CN1196704A - 存放和分配液体与气体燃料的车辆用燃料箱 - Google Patents

Abstract

一用于使用内燃发动机的车辆上的双燃料箱组件(70),其中燃料箱布置在车辆框架内,作为它的一组成部分,并且组件具有多个由复合材料制成的用以贮存气体燃料的圆柱形压力气瓶(43),并且圆柱形气瓶与燃料箱组件的外壳(42)套接,以便在压力气瓶(43)周围留出空间,在那里贮存液体燃料。

Description

存放和分配液体与气体燃料的车辆用燃料箱

本发明的技术背景

1.发明领域

本发明一般涉及一容纳和保存车辆用燃料的燃料箱，尤其涉及存贮和分配液体和气体燃料的一燃料箱。

2.相关技术的描述

现代交通需要广泛地采用路面上行驶的车辆，诸如小汽车、有蓬货车、卡车等。目前，这些车辆都是由一个采用汽油或柴油燃料燃烧的发动机所驱动。使用这种燃料引起了两个非常明显的缺点。首先，在全世界，这些燃料的供应是有限的，并且对这些燃料的国际控制使它们的价格和可获得量不能确定。这些燃料的第二个缺点是它们对环境的有害影响。已知，在内燃发动机内燃烧汽油或柴油燃料所释放的碳氢化合物气体对环境是有害的。

在美国可供应大量天然气体，并且燃烧天然气体对环境也是合适的。采用天然气可有效地运行内燃机。但是将天然气作为一车用燃料应用却受到使用这种燃料的车辆的行驶“范围”的限制。过去，压缩天然气箱被放在卡车或其他车辆的乘客/货物携带区域，并且与通向燃料喷射器等的燃料系统相互连接。但是车辆内适于放置这种压缩天然气箱的存放区域是有限的，并且这种限制必然限制了车辆不需补给燃料所能行驶的距离。因此，过去大大限制了使用天然气燃料的车辆行驶范围。

在现有技术中基本上没有介绍过这样一种带内燃机的车辆，它具有作为车辆一结构部分的燃料箱，用来存贮液体和天然气燃料以供发动机使用。将天然气在高压下引入燃料箱所需的必要条件表明燃料箱是特别设计的，以便简便地存放在车辆的存贮区域，并且现有技术未能设计出一种存贮汽油和天然气或任何其他液体或气体燃料的组合的双燃料箱。现有技术使用天然气作为车辆燃料的设计更多的是车队在一有限区域内所使用的一新颖的特性，而不是驾驶员能从一双燃料燃烧箱中选择代替汽油或柴油燃料使用的一替代燃料。

技术方案

本发明提供一存放和分配一气体和一液体燃料的一双燃料车辆用燃料箱。这双燃料箱的独特之处在于它的实际结构包括一车辆结构的承载构件。这个特性使得燃料箱可被放置在不占，通常用于车辆上乘客和/或货物的区域，同时允许具有足够的燃料携带能力，以便得到一经济可行的车辆运行范围。

燃料箱包括一些圆柱形的压缩气体气瓶(压缩气体气瓶的数目取决于车辆的尺寸和/或构造)，以存贮天然气之类的气体燃料。它们固定在一封闭的结构内(外部燃料箱)。这些压缩气瓶位于封闭结构(外部燃料箱)的内部，此封闭结构还贮存着一诸如汽油之类的液体燃料。压缩气瓶固定在封闭结构(外部燃料箱)内部以防止它们之间的相对运动，并且还可防止在碰撞之类的冲击时所产生的有害的位移。在密封结构(外部燃料箱)内部、压缩气瓶的外部空间可包括其他一些必要的装置，诸如一个或多个燃料泵和/或计量装置。

通过在一车辆上同时具有一双燃料箱，本发明解决了可替换的气体燃料补给场所的有限行驶范围和有限的可获得量的问题。例如一车辆在市区行驶时可采用一较少污染(较低的排放物)的气体代替燃料运行，如果在到达一适当的补给燃料场所前就已将气体燃料耗尽，或者是在郊区行驶时，那里的空气中排放物标准较高时，可将车辆转换到由一具有较大污染性(较高的排放物)但更易得到的一液体燃料运行。可见本发明的一个方面是向车辆提供一比现有使用天然气燃料箱有更大行驶范围的双燃料箱。

本发明的另一方面是提供一用于车辆的双燃料箱，其中燃料箱作为车辆框架的整体和结构部件。

本发明的另一方面是提供一车辆用的气体和液体燃料箱，它易于制造，并且有助于通过改造现有车辆来实现，并且有助于作为新车辆的一个新组件。

本发明的一附加方面是提供一双燃料箱，其中多个高压压缩气体管状(或其他外形)燃料气瓶保存在一燃料箱外壳内，燃料箱的外壳构成车辆框架的整体和结构构件，并且在压缩气体气瓶和双燃料箱内壁间的间隙内贮存了诸如汽油之类的液体燃料。

本发明还有一个方面是提供了一车辆用双燃料箱，其中多个高压气瓶与一总导管相互连接，并且保存在燃料箱外壳内，以形成车辆框架的一结构部件。

将在构成本公开说明一部分的附加权利要求书中，详细指出表示本发明特征的各种新颖性特点。为了更好地理解本发明以及使用它所取得的工作优点，将参考附图及对较佳实施例的说明。

附图简介

图1是一后轮驱动车辆的仰视图，以示出本发明双燃料箱的一实施例；

图2是沿着图1中线2-2截取的部分端面剖视图；

图3是沿着图2中线3-3所截取的部分侧剖视图；

图4是一前轮驱动车辆的仰视图，以示出实现本发明双燃料箱的另一实施例；

图5是沿图4实施例中的线5-5截取的部分端面剖视图；

图6是本发明较佳实施例示意俯视图，其中在后轮驱动车辆的一单独的燃料箱护罩内固定有多个圆柱形复合气瓶；

图7是图6所示实施例的侧视图；

图8是与图6类似的、应用于前轮驱动车辆的本发明另一实施例示意俯视图；

图9是图8所示实施例的侧视图；

图10是局部剖切的、示出部分套设于双燃料箱内的圆柱形复合气瓶的燃料箱组件立体图。

较佳实施例的描述

首先请参阅图1，标号10概括地表示一后轮驱动型车辆的框架。框架10包括一对侧向导轨或构件12、14，它们由间隔开的、侧向延伸横向件16、18、20横向连接。在标准型式中、沿着车辆框架10的每一侧设置左右阶凹形部分(stepwells)24、26。另外，作为普通车辆的一部分还包括一排气管28，它沿框架10一侧延伸，与消声器30相互连接，并从中伸出一尾管32。在一后轮驱动车辆的某些标准型式中，一驱动轴34在一传动器和一差动器之间沿着框架10底部中央延伸。

根据本发明的一个实施例，将一对双燃料箱40、42固定在车辆框架10的下方，使它成为框架10的一组成部分。燃料箱40、42较可取地是由不锈钢结构设计而成，使燃料箱的重量能够在适合于汽车的合理范围内，而且可以预防由于携带的燃料以及燃料箱组件所受的环境影响而产生的腐蚀。也可以使用诸如全复合材料或纤维玻璃增强材料之类的高级材料。在每个燃料箱40、42内具有多个也是由全复合材料或纤维玻璃增强材料(可以是铝或塑料)制成的压缩气瓶43。按已知的方法对这些气瓶装导管，使它们能由车辆驾驶员选择转换，提供气体作为主要的车辆燃料。气瓶43与燃料箱40、42内壁间的空隙45内充满了诸如汽油之类的第二种不同燃料。很明显，也可以使用柴油或液化石油气。设置有已知的阀门装置，允许车辆驾驶员在被选定的条件下或当主燃料用完时，选择转换这种辅助燃料供车辆工作。

在标准车辆结构中，每一侧向导轨或构件12、14长度是连续的。但是根据本发明，在放置燃料箱40、42的区域拆走侧向导轨12、14，并在结构上由燃料箱自身代替。如图1至3所示，将外罩框架通道构件36与燃料箱40焊接，或者使它成为燃料箱40的一组成部分，同时也使外罩框架通道构件38类似地成为燃料箱42的一组成部分。然后将外罩通道构件36、38分别放置在侧向导轨或框架构件12、14相应的端部上，再进行焊接。本领域的技术人员很容易领会和理解框架外罩通道构件36、38与框架部件12、14以及燃料箱40、42的实际焊接和固定。

如图所示，可以看到，本发明打算将侧向导轨或框架部件12、14放置在通道构件36、38内。但是可以预见，也可将通道构件36、38放置在由侧向导轨12、14形成的通道内。在任一种情况下，本领域的技术人员可以理解通过中间设置相应的燃料箱40、42实现侧向导轨12、14的连续延伸，通过提供框架外罩通道构件36、38取得连续的、与燃料箱40、42结复合一体的侧向导轨结构。当然，构件36、38与相应侧向导轨12、14间的重叠程度，在某种程度上取决于框架组件10的总的完整性。

如果必要，可以通过采用一块板来桥接连接处、并固定于每一相关通道构件36、38以及侧向导轨12、14，来进一步加强通道构件36、38与侧向导轨12、14间重叠部分的连接。已发现，为了这个目的，可将一厚度大约为0.25英寸的金属材料板螺栓连接或其他方式固定在连接处。本领域的技术人员可以理解，侧向导轨12、14由钢制成，厚度大约为0.125英寸，相应较可取地是，由类似的材料制成通道构件36、38。

作为本发明一可选择部分，并向燃料箱提供附加支撑的是固定于车辆底部76上的带状固定板44、46、48、50。如图2所示，带状固定板44在它的端部设置脚或凸缘80，而脚或凸缘78设置在盖板48的端部。当然，带状固定板46、50在它们的端部具有相似的凸缘。凸缘78、80可通过焊接、螺栓连接或其他方式固定在车辆底部76上，以进一步向燃料箱40、42提供支撑。

请再注意图2和图3，可见一角铁64以焊接或其他方式被适当地沿着相应每个燃料箱40、42的长度方向固定，并且也以焊接或其他方式被适当地固定在底部76上。本领域的技术人员将很容易地理解，双燃料箱40、42不仅可作为侧向导轨或构件12、14的一组成部分，还可以作为底部76的一组成部分。因此，虽然由于中间插入了燃料箱40、42使得侧向导轨或构件12、14看起来似乎不连续，但是由前述大尺寸金属制成的燃料箱40、42向车辆框架10提供了增加的强度和整体性。

另外，燃料箱40、42的横截面是非圆形的。通过提供这种横截面基本呈长方形的箱体。对于分配给围着气体燃料钢瓶43保存液体燃料的空间来说，这种燃料箱的体积最大。较可取的是，如图所示，燃料箱40、42的边缘是圆形的。

再参考图4和图5中的较佳实施例，可见本发明可方便地用于前轮驱动的车辆。这里，车辆框架导轨或构件12’、14’与横梁部件16’、18’、20’相互连接，并且以通常的方式设置一排气管28’，消声器30’和尾管32’。由于前轮驱动的车辆不需要驱动轴，所以可单独使用一尺寸相当大的双燃料箱70。因此，可将更多的天然气钢瓶43和辅助燃料置于其中。另外在本发明较佳实施例中燃料箱70的结构与燃料箱40、42相似，使用基本相同的材料、焊接技术等确保必要的结构完整性和承受前述压力的能力。已知的导管和选择燃料的转换与用于燃料箱40、42的所述内容相似。

如图4和图5所示，框架外罩通道构件36、38再焊接到燃料箱70和相应的侧向导轨构件12’、14’上。在这种情况下，燃料箱70不仅使相应的侧向导轨构件12’、14’连续，而且使它们相互连接。另外，通过焊接、螺栓连接等方法将带状固定板72固定在车辆底部84上，并用来提供燃料箱20的垂直支撑。同时还包括在燃料箱70前后横穿中心部分的角铁74，它同样被焊接到燃料箱70和底部84上。因此燃料箱70不仅构成框架的侧向导轨12’、14’的一组成部分，而且还能通过底部84与车辆框架剩余部分连接的方式向底部84提供强度和刚度。

如前所述，框架外罩通道构件36、38可具有这样的特性，使它能容纳侧向导轨12’、14’的相应端部，或者可将它们制成这样的形状，使它们能被容纳在侧向导轨12’、14’的通道内。这两种构思都可成为本发明的一部分。

本技术领域的技术人员很容易理解，本发明可应用于已有的车辆中，也可用于新的车辆中。例如，在将现有车辆转换成使用天然气的情况下，取走旧的燃料箱，把侧向导轨或构件12、14移到适当的区域，并且将合适的燃料箱70或燃料箱40、42设置在车辆框架10的下方，并且如上所述将它们固定在侧向导轨12、14或12’、14’上。为了进行新的车辆生产，使所生产的侧向导轨12、14和12’、14’之间具有适当的间距以容纳上述合适的燃料箱和框架外罩通道部件36、38。

如上所述，通过由金属或合金材料制成的燃料箱，燃料箱不仅可用作车辆的框架构件，还可提供足够的强度以抵抗车辆相撞等引起的冲击。因此，本发明为车辆提供了结构完整性，加强了安全性，环境的兼容性，并且提高了由一内燃发动机发动的车辆的行程范围。

如图6和7所示，用标号100总体表示一用于后轮驱动车辆的车辆框架。如以上对图1至5所示的那样，车辆框架100包括相应的具有必要横向构件的侧向导轨或构件102、104，本领域的技术人员能够理解这点。在图6和图7的实施例中，通过一驱动轴108使发动机106与位于车辆后部的差速器110相互连接。车轴112从差轴器延伸进入与后驱动轮114的传动连接。当然，一适当的消声器116以及排气系统的其他部分等也如图所示固定在车辆的下方。

根据本发明，把一由高级复合材料或其他合适的构造如纤维增强玻璃纤维制成的双燃料箱外壳118安装到与图1至5所述相同形式的燃料箱。换句话说，燃料箱外壳118成为了车辆框架的一组成部分，并且如前所述与侧向导轨或构件102、104相互连接。当然可以理解，驱动轴108从发动机106到达差速器110，而且把燃料箱外壳118置于发动机和差速器中间，所以必须让驱动轴108通过。在这种情况下，可根据上述图1和图2所示提供任何一个双燃料箱，或者使燃料箱外壳118的外形具有一合适的凹槽等以使驱动轴108的通过。在任何情况下，燃料箱外壳(或多个外壳)118与框架部件102、104相互连接，并且如前所示，通过适当地焊接或其他方法使它们与车辆底部120相互连接和固定。

双燃料箱外壳118内有供压缩气体使用的多个圆柱形气瓶122。每个燃料气瓶122与前述的气瓶43相似，并且具有一圆柱体件124和半球形的端盖126。

与气瓶43一样，最好由用于普通压力容器的复合材料制造的圆柱形气瓶122。这样能充分地保持所提供的压力。纤维增强复合材料，诸如，石墨、碳、或硼复合材料适合于本发明。类似地，如目前应用于压力容器的长丝缠绕结构也可满足本发明的要求。纤维增强塑料，诸如纤维玻璃缠绕，确实也提供足够的强度容纳压缩气瓶内所须的高压力。

圆柱形气瓶122以及气瓶43最好以套接或其他方式固定在燃料箱外壳118内，如图10详细显示的那样。内腔128用来容纳并保持圆柱形气瓶122。内腔128包括具有槽的彼此隔开的区域，用来将燃料气瓶122容纳和固定在适当位置上。液体燃料容纳在内腔128周围的空隙区域，并且如前述方式向车辆提供交替供给的燃料。

提供一适当的导管130，使它与每个圆柱形气瓶122和43相互连接。因此，一单个进口阀132可与导管连接以便向圆柱形气瓶122加气体燃料，而一单个出口阀可与导管连接，以便使气体燃料通向发动机106。

如图8和9所示，一双燃料箱外壳包括多个圆柱形复合材料高压气瓶的构思也可应用于前轮驱动的车辆。这种车辆的框架整体由标号140表示，再次示出的此框架包括侧向导轨或构件142、144，并且根据要求还有适当的横向构件。通过一适当的横轴或类似构件连接发动机146来驱动前轮(未示)。另外，后轮148安装在后车轴150的相对两端，而消声器和适当的排气系统152还是设置在车辆的下方。

如图6和图7所示的实施例那样，一由复合材料制成的燃料箱外壳154按照与图1至图7中所述的相似方法安装，以便通过与侧向导轨部件142、144相互连接与适当地固定于底部156，使它构成车辆框架的一组成部分。如上述所讨论的适当复合材料制成的圆柱形高压气瓶158保持在燃料箱外壳154内，并通过一适当的导管相互连接。如图6和图7所示的实施例那样，一适当的进口阀162允许向圆柱形气瓶158加气体燃料，同时设置一单个出口阀164以使燃料气瓶158内的气体流通到发动机146。当然阀162、164与导管160相互连接。

可以理解，如果是前轮驱动车辆，较可取的是，一单个燃料箱外壳154容纳所有的圆柱形气瓶158，并且燃料箱外壳154的外形不必容纳驱动轴。

现在参阅图10，可见用标号170总体表示一图1至图9实施例中使用的燃料箱组件。如图所示，一夹壳形的燃料箱的一半部分172、174使它内部能容纳多个复合气瓶178，并且通过一合适当的围绕燃料箱组件周边延伸的焊缝176被封闭。复合气瓶178具有以上所述的性质，具有一圆柱形中间部分，以及半球形或准球形端盖。本领域的技术人员可理解，导管130、160在半球形端部与复合气瓶178相互连接，因为对于一普通燃料气瓶厚度，在半球形端部处的应力通常是介于其中的圆柱形气瓶部分的应力的一半。因此，在半球形端部进行气瓶的导管连接对气瓶整体结构的影响比在圆柱体部分进行要小得多。

如图所示，可将复合气瓶178放置在内腔180、182内的可选择位置，即，在两端和中间。泡沫内腔可由任何合适的泡沫或吸收震动材料制成，这些材料被包起来或被构造成不与液体第二燃料反应。如上所示，可预先模制泡沫内腔使它容纳在相应的燃料箱一半部分172、174的端部177内，并且套接地容纳复合气瓶178，在它们之间留下的空间用于液体燃料。另外，泡沫内腔180、182可以包括多个彼此间隔的模制泡沫带，并被相应的燃料箱一半部分172、174和复合气瓶178容纳。很清楚这种结构可应用到前述的双燃料箱中。

本领域的技术人员很容易理解，使用高压圆柱形复合气瓶，诸如上述的气瓶122、158、178，可采用比其他实施例更薄的标准规格金属来制造燃料箱外壳118、154以及172、174。因此减轻了重量、降低了材料成本、和提高了产品的可靠性和耐用性。

本发明双燃料箱的优点在于它具有同时携带两种不同燃料的能力，并具有作为一车辆承载构件的能力，所以允许它设置在车辆上不是乘客和/或货物所使用的地方。这种燃料箱的燃料携带能力足够得到一个与传统单个液体或气体燃料车辆相同的或更大的行驶范围。此燃料箱理想地用于进出市区的运输车辆之类的车辆，在市区经常补给燃料是不合适的或不经济的。

已示出本发明的具体实施，并且详细说明了本发明的应用和原理，本领域的技术人员阅读了上述说明后可进行一些变化和改进。但是可以理解，为了说明简明易读，所以在这里已经删去了所有的变化和改进，但是它们都在下列权利要求的范围之内。

Claims (17)

1.一种车辆用双燃料箱组件，包括：

一燃料箱外壳，它在其内具有多个存贮车辆用气体燃料的圆柱形压力气瓶；

用于安装所述外壳内所述压力气瓶的装置，所述压力气瓶周围具有空间，以便在其中存贮液体燃料；和

将所述燃料箱外壳安装到车辆结构上作为一车辆用结构零件的装置。

2.一种如权利要求1所述的双燃料箱，其特征在于，所述安装装置包括一对从所述燃料箱的相对端部延伸出来的通道构件，所述通道部件分别与一车辆侧向导轨的连结端部结合。

3.一种如权利要求1所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述圆柱形压力气瓶是由一纤维增强复合材料制成的。

4.一种如权利要求1所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述圆柱形压力气瓶包括长丝缠绕结构。

5.一种如权利要求1所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述固定装置包括部分地插在所述圆柱形气瓶与所述燃料箱外壳之间的一泡沫零件。

6.一种如权利要求5所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述泡沫零件套接地容纳所述圆柱形气瓶。

7.一种如权利要求1所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，还包括一与所述多个圆柱形压力气瓶相互连接的导管，圆柱形压力气瓶具有与所述导管连接的入口阀和进口阀。

8.一种如权利要求1所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述燃料箱外壳横截面大体呈长方形，并且由不锈钢制成。

9.一种车辆用双燃料箱组件，包括：

一燃料箱外壳位于由车辆一框架的一侧向导轨所限定的空间内，所述燃料箱外壳在其内具有多个气体燃料压力气瓶，使所述压力气瓶周围留有空间以便存放液体燃料；

从所述燃料箱外壳的相对端延伸出来，并分别在该空间相对侧上的所述侧向导轨的相应端部固定结合的通道构件；以及

将所述燃料箱外壳固定到车辆底部上的装置。

10.一种如权利要求9所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述压力气瓶与一总导管连接，所述导管具有使气体流入与流出所述压力气瓶的阀装置。

11.一种如权利要求9所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述压力气瓶呈圆柱形，并由一纤维增强复合材料制成。

12.一种如权利要求9所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述压力气瓶被套接地容纳于所述燃料箱外壳内。

13.一种如权利要求10所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述固定装置包括一横穿所述燃料箱外壳并与所述燃料箱外壳和底部焊接的细长构件。

14.一种如权利要求13所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述固定装置还包括围绕所述燃料箱外壳并在相对端部固定于车辆底部的一对带状固定板。

15.一种如权利要求14所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述燃料箱横截面基本呈长方形。

16.一种如权利要求15所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述带状固定板和所述细长构件相互呈直角。

17.一种如权利要求16所述的车辆用双燃料箱组件，其特征在于，所述燃料箱是由不锈钢制成的。

Images