CN102414042B - 具有改善的抗蠕变性的塑料燃料储箱及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种塑料燃料储箱，具有一个下部壁、一个上部壁以及连接这两个壁的至少一个增强元件，这个增强元件包括一个空心塑料立柱，该立柱在其下部部分中具有一个开口并且在其上部部分中具有一个开口，这些开口所处的位置使得它们对应地允许对该立柱进行填充并且将其除气，该空心立柱的至少一部分是一个辅件的构成元件，该辅件在该储箱中具有积极的作用。

Description

具有改善的抗蠕变性的塑料燃料储箱及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有改善的抗蠕变性的塑料燃料储箱、并且涉及一种用于制造这种储箱的方法。

背景技术

旨在用于机动车辆的塑料燃料储箱必须满足多种规格，这些规格指定了在其下部外皮上最大可允许的偏转幅度。在老化测试过程中，通常必须满足这些规格中所述的偏转，在这些测试中储箱包含了用于一个给定时间段(典型的是几个星期)且处于一个温度(通常是40℃)下的一定量的燃料。这些规格的目的是确保车辆维持其道路间隙并且防止储箱的外皮与车辆的热点发生接触。

目前，塑料燃料储箱普遍地通过塑料连片固定到车辆底盘上并且被金属带支撑。金属带具体用在容积较大的储箱上，这种储箱与最大可允许偏转相符合是更困难的。然而，借助于这些带涉及了一个额外的附着步骤，并且因此不是非常经济的。

此外，混合车辆并且特别是仅在电动模式下运行的小汽车的特征为用于清洗碳罐的空气容积明显减小。在开发用于此类应用的燃料系统的背景下，设想了对储箱的加压，这是因为汽油蒸气的产生是根据压力而减小的。在350至450mbar压力下，蒸汽的产生几乎被消除。因此，碳罐不再受环境温度变化的影响。另一方面，必须增加碳罐的机械强度/抗蠕变性，这是因为由加压造成的变形被增加到由燃料的重量所引起的变形上。

在现有技术中已经提出了多种解决方案，其中考虑到了增强燃料储箱的机械强度(包括抗蠕变性)。

因此，在本申请人名下的申请WO2006/064004描述了一种用于制造具有改善的抗蠕变性的塑料燃料储箱的方法，根据该方法：

a)将包括两个不同部分的一种塑料型坯插入一个开放式双空腔模具中；

b)将一个内芯插入该型坯内部，所述内芯支承了能够紧固该型坯的这两个部分(在其之间产生一种连接)的一个增强元件的至少一部分；

c)将型坯牢固地压靠在这些模具空腔上(通过经内芯吹气和/或在这些空腔之后产生抽吸)；

d)使用该内芯将该增强元件(的这个部分)固定到型坯的这些部分中的至少一个上；

e)将该内芯抽出；

f)将该模具再次关闭，从而将该模具的两个空腔放在一起，其方式为使得围绕该型坯的这两个部分的周边来将这两个部分握紧以便把它们焊接在一起；

g)将一种加压后的流体注入该模具中和/或在这些模具空腔之后产生真空，以便把该型坯牢固地压靠在这些模具空腔上；

h)将模具打开并且将该储箱取出。

在本申请中所指明的是，该增强元件可以是在其常规使用或运作中通常与燃料储箱相关联的任何功能性装置或物体、并且该增强元件是足够大的以便从一个壁延伸至另一个壁。这种特别适合的结构的一个实例是储箱泵/计量器模块。然而，在大的表面积上延伸的平坦储箱中、和/或在某些“鞍状”储箱(它包括至少两个凹座)中，一个单独的增强元件通常是不够的。此外，取决于储箱的几何形状，可能在该模块所处的位置处增强件不是必要的或者甚至是不可能的。于是必要的是，在储箱中提供另外一个或多个增强件，其效果是减少了储箱的工作容积和/或增加了储箱的重量。这个增强件可以是例如在常规吹气模制中的“碰穿(kiss-off)式”增强件(即，储箱的下部壁及上部壁的局部焊接)、或者在双片吹气模制中的一个内部增强件。这些增强件涉及额外的费用并且涉及储箱内部工作容积的减小。

发明内容

本发明旨在通过提供一种具有特别简单的结构的增强式储箱来解决这些问题，其中该增强元件不显著减小储箱的工作容积并且不会过多增加储箱的重量，而正相反，该增强元件是一个辅件的构成元件，该辅件在储箱中具有积极的作用，如除气、计量或燃料收集作用。

为此目的，本发明涉及一种塑料燃料储箱，它具有一个下部壁、一个上部壁以及连接这两个壁的至少一个增强元件，其中该增强元件包括一个空心塑料立柱，该立柱在其下部部分中具有一个开口并且在其上部部分中具有一个开口，这些开口所处的位置使得它们对应地允许对该立柱进行填充以及对其除气，该空心立柱的至少一部分是一个辅件的构成元件，该辅件在储箱中具有积极作用。

术语“燃料储箱”应理解为是指一种不可渗透的储箱，这种储箱能够在不同的和变化的环境以及使用条件下储存燃料。这种储箱的一个实例是机动车辆装备的储箱。

根据本发明的燃料储箱是由塑料制成的，也就是说由包括至少一种合成树酯聚合物的材料制成。

所有类型的塑料都可能是适合的。特别适合的是属于热塑性塑料类别的塑料。

术语“热塑性”应理解为是指任何热塑性聚合物，包括热塑性弹性体、以及它们的共混物。术语“聚合物”应理解为是指均聚物和共聚物(尤其是二元或三元共聚物)二者。这类共聚物的实例是(非限制性地)：无规共聚物、线性嵌段共聚物、其他嵌段共聚物以及接枝共聚物。

一种常用的聚合物是聚乙烯。用高密度聚乙烯(HDPE)已经获得了优异的结果。优选地，该储箱还包括一个不渗透燃料的树脂层，例如像EVOH(一种部分水解的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)。可替代地，该储箱可以经受一种表面处理(氟化作用或磺化作用)，其目的是使该储箱不可渗透燃料。

根据本发明的储箱包括一种增强元件，该增强元件把储箱的下部壁(在车辆中面向下安装的壁并且该壁在燃料的重量下可能发生蠕变)连接到储箱的上部壁(面向上安装的壁并且在使用过程中经受少量蠕变或不经受蠕变)上。

在定义上这个元件是刚性的，即在储箱的寿命中它不发生多于几毫米的变形，理想的是它的变形小于1mm。

根据本发明，这个元件具有空心立柱的形状，即一个总体上圆柱形状的空心体(限定了内部容积的壁不被其构成材料所填充)，这个空心体在其长度上具有可任选地变化的截面，而空心体的壁厚度只代表了其总容积中可以忽略的一个百分比(典型地是从0.2％至0.5％)。优选的是，它在建筑意义的方面来讲是立柱，即在其末端处具有较大截面而在其中央处具有较小截面的圆柱形结构(换言之：从其末端至其中央减小的截面)。

根据本发明，该立柱包括一个下部开口以及一个上部开口，该下部开口能够使立柱被燃料填充，而该上部开口能够使该立柱被除气，优选地基本上在储箱的填充液位的整个范围上。优选地，该下部开口尽可能接近该储箱的下部壁而定位(将制造限制以及所要求的尺寸考虑在内以便使它有效)。类似地，优选的是，上部开口位于储箱的最大填充液位的上方，更优选的是尽可能接近该储箱的上部壁(将制造和运行限制以及还有所要求的尺寸考虑在内以便使它有效)。

如在前一段落中所述，这些孔口的尺寸和形状优选被适配为使它们能够有效地实现它们的作用。该形状优选基本上是圆形的(在实际中通常更易于生产)，但是其他形状不会特别地产生问题。

关于这些尺寸，它们优选是这样的：

填充是通过充分的动力学特性来完成的(不产生太大的压力降低)。具有在5mm至10mm数量级的直径的孔口是非常合适的。

除气引起的压力降低不大于填充孔口引起的压力降低。实际上，10至15mm的直径是非常合适的。

上述增强立柱是基于任何耐燃料的塑料，并且如果把该增强件焊接到储箱上，则优选的是基于一种与储箱(至少在表面处)的塑料相兼容的塑料。

用玻璃纤维或任何其他类型的填充剂(天然的或聚合的纤维)填充的新的HDPE或HDPE、POM、PEEK、等可能是适合的。优选地，它们是通过注塑模制而制造的塑料立柱。它还可以是一种双材料的立柱，该立柱的一部分是由与HDPE相兼容的材料制成的，而该立柱的另一部分是由具有有限变形和/或蠕变的材料(POM、PA、PEEK、金属、等等)制成的。

根据本发明，该空心立柱的至少一部分是一个辅件的构成元件，该辅件在储箱中具有积极作用(除气、计量、燃料收集、等等)。总体上，所讨论的辅件包括存在于一个腔室/壳体中的至少一个有积极作用的部件(activecomponent，活动的部件)，并且优选的是在这种情况下该空心立柱的至少一部分构成了所述壳体的至少一部分。换言之：优选地，该空心立柱的壁构成了该辅件的壳体的至少一部分。

根据本发明的一个第一有利变体，空心立柱在其内部容积中包括把储箱的内部连接到外部上的一个通风系统的至少一部分，通常是通过一个碳罐或另一个污染控制装置。这个部分可以包括该通风系统的一个或多个部件。换言之，在这个变体中，该辅件是该储箱的通风系统的一个部分，该空心立柱是该辅件的一个构成元件。

在一个优选的亚变体中，它是一种液体/蒸汽分离器(或LVS)，即具有一种内部几何形状的一个空心容积，这种几何形状使得它有利于减少存在于燃料蒸汽中的蒸汽液滴。这种分离器有利地包括一个排放装置，该排放装置可以是被动的(即，它允许所收集的液体通过重力发生流动，例如像一个阀(伞形阀、ROV或FLVV阀))或主动的(即，与泵抽吸作用相连接的一个低点)。它总体上还包括一个缓和凹凸部(abatementrelief)，如构成挡板(chicane)的一组障碍物。在这个亚变体中，空心立柱壁的一部分有利地构成了LVS的侧壁。换言之，在这个变体中，LVS被一个腔室所限定，该腔室具有由立柱一个侧壁的至少一部分构成的一个侧壁。

在另一个优选亚变体中，该辅件是一种ROV和/或FLVV型的阀，并且被整合在该立柱中的、有积极作用的部件是一个浮漂件。在这种情况中，空心立柱的至少一部分构成了浮漂件在其中滑动的腔室。

在这两个亚变体中，分离器和阀通常被连接到至少一条通风管线上。

根据本发明的一个第二有利变体，该空心立柱用作一个防溢出装置(OPD)的壳体。在这个变体中，该空心立柱的至少一部分构成了其中定位有OPD的腔室。于是不同的ROV可以在入口处连接到这个OPD装置上。

在一个优选亚变体中，有可能把LVS功能与OPD功能组合在立柱中。

根据本发明的一个第三有利变体，该空心立柱用作一个燃料收集器(换言之：该辅件是一个燃料收集器)，并且为此目的，该空心立柱在其内部容积中包括用于一个燃料泵的至少一个抽吸点并且非常特别优选的是包括一个过滤器，经过该过滤器该泵进行抽吸。

根据本发明的一个第四有利变体，该空心立柱包括一个电容性计量器并且用作该计量器的一个保护性腔室(即，构成如之前一样的其保护性壳体)。在这种情况下其功能是：

用来过滤这些波动(由于燃料移动所引起的)的影响并且因此减少燃料液位测量噪声；

用来保护测量元件免受寄生电容影响(通过选择用于此目的的材料)；并且

用来减少沉积在敏感元件上的燃料膜的影响。

应该指出，上述不同的变体可以组合在同一个储箱中、或者甚至在同一个立柱内。

本发明还涉及用于制造如以上所述储箱的一种方法。

通常，该储箱是通过挤出吹气模制一个管状型坯(可任选地切割成两个压平的部分以便由其制作多个薄片)、或者通过热压成形两个薄片而获得的塑料储箱，这些方法普遍要求一种双空腔模具，当这些空腔放置在一起时，该模具的内部形状基本上对应于储箱的外部形状。通常，一种适合的装置使之有可能在型坯(或这些薄片)与这些空腔之间施加真空以便将型坯保持在模具中、或者甚至协助这种模制。

在一个第一变体中，一旦储箱已被脱模和冷却，在其中制作一个切口，以便获得一个开口，通过该开口把空心立柱引入储箱中并且紧固到一个存在于储箱内部表面处的附接凹凸部上，优选在其下部壁及其上部壁二者上。任何类型的凹凸部都可能适合于此目的。具体的，每个壁上的楔形凹凸部(立柱的末端在其中滑动)是非常适合的。这样一个凹凸部例如在本申请人名下的申请EP875411中进行了说明，为此目的，其内容通过引用结合到本申请中。

在一个第二变体中，多个薄片(可任选地由切割一个管状型坯得到)是在一个模具中模制的，该模具除了以上描述的这些空腔之外还包括一个内芯，该内芯使之有可能在模制所述储箱的过程中、具体如在上述国际申请中说明的一种方法的步骤d)的过程中把该立柱、或者用于这个立柱的一种附接结构附接到储箱的这些壁(上部的和下部的)上。

术语“内芯”应理解为表示，在如以上国际申请中所说明的一种方法的步骤b)至步骤d)的过程中，具有适合插入这些模具空腔之间并且防止这些空腔被焊接在一起的一种大小和形状的部件。例如，在专利GB1,410,215中说明了这样一个部件，为此目的，其内容通过引用引入到本申请之中。

这个内芯还可以用来把加压后的气体吹入模具中以便在如以上说明的一种方法的步骤c)的过程中把型坯牢固地压靠在这些模具空腔上，并且用来附接储箱中的大多数内部部件。

在一个第一亚变体中，立柱被分离成两个部分，这两个部分各自配备有一个夹子(或者带有能够完成快速连接的另一种凹凸部)并且这些部分使用内芯在两侧上附接(通过焊接或铆钉穿孔)到型坯上，而没有将它们进行夹式紧固。在这种情况下，或者在脱模之后储箱的收缩足以使这两个部分将其自身进行夹式紧固、或者把一个外部压力施加(手动地或者通过一种机器)到储箱的这些壁上以便执行/增强这种夹式紧固。

在一个第二亚变体中，立柱是一个单独的部件并且通过焊接到型坯内部的两侧上而将它附接到型坯上。然而，这个变体是较少有利的，因为模制之后的收缩倾向于在立柱到储箱的附接点处引入应力。在焊接附接的情况下，内芯被有利地配备有一个冲头，该冲头包括一个加热元件(反射镜、细丝、等等)，该加热元件允许将增强元件的第二末端(后附接的一端)在第一末端被焊接的同时保持为热的。

附图说明

图1至图4的目的是展示的本发明的某些具体的方面，绝无意图以任何方式限制它的范围。

图1展示了一种空心立柱，该空心立柱整合了一个具有被动排出作用的液体/蒸汽分离器；图2展示了一种空心立柱，该立柱整合了一个具有主动排出作用的液体/蒸汽分离器；图3展示了一种空心立柱，该立柱用作一个通风阀的本体；并且图4展示了一个空心立柱，该立柱执行一种燃料收集作用。

具体实施方式

在这些图中，数字1至3指示相同的部件，即：用于一个空心立柱3的一个填充孔1以及一个除气孔2，该立柱旨在用作燃料储箱中的一个增强元件(通过将其末端对应地附接到储箱的下部壁和上部壁上，如以上说明的)。

在图1中看到的是一个空心立柱3，它配备有一条通风管线并且配备有一个伞形阀7，该通风管线具有一个入口4以及向一个装备有障碍物的液体/蒸汽分离器6开放的一个出口5，该伞形阀在由这些障碍物所阻止的液体重量达到一个特定值时能够使分离器6进行排放。这条通风管线旨在连接到燃料储箱的碳罐(两个都未表示)上。

在图2中表示的立柱变体也包括一条通风管线(4，5)以及装备有多个障碍物的液体/蒸汽分离器6，而伞形阀已经被一个阀7所替代，该阀执行一种ROV(倾翻阀)和/或FLVV(填充限量通风阀)功能，并且通过一条与泵抽吸作用(未表示)相连的管线8而允许分离器的主动排放(即只要泵运行就进行排放，而与分离器中液体的高度(重量)无关)。

应该指出，来自图1和图2的变体可以是“混合”的以便例如涉及一种被动的液体/蒸汽分离器，其排放孔口是由一个ROV阀而不是由一个伞形膜片来保护。

在图3中表示的立柱变体事实上构成了本领域普通技术人员熟知的一种ROV和/或FLVV阀的本体，并且该本体包括这种阀的常规元件，即：一个ROV球4；一个浮漂件5；使用一个O型环7附接到立柱3的下部部分上的一个上部部分6，一个通风管8向该上部部分中开放并且该上部部分经由一个通风孔口9与储箱(未表示)的内部连通；并且最后：立柱的一个上部部分10与孔口9相对地定位以便具体地在波动情况下防止液态燃料经由这个孔口进入。应该指出，球4可以由提供了一种倾翻功能的任何其他元件(球或弹簧)代替。

在图4中展示的变体包括一个预过滤器4，经过该预过滤器一个燃料进料泵(未表示)可以经由一条抽吸管线5进行抽吸，该立柱因此起到泵的燃料收集器的作用。

Claims (16)

1.一种塑料燃料储箱，具有一个下部壁、一个上部壁以及连接这两个壁的至少一个增强元件，其特征在于，该增强元件具有一个空心塑料立柱的形状，该空心塑料立柱具有两个末端，该两个末端对应地附接到该储箱的该下部壁和该上部壁，并且该立柱在其下部部分中具有一个开口并且在其上部部分中具有一个开口，这些开口所处的位置使得它们对应地允许对该立柱进行填充并且将其除气，该空心塑料立柱的至少一部分是一个辅件的一个构成元件，该辅件在该储箱中具有积极的作用，该积极的作用包括除气、计量、燃料收集。

2.根据权利要求1所述的储箱，其特征在于，该空心塑料立柱是包括一个中心的一种圆柱形结构，该圆柱形结构具有一个给定截面并且在这个中心的两侧上的两个末端具有更大的截面。

3.根据权利要求1或2所述的储箱，其特征在于该下部开口是尽可能接近该储箱的下部壁定位的，并且该上部开口是位于该储箱的最大填充液位的上方。

4.根据权利要求1或2所述的储箱，其特征在于该辅件包括位于一个腔室中的至少一个有积极作用的部件，并且该空心塑料立柱的至少一部分构成了这个腔室的至少一个部分。

5.根据权利要求4所述的储箱，其特征在于，该辅件是由一个腔室限定的一种液体/蒸汽分离器，该腔室具有由该立柱的一个侧壁的至少一部分构成的一个侧壁。

6.根据权利要求4所述的储箱，其特征在于，该辅件是一种ROV和/或FLVV式阀，并且被整合在该立柱中的该有积极作用的部件是一个漂浮件，该漂浮件在该空心柱的至少一部分所构成的腔室中滑动。

7.根据权利要求4所述的储箱，其特征在于，该辅件是一个燃料收集器。

8.根据权利要求4所述的储箱，其特征在于，该辅件是一个防溢出装置。

9.根据权利要求4所述的储箱，其特征在于，该辅件是一种电容性计量器。

10.用于制造根据以上权利要求1-9中任何一项所述的储箱的方法，其特征在于，该储箱是由一种熔融塑料型坯或多个熔融塑料薄片模制的；在该脱模且冷却的储箱中制作一个切口，以便获得一个开口，通过该开口该立柱被引入；于该立柱在该储箱的下部壁及其上部壁二者上被紧固到存在于该储箱内部表面处的一个凹凸部上。

11.用于制造根据权利要求1至9中任何一项所述的储箱的方法，其特征在于，多个熔融的塑料薄片是在一个模具中被模制的，该模具包括多个空腔以及一个内芯，该立柱、或者用于这个立柱的一种附接结构的至少一部分是在其模制过程中使用该内芯附接到该储箱的这些上部壁和下部壁上的。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于多个熔融的塑料薄片由切割一个管状型坯得到。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该立柱包括两个部分，这两个部分各自装备有一个能够使其快速连接在一起的凹凸部；这些部分是使用该内芯在两侧上被附接到该型坯上，但没有将它们进行夹式紧固；在脱模之后该储箱的收缩足以使这两个部分将它们自身进行夹式紧固和/或一旦该储箱已被脱模则在该储箱的这些壁上施加一个外部压力，以便执行/增强该夹式紧固。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于这些部分通过焊接或铆钉穿孔在两侧上被附接到该型坯上。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述外部压力通过手动或通过机器施加。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于该立柱是一个单一部件，并且该立柱是通过焊接被附接到该型坯上的。