專利名稱：具有燃料蒸氣再循環(huán)的燃料加注系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機動交通工具中的燃料加注系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明涉及具有燃料蒸氣再循環(huán)特征的燃料加注系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料加注系統(tǒng)存在于機動交通工具，例如汽車、卡車、輪船、飛機等中，并且其用于將由交通工具外部的源(例如氣泵)提供的燃料供應(yīng)至位于交通工具中的燃料儲存箱。通常，燃料加注系統(tǒng)包括被稱為燃料加注頸的漏斗組件，其通過一個或多個一定長度的管連接至燃料儲存箱。該燃料加注頸接收從外部燃料源輸送來的燃料，并且一個或多個一定長度的管將燃料輸送至燃料儲存箱?？刹鹦兜捻斏w(例如氣頂)被固定至該燃料加注頸以便在加注燃料的過程后密封該燃料加注系統(tǒng)。
對汽車工業(yè)和燃料輸送工業(yè)實施的環(huán)境規(guī)章嚴(yán)格限制了可從機動交通工具的燃料加注系統(tǒng)中滲透出來的燃料蒸氣量。為了幫助滿足并勝過這些規(guī)章的規(guī)定，已在技術(shù)上研制了多種改進。例如，人們已經(jīng)提出了各種類型的防蒸氣滲透的管道，用于限制可通過管道從系統(tǒng)滲透出的燃料蒸氣量。這種管道的示例見于專利號為No.6,591,871，名稱為“低滲透作用的聚對苯二甲酸丁二酯和聚丁烯萘二甲酸酯燃料和蒸氣管道”的美國專利文件；以及專利號為No.6,293,312，名稱為“熱塑性管道”的美國專利中。
除了用于燃料加注系統(tǒng)中的材料的改進之外，還已對燃料加注系統(tǒng)的設(shè)計作出了改進。燃料加注系統(tǒng)設(shè)計改進的一個示例存在于裝配有所謂的機載加燃料蒸氣回收(ORVR)的燃料加注系統(tǒng)中。裝配ORVR的燃料加注系統(tǒng)包括蒸氣再循環(huán)管，其在燃料儲存箱和燃料加注頸之間設(shè)置有分離的流體路徑。再循環(huán)管設(shè)置一個路徑，用于在加燃料的過程中接收從燃料儲存箱排出的空氣和燃料蒸氣的混合物(下文中稱其為“燃料蒸氣”)，并將排出的燃料蒸氣再次引入到燃料加注頸。燃料再循環(huán)管中的燃料蒸氣的流動可通過一個或多個閥門來控制，并可通過一個或多個過濾器進行過濾。
盡管例如防蒸氣滲透管道和裝配有ORVR的系統(tǒng)之類的技術(shù)革新顯著降低了能從燃料加注系統(tǒng)中逸出的燃料蒸氣量，但存在進一步降低的愿望。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)的上述和其它缺點及不足之處可通過一種燃料加注系統(tǒng)加以克服和消除，該燃料加注系統(tǒng)包括具有入口的漏斗，其中入口被構(gòu)造成用于接收來自外部燃料源的噴嘴，連接至漏斗的出口的燃料加注管，和連接至漏斗的蒸氣再循環(huán)管。來自蒸氣再循環(huán)管的燃料蒸氣通過燃料蒸氣口進入漏斗，并且燃料蒸氣口將燃料蒸氣引向出口。在一個實施例中，燃料蒸氣口以與漏斗縱軸所成的小于90°的第一角度被引導(dǎo)出來。第一角度優(yōu)選地在約20°至約70°之間，并且更為優(yōu)選地是在約30°至約60°之間。
在本發(fā)明的另一方面中，進入漏斗的燃料蒸氣以小于90°的第二角度引導(dǎo)至漏斗，該角度是燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗的點處與漏斗內(nèi)表面的切線方向之間的夾角。這一角度位于垂直于漏斗縱軸的平面中。在一個實施例中，燃料蒸氣口具有設(shè)置成第二角度的中心線。第二角度優(yōu)選地在約20°至約70°之間，并且更為優(yōu)選地是在約30°至約60°之間。
本發(fā)明的一個或多個實施例的細(xì)節(jié)在下面的附圖及說明書中加以闡明。本發(fā)明的其它特征、目的及優(yōu)點將通過說明書和附圖，并通過權(quán)利要求變得更加清楚。


本發(fā)明的特征，和它的技術(shù)優(yōu)勢可通過對優(yōu)選實施例的如下說明連同權(quán)利要求和附圖來了解，圖中圖2是圖1中的燃料加注系統(tǒng)沿線2-2得到的截面端視圖；圖3是燃料蒸氣口的第一實施例的截面圖；圖4是燃料蒸氣口的第二實施例的截面圖；圖5是燃料蒸氣口的第三實施例的截面圖；圖6是計算機產(chǎn)生的對圖1燃料加注系統(tǒng)中的燃料蒸氣顆粒路徑的顯示；圖7是計算機產(chǎn)生的對現(xiàn)有技術(shù)燃料加注系統(tǒng)中的燃料蒸氣顆粒路徑的顯示；圖8是計算機產(chǎn)生的指示圖1燃料系統(tǒng)中的燃料蒸氣的速度方向的顯示；圖9是計算機產(chǎn)生的指示圖1燃料系統(tǒng)中的靜壓的顯示；圖10是本發(fā)明燃料加注系統(tǒng)的替換實施例的截面?zhèn)纫晥D；和圖11是圖10的燃料系統(tǒng)沿線11-11得到的截面端視圖。
具體實施例方式
圖1和圖2分別是描繪根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料加注系統(tǒng)10的側(cè)視圖和截面端視圖。燃料加注系統(tǒng)10可用于機動交通工具，例如汽車、卡車、船舶、飛機等，并且其用于將由外部源(例如氣泵)提供的燃料傳送至位于交通工具中的燃料儲存箱12。
燃料加注系統(tǒng)10包括通過一個或多個一定長度的管16而連接至燃料儲存箱的燃料加注頸14。典型地，燃料加注頸14比燃料儲存箱12高，以使得燃料加注頸14內(nèi)的燃料在重力作用下經(jīng)管16流至燃料儲存箱12。燃料加注頸14包括漏斗18，該漏斗具有被構(gòu)造成用以接收來自外部燃料源的噴嘴22的入口20和連接至管16的出口24。在所示實施例中，漏斗18具有連接至圓錐形部分28的圓柱形部分26，圓柱形部分26的端部形成為入口20，并且圓錐形部分28的端部形成為出口24。管16在出口24處固定至漏斗18。燃料加注系統(tǒng)10還包括蒸氣再循環(huán)管30，其在燃料儲存箱12和漏斗18之間設(shè)置有分離的流體路徑。來自蒸氣再循環(huán)管30的燃料蒸氣通過燃料蒸氣口32進入漏斗18。優(yōu)選地，燃料加注系統(tǒng)10的各個元件由防蒸氣滲透的塑料材料制成。
在操作中，加燃料過程典型地包括將噴嘴22通過漏斗18的入口20插入至漏斗18中，并且從噴嘴22分配燃料，以使得該燃料通過噴嘴18的出口24并通過一個或多個管16進入到燃料儲存箱12。蒸氣再循環(huán)管30設(shè)置有一條路徑，其用于在加燃料的過程中接收從燃料儲存箱12中排出的燃料蒸氣，并通過燃料蒸氣口32將排出的燃料蒸氣再次引入漏斗18。有利地是，燃料蒸氣口32將燃料蒸氣引向出口24。通過所指的“引向出口”，意思是燃料蒸氣被通過燃料蒸氣口32引導(dǎo)，以便燃料蒸氣的主流沿出口24的方向具有速度分量。例如，在圖1的實施例中，排出燃料蒸氣口32的燃料蒸氣以相對于漏斗18的圓柱形部分26的縱軸34成θ角被引導(dǎo)，這提供了具有垂直于縱軸34的速度分量(Vz)和平行于縱軸34并引向出口24的速度分量(Vy)的燃料蒸氣。正如將在下文中進一步詳細(xì)討論的那樣，這種配置將迫使燃料蒸氣被引向從噴嘴22流出的燃料，并且由此有助于在燃料中夾帶的燃料蒸氣。此外，這種配置將防止在管道16中出現(xiàn)任何逆向流動的空氣流。
參照圖2，燃料蒸氣口32引導(dǎo)燃料蒸氣以小于90°的角度β進入漏斗18，其中該角度是燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗18的點處與漏斗18內(nèi)表面的切線50之間的夾角。角度β位于垂直于漏斗18的縱軸34的平面中。這種配置將使燃料蒸氣的主流具有速度分量Vx，該速度分量環(huán)繞著漏斗18內(nèi)表面引導(dǎo)蒸氣以便在漏斗18內(nèi)產(chǎn)生低壓區(qū)域和渦流。在燃料蒸氣與來自噴嘴22的燃料一起向下流動時，低壓區(qū)域和渦流將導(dǎo)致漏斗18內(nèi)部很大部分的壓力降低，并且?guī)椭鷮⑷剂险魵鈯A帶入燃料中。
在圖1和2的實施例中，燃料蒸氣口32基本上為具有中心線52的直管，其中該中心線在圖1中所示的y-z平面中以角度θ放置，在圖2中所示的x-z平面中以角度β放置。通常，直管將流體的流與中心線52對準(zhǔn)，以便當(dāng)流體從口32排出到漏斗18中時，它的主流速度(V)基本上沿中心線52成角度θ和β。盡管角度θ和β可為小于90°的任意角度，但為了便于漏斗18的制造，角度θ和β中的每一個優(yōu)選地在約20°至約70°之間，并且更為優(yōu)選地是在約30°至約60°之間。
圖3至5描繪了燃料蒸氣口32的各種實施例。在圖3中，燃料蒸氣口32通過燃料再循環(huán)管30的端部的內(nèi)表面形成，該燃料蒸氣口32延伸通過漏斗18的側(cè)面56。蒸氣再循環(huán)管30的外圓周通過任何方便的方式，例如粘合劑、焊接等固定至漏斗18的側(cè)面56。在圖4中，燃料蒸氣口32由漏斗18的一部分形成。在所示實施例中，漏斗18包括從漏斗18的側(cè)面56延伸出來的圓柱形突起58。圓柱形突起58接收蒸氣再循環(huán)管30的端部，以用于將管30連接至漏斗18。燃料再循環(huán)管30可使用任何方便的方式，例如壓配合、粘合劑、銅焊、焊接、機械緊固件(例如軟管夾)等固定至突起58。在圖5中，燃料蒸氣口32由配件60形成，其將蒸氣再循環(huán)管30連接至漏斗18。配件60可以是所示的簡單連接配件，或可包括多種裝置，例如閥門(例如止回閥)，過濾器等。配件60可通過任何方便的方式，例如粘合劑、焊接等固定至漏斗18的側(cè)面56。同樣地，燃料再循環(huán)管30可通過使用任何方便的方式，例如壓配合、粘合劑、焊接、機械緊固件(例如，軟管夾)等固定至配件60。
圖6和圖7分別描繪了本發(fā)明的燃料加注系統(tǒng)10和現(xiàn)有技術(shù)燃料加注系統(tǒng)中的燃料蒸氣顆粒的路徑。在圖6的系統(tǒng)中，燃料蒸氣口32將燃料蒸氣以根據(jù)本發(fā)明實施例的約55°的θ角引向出口24，而圖7示出了在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，燃料蒸氣口垂直于漏斗的縱軸引導(dǎo)燃料蒸氣。圖6和7的每一個均產(chǎn)生于各自系統(tǒng)的計算流體動力學(xué)(CFD)流動模型。所使用的建模軟件是來自新罕布什爾州的Lebanon流體有限公司的商用軟件Fluid 6.0。其中每一個軌跡線代表一個蒸氣顆粒從蒸氣口經(jīng)漏斗輸送的情況。
在圖6和7中建模的每一個系統(tǒng)的邊界條件是相同的，并且代表了管16內(nèi)的空氣壓力足夠高以防止燃料蒸氣向下流動的狀態(tài)。這種狀態(tài)可由于在燃料箱12(圖1)內(nèi)的壓力增加而存在。圖6和7的對比表明，與圖7中的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，本發(fā)明的系統(tǒng)10可導(dǎo)致燃料蒸氣顆粒進一步向從噴嘴22流出的流體下游輸送。結(jié)果，本發(fā)明的燃料加注系統(tǒng)10導(dǎo)致夾帶更多的燃料蒸氣進入到來自噴嘴22的燃料流中。此外，由于燃料蒸氣以高速向出口24引入到漏斗18中，它還防止了來自管16的燃料蒸氣的逆向流動。結(jié)果，本發(fā)明的燃料加注系統(tǒng)10將可能從系統(tǒng)10逸出的燃料蒸氣量降低至現(xiàn)有技術(shù)燃料加注系統(tǒng)可能逸出的蒸氣量以下。
圖8和9是沿垂直于漏斗18的縱軸34的平面中截取的燃料系統(tǒng)10的截面圖。根據(jù)本發(fā)明的實施例，燃料蒸氣口32將燃料蒸氣以約45°角引入漏斗18，其中該角度是燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗18的點處與漏斗18的內(nèi)表面的切線之間的角度。圖8描繪了在漏斗18中的燃料蒸氣的流動方向，其中每一個箭頭均代表速度方向。圖9描繪了在漏斗18的不同區(qū)域上的靜壓，其中數(shù)值表示相對于環(huán)境壓力(即，漏斗18的外部壓力)的壓力。圖8和9產(chǎn)生于燃料加注系統(tǒng)10的計算流體動力學(xué)(CFD)流動模型。所用的建模軟件是來自新罕布什爾州的Lebanon流體有限公司的商用軟件Fluid 6.0。
如圖8所示，當(dāng)燃料蒸氣進入漏斗18時，角形燃料蒸氣口32引入漩渦分量62。如圖9所示，該漩渦分量62將在漏斗18的大部分上形成低壓區(qū)域(低于環(huán)境壓力)。該低壓區(qū)域?qū)⒂兄诜乐谷剂险魵庾月┒?8中逸出。此外，角形燃料蒸氣口32在燃料蒸氣流中引入渦流，該渦流傾向于使燃料蒸氣向下朝向從噴嘴22流出的燃料流引出，結(jié)果，促進了進入流動燃料中的燃料蒸氣的夾帶情況。
燃料蒸氣口32可被構(gòu)造成用于產(chǎn)生順時針或逆時針漩渦分量62。優(yōu)選地，漩渦分量62的方向被選擇成使得它補充通過燃料蒸氣口32的其它特征、管道16中的彎曲、蒸氣再循環(huán)管30(圖1)、和/或配件60(圖5)在燃料蒸氣中所產(chǎn)生的任何漩渦方向。
圖10和圖11分別描繪了根據(jù)本發(fā)明替換實施例的燃料加注系統(tǒng)10的側(cè)視圖和截面端視圖。除了漏斗70的結(jié)構(gòu)不同于圖1和2的漏斗18的結(jié)構(gòu)之外，該燃料加注系統(tǒng)10基本上類似于圖1和2的燃料加注系統(tǒng)10。在圖10和11中，漏斗70包括端部形成為出口24并連接至圓柱形部分74的不對稱圓錐體72。漏斗70還包括設(shè)置在圓柱形部分74內(nèi)的內(nèi)錐76。該內(nèi)錐76形成為被構(gòu)造成用以接收來自外部燃料源的噴嘴22的入口20。內(nèi)錐76可用于防止燃料飛濺出燃料加注系統(tǒng)10。圓柱形部分74具有以34指示的縱軸，其形成了漏斗70的縱軸。
蒸氣再循環(huán)管30通過使用任何方便的方式，包括本文就圖1-5討論的那些方式，連接至漏斗70。燃料蒸氣口32可象本文參照圖3-5所述的那樣構(gòu)造。正如在先前討論的實施例中那樣，燃料蒸氣口32使燃料蒸氣以角度β引向出口24。此外，燃料蒸氣口32以小于90°的角度β將燃料蒸氣引入漏斗70，其中該角度是燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗70的點處與漏斗70內(nèi)表面的切線50之間的夾角。
在本發(fā)明的燃料加注系統(tǒng)10中，燃料蒸氣口將燃料蒸氣引向出口。這種配置導(dǎo)致燃料蒸氣顆粒進一步向下游朝向液體表面輸送，并且因此導(dǎo)致與先前的現(xiàn)有技術(shù)的燃料加注系統(tǒng)可能達(dá)到的相比，有更多的燃料蒸氣被夾帶至來自噴嘴的燃料流中。而且，由于燃料蒸氣朝出口以高速引入漏斗，它還防止了來自管道的燃料蒸氣的逆流，這樣將可能從系統(tǒng)逸出的燃料蒸氣量減少到現(xiàn)有技術(shù)的燃料加注系統(tǒng)可能的燃料蒸氣逸出量之下。此外，燃料蒸氣口將燃料蒸氣以小于90°的角度β引入漏斗，其中該角度是燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗的點處與漏斗內(nèi)表面的切線之間的夾角。這種配置引入了在漏斗的大部分中建立起低壓區(qū)域(低于環(huán)境壓力)的漩渦分量，這還有助于防止燃料蒸氣從漏斗逸出。這種配置還將渦流引入燃料蒸氣流中，這傾向于將燃料蒸氣引向流動流體(即，離開噴嘴的燃料)的下游，并進一步提高了燃料蒸氣進入流動燃料的夾帶情況。
本發(fā)明的多個實施例已被說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出各種改進。因此，其它實施例也被包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料加注系統(tǒng)，其特征在于漏斗(18，70)，其具有被構(gòu)造成用于接收來自外部燃料源的噴嘴(22)的入口(20)；燃料加注管(16)，其連接至漏斗(18，70)的出口(24)；和蒸氣再循環(huán)管(30)，其連接至漏斗(18，70)，其中來自蒸氣再循環(huán)管(30)的燃料蒸氣通過燃料蒸氣口(32)進入漏斗，并且燃料蒸氣口將燃料蒸氣引向出口(24)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料加注系統(tǒng)，其特征在于，漏斗(18，70)包括燃料蒸氣口(32)穿過其設(shè)置的圓柱形部分(26，74)，其中燃料蒸氣口具有以與圓柱形部分(26，74)的縱軸(34)成小于90°的第一角度設(shè)置的中心線(52)，其中第一角度可為約20°至約70°之間，特別是在約30°至約60°之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃料加注系統(tǒng)，其特征在于，在垂直于漏斗(18，70)的縱軸(34)的平面中，燃料蒸氣口(32)還以小于90°的第二角度引導(dǎo)燃料蒸氣，其中該角度是燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗的點處與漏斗(18，70)內(nèi)表面的切線(50)之間的夾角，其中燃料蒸氣口(32)可具有以第二角度設(shè)置的中心線(52)，并且其中該第二角度可在約20°至約70°之間，特別是在約30°至約60°之間。
4.一種燃料加注系統(tǒng)，其特征在于漏斗(18，70)，其具有被構(gòu)造成用于接收來自外部燃料源的噴嘴(22)的入口(20)；燃料加注管(16)，其連接至漏斗(18，70)的出口(24)；和蒸氣再循環(huán)管(30)，其連接至漏斗(18，70)，其中在垂直于漏斗的縱軸(34)的平面中，從蒸氣再循環(huán)管(30)進入漏斗(18，70)的燃料蒸氣以小于90°的第一角度被引導(dǎo)，其中該角度是燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗(18，70)的點處與漏斗(18，70)內(nèi)表面的切線(50)之間的夾角。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料加注系統(tǒng)，其特征在于，燃料蒸氣口(32)設(shè)置成穿過漏斗(18，70)并與燃料再循環(huán)管(30)流體連通，燃料蒸氣口(32)具有以第一角度設(shè)置的中心線(52)，其中燃料蒸氣口(32)的中心線可進一步以與漏斗(18，70)的縱軸(34)成小于90°的第二角度設(shè)置，以便朝出口(24)引導(dǎo)燃料蒸氣，其中第一和第二角度中的每一個可在約20°至約70°之間，特別是在約30°至約60°之間。
6.一種燃料加注系統(tǒng)所用的漏斗，其特征在于入口(20)，其被構(gòu)造成用于接收來自外部燃料源的噴嘴(22)；出口(24)，來自噴嘴(22)的燃料通過該出口輸送至燃料加注管(16)；和燃料蒸氣口(32)，其被構(gòu)造成用于將燃料蒸氣朝向出口(24)而引入漏斗(18，70)。
7.如權(quán)利要求6所述的漏斗，其特征在于，燃料蒸氣口(32)具有以與漏斗(18，70)的縱軸(34)成小于90°的第一角度設(shè)置的中心線(52)，其中第一角度可在約20°至約70°之間，特別是在約30°至約60°之間。
8.如權(quán)利要求6或7所述的漏斗，其特征在于，燃料蒸氣口(32)進一步被構(gòu)造成以小于90°的第二角度將燃料蒸氣引入漏斗(18，70)，其中該角度為燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗(18，70)的點處與漏斗內(nèi)表面的切線(50)之間的夾角，該角度位于垂直于漏斗(18，70)的縱軸(34)的平面中，其中第二角度可在約20°至約70°之間，特別是在約30°至約60°之間。
9.一種燃料加注系統(tǒng)所用的漏斗，其特征在于入口(20)，其被構(gòu)造成用于接收來自外部燃料源的噴嘴(22)；出口(24)，來自噴嘴(22)的燃料通過該出口輸送至燃料加注管(16)；和燃料蒸氣口(32)，其被構(gòu)造成以小于90°的第一角度將燃料蒸氣引入漏斗(18，70)，其中該角度為燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗(18，70)的點處與漏斗內(nèi)表面的切線(50)之間的角度，該角度位于垂直于漏斗(18，70)的縱軸(34)的平面中。
10.如權(quán)利要求9所述的漏斗，其特征在于，燃料蒸氣口(32)具有以第一角度設(shè)置的中心線(52)，其中燃料蒸氣口(32)的中心線(52)可進一步以與漏斗(18，70)的縱軸(34)成小于90°的第二角度設(shè)置，以便將燃料蒸氣朝向出口(24)而引入漏斗中，其中第一角度和第二角度中的每一個可在約20°至約70°之間，特別是在約30°至約60°之間。
全文摘要
一種燃料加注系統(tǒng)，包括具有構(gòu)造成用于接收來自外部燃料源的噴嘴(22)的入口(20)的漏斗(18，70)、連接至漏斗(18，70)的出口(24)的燃料加注管(16)、和連接至漏斗的蒸氣再循環(huán)管(30)。從蒸氣再循環(huán)管(30)進入漏斗(18，70)的燃料蒸氣被朝向出口(24)以與漏斗(18，70)的縱軸(34)成小于90°的第一角度引導(dǎo)。進入漏斗(18，70)的燃料蒸氣也可以小于90°的第二角度被引導(dǎo)，其中該角度是燃料蒸氣進入方向在燃料蒸氣進入漏斗的點處與漏斗(18，70)內(nèi)表面的切線(50)之間的夾角。第二角度位于垂直于漏斗(18，70)的縱軸(34)的平面中。
文檔編號F02M37/20GK1914058SQ200580003379
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月27日
發(fā)明者R·班納吉, D·L·克萊因 申請人:戴科產(chǎn)品有限責(zé)任公司