JP2011512294A - 自動車用熱可塑性燃料タンク - Google Patents

Abstract

【構成】 本発明は、自動車用熱可塑性燃料タンク１であって、該燃料タンク１内には少なくとも１つの剛性部材を有し、該剛性部材は２つの対向するタンク壁４の間で該燃料タンク１の内部圧力に起因する変形を打ち消すように延長される。本発明によれば、前記燃料タンク１内に配設される前記剛性部材の２つの端部は、前記タンク壁の裏側に外側から係止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料タンク内に少なくとも１つの剛性部材を有する自動車用の熱可塑性燃料タンクに関し、その剛性部材は前記燃料タンクの内圧に起因する変形を打ち消すように２つの対向するタンク壁間に延長されるものである。

昨今、自動車内で使用される燃料タンクは主に熱可塑性樹脂によって造られており、押し出しブロー成形で製造される。作動に必要で内部的に且つ追加される部品は、例えば、内部サージ部品、通気バルブとそのライン、燃料ポンプ、センサー、スプラッシュバッファなどは、燃料タンクの製造時にブロー成形により封じ込められるか、或いは仕上げられたタンクに後ろ向きで挿入することができる。例えば、従来の技術より、サージポットと燃料ポンプを具備する供給ユニットを、燃料タンクの上側の開口部を介する"差し込み式"の解決のように、燃料タンク内に導入するものが知られている。その供給ユニットは、燃料タンクベース上に都合良く設けられており、該燃料タンクベースは燃料タンクの嵌入された位置の底部にある。この目的において、供給ユニットは一般的に燃料タンクベースに対して反発するように押圧されている。これの不利益なところは、バネの力がタンクの内圧に加えられ、協働してタンクの壁に作用する点である。

燃料タンクは通常、非加圧状態で作動させられる。燃料タンクの圧力比は、例えば、給油したり空にしたり、温度変動や燃料タンク内の燃料の動きなどによって変化するものである。燃料タンク内の非加圧状態を確実なものとするため、圧力変動は通気バルブとラインによって補償されている。

運び込まれたガス混合物は活性炭フィルターによって清浄化され、続いて周囲に排出される。活性炭フィルターは限定された容量しかなく、通常所定の間隔で逆流させており、この逆流は自動車の内燃機関への空気を吸い込むことで実現される。

ハイブリッド車の場合には、内燃機関が或る運転状況の下でだけスイッチオンとされるため、活性炭フィルターの洗浄には制限されたオプションがある。すなわち、ハイブリッド車の場合、状況を首尾よく進めることも可能であり、もし燃料タンクが"閉じた"場合であれば有益である。その"閉じた"状態では、ガス混合物は活性炭フィルターに運び込まれることはできない。この作動の不利益なところは、タンクの内圧が上昇し、燃料タンクの許容できない重大な変形をもたらす可能性がある点である。

燃料タンクの圧縮強さの問題は従来技術からも知られている。ドイツ特許公開公報（A1） １０ ２００６ ０３１ ９０２は、熱可塑性樹脂から中空ボディを形成する方法、特に、樹脂から燃料タンクを作成する方法を開示し、その中でプラスチック材料からなるクモの巣状若しくは帯状の予備的成形物（プレフォーム）は、多数部品に分かれた金型で金型キャビティの内側形状に再造形されるものであり、該金型は金型キャビティを形成する。最初に２つの相互に相補的なシェル形状の中間成形物が成形される。続いて挿入部が該シェルの内側に固定され、嵌合する位置で各場合にシェルの側が互いに向き合い、相互に相補的なシェルの少なくともいくつかの挿入部は、それらが結合されて１つの集合された部品若しくは機能ユニットを形成するように、相互に相補的な設計形状を有する。相互に相補的な挿入部が互いに係止するように、若しくは互いに作用する連携を持つように、シェルが一緒に合わされている。タンクの内圧増加による燃料タンクの変形を打ち消すために、内的部品はクロスストラッツ（cross struts）の如き設計とすることが提案されている。

ドイツ特許公開公報（A1）、３１ ３１ ０４０によれば、通常の自動車の場合におけるスペア車輪のためのスペースに嵌入させる耐圧燃料タンクは２つの曲がったシェルを有し、該シェルは内側端部で互いに融着され、テンションロッドとして作動する同軸パイプによって互いに接続されている。パイプはその内部が使用可能なタンクの容積の一部をなすように開口部を有し、同時にタンク内の最大給油レベルを制限する。一緒に螺子止めされた２つの部分からなるパイプは、その下端が下側シェルの内壁に溶接され、その上端では上側シェルに設けられた中央孔に溶接されている。

ドイツ特許公報 ７１１ １１７は、特に中程度の圧力用の携帯型圧力タンクを開示し、該圧力タンクは平たい立方形状を有し、その実質的に平らな側壁は互いにテンションロッドで接続されてタンクの膨張を防止し、充填および空にする役目およびパイプの内部に適用した他の目的のためのバルブも有し、該パイプはタンクを通過して便宜上テンションロッドとしても作動する。

欧州特許公報（B1） １ ４９３ ９６１は、自動車用圧縮ガスタンクについて記載する。金属製ガスタンクの場合、相互に対向するタンク壁は輪郭を有しており、その剛性を増加させ、少なくとも１つのテンション部材によって追加的に接続されている。タンク壁が成形された円形溝に保持されるように熱と力を加えることでテンション部材の端部は変形される。続いて、テンション部材の端部は上側シェルと下側シェルにしっかりと溶接される。従来技術から知られている熱可塑性燃料タンクの場合には、剛性部材が燃料タンクの対向するタンク壁の間に溶接される。

昇圧の際、発生した力は剛性部材とタンク壁の間の接続によって伝達される。前記力の伝達はその接続の領域でのプラスチックのクリーピングをもたらしてしまうおそれがあり、樹脂製タンクの圧縮強さが弱くなってしまう。これは特に接続に張力の負荷が掛けられている場合に顕著である。もし例えばタンクの正味の高さを超えて延長されるテンションバーの形式の剛性部材がタンク壁に溶接され若しくは鋲留めされる場合、張力の伝達に供用される断面積は、溶接や鋲留め接続の数や形状で決められることになり、その剛性部材の断面積そのものではない。勿論、このような構造において、全体として張力の伝達に供用される断面積は比較的に制限されている。これはタンクの内部に配される剛性部材の多様性によって打ち消すことのできるものであるが、タンクの容積の費用となる。

それ故に、本発明は自動車用の高圧縮強さを有する熱可塑性燃料タンクを提供する目的に基づくものである。

本発明が基づくところの目的は、自動車用の熱可塑性燃料タンクによって達成されるものとされ、該燃料タンク内には少なくとも１つの剛性部材を有し、該剛性部材は２つの対向するタンク壁の間で該燃料タンクの内部圧力に起因する変形を打ち消すように延長され、当該燃料タンクの特徴とすべきところは、前記剛性部材の２つの端部が前記タンク壁の裏側に外側から係止されるところである。

本発明に従う燃料タンクの圧縮強さは、燃料タンク内の剛性部材によって強められ、剛性部材は２つの対向するタンク壁の間に延長される。

本発明の意味での内圧は、大気圧より高く、少なくとも４００ミリバールの強さのオーダーの圧力を意味するものと理解される。例えば、約摂氏４０度の温度で、大気圧の約４００ミリバール高い正圧が、密閉される燃料タンク内に形成される。対照的に、低い温度では、１５０ミリバール以上の負圧が形成される。もちろん、本発明の剛性部材は、例えば、外部からの温度に導かれた圧力（大気圧との関係ではタンク内部の負圧）の上昇に対して燃料タンクを安定させる役目を担う。

剛性部材とタンク壁の間の接続の領域における従来技術から知られるプラスチッククリーピングは、燃料タンクの圧縮強さへの不利な効果があるが、本発明によれば、前記剛性部材の２つの端部は、前記タンク壁の裏側に外側から係止され、クリーピングが防止されることになる。これは、剛性部材とタンク壁の間の接続が圧縮負荷だけに依存するという利点になり、剛性部材とタンク壁の間の接続の領域におけるプラスチックのクリーピングの傾向に抗することになる。

もし互いに距離を以て対向するように配された前記タンク壁の領域で２つの相互に並べられた開口部を前記剛性部材が通過するならば、特に顕著となる。

特に有益な実施形態においては、接続部材はフリンジ状の係止できる端部若しくは係止爪によってタンク外壁に対して両側が支持されている。これは力の伝達を担う支持面が大きくなるという利点を有し、表面の圧力を減らすことができる。

また、少なくとも前記剛性部材の少なくとも一端は、好ましくは気密及び液密で前記タンク外壁に溶接される。

前記剛性部材と前記タンク外壁の間の接続が気密及び液密とされるように前記タンク壁と前記剛性部材の間に好ましくは配設されるシール部材を提供する手段と共に、前記剛性部材の少なくとも一端は前記タンク壁に対して括り付けられている。このタイプの接続の利点は、必要性に応じて前記剛性部材とタンク外壁の間の接続を解放できる点にある。

前記剛性部材の少なくとも一端は、回転且つ係止する接続によって前記タンク外壁に接続されるものとされ、該回転且つ係止する接続は好ましくは前記剛性部材と前記タンク外壁の間の接続が気密及び液密とされるように前記タンク壁と前記剛性部材の間に好ましくは配設されるシール部材を提供する手段を有する。このような前記剛性部材と前記タンク外壁の間の回転且つ係止する接続の利点は、接続がいつでも簡単に解放できると共に閉成できる点である。例えば、このような回転且つ係止する接続は、バヨネット装着として設計できるものである。

プレストレスが該燃料タンク内の圧力上昇に起因する燃料タンクの変形を打ち消すように、前記剛性部材は好ましくは前記タンク外壁に該プレストレスを以て支持される。

特に好ましい実施形態では、剛性部材は少なくとも２つの部品を有する。この剛性部材の部品は、１つの組み立てられた剛性部材をなすように結合できるように、互いに相補的となるように設計される。剛性部材の多部品構造の１つの利点は、該剛性部材を燃料タンク内でより簡単に配設できることである。

剛性部材の部品は、互いに接続され、例えば、スクリュー接続、バヨネット接続、プラグイン接続、スナップイン接続、若しくはラッチ接続の手段によって接続される。スクリュー接続やバヨネット接続は、該剛性部材の部品を比較的に大きな努力をしなくとも分離することができるという利点を有し、該剛性部材の各部品の間の接続は負荷に耐える十分な容量を有する。プラグイン接続は接続が簡単に作り出され、再び解放できるという利点を有する。スナップイン接続、若しくはラッチ接続では、接続が簡単に作り出され、且つ負荷に耐える十分な容量を有するという利点を有する。

本発明の好適な実施形態においては、剛性部材は供給ユニットとして設計され、前記タンク壁に対向して配列されたメンテナンス開口部の間に前記供給ユニットが配設される。この利点は、供給ユニットは同時に剛性部材として機能することから、燃料タンクに挿入されるものが１つ少なくなるという点である。

供給ユニットは一般にサージポットとその中に配設される燃料ポンプとからなる。もし剛性部材が多部品による設計であれば、例えば嵌合位置の底部の剛性部材の部品はサージポットとして設計できる。

また、燃料タンクは便宜的に押し出しブロー成形タンクの形の１つの部品として設計される。

本発明は、図面に描かれた説明的な実施形態への参照と共に下記に詳しく説明される。

本発明の燃料タンクの断面を示す図であり、剛性部材は供給ユニットとして設計されている。 図１の燃料タンクの上面を示す図である。 剛性部材の部品の他の部品への接続の異なる変形例を示す図である。 剛性部材の部品の他の部品への接続の異なる変形例を示す図である。 剛性部材の部品の他の部品への接続の異なる変形例を示す図である。 剛性部材の部品の他の部品への接続の異なる変形例を示す図である。

本発明に従う燃料タンク１は図１に図示されている。燃料タンク１は熱可塑性タンクとして知られた方法で設計されている。このタンクは、例えば、押し出しブロー成形により単独の片として製造できるものである。図１は本発明による燃料タンクの概略断面を示す。給油パイプや燃料タンク１を通気したり或いは排出したりする手段は、簡素化のために図示していない。

燃料タンク１のタンク壁４は嵌合位置の上部の開口部６と、嵌合位置の底部の開口部５とを有している。２つの開口部５、６は互いに整合されてタンク壁の相互に対向する部分に配設され、実質的同一の半径を有する。さらに、開口部５、６はタンク壁４に円形部分の形状で形成される。燃料タンクの全高を越えて延長され既知の方法で燃料ポンプ９を内蔵する供給ユニット２は開口部５、6内に挿入されている。供給ユニット２は、燃料タンク１の主容量とは分離した燃料貯蔵部を構成し、そこから燃料ポンプ９は燃料供給ライン１０を介して内燃機関に燃料を供給する。

本発明によれば、供給ユニット２は二分割の設計とされ、前記供給ユニットは２つの機械的に相互に作用するポッド（筒）形状の挿入部３ａ、３ｂからなり、これら挿入部３ａ、３ｂはタンク壁４の対向する領域の外側に支持されており、開口部５、６を挿通する。

嵌合位置の底部に設けられ図１に示された挿入部３ｂは燃料ポンプ９用のサージタンクを構成し、嵌合位置の上部に設けられ挿入部３ａは供給ユニット２の蓋部を構成し、供給ユニット２の蓋部は既知の方法で燃料供給ライン１０と電気ライン１１の通り抜け用に設けられる。図示される説明のための実施形態では、供給ユニット２を構成する２つの挿入部３a、３ｂは円筒状若しくはポッド形状の部材であり、当業者にとってこれらの挿入部は、互いに相補的な断面積の輪郭を有するものであればどのようなものでも良いことは勿論である。

図示される説明のための実施形態では、挿入部３a、３ｂはそれぞれ閉じた外郭を以て設計され、タンク壁４の外側に、それぞれの場合シール部材８の介在により、フランジ状の環状のカラー７によって支持されている。

後述するとおり、挿入部３ａ、３ｂは、相互に挿通される領域で互いに嵌合するように接続される。

記載されている説明のための実施形態の供給ユニット１は、概ね閉じた外郭を有する設計であり、挿入部３ａ、３ｂによって画定される外郭の一部だけが閉じた外郭をなすように設計されることは当業者にとっては明白である。

記載されている説明のための実施形態において、嵌合位置の底部に設けられた挿入部３ｂは供給ユニット２の"サージタンク"を構成し、そのサージタンクは燃料タンク１の容量の残りと関連して密閉された貯蔵部を構成する。挿入部３ｂは自動車の種々の運転状態における運転の動的な力に起因するサージを最小限に止め、同時に燃料ポンプ９が各運転状態において完全に燃料内に浸かることを確実なものとさせる。さらに、前記貯蔵部は自動車の予備の満タン容量を構成する。

挿入部３ａ、３ｂによって構成される燃料貯蔵部は燃料タンク１の残りの容量と、図示しないラインの如き手段若しくは挿入部の対応する高さのところに設けられる開口部の手段により連通する。これは簡素化のために図面には示していない。

燃料タンクはその設計故にしばしば互いに連通する複数の部分容積を有して異なる給油レベルを有する。結局、例えば吸入ジェットポンプの形式の少なくとも１つの更なるポンプが燃料タンクに配設され、例えば内燃機関から返される燃料を介して駆動されるポンプは、燃料タンク１の主容量から挿入部３ａ、３ｂによって構成される貯蔵部へ燃料を供給する。

給油ユニット２に設けられ、給油タンク１の主容積のための給油レベルセンサーは参照符号１３で示されている。この給油レベルセンサー１３は既知の方法で図示しない電気ラインを介して自動車の電気制御システムに接続される。

本発明の給油ユニット２は、例えば燃料タンク１の内部に、内圧が高まった場合において燃料タンク１の強化若しくは剛性部材としても機能するような仕様となるように有益に設計されている。上述のように、この目的において、挿入部３ａ、３ｂは、それらのカラー７でタンク壁４の外側に対してそれぞれ支持されるように、燃料タンク１への挿通部１２の領域で互いに機械的に接続され、前記カラーは固定用のフランジとして作用して、圧力に促される変形に抗することになる。挿入部のカラー７は、タンク壁に対してそれぞれ十分に大きな支持面積を以て支持されており、このため燃料タンクの内圧に起因し供給ユニット２に作用する張力は、樹脂材料のプラスチック変形が回避されるようにタンク壁に信頼性を以て導入される。

本発明は、環状のカラー７の代わりに、タンク壁４に対して外側から支持できるような、それぞれの係止片を設けるような方法とすることもできる。

既に述べたように、嵌合位置の上部に設けられた挿入部３ａは、特にその下側の挿入部３ｂとの挿通領域で、環状に閉ざされる外郭形状を備える設計とされる。これの代替えとして、挿入部３ａは、タンク壁４の上側開口部６を閉じるような蓋板として設計しても良く、タンクの内部に突出するような係止片や係止網を有していても良い。

本発明の燃料タンクの図１に示す変形例として、タンク壁４の開口部５、６を十分に外側で塞ぐ挿入部がタンク壁４に対して単に挟み込むようなものとすることができ、この目的において下記に説明するように挿入部３ａ、３ｂの機械的な接続部を介して加えられる張力を伴うものとされる。既に説明したように、シール部材８を介し、シール部材はタンク壁４の環状段差部１４に挿入される。もし燃料タンクの壁に係止フランジを設け、それを同様な形状の別個のフランジリングの下で係合させるならば、該フランジリングによっても挟み込むことは行うことができる。

また、代替例として、挿入部３ａ、３ｂのカラー７はタンク壁４に溶接することができる。この場合、検査のために燃料タンク１から挿入部３ａ、３ｂを外すことはできなくなる。例えば、燃料供給ライン１０や電気ライン１１を通過させる開閉可能な検査用開口部を挿入部３ａに設けるようにすることもできる。

図３乃至図５に示すように、挿入部３ａ、３ｂはそれらの挿通部１２の領域で種々の方法で係止することができ、また、代替的には、前記挿入部は回転且つ係止する接続（バヨネット装着）、スクリュー接続、或いはバヨネット接続によって互いに接続するように構成できる。

図３はラッチ接続の概略図を示し、ラッチ接続は係止受部１５とそれに合う係止片１６とを有している。例えば、互いに一定の距離で並べられ係止チャネルとしての形状にされる複数の係止受部１５を挿入部３ａの筒状部１９aの外側に設け、該係止チャネルで挿入部３ｂの周に固定された係止片１６が係止されるものとすることができる。この目的において、係止片１６は係止バネ１７と共に配設することができ、図３ａに示すように、係止受部１５の対応する設計とされた係止凹部１８に反って入るものとされる。図３ａは係止部分の縦断面を示す。

図４は挿入部３ａ、３ｂのラッチ接続の代替的な変形例を示す。挿入部３ａの円筒部１９ａは、それぞれ全周に亘って挿入部３ｂの円筒部１９ｂに係止される。挿入部３ａの、円筒部１９ａの内側を周回する係止鋸歯部２０が設けられ、係止爪２１が周回する設計で円筒部１９ｂの外周部に形成される。なお、周回する形状の係止鋸歯部２０や係止爪２１の代わりに、円筒部１９ａ，１９ｂの周囲に係止手段を分散して配置するものであっても良いことは当業者には明白である。

最後に図５は、かなり簡略化して示しているが、バヨネット固定のタイプを示しており、これを介して挿入部３ａ、３ｂの円筒部１９ａ，１９ｂが形状として嵌合する方法で互いに固定することができる。

１ 燃料タンク
２ 供給ユニット
３ａ、３ｂ 挿入部
４ タンク壁
５ 底部開口部
６ 上部開口部
７ カラー
８ シール部材
９ 燃料ポンプ
１０ 燃料供給ライン
１１ 電気ライン
１２ 挿通部
１３ 給油レベルセンサー
１４ 段差
１５ 係止受部
１６ 係止片
１７ 係止バネ
１８ 係止凹部
１９ａ、１９ｂ 挿入部３ａ、３ｂの円筒部
２０ 係止鋸歯部
２１ 係止爪

Claims (11)

1. 自動車用熱可塑性燃料タンクであって、該燃料タンク内には少なくとも１つの剛性部材を有し、該剛性部材は２つの対向するタンク壁の間で該燃料タンクの内部圧力に起因する変形を打ち消すように延長され、
   前記剛性部材の２つの端部は、前記タンク壁の裏側に外側から係止されることを特徴とする自動車用熱可塑性燃料タンク。
2. 請求項１記載の燃料タンクであって、前記剛性部材は互いに距離を以て対向するように配された前記タンク壁の領域で２つの相互に並べられた開口部を通過することを特徴とする燃料タンク。
3. 請求項１若しくは２記載の燃料タンクであって、接続部材は、フリンジ状のカラー若しくは係止爪によってタンク外壁に対して両側が支持されていることを特徴とする燃料タンク。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載の燃料タンクであって、前記剛性部材の少なくとも一端は、気密及び液密で前記タンク外壁に溶接されていることを特徴とする燃料タンク。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載の燃料タンクであって、前記剛性部材と前記タンク外壁の間の接続が気密及び液密とされるように前記タンク壁と前記剛性部材の間に好ましくは配設されるシール部材を提供する手段と共に、前記剛性部材の少なくとも一端は前記タンク壁に対して括り付けられていることを特徴とする燃料タンク。
6. 請求項１乃至５のいずれか記載の燃料タンクであって、前記剛性部材の少なくとも一端は、回転且つ係止する接続によって前記タンク外壁に接続されており、該回転且つ係止する接続は好ましくは前記剛性部材と前記タンク外壁の間の接続が気密及び液密とされるように前記タンク壁と前記剛性部材の間に好ましくは配設されるシール部材を提供する手段を有することを特徴とする燃料タンク。
7. 請求項１乃至６のいずれか記載の燃料タンクであって、プレストレスが該燃料タンク内の圧力上昇に起因する燃料タンクの変形を打ち消すように、前記剛性部材は前記タンク外壁に該プレストレスを以て支持されていることを特徴とする燃料タンク。
8. 請求項１乃至７のいずれか記載の燃料タンクであって、前記剛性部材は少なくとも２つの部品を有することを特徴とする燃料タンク。
9. 請求項１乃至８のいずれか記載の燃料タンクであって、前記剛性部材の部分は、スクリュー接続、バヨネット接続、プラグイン接続、スナップイン接続、若しくはラッチ接続の手段によって接続されることを特徴とする燃料タンク。
10. 請求項１乃至９のいずれか記載の燃料タンクであって、前記剛性部材は供給ユニットとして設計され、前記タンク壁に対向して配列された開口部の間に前記供給ユニットが配設されることを特徴とする燃料タンク。
11. 請求項１乃至１０のいずれか記載の燃料タンクであって、前記燃料タンクは押し出しブロー成形タンクとして設計されることを特徴とする燃料タンク。