Адсорбер

Адсорбер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к транспортным средствам (ТС), оснащенным двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в частности к системам питания ДВС, а именно к адсорберам системы улавливания паров топлива (СУПТ), поглощающим топливные испарения из топливного бака.

Современные СУПТ, содержащие адсорбер - поглотитель паров углеводородов, выходящих из топливного бака в основном при стоянке транспортного средства; трубопровод, связывающий адсорбер и топливный бак, и паропровод, связывающий адсорбер с впускной системой ДВС, позволяющий регенерировать (десорбировать) адсорбер при работе ДВС, должны удовлетворять ряду международных и отечественных требований по обеспечению их работоспособности и надежности.

Одним из таких требований является директива №70/220/ЕЭС от 20.03.1970 г. с последующими изменениями (копия перевода на русский язык страницы 1, 126, 127,131, 132), где в пунктах 7.3.2. и 7.3.5. (стр. 131, 132) регламентировано испытание давлением воздуха, которым подвергается СУПТ ТС (термин "система питания топливом", упомянутый в указанных пунктах, означает СУПТ и другие элементы системы питания). Этому испытанию подвергаются как вновь изготовленные ТС, так и ТС, находящиеся в эксплуатации, с целью определения работоспособности СУПТ и выявления дефектов. Так, если давление воздуха при продувке СУПТ понизится на 100 мм водяного столба за время большее, чем 120 с, то, например, возможно, пережат один из шлангов СУПТ, и топливные пары не поступят из топливного бака к адсорберу. Это является дефектом, т.к. при этом топливные пары при возрастании парциального давления в бензобаке, из-за повышения температуры, будут выходить в атмосферу через редукционный клапан бензобака, что повысит токсичность ТС. Если же давление воздуха понизится на 100 мм водяного столба за время меньшее, чем 30 с, это означает, что в элементах СУПТ имеется негерметичность (порыв трубопровода, слабо затянуты хомуты крепления шлангов), и пары топлива выходят в атмосферу, что увеличивает токсичность ТС. Кроме того, в пунктах 7.2.2. и 7.2.4 той же директивы описаны требования к герметичности СУПТ ТС.

В существующих реальных конструкциях СУПТ не всегда удается выполнять указанные требования по времени падения давления. Это объясняется сложностью конструкции СУПТ и множественностью ее элементов. В таких случаях проблема может быть решена введением в конструкцию СУПТ дополнительного устройства, позволяющего с достаточной точностью попасть в указанный диапазон времени падения давления. Таким устройством является специальный клапан 2105-1164060, входящий в состав СУПТ переднеприводных автомобилей ВАЗ (см. каталог запчастей авт. ВАЗ-2108, 21083 и их модификаций; лист 1 и приложение А241). Указанный клапан (см. чертеж 2105-1164060) содержит корпус с двумя патрубками, внутри клапана находится диафрагма с калиброванным отверстием. Диаметр отверстия подобран таким образом, что СУПТ ТС соответствуют требованиям директивы №70/220/ЕЭС.

Недостатком этого устройства является то, что клапан расположен в магистрали СУПТ, и сконденсированные пары топлива в виде участков (тромбов), возникающие в трубопроводе после клапана (ближе к адсорберу), вследствие перепада температуры при стоянке ТС, передвигаясь под действием давления, попадут в адсорбер, что отрицательно скажется на его поглощающей способности, и, как следствие, из-за переполнения последнего, может произойти выброс паров в атмосферу. Кроме того, указанный клапан имеет патрубки для подсоединения к трубопроводам СУПТ, что увеличивает количество соединений и уменьшает надежность.

Другое, более простое решение (см. устройство по патенту США №5139043, кл. F 16 K 17/36) заключается в том, что калиброванное отверстие выполнено в виде сужения (позиция 34) в патрубке клапана, являющегося частью СУПТ.

Недостатком этого устройства является также возможность прохода конденсата, а также его образование в трубопроводе за указанным клапаном, что также приведет впоследствии к переполнению адсорбера. Указанных недостатков можно было бы избежать, если калиброванное отверстие перенести в патрубок подвода паров топлива адсорбера. Таким устройством является адсорбер по патенту РФ №2158378, класс F 02 M 25/08 (прототип). Адсорбер содержит герметичный корпус, ограниченный крышкой и дном, при этом в крышке имеются три патрубка: подвода, отвода паров топлива и патрубок, связывающий внутреннюю часть корпуса с атмосферой. Между крышкой и дном находится адсорбирующее вещество (например, активированный уголь). Кроме того, адсорбер имеет по меньшей мере одну емкость (ловушку) для сбора жидкого топлива (конденсата). В патрубке подвода паров топлива имеется сужение его проходного сечения.

Недостатком этого устройства является то, что сужение выполнено за одно с самим патрубком, что нежелательно по следующим причинам:

Из практики известно, что для выполнения требований вышеуказанной директивы №70/220/ЕЭС от 20.03.1970 г., площадь проходного сечения сужения патрубка подвода паров топлива (S₁) должна лежать в пределах

S₁=(0,03-0,08)S,

где S - площадь проходного сечения патрубка подвода паров топлива.

В обычных условиях работы СУПТ ТС, когда топливные пары из бензобака поступают в адсорбер, скорость их передвижения по трубопроводу, а также в патрубке подвода паров топлива адсорбера мала, и сужение сечения не создает значительного гидравлического сопротивления. В условиях проверки СУПТ ТС в целом на соответствие требованиям по топливным испарениям в испытательной лаборатории, согласно директиве №70/220/ЕЭС от 20.03.1970 г. (изменение 98/69), в целях экономии времени испытаний, один из методов подготовки адсорбера (пункты 5.1.4, 5.1.6, 5.1.6.3) (см. приложение стр. 126, 127) заключается в насыщении адсорбера газом со скоростью 40 граммов в час. Насыщение происходит с помощью специального стенда подготовки адсорбера. Путем несложных подсчетов с помощью известной из физики формулы, следующей из уравнения неразрывности потока:

qv=m_сек/s,

где q - плотность газа,

v - скорость газа,

m_сек - секундный массовый расход газа через поперечное сечение участка прямой цилиндрической трубы,

s - площадь поперечного сечения трубы,

можно сделать вывод, что скорость на участке сужения патрубка подвода паров топлива возрастет в среднем в 20 раз, что неприемлемо для условий испытаний, описанных в указанной директиве, вследствие необходимости создания большого перепада давления.

Решение технической задачи предполагает изменение конструкции адсорбера, направленное на дальнейшее повышение надежности его работы.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном адсорбере СУПТ ТС, содержащем герметичный корпус, состоящий, по крайней мере, из двух частей, внутри которого находится адсорбирующее вещество, при этом на одной из частей корпуса имеются три патрубка: подвода, отвода паров топлива и патрубок, связывающий внутреннюю полость адсорбера с атмосферой, а также, по крайней мере одну, емкость (ловушку) для сбора жидкого топлива (конденсата), причем в патрубке подвода паров топлива имеется сужение его проходного сечения, выполненное на горизонтальном участке патрубка, выше его горизонтальной оси. Сужение проходного сечения в патрубке подвода паров топлива выполнено в дополнительной вставке, смонтированной внутри этого патрубка, с возможностью ее свободного монтажа и демонтажа, при этом ось вставки преимущественно параллельна оси указанного патрубка. На сопрягаемых частях патрубка и вставки выполнены взаимно совмещающиеся при монтаже лыски, что исключает взаимный проворот вставки в патрубке. Одновременно с этим вставка имеет по меньшей мере один фиксирующий элемент, ограничивающий ее перемещение в осевом направлении внутри патрубка подвода паров топлива, с таким расчетом, что часть вставки выступает за пределы патрубка. В предпочтительном варианте вставка выполняется из неметаллического материала, например, это может быть пластмассовая деталь.

Изобретение поясняется графически.

На Фиг.1 изображен один из возможных вариантов конструктивного исполнения предлагаемого адсорбера СУПТ в сечении.

На Фиг.2 изображен участок I по Фиг.1 в увеличенном масштабе.

На Фиг.3 изображено сечение "А-А" по Фиг.2.

На Фиг.4 изображена схема подвода паров топлива к адсорберу СУПТ.

На Фиг.5 изображена вставка в аксонометрической проекции.

Адсорбер 1 СУПТ по Фиг.1, содержащий герметичный корпус, состоящий из двух частей 2 и 3, герметично соединенных между собой. Внутри части 3 находится адсорбирующее вещество 4, а на наружной поверхности части 2 расположены патрубки, с помощью которых осуществляется газообмен адсорбирующего вещества 4 с бензобаком (патрубок подвода паров 5), с системой впуска воздуха ДВС (патрубок продувки 6) и с окружающей атмосферой (патрубок воздуха 7). Часть 2 адсорбера 1 имеет дополнительную емкость 8 (ловушку) для сбора жидкой фазы топлива (конденсата). Патрубок воздуха 7 имеет трубку 9, проходящую через адсорбирующее вещество 4 части 3. Адсорбирующее вещество 4, представляющее собой, например, гранулированный активированный уголь, находится между двумя одинаковыми газопроницаемыми прокладками 10. Внутри патрубка подвода паров 5 установлена вставка 11 (Фиг.2, 3, 5). Вставка 11 имеет: сужение 12, в виде сквозного отверстия или паза, фиксирующий элемент 13, ограничивающий перемещение вставки 11 в осевом направлении внутри патрубка 5, лыску 14 (фиг.2, 5), предотвращающую вращение вставки 11 вокруг своей оси внутри патрубка 5. Патрубок 5 имеет ответную лыску 15 (фиг.3). Лыски 14 и 15 совмещаются при монтаже вставки 11 в патрубок 5. Бензобак 16 (Фиг.4) соединен паропроводом 17 с патрубком подвода паров 5 части 2 адсорбера 1. Впускная труба 18 ДВС (не показана в полном объеме) соединена с помощью паропровода продувки 19 с патрубком отвода паров 6 адсорбера 1. Паропровод продувки 19 разделен клапаном продувки адсорбера 20. В паропроводе 17 и патрубке 5 имеется конденсат 21 (жидкая фаза топлива) в виде дискретных участков (тромбов). Вставка 11 имеет выступающую за пределы патрубка 5 часть 22.

Адсорбер СУПТ работает обычным образом. При стоянке ТС и неработающем ДВС топливные испарения (воздух, легкие фракции углеводородов), образующиеся под действием окружающей температуры в бензобаке 16 (Фиг.4), поступают в паропровод 17 и далее через патрубок подвода паров 5 в адсорбер 1, состоящий из двух частей 2 и 3 (Фиг.1). Затем пары топлива проходят через газопроницаемую прокладку 10, служащую для предотвращения высыпания адсорбирующего вещества 4 (т.к. недопустимо попадание гранулированного активированного угля в патрубки 6, 7 и в ловушку 8) и поглощается адсорбирующим веществом 4. Движение паров топлива из бензобака к адсорберу 1 и адсорбирующему веществу 4 показано стрелками (Фиг.1, 4). Кроме топливных паров по паропроводу 17 в направлении от бензобака 16 к адсорберу 1 движется и конденсат 21 (жидкое топливо) за счет давления газа внутри бензобака 16, большего атмосферного. Причиной увеличения давления газа в бензобаке 16 является повышение парциального давления газообразных углеводородов топлива за счет окружающей температуры. Конденсат 21 движется в виде участков (тромбов) и образуется в паропроводе 17 под влиянием в основном условий окружающей среды (температуры и давления), подходящих для процесса конденсации. Количество конденсата при этом зависит от длины паропровода. Для уменьшения попадания конденсата 21 в ловушку 8 и соответственно уменьшения вероятности ее переполнения и попадания жидкого топлива на адсорбирующее вещество 4 в патрубке подвода паров 5 устанавливается вставка 11 с сужением 12 (в виде отверстия или паза), уменьшающим проходное сечение патрубка подвода паров 5. Продольная ось сужения 12 находится геодезически выше оси патрубка 5 и параллельна ей. Это необходимо для удержания части конденсата 21 в патрубке подвода паров 5 и предотвращения переполнения ловушки 8. В противном случае, при переполнении конденсат 21 может из ловушки 8 попасть на адсорбирующее вещество 4 и вывести часть его из строя, что уменьшит поглощающую способность адсорбера 1 и увеличит вероятность выхода паров топлива через трубку 9 и патрубок воздуха 7 в атмосферу, увеличив при этом токсичность ТС. Одновременно размеры и конструкция сужения 12 подобраны таким образом, чтобы удовлетворить требованиям директивы 70/220/ЕЭС от 20.03.1970 г. (П.7.3.2 и 7.3.5), (как уже упоминалось выше), по работоспособности СУПТ ТС. При включении ДВС и его работе во впускной системе 18 за дроссельной заслонкой создается разрежение (давление газа меньше атмосферного), что заставляет воздух из атмосферы проходить в часть 3 адсорбера 1 через патрубок воздуха 7, расположенный в части 2 адсорбера 1. Атмосферный воздух проходит по трубке 9 и через адсорбирующее вещество 4, по всему его объему захватывает топливные пары (газообразные углеводороды), продувая (десорбируя) таким образом адсорбирующее вещество 4. Далее топливные пары и воздух проходят через газопроницаемую прокладку 10 в патрубок отвода паров 6 по паропроводу 19 к клапану продувки адсорбера 20 и далее во впускную трубу 18 ДВС, где происходит сгорание топливных паров. Подвод паров топлива и воздуха из адсорбера 1 осуществляется за дроссельным пространством ДВС в месте с наибольшим значением разрежения. Клапан продувки адсорбера 20 необходим для осуществления точного дозирования количества топливных паров и воздуха, поступающих из адсорбера 1 для сгорания в ДВС, и управляется специальным электронным устройством (не показано). Движение продувочного воздуха показано двойной стрелкой (Фиг.1, 4). При работе ДВС уровень топлива в бензобаке 16 понижается, давление газа внутри его уменьшается, при этом воздух из атмосферы через патрубок воздуха 7, продувая адсорбирующее вещество 4 адсорбера 1, заставляет конденсат 21 двигаться в обратном направлении к бензобаку 16, что освобождает паропровод 17 от конденсата.

При проведении испытаний ТС на соответствие требованиям по топливным испарениям в испытательной лаборатории на соответствие директиве 70/220/ЕЭС изменение 98/69 от 13.10.1998 г. (П. 5.1.6.3, стр. 127), адсорбер 1 принудительно, с помощью специальной установки насыщают газом (нормальным бутаном), химическая формула СН₃(СН₂)₂СН₃, со скоростью его подачи в патрубок подвода паров 5 адсорбера 1-40 граммов в час. Так как проходное сечение сужения 12 слишком мало для такого расхода газа, и для его обеспечения требуется большой перепад давления (см. расчет, сделанный выше), вставку 11 демонтируют из патрубка 5, увеличивая проходное сечение, используя при этом выступающую за пределы патрубка 5 часть 22. Затем на патрубок 5 надевают обычный шланг (не показан) для насыщения адсорбера 1 упомянутым газом. После насыщения вставку 11 опять монтируют (вставляют) внутрь патрубка 5 и подключают к СУПТ ТС. Установка вставки 11 происходит следующим образом. Вставку 11 ориентируют таким образом, чтобы совпали лыски 14 и 15 соответственно на вставке 11 и на патрубке 5, это ориентирует вставку 11 в окружном направлении, после чего продольная ось заужения 12 становится геодезически выше продольной оси патрубка 5. Фиксирующий элемент 13 ограничивает осевое перемещение вставки 11. Выступающая часть 22 вставки 11 обеспечивает легкость монтажа и демонтажа ее внутрь патрубка 5.

Таким образом, уменьшение вероятности переполнения ловушки 8 адсорбера 1 конденсатом 21 за счет сужения проходного сечения 12 вставки 11 и одновременного обеспечения проведения обязательных испытаний по насыщению адсорбера 1 в лаборатории за счет легкосъемности вставки 11 и создает положительный эффект.

1. Адсорбер, содержащий герметичный корпус, состоящий, по крайней мере, из двух частей, внутри которого находится адсорбирующее вещество, при этом на одной из частей корпуса имеются три патрубка: подвода, отвода паров топлива и патрубок, связывающий внутреннюю полость адсорбера с атмосферой, а также, по меньшей мере, одну емкость (ловушку) для сбора жидкого топлива (конденсата), причем в патрубке подвода паров топлива имеется сужение его проходного сечения, выполненное на горизонтальном участке патрубка выше его горизонтальной оси, отличающийся тем, что сужение проходного сечения в патрубке подвода паров топлива выполнено в дополнительной вставке, смонтированной внутри этого патрубка, с возможностью ее свободного монтажа и демонтажа, при этом ось вставки преимущественно параллельна оси указанного патрубка, а на сопрягаемых частях патрубка и вставки выполнены взаимно совмещающиеся при монтаже лыски, при этом вставка имеет, по меньшей мере, один фиксирующий элемент, ограничивающий ее перемещение в осевом направлении внутри патрубка подвода паров топлива с таким расчетом, что часть вставки выступает за пределы патрубка.

2. Адсорбер по п.1 отличающийся тем, что вставка выполнена из неметаллического материала.