CN102666175A - 具有改进的变形稳定性的塑料燃料储箱 - Google Patents

Abstract

一种塑料燃料储箱，包括一个上壁，一个下壁以及至少两个舱室，所述舱室由一个分隔壁建立，该分隔壁包括该储箱的部分上壁以及部分下壁，所述分隔壁具有使多种液体能够在至少两个舱室之间自由流动的至少一个连通装置以及使多种蒸汽能够在至少两个舱室之间自由流动的至少一个连通装置，并且是通过将该上壁与下壁的多个接触点焊接在一起而形成的。

Description

具有改进的变形稳定性的塑料燃料储箱

本申请要求对于在2009年11月6日提交的美国临时申请号No.61/258703以及在2009年11月6日提交的欧洲申请号09175263.4的优先权，为了所有目的，这些申请的每一篇的全部内容都通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及一种具有增加的变形稳定性的塑料燃料储箱。

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范，这些规范规定了其上部外皮和下部外皮上的最大可允许的变形幅度。在老化测试过程中通常必须满足这些规范中规定的变形，这种测试中，在一段给定的时间(典型的是数周)上并且在一个给定的温度下(通常是40℃)储箱内含有一定量的燃料。这些规范的目的是确保车辆保持其离地高度并且防止储箱外皮与车辆的热点并且与底盘发生接触。

当前，塑料燃料储箱一般是通过最终由金属条带支撑的多个塑料支腿而固定到车辆的底盘上的。可预见到有少数额外的接触点与车辆的底盘相接触。后者具体被使用在较大的储箱上，在这种情况下满足最大可允许的变形会更加困难。然而，因为这些条带涉及一个额外的附装步骤并且因此并不是非常经济的。

最近，一种新的类型的车辆被引入到市场中，它使用电力和内燃机来推动其自身。这种车辆被称作″混合动力″车辆。尽管这些车辆仅占据全球汽车市场的一小部分，但其市场份额却是逐年增加的。这种混合动力的一种新的衍生品仅在一个给定旅程的前40至60英里使用电力，假设该车辆已在旅行前被插入电源经过一段预设的时间的话。这些车辆被认为是″插入式混合动力″的。

典型地，因为燃料的压力和温度变化而在燃料储箱内产生燃料蒸汽，并且这些燃料蒸汽被存储在碳罐中以防烃类的蒸发排放物进入到大气中。这些蒸汽被周期性地从这个罐中清除并输送到发动机，这些蒸汽在此处在正常的燃烧过程中被消耗掉。在规范的汽油发动机车辆上，这可以出现在任何可能的时间以防罐被充满并且将烃类物质泄漏到环境中。通常混合动力车辆上这些清除周期以及相关的清除量是受限的，并且当车辆运行在电力模式时根本不会出现清除。″插入式混合动力″车辆可能经过多次驾驶循环而没有使用汽油发动机。因此，出现了一种需要来通过使燃料系统保持密封并且处于压力下以便限制燃料蒸发从而使得燃料系统长期含有蒸汽。

存在多种解决方案来限制碳罐的蒸汽装载。其中的一种解决方案是将储箱密封。这会使得储箱加压因为蒸汽的产生是与燃料储箱内的压力高度相关的。蒸汽的形成导致压力积累直至上升到某一个平衡点，在这个平衡点处基本上不会形成更多的蒸汽。通常假定的是在积累到30至45kPa的压强后就不会产生更多的蒸汽。因此，储箱加压到从约20kPa至约50kPa的压强会显著地降低碳罐的蒸汽装载。

当前使用的塑料燃料储箱总体上不是为了在10kPa以上的内部压力下也不表现出显著的变形而设计的。然而，储箱壁变形需要满足的规范非常窄，因此重要的是避免增加变形。

改进中空塑料体的变形稳定性的一种熟知的技术是使用一种所谓接合点(kiss point)或缝合点(tack-off point)的技术，如US 2002/0100759中所述。这种技术的原理是通过多个焊接点/区域，局部地将这种储箱的上壁与下壁相连接。这种方法的主要缺点是，由于为了限制中空本体有用体积的损失这些接合点具有小的尺寸，它们导致了在辅助接合点处的机械应力集中，而这可以导致断裂或随时间而来的其他损坏。

现有技术中已经提出了加强燃料储箱的机械强度的多种解决方案。

因此，在美国专利3,919,373和4,891,000中已经提出在从一种圆柱形的预先使用件(peruse)来吹气模制储箱时将一个插入件固定到储箱中。然而，使用这种技术准确地定位该插入件并不容易，这使得吹气模塑过程更加困难、成本更高并且更耗时。

美国专利5,398,839披露了一种燃料储箱，该燃料储箱具有一个外壳以及一个内壳，其中该内壳被内壳内侧的多个相交的内壁分隔开。这些相交的壁是整体地模制有多个凹切的壁开口，这些开口允许液体和蒸汽在多个舱室之间流通。在模制过程中，这些内壁必须通过一种适合的焊接技术而固定到储箱的上壁和下壁上。这要求模制过程的非常复杂的设计并且基本不可能通过吹气模制来生产这种产品。

另一种增加燃料储箱的变形稳定性的技术是在这种储箱周围使用争夺装置(means of contention)。如果该装置是金属的那么燃料系统的重量就会显著增加而如果该装置是由较轻的结构制成的那么这种结构本身会占据大量空间并且因此减少了燃料储箱中有用的体积。

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有增加的变形稳定性的燃料储箱以及一种用于其生产的方法，该方法能够克服上述的多种现有技术的缺点。

这些目的已经通过根据权利要求1所述的塑料燃料储箱实现的。

在从属权利要求以及以下的详细描述中陈述了本发明的多个优选的实施方案。

根据本发明的燃料储箱结合了令人满意的抗变形效果，使得能够在储箱中使用一定的压力来抑制蒸汽的形成而其余的特性具体地没有受到影响，即这些储箱依然满足所有要求的规范，特别是在最大变形、冲击强度等方面。

根据本发明的燃料储箱包括至少两个舱室，所述舱室是由一个分隔壁建立的，该分隔壁包括储箱的部分上壁以及部分下壁。

在本说明书中，″上″、″下″储箱壁是指当燃料储箱安装在车辆上时对应地处于基本水平位置的上部和下部的、当然同时仍具有一个侧向部分的这些壁。这些壁总体上被一个夹在模具的两个印模之间的夹紧件或部件分开。

根据本发明，当沿具有这些箱壁的所述分隔壁的接触线看时，该分隔壁的至少20％是由至少一个接合点构成的，该接合点是通过将上壁与下壁的多个接触点焊接在一起而形成的，这些接触点可以相对于由储箱的上壁和下壁形成的这些平面而基本上处于一个平面上，也可以不处于一个平面上。换言之：这一个或多个接合点可以相对于储箱的上壁和下壁是倾斜的，并且它们也可以是非平面的。

″接触线″意味着一条连续的线，它是通过分隔壁的″中央表面″(在以下定义)与储箱壁的相交区根据以下路径画出的：

在这些接合点区域：它向右延伸穿过所述相交区的中间，即向右穿过储箱的上壁与下壁之间的焊接。

在两个相邻的接合点之间：它沿着该相交区的连接两个接合点的极点的最短的线。

在极端的多个接合点(那些邻近夹紧件的点)与夹紧件之间：它沿着该相交区的连接该接合点的极点与该夹紧件的最短的线。

分隔壁的″中央表面″对应地意味着以下情况，其中：

只存在一个大的接合点：基本垂直于储箱底表面的平面，该平面将该接合点的重心连接到储箱夹紧件的两个不同的点上，并且该平面沿着接合点的主要(最长的)轴线

存在至少两个接合点：由基本垂直于储箱底表面的一个或多个平面组成的表面，这个或这些平面连接了分隔壁的两个相邻的接合点的重心。

优选地，具有至少三个接合点，为了形成分隔壁，这些接合点是基本对齐的。本文中的″基本对齐″的意思是表达每个接合点的重心与所有接合点的中间平面的正交距离d的最大值不应超过100mm，优选不超过50mm。这里定义的″中间平面″的意思是指使所述平面与所有接合点的重心的正交距离最小化的、基本垂直于储箱底的平面。

由此″分隔壁″优选地包括提供了一种非连续的焊缝的一个大的或多个接合点，在吹气模制过程的末期上壁与下壁在该焊缝处被焊接在一起。因此没有必要预先形成多个分隔壁或元件并且带着所有与其相关的风险通过焊接而将它们固定。而是通过吹气模制工艺来形成该分隔壁的″上部″和″下部″。这导致的一种储箱结构，其中分隔壁的所述上部和下部是上壁和下壁的一个整体部分，而没有薄弱点或薄弱区域。

与现有技术的方案相比，在现有技术的方案中加强装置是通过焊接将插入元件固定到储箱的上壁和下壁上的(如立柱、杆或者类似物)，本发明消除了或至少是降低了在储箱的上壁或下壁上产生薄弱区域的风险，这种风险在负载作用下可能导致上壁或下壁的增大的变形(还甚至破裂)。另外，作为在外壳的吹气模制过程中的一个整体步骤来生产分隔壁方便了制造过程，这是一种经济的优点。

另外，与使用小尺寸的单一接合点相比，本发明导致减轻的应力集中，因为焊接区域大和/或具有多个焊接区域并且必须构成分隔壁的接触线的至少20％，其余的部分被连通装置占据。

总体上，该连通装置仅是使多个舱室处于连通状态的多个开口。″舱室″在本发明的架构中是指由这一个或多个分隔壁所界定的至少两个体积，并且它们彼此之间具有连通装置，但占据所述壁的少于80％，优选的是占据所述壁的少于50％。

这些连通装置允许蒸汽、燃料、通风管线以及电线穿过其中，放置并服务于其中的配件等。

优选地，这些连通装置是有区别的(一个优选地允许蒸汽连通而另一个优选地允许液体连通)并且更优选地，当从穿过包含它们的竖直平面的切面看它们时，它们是偏置的，即一个位于所述切面的上半部分(并优选地对于储箱的所有填充水平允许舱室之间的蒸汽连通)而另一个位于所述切面的下半部分(并优选地对于储箱的所有填充水平允许舱室之间的液体连通)。通过这样做，本发明的储箱可以被直接模制有它的多个舱室，并且这是处于一种结构中，这种结构对于储箱的所有填充水平而言无论液体还是蒸汽均允许连通的。

当具有多于两个连通装置时，它们优选地都相对于其相邻的装置而偏置，即存在一种上连通装置与下连通装置的交替。

根据一个优选实施方案，储箱的上表面和/或下表面与至少一个接合点之间的空间通过用与该储箱的上表面或下表面对齐的一个适合的装置来密封这个空间而转化为一种封闭的体积，并且其中由此产生的体积通过钻削穿过该储箱壁的一个孔而连接到该储箱的内部。

根据另一个优选实施方案，该储箱的上表面和/或下表面与至少一个接合点之间的该空间被用于安装一个或多个外部功能元件，例如一个泵模块。

被焊接在一起以形成一个接合点的这些接触点可以相对于由储箱的底表面所限定的平面以任何方式对齐。根据一个优选实施方案，这些接触点的至少一部分相对于储箱底表面所限定的平面成某一个角度对齐。这种至少一部分的接触表面的倾斜优化了燃料储箱的有用体积，并且对于一个给定的环境，这种倾斜在顶表面和底表面之间提供了一个更大的接触表面。因此这种构形最可能地会减小储箱的上表面与下表面之间的这些接触点中的以及及它们周围的局部应力。总体上讲，任何角度的倾斜都是可能的，在30°至60°之间的范围内，特别是45°的一种倾斜是优选的。

燃料储箱的这些舱室的截面并不受特别的限制，即它可以是例如圆形的或长方形的或具有任何其它所希望的形状。

接合点不形成一条连续的从储箱的一侧到另一侧延伸的焊线。取而代之的是，每个分隔壁具有至少一个允许蒸汽在多个舱室之间自由流动的联通装置以及至少一个允许液体在储箱的多个舱室之间自由流动的联通装置。由此实现了这些舱室之间必要的交换，因为该储箱将一般仅有一个燃料泵、一个填充颈等，由此对于储箱的所有填充水平而言，使这些舱室的气体和液相之间的连通成为可能。

根据本发明的燃料储箱可以被分为两个或更多个舱室，即可以存在多于一个的之前所述的分隔壁。每一个并且所有分隔壁都具有允许液体自由流动到至少另一个室的至少一个连通装置以及允许蒸汽自由流动到该储箱的至少另一个室的至少一个连通装置。总体上需要将连通装置设计为液体燃料和蒸汽总体上都能够自由流经储箱的整个空间。

然而关于连通装置的定位就其到储箱上表面和下表面的距离而言没有特殊的限制，如上文所解释的被证明有利的是，使得用于蒸汽交换的连通装置更接近于上表面而使得用于液体交换的连通装置更接近于储箱的底表面或下表面。

连通装置的截面不受任何限制，即可以使用任何截面。

另外，连通装置的开口区域也不受任何限制，只要一方面实现蒸汽和液体的所希望的自由流动并且仍能实现所希望的变形稳定性的改进即可。

由分隔装置形成的舱室的尺寸不受具体的限制；每个舱室的高度和长度是由环境以及储箱被附装到车辆上的这个空间的几何结构限定的。所形成的舱室的宽度，即一个分隔壁与另一个分隔壁之间的或一个分隔壁与限定储箱外边界的这些壁之间的横向距离也不受特别的限制；然而，在很多情况下，已被证明是有利的是这些舱室的宽度在100mm至300mm之间，更优选的是在150mm至250mm之间，并且理想的是在约200mm，因为由此可实现模型设计与所希望的变形稳定性之间的良好折中。

在安装内部功能装置(燃料泵等)的情况下，显而易见的是这些舱室的宽度必须足以容纳这些内部功能装置。

如以上所解释的，根据本发明的燃料储箱是由塑料制成的(即它的壁主要是由塑料制成的)。

术语″塑料″是指包括至少一种合成树脂聚合物的材料。

任何种类的塑料都是适合的。特别适合的塑料是属于热塑性塑料的范围。

术语热塑性塑料的是指任何热塑性聚合物，包括热塑性弹性体及其混合物。术语聚合物是指均聚物及共聚物(尤其是二元共聚物和三元共聚物)。这种共聚物的实例是(并不限于)无规共聚物、线性嵌段共聚物、其它嵌段共聚物以及接枝共聚物。

熔点低于分解温度的任何种类的热塑性聚合物都是适合的。熔点范围跨过至少10摄氏度的合成热塑性塑料是特别适合的。这样的材料的实例包括分子量中显现出多分散性的材料。

具体地，可能的是使用聚烯烃类、热塑性聚酯、聚酮、聚酰胺及它们的共聚物。也可以使用聚合物或共聚物的混合物，类似地也可能使用高分子材料和有机物、无机物和/或天然填料的混合物，这些天然填料例如是但并不受限于：碳、盐以及其他无机衍生物、天然纤维或聚合物纤维。还可能使用由堆叠的并且连接的多个层构成的多种多层式结构，这些层包括上述的至少一种聚合物或共聚物。

经常使用的一种聚合物是聚乙烯。通过高密度聚乙烯(HDPE)已得到优异的结果。

储箱的壁可由一个单一的热塑性层或两个层来构成。一种或多个另外可能的附加层有利地由对于液体和/或气体的阻挡材料制成的多个层构成的。优选地，该阻挡层的性质和厚度被选择为使得与储箱的内表面处于接触的液体和气体的渗透性最小化。优选地，这层是基于一种阻挡树脂，即一种燃料不可渗透的树脂，例如EVOH(一种部分水解的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)。可替代地，为了使该储箱对于燃料是不可渗透的而可以使其经受一种表面处理(加氟处理或磺化处理)。

根据本发明的储箱优选地在这些基于HDPE的外层之间包括一种基于EVOH的阻挡层。

根据本发明的储箱可以通过使用多种增强的塑料而增强，或它可包含一般用于整合的功能性装置的多个内部元件，这些功能性装置例如储箱中的泵、水平指示器等或类似物，或者通常用于降低噪音的装置(像档板)。整合那些元件的适合的概念和过程对本领域技术人员是已知的并且无需在此详述。总体上所述的与储箱相连系的一个内部或外部功能可以通过现有技术中所阐述的方式来实现，为了这点的细节在此对其进行引用。

用于根据本发明来制造燃料储箱的优选的过程是吹气模制过程。

通过吹气模制来制造塑料燃料储箱是熟知的，并且在文献中有多方面的描述，为了进一步的细节在此对其进行引用。就在吹气模制过程中这些结合点的制造而言，这些是通过以下方式形成的，即在闭合该模制的过程中将储箱顶表面的材料局部地压到储箱的底表面以便在这两个箱壁之间产生一个焊接的连接区域。

根据本发明的塑料燃料储箱显现出低的变形，在使用寿命情况下总体上低于10mm，这对于大多数规定的标准是足够的。因为这种分隔装置的设计，相对与总体积而言，储箱的有用体积可以最大化，对在最现代的小汽车中安装燃料储箱时受限的空间条件而言，这是一个额外的重要优点。该储箱保持低重量并且可通过常规的吹气模制过程以一种经济可行的方式容易地制造这种储箱。

根据一个优选实施方案，本发明的构成如下：

一种塑料燃料储箱，该燃料储箱被划分成至少两个舱室

两个舱室之间的隔断，其特征在于在上储箱表面与下储箱表面之间的多个接合点的基本对齐或在于一个大的接合点

这种对齐具有至少一个允许蒸汽在这些相邻的舱室之间的自由连通的连通件以及至少一种允许燃料液体在多个相邻的舱室之间自由连通的连通件

每个舱室的特征在于以下的尺寸：

每个舱室的高度和长度是由汽车中的环境所限定的

每个舱室的宽度被包括在100mm至300mm之间，更优选的是在150mm至250mm之间，理想的是在约200mm

取决于储箱的材料，每个舱室的体积被优化。

本发明在储箱的再次添加燃料、通风、燃料传送以及侧浪等方面允许了多个相邻舱室之间的连通端口的优化的定位。

已知的是多个接合点的对齐不是受限的并且可以为了使有用的体积最大化、使储箱变形最小化或允许更容易地实施多种元件(例如端口或加油管或任何其它感兴趣的装置)而更改。

附图说明

通过参见附图对本发明进行更详细的描述，这些附图仅示出了所述发明的一些优选的实施方案，但并不限制其范围。

图1示出了根据本发明的一个优选实施方案的燃料储箱的截面图；图2和图3示出了储箱分区(俯视图)的多个不同的且非限制性的实例；图4示出了在本说明书上文所解释的″对齐″的含义；并且图5至图7针对本发明的多个实施方案示出了各自的一个俯视图以及穿过以上定义的一个或多个接合点的中央平面的多个可能的视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一种燃料储箱的截面视图。它示出了沿所述储箱的中央表面切割过一个分隔壁，这包括用于蒸汽交换的连通装置1、接合点2以及用于液体自由交换的连通装置3。这些连通装置都相对于它们的下一个相邻的装置是偏置的，即上连通装置1和下连通装置3是交替的。

图1还通过虚线示出了根据本发明的″接触线″含义(请参见本说明书上文给出的定义)。

图2a和图2b示出了一个储箱，该储箱被多个分隔壁分隔为至少两个基本上是平行六面体的舱室，这些分隔壁仅在所述视图出中示意性的示出。每个舱室都基本上平行于其它舱室并且其宽度由一个箭头来表示。

图2c至2e示出了一个储箱，它被分隔为至少三个基本上是平行六面体的舱室。在每个实施方案中，至少有两个舱室是彼此平行的。

图3a和图3b示出了一个储箱，它被分隔为至少两个基本上圆柱形的舱室。这些圆柱形具有圆形的截面并且它们的轴线是平行于储箱的底表面的。熟知的是为了限制体积损失，可以使用具有基本上是方形的截面的舱室。

图4示出了多个实例，它们意味着多个接合点是对齐的这一事实，即两个相邻的舱室之间的分隔壁基本上是平面的(从储箱的顶部看时是线性的)。如以上所解释的，这意味着在每个接合点的重心与所有接合点的中间平面(它从顶部看并且在图4中用虚线所表示)之间的正交距离d的最大值不应超过100mm。如从图4中可见，从顶部观看储箱时，这些接合点实际上可以形成一条直线或它们可以产生多个波文或画成任何种类的″线″。

图5示出了根据本发明的一个实施方案的储箱，并且包括三个接合点1。

上部的图示示出了从所述储箱的顶部观看的视图。分隔壁(阴影区域5)的所有接合点1的这些重心2都在以上定义的接触线3上并且如可以从它们距离中间平面(通过虚线4表示)的小的距离看出所述这些接合点是基本上对齐的。

两个下部的图示代表沿着接合点的中央平面的两种可能的视图。左边的这一个图示示出了一个实施方案，其中这些接合点是平面的并且平行于该储箱的上壁和下壁。根据本发明，a1+a2+a3必须至少等于长度L的0.2倍，其中L是接触线的长度。并且右边的这一个图示示出了一个实施方案，其中这些接合点是平面的但是相对于该储箱的上壁和下壁是倾斜的。同样，根据本发明，a1+a2+a3必须至少等于长度L的0.2倍，但是这次，L(它必须沿着根据本发明的接触线来看)等于c1+a1+c2+a2+c3+a3+c4。

图6示出了根据本发明的另一个实施方案的储箱，它仅包括一个大的接合点1。在左下方示出的子实施方案中，该接合点是平面的并且满足a＞＝0.2L的条件。在右下方示出的子实施方案中，该接合点不是平面的并且满足c1+a1+a2+a3+a4+c2＞＝0.2L的条件。

图7再次示出了仅有一个接合点1的实施方案，上部的图示将已被吹气的储箱示出在其俯视图中，而下方的图示示出所述储箱的穿过分隔壁的竖直平面的一个切面，其中该储箱的上表面及下表面与所述接合点处之间的这些空间已通过用多个板5将这些空间密封而转化为封闭的体积，并且其中由此产生的多个体积通过进入储箱的上壁和下壁的多个通孔6而连接到储箱的内部。

Claims (9)

1.一种塑料燃料储箱，包括一个上壁、一个下壁以及至少两个舱室，所述舱室由一个分隔壁建立，该分隔壁包括该储箱的部分上壁和部分下壁，所述分隔壁具有使多种液体能够在至少两个舱室之间自由流动的至少一个连通装置以及使多种蒸汽能够在至少两个舱室之间自由流动的至少一个连通装置，当沿具有多个储箱壁的所述分隔壁的接触线观看时，所述多个连通装置占据该分隔壁的小于80％，而所述分隔壁其余的至少20％由至少一个接合点构成，该至少一个接合点是通过将该上壁与下壁的多个接触点焊接在一起而形成的。

2.如权利要求2所述的塑料燃料储箱，其中，为了形成该分隔壁，有至少三个接合点是基本对齐的。

3.如以上权利要求的任意一项所述的塑料燃料储箱，其中，一个连通装置被定位在该储箱的上半部分(并且优先地对于该燃料储箱的所有填充水平而言允许这些舱室之间的蒸汽连通)而另一个连通装置被定位在该储箱的下半部分(并且优先地对于该燃料储箱的所有填充水平而言允许多个舱室之间的燃料连通)。

4.如前一权利要求所述的塑料燃料储箱，其中，存在多于两个的连通装置，这些连通装置都相对于其下一个相邻的装置而偏置，即存在一种上连通装置和下连通装置的交替。

5.如以上权利要求的任意一项所述的塑料燃料储箱，其中，该储箱的上表面和/或下表面与至少一个接合点之间的空间通过用与该储箱的上表面或下表面对齐的适合的装置来密封这个空间而转化为一种封闭的体积，并且其中，由此产生的体积通过钻削穿过该储箱壁的一个孔而连接到该储箱的内部。

6.如权利要求1至5的任意一项所述的塑料燃料储箱，其中，该储箱的上表面和/或下表面与至少一个接合点之间的该空间被用于安装一个或多个外部功能元件。

7.如前一权利要求所述的塑料燃料储箱，其中，该外部功能元件是一个泵模块。

8.如权利要求2所述的塑料燃料储箱，其中，一个接合点的至少一部分上的多个接触点是处于一个平面中，该平面相对于由该储箱的底表面所限定的平面成30°至60°范围内的一个倾角。

9.如以上权利要求的任意一项所述的塑料燃料储箱，其中，这些舱室具有100至300mm范围内的一个宽度。

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