CN103596790A - 具有改善的机械耐受性的燃料储箱 - Google Patents
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Abstract
一种燃料储箱，所述燃料储箱具有两个相对的壁部分和连接这两个壁部分的至少一个加强件，其中，所述加强件包括空心支柱，所述空心支柱在其末端处的横截面直径与其在至少一个中间点处的横截面直径之间的比率至少为1.8。
Description
本发明涉及具有改善的机械耐受性的燃料储箱。
用于机动车辆的塑料燃料储箱必须满足规定其下部表皮上的挠曲的最大可允许幅度的规范。通常必须在老化测试期间满足这些规范中规定的挠曲，在所述老化测试中，储箱在给定时间段（通常几星期）内和在给定温度（通常40℃）下容纳一定量的燃料。这些规范的目的在于确保车辆保持其离地间隙，并防止储箱的表皮接触车辆的热区。
传统上，客车中的燃料系统被设计为在与环境压强基本上相同的压强下来保持特定量的液体燃料。在引入混合动力车并且更具体而言插电式混合动力车（被设计成使其可能在不使用燃料的情况下运转数月）时，系统设计人员所关注的是保持燃料储箱内的压强，以限制可能因昼夜循环而渗出活性炭罐的排放物。此外，保持压强确保燃料的组成在储存期间保持不变。然而，必须使得储箱耐受此内部压强。因此，如本申请人名义下的专利申请WO 2010/122065中所述，可通过使用内部支柱将两个相对的储箱表面彼此联结来实现储箱加强。然而，此类加强需要通过下列3个相当矛盾的测试：
●压强下的长期老化变形，其需要非常强健的支柱。
●对于系统功能没有任何劣化的在1m处和环境温度下的搬运跌落。
●在冲击期间对于储箱表皮没有任何损坏的高速抗冲击性；其通常表征为在-40℃下的6m跌落测试或SLED测试。
尽管直支柱因其允许基于相当高的横截面来减小支柱内部的应力而成为了最为显著的设计，但在比如跌落或SLED测试（即，模拟典型撞击速度和减速的测试）等高速冲击测试期间无法获得良好的结果。在第二步中，在支柱的内部添加了小刻痕，目的是在比如跌落或SLED测试等高速冲击测试期间引起支柱断裂。然而这对测试结果并未产生积极影响。
在上文提及的专利申请WO 2010/122065中，指出支柱优选为建筑学意义上的支柱，即末端具有较大横截面并且中心具有较小横截面（换句话讲：横截面从末端到中心减小）的圆柱形结构。
现已发现，令人惊讶地是，末端与中心的横截面直径之比为至少1.8（优选地，至少2）的支柱可满足上文提及的3个要求（测试）。根据制造支柱的材料，此比率可甚至为5或更大。
因此，本发明涉及如下燃料储箱，所述燃料储箱具有两个相对的壁部分和连接这两个壁部分的至少一个加强件，其中所述加强件包括空心支柱，所述空心支柱在末端处的横截面直径与其在至少一个中间点处的横截面直径之间的比率至少为1.8。
术语“燃料储箱”应当理解为是指可在不同且变化的环境和使用条件下储存燃料的不渗透储箱。此类储箱的示例是机动车辆装配的储箱。
根据本发明的燃料储箱优选地由塑料制成，也就是说，由包含至少一种合成树脂聚合物的材料制成。
所有类型的塑料都可能合适。属于热塑性塑料类别的塑料尤其合适。
术语“热塑性塑料”应当理解为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”应当理解为既指均聚物和共聚物（尤其是二元共聚物或三元共聚物）。此类共聚物的示例为：无规共聚物、直链嵌段共聚物、其它嵌段共聚物和接枝共聚物。
一种经常使用的聚合物为聚乙烯。利用高密度聚乙烯(HDPE)已获得了优异的结果。优选地，储箱还包括燃料不可渗透树脂层，例如EVOH（部分水解的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物）。作为另外一种选择，为了使储箱不渗透燃料，可以使其经受表面处理（氟化或磺化）。
包括位于两个HDPE层之间的EVOH层的多层燃料储箱成功地用于本发明的框架中。
根据本发明的储箱包括连接两个相对的壁部分（即，其壁的两个彼此相对的部分）的加强件。优选地，这两个相对的壁部分为下壁部分（在车辆内安装时朝下并且在燃料的重量下可能蠕变的部分）和上壁部分（安装时朝上并且在使用期间经受极少的蠕变或不经受蠕变的部分）。
此加强件被定义为刚性的，即，在储箱的整个寿命内，其变形不超过几毫米，理想的是其变形小于1毫米。“变形”实际上是指从其将加大这两个箱壁部分的间距这一角度而言的扩张。
根据本发明，此元件具有空心支柱的形状，即大体圆柱形形状的空心主体（限定未填充有其构成材料的内部空间的壁），所述空心主体具有随其长度变化的横截面，且其壁厚度占其总体积的百分比可忽略不计（通常为0.2%至0.5%）。
在一个实施例中，上述“内部空间”由一个呈空心支柱状的外壁限定。此实施例示于附图2中。在另一个实施例中，“内部空间”可为多个材料肋（平行片）之间的空间，其外部包络具有空心支柱的形状。此实施例示于附图4中。
根据本发明，所述支柱在其末端具有大横截面，并且在至少一个中间部分具有减小的横截面。横截面“直径”是指拟合该横截面的圆的直径。
优选地，具有减小直径的部分不在支柱的整个长度上延伸。其优选地被定位得覆盖支柱中应力最大的位置。一般来讲，具有减小直径的部分在最大90%的支柱长度上延伸，优选地在最大70%的支柱长度上延伸，理想地在最大50%的支柱长度上延伸。优选地，具有减小直径的中间点不在占支柱整个长度的90%以上的长度上延伸，并且被定位得覆盖支柱中应力最大的位置。
尤其在所述支柱实现另一功能（例如通气功能）的情况下，此位置可限制在至多最大20%的支柱长度（以便具有最大内部空间）。事实上，此比例还取决于支柱的长度（所述比例随长度减小而增大），除此之外，该（最小直径横截面）区域中的横截面直径可为变化的，以使得事实上仅在一个横截面处（或者仅在支柱的非常有限的区域中）满足最小直径。换句话讲：在一个实施例中，具有最小直径横截面的中间点区域中的横截面直径并非恒定的。
另外优选地，支柱的两端均装配有连接凸缘，即，装配有基本上垂直于支柱的整个圆柱形表面并且可易于附接至储箱内表面的部分。在此实施例中，支柱末端的横截面直径即是连接凸缘的外径。一般来讲，凸缘为空心的并且具有孔/洞，所述孔/洞具有与位于凸缘正上方或正下方的支柱的上部分基本上相同的尺寸。
另外，在该实施例中，其中支柱直径存在过渡的支柱长度优选地具有两个部分：位于凸缘区域中的第一过渡部分和位于支柱中心的第二过渡部分。第一过渡归因于焊接（或其他固定方式）的宽度优选地显著大于支柱主体的宽度这一事实，因此其优选地接近凸缘。第二过渡优选地基本上位于中间，以确保来自两个箱壁部分的相同性能（例如，顶部和底部冲击）。
优选地，支柱具有旋转对称轴线，并且其具有这样的截面：使得当沿着包括所述轴线的竖直平面观察时，所述截面包括具有空竹形状（或者具有最终由如下部分联结的两个相对的抛物线的形状：所述部分的直径恒定或者从所述抛物线顶部朝所述部分的中心减小）的部分。甚至更优选地，空竹的中间部分的每一侧上的抛物线状表面由向上延伸到上述凸缘的圆柱形部分来延长。在稍后的实施例中，凸缘的直径与圆柱形部分的直径之间的比率至少为1.25，优选地至少为2。另外优选地，圆柱形部分的直径与中心部分的直径之间的比率至少为1.5，优选地至少为2.2。
上述加强支柱优选地基于耐燃料材料，优选地为塑料，并且如果将支柱焊接至储箱，则其优选地基于与储箱材料相容（至少在其表面）的材料。
原始HDPE或由玻璃纤维或任何其它类型的填料（天然的或聚合物纤维）填充的HDPE、POM（聚甲醛）、PEEK（聚醚醚酮）、PPA（聚邻苯二甲酰胺）等可为合适的。优选地，它们是通过注塑制造的塑料支柱。其也可为双材料支柱，其一部分由与HDPE相容的材料制成，另一部分由具有有限的变形和/或蠕变的材料（POM、PA、PEEK、PPA、金属等）制成。
优选地，支柱由两种材料（更优选地：HDPE以及经强化过和/或用于强化的材料（例如POM或聚甲醛））组成，以用于耐受性目的（支柱的主体）和附接需要（支柱的凸缘）。在该实施例中，由不同材料制成的两个部分优选地为二次成型（overmoulded）的。另外，在该实施例中，优选地存在着两个其中横截面/直径缩小/减小的这样的支柱长度部分：位于二次成型区域的第一过渡部分和位于支柱中心的第二过渡部分。
根据本发明的一个优选实施例，空心支柱的至少一部分为在储箱中具有积极作用的附件（排气、计量、燃料阱等）的构成元件。一般来讲，所考虑的附件包括存在于室/壳体内的至少一个有源组件，并且在这种情况下，优选的是空心支柱的至少一部分构成所述壳体的至少一部分。换句话讲：空心支柱的壁优选地构成附件壳体的至少一部分，如在上文提及的专利申请WO 2010/122065中所述，其内容以引用方式并入本专利申请中。
根据本发明的此实施例的第一有利变型，空心支柱在其内部空间中包括通气系统的至少一部分，所述通气系统通常经由罐或另一污染控制装置来将储箱的内部连接到外部。
在一优选的子变型中，其为液体/蒸气分离器（或LVS），即内部几何形状有利于减少存在于燃料蒸气中存在的蒸气滴的空心空间。
在另一优选的子变型中，该附件为ROV和/或FLVV型阀门，并且整合到支柱的有源组件为浮子。在这种情况下，空心支柱的至少一部分构成浮子在其中滑动的室。
根据本发明的此实施例的第二有利变型，空心支柱充当用于过填预防装置(OPD)的壳体。在此变型中，空心支柱的至少一部分构成OPD在其中定位的室。然后可在入口处将各种ROV连接到此OPD装置。
在一个优选的子变型中，可以将LVS功能和OPD功能组合到支柱中。
根据本发明的此实施例的第三有利变型，空心支柱充当燃料阱（换句话讲：附件为燃料阱），并且针对此目的在其内部空间包括至少一个用于燃料泵的抽吸点，并且尤其优选地包括过滤器，泵通过该过滤器来吸取。
根据本发明的此实施例的第四有利变型，空心支柱包括电容式计量仪并且充当该计量仪的保护室（即，在某种程度上构成其保护壳体）。在这种情况下，其功能为：过滤波浪（因燃料移动产生的波）的效应并从而减小燃料液位测量噪声；保护测量元件免遭寄生电容的伤害（通过选择材料以用于此目的）；并且减小沉积到敏感元件上的燃料膜的效应。
应该指出的是，可将上述各种变型组合到同一储箱内，或者甚至组合到同一支柱内。
将参照附图1至3更详细地解释本发明。图1示出了根据本发明的具有简单形状的一体式支柱；图2示出了本发明另一实施例的3d形式；图3示出了未涵盖在本发明范围内的可供选择的加强方案。
图1示出了根据本发明的具有简单形状（横截面直径恒定演变）的一体式支柱；以下附图标记表示下列元件：
1：燃料储箱壳体
2：燃料储箱的箍缩线（pinch line）（即，两个预模制型坯部分的焊接线）
3：加强件
根据一优选实施例的支柱的整体空竹形状示于图2中，该形状可由附接直径（AD）和最小截面直径（MSD）来表征。
附接直径被选择为相当大，以便抓牢相当大的储箱表面并且当在储箱内部存在压强时将其变形限于几乎为0。实际上，在储箱壳体接口处的横截面小的情况下，需要增加如图2中所示的支柱的数量。此图示出了直支柱设计，其中在两个支柱（1,1′）之间的距离相当大。此构造允许两个支柱之间的储箱（2）的中心点处的高度变形，其将根据变形值和汽车环境而可能需要两者间的额外支柱。
正好相反，空竹形状中的最小直径部分允许在冲击部分的全部方向上获得易断裂区域。
该设计并不容易想到，这尤其是因为模拟高冲击测试是非常困难的。该设计似乎是唯一一个能够获得下述加强型塑料燃料储箱的设计：所述燃料储箱限制在对储箱加压时的储箱变形，并组合了易断裂区域以在高速冲击测试（跌落和/或SLED测试）时保护储箱外壳免于破裂。
最终的加强支柱形状的附接直径（AD）与最小截面直径（MSD）之间的整体尺寸比率至少为1.8，优选地至少为2。
使用本发明获得的结果在于允许加强型塑料制燃料储箱的设计，其与钢制燃料储箱相比能够大幅度减轻重量，从而减少了排放。
采用其它支柱设计，不可能在350mbar下将储箱变形限于通常最大10mm并通过高抗冲击性要求。
图4示出了本发明的另一实施例。在此实施例中，支柱的结构包括一系列肋（以与此前实施例相同的方式来成形），以控制断裂点。此实施例的优点在于降低了模制该部件的中心部分所需的复杂性。由于这些肋的脱模方向全部一致（in the same line of draw）并且无需具有空心内部，因此在末端模制该部件所需的滑动变得足够简单。
Claims (13)
1.一种燃料储箱，所述燃料储箱具有两个相对的壁部分和连接这两个壁部分的至少一个加强件，其中，所述加强件包括空心支柱，所述空心支柱在其末端处的横截面直径与其在至少一个中间点处的横截面直径之间的比率至少为1.8。
2.根据权利要求1所述的燃料储箱是塑料燃料储箱。
3.根据前述权利要求中任一项所述的燃料储箱，其中，所述两个相对的壁部分分别为下壁部分和上壁部分，所述下壁部分旨在在将安装所述储箱的车辆中朝下，所述上壁部分旨在在将安装所述储箱的车辆中朝上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料储箱，其中，具有减小的直径的所述中间点不在占所述支柱的整个长度的90%以上的长度上延伸，并且被定位得覆盖所述支柱中应力最大的位置。
5.根据前一权利要求所述的燃料储箱，其中，所述中间点的区域中的所述横截面的直径并非恒定的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料储箱，其中，所述支柱的两端均装配有连接凸缘。
7.根据前一权利要求所述的燃料储箱，其中，所述支柱包括其中横截面直径并不恒定的两个过渡部分：位于所述凸缘的区域中的第一过渡部分和基本上位于所述支柱的中心的第二过渡部分。
8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料储箱，其中，所述支柱具有旋转对称轴线和这样的横截面：当沿着包括所述轴线的竖直平面观察时，所述横截面包括这样的部分：该部分具有空竹的形状、或者具有由中间部分联结的两个相对的抛物线的形状，所述中间部分的直径或者恒定，或者从所述抛物线的顶部朝所述部分的中心减小。
9.根据前一权利要求所述的燃料储箱，其中，所述空竹的中间部分的每一侧上的抛物线状表面由向上延伸到连接凸缘的圆柱形部分来延长，并且，所述凸缘的直径与所述圆柱形部分的直径之间的比率至少为1.25，而所述圆柱形部分的直径与所述中心部分的直径之间的比率至少为1.5。
10.根据前述权利要求中任一项所述的燃料储箱，其中，所述支柱包含两种不同的材料，并且由不同材料制成的两个部分是二次成型的。
11.根据前一权利要求所述的燃料储箱，其中，所述支柱包括横截面直径并不恒定的两个过渡部分：位于二次成型区域的第一过渡部分和基本上位于所述支柱的中心的第二过渡部分。
12.根据前述权利要求中任一项所述的燃料储箱，其中，所述空心支柱具有由一个呈空心支柱形状的外壁限定的内部空间。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的燃料储箱，其中，所述空心支柱具有多个材料肋之间的内部空间，所述多个材料肋的外部包络具有空心支柱的形状。
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