具有改善的機(jī)械耐受性的燃料儲箱的制作方法
【專利摘要】一種燃料儲箱，所述燃料儲箱具有兩個相對的壁部分和連接這兩個壁部分的至少一個加強件，其中，所述加強件包括空心支柱，所述空心支柱在其末端處的橫截面直徑與其在至少一個中間點處的橫截面直徑之間的比率至少為1.8。
【專利說明】具有改善的機(jī)械耐受性的燃料儲箱
[0001]本發(fā)明涉及具有改善的機(jī)械耐受性的燃料儲箱。
[0002]用于機(jī)動車輛的塑料燃料儲箱必須滿足規(guī)定其下部表皮上的撓曲的最大可允許幅度的規(guī)范。通常必須在老化測試期間滿足這些規(guī)范中規(guī)定的撓曲，在所述老化測試中，儲箱在給定時間段(通常幾星期)內(nèi)和在給定溫度(通常40°C)下容納一定量的燃料。這些規(guī)范的目的在于確保車輛保持其離地間隙，并防止儲箱的表皮接觸車輛的熱區(qū)。
[0003]傳統(tǒng)上，客車中的燃料系統(tǒng)被設(shè)計為在與環(huán)境壓強基本上相同的壓強下來保持特定量的液體燃料。在引入混合動力車并且更具體而言插電式混合動力車(被設(shè)計成使其可能在不使用燃料的情況下運轉(zhuǎn)數(shù)月)時，系統(tǒng)設(shè)計人員所關(guān)注的是保持燃料儲箱內(nèi)的壓強，以限制可能因晝夜循環(huán)而滲出活性炭罐的排放物。此外，保持壓強確保燃料的組成在儲存期間保持不變。然而，必須使得儲箱耐受此內(nèi)部壓強。因此，如本 申請人:名義下的專利申請WO 2010/122065中所述，可通過使用內(nèi)部支柱將兩個相對的儲箱表面彼此聯(lián)結(jié)來實現(xiàn)儲箱加強。然而，此類加強需要通過下列3個相當(dāng)矛盾的測試:
[0004]?壓強下的長期老化變形，其需要非常強健的支柱。
[0005]?對于系統(tǒng)功能沒有任何劣化的在Im處和環(huán)境溫度下的搬運跌落。
[0006]?在沖擊期間對于儲箱表皮沒有任何損壞的高速抗沖擊性；其通常表征為在_40°C下的6m跌落測試或SLED測試。
[0007]盡管直支柱因其允許基于相當(dāng)高的橫截面來減小支柱內(nèi)部的應(yīng)力而成為了最為顯著的設(shè)計，但在比如跌落或SLED測試(即，模擬典型撞擊速度和減速的測試)等高速沖擊測試期間無法獲得良好的結(jié)果。在第二步中，在支柱的內(nèi)部添加了小刻痕，目的是在比如跌落或SLED測試等高速沖擊測試期間引起支柱斷裂。然而這對測試結(jié)果并未產(chǎn)生積極影響。
[0008]在上文提及的專利申請WO 2010/122065中，指出支柱優(yōu)選為建筑學(xué)意義上的支柱，即末端具有較大橫截面并且中心具有較小橫截面(換句話講:橫截面從末端到中心減小)的圓柱形結(jié)構(gòu)。
[0009]現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，令人驚訝地是，末端與中心的橫截面直徑之比為至少1.8(優(yōu)選地，至少2)的支柱可滿足上文提及的3個要求(測試)。根據(jù)制造支柱的材料，此比率可甚至為5或更大。
[0010]因此，本發(fā)明涉及如下燃料儲箱，所述燃料儲箱具有兩個相對的壁部分和連接這兩個壁部分的至少一個加強件，其中所述加強件包括空心支柱，所述空心支柱在末端處的橫截面直徑與其在至少一個中間點處的橫截面直徑之間的比率至少為1.8。
[0011]術(shù)語“燃料儲箱”應(yīng)當(dāng)理解為是指可在不同且變化的環(huán)境和使用條件下儲存燃料的不滲透儲箱。此類儲箱的示例是機(jī)動車輛裝配的儲箱。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的燃料儲箱優(yōu)選地由塑料制成，也就是說，由包含至少一種合成樹脂聚合物的材料制成。
[0013]所有類型的塑料都可能合適。屬于熱塑性塑料類別的塑料尤其合適。
[0014]術(shù)語“熱塑性塑料”應(yīng)當(dāng)理解為是指任何熱塑性聚合物，包括熱塑性彈性體及其混合物。術(shù)語“聚合物”應(yīng)當(dāng)理解為既指均聚物和共聚物(尤其是二元共聚物或三元共聚物)。此類共聚物的示例為:無規(guī)共聚物、直鏈嵌段共聚物、其它嵌段共聚物和接枝共聚物。
[0015]一種經(jīng)常使用的聚合物為聚乙烯。利用高密度聚乙烯(HDPE)已獲得了優(yōu)異的結(jié)果。優(yōu)選地，儲箱還包括燃料不可滲透樹脂層，例如EVOH(部分水解的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)。作為另外一種選擇，為了使儲箱不滲透燃料，可以使其經(jīng)受表面處理(氟化或磺化)。
[0016]包括位于兩個HDPE層之間的EVOH層的多層燃料儲箱成功地用于本發(fā)明的框架中。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的儲箱包括連接兩個相對的壁部分(即，其壁的兩個彼此相對的部分)的加強件。優(yōu)選地，這兩個相對的壁部分為下壁部分(在車輛內(nèi)安裝時朝下并且在燃料的重量下可能蠕變的部分)和上壁部分(安裝時朝上并且在使用期間經(jīng)受極少的蠕變或不經(jīng)受蠕變的部分)。
[0018]此加強件被定義為剛性的，即，在儲箱的整個壽命內(nèi)，其變形不超過幾毫米，理想的是其變形小于I毫米?！白冃巍睂嶋H上是指從其將加大這兩個箱壁部分的間距這一角度而言的擴(kuò)張。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，此元件具有空心支柱的形狀，即大體圓柱形形狀的空心主體(限定未填充有其構(gòu)成材料的內(nèi)部空間的壁)，所述空心主體具有隨其長度變化的橫截面，且其壁厚度占其總體積的百分比可忽略不計(通常為0.2%至0.5%)。
[0020]在一個實施例中，上述“內(nèi)部空間”由一個呈空心支柱狀的外壁限定。此實施例示于附圖2中。在另一個實施例中，“內(nèi)部空間”可為多個材料肋(平行片)之間的空間，其外部包絡(luò)具有空心支柱的形狀。此實施例示于附圖4中。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，所述支柱在其末端具有大橫截面，并且在至少一個中間部分具有減小的橫截面。橫截面“直徑”是指擬合該橫截面的圓的直徑。
[0022]優(yōu)選地，具有減小直徑的部分不在支柱的整個長度上延伸。其優(yōu)選地被定位得覆蓋支柱中應(yīng)力最大的位置。一般來講，具有減小直徑的部分在最大90%的支柱長度上延伸，優(yōu)選地在最大70%的支柱長度上延伸，理想地在最大50%的支柱長度上延伸。優(yōu)選地，具有減小直徑的中間點不在占支柱整個長度的90%以上的長度上延伸，并且被定位得覆蓋支柱中應(yīng)力最大的位置。
[0023]尤其在所述支柱實現(xiàn)另一功能(例如通氣功能)的情況下，此位置可限制在至多最大20%的支柱長度(以便具有最大內(nèi)部空間)。事實上，此比例還取決于支柱的長度(所述比例隨長度減小而增大)，除此之外，該(最小直徑橫截面)區(qū)域中的橫截面直徑可為變化的，以使得事實上僅在一個橫截面處(或者僅在支柱的非常有限的區(qū)域中)滿足最小直徑。換句話講:在一個實施例中，具有最小直徑橫截面的中間點區(qū)域中的橫截面直徑并非恒定的。
[0024]另外優(yōu)選地，支柱的兩端均裝配有連接凸緣，即，裝配有基本上垂直于支柱的整個圓柱形表面并且可易于附接至儲箱內(nèi)表面的部分。在此實施例中，支柱末端的橫截面直徑即是連接凸緣的外徑。一般來講，凸緣為空心的并且具有孔/洞，所述孔/洞具有與位于凸緣正上方或正下方的支柱的上部分基本上相同的尺寸。
[0025]另外，在該實施例中，其中支柱直徑存在過渡的支柱長度優(yōu)選地具有兩個部分--位于凸緣區(qū)域中的第一過渡部分和位于支柱中心的第二過渡部分。第一過渡歸因于焊接(或其他固定方式)的寬度優(yōu)選地顯著大于支柱主體的寬度這一事實，因此其優(yōu)選地接近凸緣。第二過渡優(yōu)選地基本上位于中間，以確保來自兩個箱壁部分的相同性能(例如，頂部和底部沖擊)。
[0026]優(yōu)選地，支柱具有旋轉(zhuǎn)對稱軸線，并且其具有這樣的截面:使得當(dāng)沿著包括所述軸線的豎直平面觀察時，所述截面包括具有空竹形狀(或者具有最終由如下部分聯(lián)結(jié)的兩個相對的拋物線的形狀:所述部分的直徑恒定或者從所述拋物線頂部朝所述部分的中心減小)的部分。甚至更優(yōu)選地，空竹的中間部分的每一側(cè)上的拋物線狀表面由向上延伸到上述凸緣的圓柱形部分來延長。在稍后的實施例中，凸緣的直徑與圓柱形部分的直徑之間的比率至少為1.25，優(yōu)選地至少為2。另外優(yōu)選地，圓柱形部分的直徑與中心部分的直徑之間的比率至少為1.5，優(yōu)選地至少為2.2。
[0027]上述加強支柱優(yōu)選地基于耐燃料材料，優(yōu)選地為塑料，并且如果將支柱焊接至儲箱，則其優(yōu)選地基于與儲箱材料相容(至少在其表面)的材料。
[0028]原始HDPE或由玻璃纖維或任何其它類型的填料(天然的或聚合物纖維)填充的HDPE、P0M (聚甲醛)、PEEK (聚醚醚酮)、PPA (聚鄰苯二甲酰胺)等可為合適的。優(yōu)選地，它們是通過注塑制造的塑料支柱。其也可為雙材料支柱，其一部分由與HDPE相容的材料制成，另一部分由具有有限的變形和/或蠕變的材料(POM、PA、PEEK、PPA、金屬等)制成。
[0029]優(yōu)選地，支柱由兩種材料(更優(yōu)選地:HDPE以及經(jīng)強化過和/或用于強化的材料(例如POM或聚甲醛))組成，以用于耐受性目的(支柱的主體)和附接需要(支柱的凸緣)。在該實施例中，由不同材料制成的兩個部分優(yōu)選地為二次成型(overmoulded)的。另外,在該實施例中，優(yōu)選地存在著兩個其中橫截面/直徑縮小/減小的這樣的支柱長度部分:位于二次成型區(qū)域的第一過渡部分和位于支柱中心的第二過渡部分。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，空心支柱的至少一部分為在儲箱中具有積極作用的附件(排氣、計量、燃料阱等)的構(gòu)成元件。一般來講，所考慮的附件包括存在于室/殼體內(nèi)的至少一個有源組件，并且在這種情況下，優(yōu)選的是空心支柱的至少一部分構(gòu)成所述殼體的至少一部分。換句話講:空心支柱的壁優(yōu)選地構(gòu)成附件殼體的至少一部分，如在上文提及的專利申請WO 2010/122065中所述，其內(nèi)容以引用方式并入本專利申請中。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的此實施例的第一有利變型，空心支柱在其內(nèi)部空間中包括通氣系統(tǒng)的至少一部分，所述通氣系統(tǒng)通常經(jīng)由罐或另一污染控制裝置來將儲箱的內(nèi)部連接到外部。
[0032]在一優(yōu)選的子變型中，其為液體/蒸氣分離器(或LVS)，即內(nèi)部幾何形狀有利于減少存在于燃料蒸氣中存在的蒸氣滴的空心空間。
[0033]在另一優(yōu)選的子變型中，該附件為ROV和/或FLVV型閥門，并且整合到支柱的有源組件為浮子。在這種情況下，空心支柱的至少一部分構(gòu)成浮子在其中滑動的室。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的此實施例的第二有利變型，空心支柱充當(dāng)用于過填預(yù)防裝置(OPD)的殼體。在此變型中，空心支柱的至少一部分構(gòu)成OPD在其中定位的室。然后可在入口處將各種ROV連接到此OPD裝置。
[0035]在一個優(yōu)選的子變型中，可以將LVS功能和OPD功能組合到支柱中。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的此實施例的第三有利變型，空心支柱充當(dāng)燃料阱(換句話講:附件為燃料阱)，并且針對此目的在其內(nèi)部空間包括至少一個用于燃料泵的抽吸點，并且尤其優(yōu)選地包括過濾器，泵通過該過濾器來吸取。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的此實施例的第四有利變型，空心支柱包括電容式計量儀并且充當(dāng)該計量儀的保護(hù)室(即，在某種程度上構(gòu)成其保護(hù)殼體)。在這種情況下，其功能為:過濾波浪(因燃料移動產(chǎn)生的波)的效應(yīng)并從而減小燃料液位測量噪聲；保護(hù)測量元件免遭寄生電容的傷害(通過選擇材料以用于此目的)；并且減小沉積到敏感元件上的燃料膜的效應(yīng)。
[0038]應(yīng)該指出的是，可將上述各種變型組合到同一儲箱內(nèi)，或者甚至組合到同一支柱內(nèi)。
[0039]將參照附圖1至3更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的具有簡單形狀的一體式支柱；圖2示出了本發(fā)明另一實施例的3d形式；圖3示出了未涵蓋在本發(fā)明范圍內(nèi)的可供選擇的加強方案。
[0040]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的具有簡單形狀(橫截面直徑恒定演變)的一體式支柱；以下附圖標(biāo)記表示下列元件:
[0041]1:燃料儲箱殼體
[0042]2:燃料儲箱的箍縮線(pinch line)(即，兩個預(yù)模制型坯部分的焊接線)
[0043]3:加強件
[0044]根據(jù)一優(yōu)選實施例的支柱的整體空竹形狀示于圖2中，該形狀可由附接直徑(AD)和最小截面直徑(MSD)來表征。
[0045]附接直徑被選擇為相當(dāng)大，以便抓牢相當(dāng)大的儲箱表面并且當(dāng)在儲箱內(nèi)部存在壓強時將其變形限于幾乎為O。實際上，在儲箱殼體接口處的橫截面小的情況下，需要增加如圖2中所示的支柱的數(shù)量。此圖示出了直支柱設(shè)計，其中在兩個支柱(1，1' )之間的距離相當(dāng)大。此構(gòu)造允許兩個支柱之間的儲箱(2)的中心點處的高度變形，其將根據(jù)變形值和汽車環(huán)境而可能需要兩者間的額外支柱。
[0046]正好相反，空竹形狀中的最小直徑部分允許在沖擊部分的全部方向上獲得易斷裂區(qū)域。
[0047]該設(shè)計并不容易想到，這尤其是因為模擬高沖擊測試是非常困難的。該設(shè)計似乎是唯一一個能夠獲得下述加強型塑料燃料儲箱的設(shè)計:所述燃料儲箱限制在對儲箱加壓時的儲箱變形，并組合了易斷裂區(qū)域以在高速沖擊測試(跌落和/或SLED測試)時保護(hù)儲箱外殼免于破裂。
[0048]最終的加強支柱形狀的附接直徑(AD)與最小截面直徑(MSD)之間的整體尺寸比率至少為1.8，優(yōu)選地至少為2。
[0049]使用本發(fā)明獲得的結(jié)果在于允許加強型塑料制燃料儲箱的設(shè)計，其與鋼制燃料儲箱相比能夠大幅度減輕重量，從而減少了排放。
[0050]采用其它支柱設(shè)計，不可能在350mbar下將儲箱變形限于通常最大IOmm并通過高抗沖擊性要求。
[0051]圖4示出了本發(fā)明的另一實施例。在此實施例中，支柱的結(jié)構(gòu)包括一系列肋(以與此前實施例相同的方式來成形)，以控制斷裂點。此實施例的優(yōu)點在于降低了模制該部件的中心部分所需的復(fù)雜性。由于這些肋的脫模方向全部一致(in the same line of draw)并且無需具有空心內(nèi)部，因此在末端模制該部件所需的滑動變得足夠簡單。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料儲箱，所述燃料儲箱具有兩個相對的壁部分和連接這兩個壁部分的至少一個加強件，其中，所述加強件包括空心支柱，所述空心支柱在其末端處的橫截面直徑與其在至少一個中間點處的橫截面直徑之間的比率至少為L 8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料儲箱是塑料燃料儲箱。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料儲箱，其中，所述兩個相對的壁部分分別為下壁部分和上壁部分，所述下壁部分旨在在將安裝所述儲箱的車輛中朝下，所述上壁部分旨在在將安裝所述儲箱的車輛中朝上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料儲箱，其中，具有減小的直徑的所述中間點不在占所述支柱的整個長度的90%以上的長度上延伸，并且被定位得覆蓋所述支柱中應(yīng)力最大的位置。
5.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的燃料儲箱，其中，所述中間點的區(qū)域中的所述橫截面的直徑并非恒定的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料儲箱，其中，所述支柱的兩端均裝配有連接凸緣。
7.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的燃料儲箱，其中，所述支柱包括其中橫截面直徑并不恒定的兩個過渡部分:位于所述凸緣的區(qū)域中的第一過渡部分和基本上位于所述支柱的中心的第二過渡部分。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料儲箱，其中，所述支柱具有旋轉(zhuǎn)對稱軸線和這樣的橫截面:當(dāng)沿著包括所述軸線的豎直平面觀察時，所述橫截面包括這樣的部分:該部分具有空竹的形狀、或者具有由中間部分聯(lián)結(jié)的兩個相對的拋物線的形狀，所述中間部分的直徑或者恒定，或者從所述拋物線的頂部朝所述部分的中心減小。
9.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的燃料儲箱，其中，所述空竹的中間部分的每一側(cè)上的拋物線狀表面由向上延伸到連接凸緣的圓柱形部分來延長，并且，所述凸緣的直徑與所述圓柱形部分的直徑之間的比率至少為1.25，而所述圓柱形部分的直徑與所述中心部分的直徑之間的比率至少為1.5。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料儲箱，其中，所述支柱包含兩種不同的材料，并且由不同材料制成的兩個部分是二次成型的。
11.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的燃料儲箱，其中，所述支柱包括橫截面直徑并不恒定的兩個過渡部分:位于二次成型區(qū)域的第一過渡部分和基本上位于所述支柱的中心的第二過渡部分。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料儲箱，其中，所述空心支柱具有由一個呈空心支柱形狀的外壁限定的內(nèi)部空間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的燃料儲箱，其中，所述空心支柱具有多個材料肋之間的內(nèi)部空間，所述多個材料肋的外部包絡(luò)具有空心支柱的形狀。
【文檔編號】B29C49/20GK103596790SQ201280018453
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月12日
【發(fā)明者】B·克里爾, D·希爾, B·德沃 申請人:英瑞杰汽車系統(tǒng)研究公司