CN103079862B - 具有提高的变形稳定性的塑料燃料储箱 - Google Patents

Abstract

一种塑料燃料储箱，包括上壁（1）、下壁（2）、通过将上壁和下壁的多个接触点焊接在一起形成的至少一个接合点（21）以及附件（4），其特征在于：储箱的上壁和下壁均在接合点区呈现凹形槽（3，21），以使接合点的焊接处位于分别由上壁和下壁限定的平面之间；上凹形槽的底部基本上延伸到接合点的焊接处之外，而下凹形槽的底部不延伸到接合点的焊接处之外；附件至少部分地位于上凹形槽的底部的延伸部之下。这种燃料储箱的制造工艺。

Description

具有提高的变形稳定性的塑料燃料储箱

本发明涉及一种具有提高的变形稳定性的塑料燃料储箱。

最近，一种既利用电力又利用内燃机推进其自身的新型车辆已经被引入市场。这些车辆被称为“混合动力”车辆。尽管这些车辆仅构成全球自动车市场的一小部分，但是其市场份额每年都在提高。混合动力的一种新衍生品仅在给定旅行的前40至60英里使用电力，假设该车辆在旅行之前被插入电源经过一段预定的时间。这些车辆被认为是“插入式混合动力”的。

通常，因为燃料压力和温度变化，燃料储箱内产生燃料蒸气，并且燃料蒸气被存储在碳罐内，以防止碳氢化合物的蒸发排放物进入到大气中。这些蒸气被周期性地从罐中清除并输送到发动机，这些蒸汽在此处在正常燃烧过程中被消耗掉。在标准汽油发动机车辆上，这可以出现在任何可能的时间以防罐被充满并且将碳氢化合物泄漏到环境中。通常，在混合动力车辆上，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，根本不发生清除。“插入式混合动力”车辆可能经过许多行驶循环，而没有使用汽油发动机。因此，需要通过使系统保持密封并处于压力下以限制燃料蒸发，从而使燃料系统长期含有蒸气。

存在多种解决方案来限制碳罐的蒸气装载。其中的一种解决方案是将储箱密封。这会使得储箱加压，因为蒸汽的产生与燃料储箱内的压力显著相关。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燃料蒸汽装载。

当前使用的塑料燃料储箱通常不会设计为在10kPa以上的内部压力下也不表现出显著的变形。然而，储箱壁变形要满足的技术规范非常窄，因此，重要的是避免增加变形。

用于提高中空塑料体的变形稳定性的一种熟知的技术是使用所谓接合点（kisspoint）或者缝合点（tack-offpoint）的技术，如US2002/0100759所述。该技术的原理是通过焊点/焊区，局部地将储箱的上壁和下壁相连接。该技术的主要缺陷是，由于为了限制中空本体有效容积的损失，接合点的尺寸小，它们将导致在辅助接合点处的机械应力集中，而这样可以导致断裂或随时间而来的其他损坏。

另一方面，燃料储箱必须满足的要求之一是，即使在诸如爬上、当储箱几乎要空时转弯等恶劣行驶条件下，仍对发动机供给燃料。现在，在这些条件下，即使储箱只有少量燃料，也必须有规律地对燃料泵供给燃料。

为了满足这种要求，已知可以使用燃料储备容器（或者防涡流罐（swirlpot））以获得和保持燃料，来防止泵不启动和保证在车辆用尽燃料后泵会启动（prime）。这些防涡流罐可以与储箱壁模制为一件，也可以是单独部件。第二种的一个缺点是必须形成开口，以将防涡流罐插入储箱，这可能导致泄漏，另一个缺点是该开口的尺寸限制了防涡流罐的尺寸。

US2009/0134175公开了将接合点和防涡流罐组合在储箱内同一个位置的想法。为此，通过仅使储箱的上壁变形并将它焊接到下壁以形成接合点，焊接方式实现防涡流罐，其被上壁的变形部和封闭板（法兰）所限定。这种方法的优点是，不必在储箱壁上形成孔，并且接合点的“损失”容积被有效利用。然而，由于上壁的变形非常大，所以将发生局部变薄，这样将降低该区域的机械强度。并且，这样变薄限制了防涡流罐的尺寸和泵模块的尺寸/形状的选择。

因此，本发明的目的之一是提供一种提高了变形稳定性并且体积损失极小的塑料燃料储箱，使具有大容量防涡流罐的设计成为可能。

因此，本发明涉及一种塑料燃料储箱，其包括上壁、下壁、通过将上壁和下壁的多个接触点焊接在一起而形成的至少一个接合点以及附件，其特征在于：

-储箱的上壁和下壁均在所述接合点区呈现凹形槽，以使接合点的焊接处位于上壁和下壁各自定义的平面之间；

-上凹形槽的底部基本上延伸到接合点的焊接处之外，而下凹形槽的底部不延伸到接合点的焊接处之外；

-附件至少部分地位于上凹形槽的底部的延伸部之下。

因为这种几何结构，局部变薄减少，同时仍允许为附件（例如泵和/或者防涡流罐）留有间隙，并且获得的组件刚性很好又机械耐久。

根据本发明的燃料储箱由塑料制成（即，其壁主要由塑料制成）。

术语“塑料”是指包括至少一种合成树脂聚合物的的材料。

任何种类的塑料都是适合的。属于热塑性类型的塑料尤其适合。

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，类似地也可能使用聚合物材料和有机物、无机物和/或天然填料的混合物，这些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。

储箱的壁可由单一的热塑性层或两个层来构成。有利地，一个或多个其它可能的附加层由阻挡液体和/或气体的阻挡材料制成的层构成。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，这层是基于一种抗渗树脂，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，可以对储箱进行表面处理（氟化处理或磺化处理），以使其对于燃料是不可渗透的。

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

通常，储箱的上壁和下壁（分别包括储箱顶和底）具有外壳，当储箱被安装在车辆上时，外壳基本是水平的。

根据本发明，被焊接在一起形成接合点的多个接触点位于储箱上壁和下壁的平面之间。这意味着，每个壁都必须变形以呈现出焊接接合点所在的凹形槽。因此，根据本发明，术语“接合点”不仅指储箱的焊接部，而且指所述焊接部所在的储箱壁的变形部（凹形槽）。

根据本发明，上凹形槽（即上壁的凹形槽）的底部基本上延伸到接合点的焊接处之外，而下凹形槽的底部则不延伸到接合点的焊接处之外，因此，提供了位于上凹槽的延伸部之下用于插入泵的间隙。所谓“底部”是指当在储箱的前视图（或者垂直切割）中从上方看到的凹形槽的最下部，对于上凹槽，它实际上是凹槽的最下部，而对于下凹槽，它是最高部。所谓“基本上”是指上凹槽的底部被延伸了其表面积的至少50％，优选地至少100％，并且甚至达到400％及以上；请注意，所述底部不一定是平面，也不一定是基本水平的。

根据本发明，附件至少部分地（优选为完全地）位于所述延伸部的下面。所谓“附件”是指在储箱内执行诸如存储、抽出、馈送（燃料或者添加剂）等有用功能的任何装置。一般地说，优选地，插入的附件触及（接触到）上凹槽的延伸部和储箱的下壁，以获得最大的机械增强。

优选地，所述附件是燃料泵。特别是，如果上凹槽的延伸部和储箱下壁通过泵被机械地（可能是间接地）连接，则将燃料泵布置于接合点的上部的底部的延伸部之下可以获得非常高的机械增强。

接合点的上凹槽可以用于将附件固定于储箱上，但是优选地，该上凹槽所限定的体积被封闭板（法兰）或者允许紧密密封所述凹槽的任何其它密封装置封闭，以使其可以用作附加燃料储备（reserve）。这可以通过将板焊接在凹槽上，或者机械地固定它，机械固定可以采用密封件和（多个）锁定环或者其它用于约束该密封件并且为本技术领域技术人员所知的机械固定装置。

特别是，当上凹槽的底部的延伸部之下的附件是泵时，该实施例特别有意义。在这种情况下，甚至更优选地，该泵位于小储槽（reservoir）内，该小储槽被固定在上凹槽的底部的延伸部中的开口上并且从该底部的延伸部中的开口中延伸出去，因为通过这样做，上凹槽和所述小储槽限定了大容量的防涡流罐。在该实施例中，优选地，小储槽没有盖子（因此燃料可以自由落入其中），并且它从上凹槽的底部中的开口延伸到储箱的底壁。该实施例允许小储槽的底部参考（bottomreferencing），而无需使用弹簧负载，因为所述储箱位于与接合点相邻的变形非常小的区内。

仍然在该实施例中，小储槽（防涡流罐的底部）优选地装备第一供给阀（允许在储箱被首先注入燃料后，向防涡流罐注入）、文丘里管（venturi）（优选地与泵联结，以在泵工作时可以向防涡流罐注入来自储箱的燃料），以及/或者装配有过滤器（用于阻挡污染物）。构成易于到达的安装位置的上储备（reserve）优选地含有压力调节器以及/或者滤清器。用于封闭该储备的法兰优选地装备了电连接件以及/或者燃料管线连接器。为了当储箱内的水平足够高时对该储备加注燃料，或者为了防止储箱与防涡流罐之间有压力差，优选地在上凹槽的壁上形成溢流孔。

可以利用增强塑料来增强根据本发明的储箱，或者储箱可以含有内部元件，内部元件通常用于将诸如泵、液位指示器等功能装置集成在储箱内，或者用于集成例如，诸如通常用于降噪的挡板的装置。用于集成这些元件的适当原理和过程为技术人员所知，不需要在此详细描述。

本发明还涉及一种用于制造上述塑料燃料储箱的方法，包括以下步骤：

-将型坯插入包括两个压模（print）的模具；

-利用加压气体和/或在通过压模后面抽吸真空，来将型坯压向压模；

-通过将上壁与下壁的多个接触点焊接在一起而形成至少一个接合点，使得上壁和下壁在接合点区内均获得凹形槽，上凹形槽的底部基本上延伸到接合点的焊接处之外，而下壁的底部不延伸到接合点的焊接处之外；

-将附件至少部分地插入在上凹形槽的底部延伸部之下。

制造根据本发明的燃料储箱的优选工艺是挤出吹塑工艺。在该工艺中，主要利用从针（即吹针）注入的加压气体（通常是空气），在模具内使挤出型坯（或者预成型体，可以是柱形的或者是两层片状的，可以是平的，也可以不是）成型。这样不排除还可以利用位于模具压模后面的真空辅助成型以及/或者在型坯成型之前和之后在模具中保持型坯。

因此，上半模具中的反形（counterform）的非接触部分形成用于为泵钻孔的区域。在本发明的另一个实施例中，吹针位于上半模具的该非接触部分。这样预形成孔，并且保证型坯接触到吹针所在的模具表面，因为为了形成接合点而设计的反形通常是最初接触熔融塑料型坯的表面。

下面参考附图1和2更详细描述本发明，图1和图2仅示出所述发明的一些优选实施例，而不使其范围局限于此。

图1示出根据本发明的一些优选实施例的燃料储箱的截面图（沿穿过接合点的垂直面截断）。图2是附加示出了在制造储箱过程中吹针如何移动的相同视图。

在接合点（21）的焊接处，上储箱部（1）连接到下储箱部（2）。下储箱部（2）的底部（2’）小于上储箱部（1）的底部（3’）。这样可以为插入包封在小储槽（5）内的燃料泵（4）留有间隙，该小储槽（5）含有：第一供给阀（8）、文丘里管（20），用于在泵工作时对储箱（5）加注；以及滤网（9），设计为从储槽（5）的底部吸取（wick）燃料，并且阻止污染物进入燃料泵。上储箱部（1）的形状被用于储存补充储备燃料，以在低燃料动态行驶条件下提供帮助。在正常行驶中，无论储箱中的燃料水平如何，燃料泵（4）都以保持储槽（5）盈满的速率将燃料泵送到储槽（5）内。因此，在低燃料条件下，燃料集中于该储槽（5）内，储槽（5）构成大致有1-4升燃料的少量储备，它对于有可能使燃料离开储箱的中心取油点的陡坡和动态晃动来说是很强健的。

在上储箱部（1）中钻孔（22），以允许插入小储槽（5），该储槽被机械锁定机构（7）和防止燃料从上储箱部（1）泄漏的密封件（6）保持。因此，上储箱部（1）变成是小储槽（4）的延伸。燃料压力调节器（11）和燃料滤清器（12）也位于该体积内，它们通过燃料管线（10）连接到泵（4）。

在上储箱部（1）的顶部封装有金属环（17）。该环用于将弹性密封o形圈（15）约束在上储箱部（1）与圆盘（14）之间，以在上储箱部（1）的凹陷（3）形成的储槽与圆盘（14）之间产生防漏密封。

电连接件（18）和燃料出口（23）包含在圆盘（14）中。它们分别通过电线（13）和燃料滤清器（12）连接到泵。

溢流孔（19）包括在上储箱部（1）内，用于防止储槽与储箱其余地方有压力差，并且用于当储箱内的液位达到所述孔时，允许燃料流入。

优选地，制造过程由5个主要步骤组成。

第一步骤包括吹塑包含上凹槽（3）和下凹槽（21）的塑料壳（1，2）。在本发明的优选实施例中，在上凹槽外形（feature）（3）的外径之外，金属环（17）被封装在储箱（1）的表面中。在本发明的一个实施例中，利用吹针形成孔（22）。该实施例示于图2。

在第二步骤，钻成孔（19）。在本发明的另一个实施例中，第二孔（22）也在该步骤中钻成。

在第三步骤，将含有泵（4）、过滤器（9）、文丘里管（20）、第一供给阀（8）、燃料管线（10）和电线（13）的小储槽（5）作为组件从孔（22）插入。该组件上还装接有弹性密封件（6），用于径向地密封孔（22）并有可能轴向地密封上凹槽（3）。

在第四步骤，燃料管线（10）的连接器和电线（13）的连接器被装接于圆盘（14）。

在最后步骤，密封件（15）被置于储箱面（1）上，然后是包含滤清器（12）、压力调节器（11）和锁紧环（16）的圆盘（14）。随着锁紧环被转动，它与封装的环（17）接合，并且压缩密封件（15），从而在储箱的内部与外部之间形成气密密封。

Claims (11)

1.一种塑料燃料储箱，包括上壁、下壁、通过将上壁与下壁的多个接触点焊接在一起而形成的至少一个接合点以及附件，其特征在于：

－所述储箱的上壁和下壁在所述接合点区分别呈现上凹形槽和下凹形槽，以使所述接合点的焊接处位于所述上壁和所述下壁各自定义的平面之间；

－所述上凹形槽的底部基本上延伸到所述接合点的焊接处之外，而所述下凹形槽的底部不延伸到所述接合点的焊接处之外；

－所述附件至少部分地位于所述上凹形槽的底部的延伸部之下，

其中，所述附件位于小储槽内，所述小储槽被固定在所述上凹形槽的底部的延伸部中的开口上并且从该底部的延伸部中的开口中延伸出去。

2.根据权利要求1所述的塑料燃料储箱，其中，所述附件触及所述上凹形槽的延伸部和所述储箱的下壁。

3.根据上述任一权利要求所述的塑料燃料储箱，其中，所述附件是燃料泵。

4.根据权利要求3所述的塑料燃料储箱，其中，所述上凹形槽所限定的体积被允许紧密密封所述上凹形槽的密封装置封闭，以使所述上凹形槽可以用作燃料储备。

5.根据权利要求1所述的塑料燃料储箱，其中，所述小储槽没有盖子，并且从所述上凹形槽的底部中的所述开口延伸到所述储箱的底壁。

6.根据权利要求1所述的塑料燃料储箱，其中，所述小储槽装备了第一供给阀、文丘里管以及/或者过滤器。

7.根据权利要求5至6中的任何一项所述的塑料燃料储箱，其中，所述上凹形槽包括压力调节器以及/或者过滤器。

8.根据权利要求4所述的塑料燃料储箱，其中，所述密封装置是装备了电连接器以及/或者燃料管线连接器的法兰。

9.根据权利要求5至6中的任何一项所述的塑料燃料储箱，其中，在所述上凹形槽的壁上形成溢流孔。

10.一种用于制造根据上述任一权利要求所述的塑料燃料储箱的方法，所述方法包括以下步骤：

－将型坯插入包括两个压模的模具；

－利用加压气体和/或通过在所述压模后面抽吸真空，来将所述型坯压向所述压模；

－通过将所述上壁与所述下壁的多个接触点焊接在一起而形成至少一个接合点，使得所述上壁和所述下壁在接合点区内分别获得上凹形槽和下凹形槽，所述上凹形槽的底部基本上延伸到所述接合点的焊接处之外，而所述下凹形槽的底部不延伸到所述接合点的焊接处之外；

－将附件至少部分地插入在所述上凹形槽的底部的延伸部之下。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

－主要利用从吹针注入的加压气体，在包括上半模和下半模的模具内使所述燃料储箱成型；

－通过上半模和下半模内的反形获得所述接合点，所述上半模的反形具有与所述下半模内的反形相接触的部分和非接触部分；

－所述吹针位于所述非接触部分。