燃料系統(tǒng)2的燃料蒸氣的部分2’通過被輸送到蒸發(fā)器3而冷凝，然后以液體燃料4的形式回流到燃料箱；
[0046]-使離開燃料系統(tǒng)2的燃料蒸氣的另一部分2"在適當(dāng)?shù)难b置中燃燒，然后將如此產(chǎn)生的熱量用于再生器7。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理混合動(dòng)力車輛中的燃料蒸氣的方法，所述混合動(dòng)力車輛包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)即ICE和用于所述ICE的燃料系統(tǒng)，根據(jù)該方法利用吸收式制冷裝置將所述燃料系統(tǒng)中所產(chǎn)生的燃料蒸氣至少部分地冷凝，所述吸收式制冷裝置包括再生器，所述再生器使用所述燃料蒸氣的一部分的燃燒熱作為熱源，所述燃料蒸氣的所述一部分為此在適當(dāng)?shù)难b置中燃燒。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述燃料系統(tǒng)包括塑料燃料箱。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，使液態(tài)的、冷凝的燃料回到所述燃料箱。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述吸收式制冷裝置使用制冷劑和液體吸收劑。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述制冷劑是氨并且所述液體吸收劑是水。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述吸收式制冷裝置還包括蒸發(fā)器、吸收器和冷凝器。
7.一種適合于如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述方法的混合動(dòng)力車輛，所述混合動(dòng)力車輛包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、產(chǎn)生燃料蒸氣的燃料系統(tǒng)、以及與所述燃料系統(tǒng)相連通從而能夠使所述燃料系統(tǒng)中所產(chǎn)生燃料蒸氣至少部分地冷凝的吸收式制冷裝置，所述吸收式制冷裝置包括再生器，所述再生器使用所述燃料蒸氣的一部分的燃燒熱作為熱源，所述燃料蒸氣的所述一部分為此在適當(dāng)?shù)难b置中燃燒。
【文檔編號(hào)】F02M31/20GK103748349SQ201280040671
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月25日
【發(fā)明者】Jj·范夏夫汀根, B·克里爾 申請(qǐng)人:英瑞杰汽車系統(tǒng)研究公司