具有提高的變形穩定性的塑料燃料儲箱的製作方法

2023-12-03 16:15:06

專利名稱：具有提高的變形穩定性的塑料燃料儲箱的製作方法
具有提高的變形穩定性的塑料燃料儲箱本發明涉及一種具有提高的變形穩定性的塑料燃料儲箱。最近，一種既利用電力又利用內燃機推進其自身的新型車輛已經被引入市場。這些車輛被稱為「混合動力」車輛。儘管這些車輛僅構成全球自動車市場的一小部分，但是其市場份額每年都在提高。混合動力的一種新衍生品僅在給定旅行的前40至60英裡使用電力，假設該車輛在旅行之前被插入電源經過一段預定的時間。這些車輛被認為是「插入式混合動力」的。通常，因為燃料壓力和溫度變化，燃料儲箱內產生燃料蒸氣，並且燃料蒸氣被存儲在碳罐內，以防止碳氫化合物的蒸發排放物進入到大氣中。這些蒸氣被周期性地從罐中清除並輸送到發動機，這些蒸汽在此處在正常燃燒過程中被消耗掉。在標準汽油發動機車輛上，這可以出現在任何可能的時間以防罐被充滿並且將碳氫化合物洩漏到環境中。通常，在混合動力車輛上，這些清除周期以及相關的清除量是受限的，並且當車輛運行在電力模式時，根本不發生清除。「插入式混合動力」車輛可能經過許多行駛循環，而沒有使用汽油發動機。因此，需要通過使系統保持密封並處於壓力下以限制燃料蒸發，從而使燃料系統長期含有蒸氣。存在多種解決方案來限制碳罐的蒸氣裝載。其中的一種解決方案是將儲箱密封。這會使得儲箱加壓，因為蒸汽的產生與燃料儲箱內的壓力顯著相關。蒸汽的形成導致壓力積累直至上升到某一個平衡點，在這個平衡點處基本上不會形成更多的蒸汽。通常假定的是在積累到30至45kPa的壓強後就不會產生更多的蒸汽。因此，儲箱加壓到從約20kPa至約50kPa的壓強會顯著地降低碳罐的燃料蒸汽裝載。當前使用的塑料燃料儲箱通常不會設計為在IOkPa以上的內部壓力下也不表現出顯著的變形。然而，儲箱壁變形要滿足的技術規範非常窄，因此，重要的是避免增加變形。用於提高中空塑料體的變形穩定性的一種熟知的技術是使用所謂接合點(kisspoint)或者縫合點(tack-off point)的技術,如US 2002/0100759所述。該技術的原理是通過焊點/焊區，局部地將儲箱的上壁和下壁相連接。該技術的主要缺陷是，由於為了限制中空本體有效容積的損失，接合點的尺寸小，它們將導致在輔助接合點處的機械應力集中，而這樣可以導致斷裂或隨時間而來的其他損壞。另一方面，燃料儲箱必須滿足的要求之一是，即使在諸如爬上、當儲箱幾乎要空時轉彎等惡劣行駛條件下，仍對發動機供給燃料。現在，在這些條件下，即使儲箱只有少量燃料，也必須有規律地對燃料泵供給燃料。為了滿足這種要求，已知可以使用燃料儲備容器(或者防渦流罐(swirl pot))以獲得和保持燃料，來防止泵不啟動和保證在車輛用盡燃料後泵會啟動(prime)。這些防渦流罐可以與儲箱壁模製為一件，也可以是單獨部件。第二種的一個缺點是必須形成開口，以將防渦流罐插入儲箱，這可能導致洩漏，另一個缺點是該開口的尺寸限制了防渦流罐的尺寸。US 2009/0134175公開了將接合點和防渦流罐組合在儲箱內同一個位置的想法。為此，通過僅使儲箱的上壁變形並將它焊接到下壁以形成接合點，焊接方式實現防渦流罐，其被上壁的變形部和封閉板(法蘭)所限定。這種方法的優點是，不必在儲箱壁上形成孔，並且接合點的「損失」容積被有效利用。然而，由於上壁的變形非常大，所以將發生局部變薄，這樣將降低該區域的機械強度。並且，這樣變薄限制了防渦流罐的尺寸和泵模塊的尺寸/形狀的選擇。因此，本發明的目的之一是提供一種提高了變形穩定性並且體積損失極小的塑料燃料儲箱，使具有大容量防渦流罐的設計成為可能。因此，本發明涉及一種塑料燃料儲箱，其包括上壁、下壁、通過將上壁和下壁的多個接觸點焊接在一起而形成的至少一個接合點以及附件，其特徵在於-儲箱的上壁和下壁均在所述接合點區呈現凹形槽，以使接合點的焊接處位於上壁和下壁各自定義的平面之間；-上凹形槽的底部基本上延伸到接合點的焊接處之外，而下凹形槽的底部不延伸到接合點的焊接處之外；-附件至少部分地位於上凹形槽的底部的延伸部之下。因為這種幾何結構，局部變薄減少，同時仍允許為附件(例如泵和/或者防渦流罐)留有間隙，並且獲得的組件剛性很好又機械耐久。根據本發明的燃料儲箱由塑料製成(即，其壁主要由塑料製成)。術語「塑料」是指包括至少一種合成樹脂聚合物的的材料。任何種類的塑料都是適合的。屬於熱塑性類型的塑料尤其適合。具體地，可能的是使用聚烯烴類、熱塑性聚酯、聚酮、聚醯胺及它們的共聚物。也可以使用聚合物或共聚物的混合物，類似地也可能使用聚合物材料和有機物、無機物和/或天然填料的混合物，這些填料例如是但並不受限於碳、鹽以及其他無機衍生物、天然纖維或聚合物纖維。還可能使用由堆疊的並且連接的多個層構成的多層式結構，這些層包括上述的至少一種聚合物或共聚物。經常使用的一種聚合物是聚乙烯。通過高密度聚乙烯(HDPE)已得到優異的結果。儲箱的壁可由單一的熱塑性層或兩個層來構成。有利地，一個或多個其它可能的附加層由阻擋液體和/或氣體的阻擋材料製成的層構成。優選地，該阻擋層的性質和厚度被選擇為使得與儲箱的內表面處於接觸的液體和氣體的滲透性最小化。優選地，這層是基於一種抗滲樹脂，即一種燃料不可滲透的樹脂，例如EV0H(—種部分水解的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)。可替代地，可以對儲箱進行表面處理(氟化處理或磺化處理)，以使其對於燃料是不可滲透的。根據本發明的儲箱優選地在這些基於HDPE的外層之間包括基於EVOH的阻擋層。通常，儲箱的上壁和下壁(分別包括儲箱頂和底)具有外殼，當儲箱被安裝在車輛上時，外殼基本是水平的。根據本發明，被焊接在一起形成接合點的多個接觸點位於儲箱上壁和下壁的平面之間。這意味著，每個壁都必須變形以呈現出焊接接合點所在的凹形槽。因此，根據本發明，術語「接合點」不僅指儲箱的焊接部，而且指所述焊接部所在的儲箱壁的變形部(凹形槽)。根據本發明，上凹形槽(即上壁的凹形槽)的底部基本上延伸到接合點的焊接處之夕卜，而下凹形槽的底部則不延伸到接合點的焊接處之外，因此，提供了位於上凹槽的延伸部之下用於插入泵的間隙。所謂「底部」是指當在儲箱的前視圖(或者垂直切割)中從上方看到的凹形槽的最下部，對於上凹槽，它實際上是凹槽的最下部，而對於下凹槽，它是最高部。所謂「基本上」是指上凹槽的底部被延伸了其表面積的至少50%，優選地至少100%，並且甚至達到400%及以上；請注意，所述底部不一定是平面，也不一定是基本水平的。根據本發明，附件至少部分地(優選為完全地)位於所述延伸部的下面。所謂「附件」是指在儲箱內執行諸如存儲、抽出、饋送(燃料或者添加劑)等有用功能的任何裝置。一般地說，優選地，插入的附件觸及(接觸到)上凹槽的延伸部和儲箱的下壁，以獲得最大的機械增強。優選地，所述附件是燃料泵。特別是，如果上凹槽的延伸部和儲箱下壁通過泵被機械地(可能是間接地)連接，則將燃料泵布置於接合點的上部的底部的延伸部之下可以獲得非常高的機械增強。接合點的上凹槽可以用於將附件固定於儲箱上，但是優選地，該上凹槽所限定的體積被封閉板(法蘭)或者允許緊密密封所述凹槽的任何其它密封裝置封閉，以使其可以用作附加燃料儲備(reserve)。這可以通過將板焊接在凹槽上,或者機械地固定它,機械固定可以採用密封件和(多個)鎖定環或者其它用於約束該密封件並且為本技術領域技術人員所知的機械固定裝置。特別是，當上凹槽的底部的延伸部之下的附件是泵時，該實施例特別有意義。在這種情況下，甚至更優選地，該泵位於小儲槽(reservoir)內，該小儲槽被固定在上凹槽的底部的延伸部中的開口上並且從該底部的延伸部中的開口中延伸出去，因為通過這樣做，上凹槽和所述小儲槽限定了大容量的防渦流罐。在該實施例中，優選地，小儲槽沒有蓋子(因此燃料可以自由落入其中)，並且它從上凹槽的底部中的開口延伸到儲箱的底壁。該實施例允許小儲槽的底部參考(bottom referencing),而無需使用彈簧負載，因為所述儲箱位於與接合點相鄰的變形非常小的區內。仍然在該實施例中，小儲槽(防渦流罐的底部)優選地裝備第一供給閥(允許在儲箱被首先注入燃料後，向防渦流罐注入)、文丘裡管(venturi)(優選地與泵聯結，以在泵工作時可以向防渦流罐注入來自儲箱的燃料)，以及/或者裝配有過濾器(用於阻擋汙染物)。構成易於到達的安裝位置的上儲備(reserve)優選地含有壓力調節器以及/或者濾清器。用於封閉該儲備的法蘭優選地裝備了電連接件以及/或者燃料管線連接器。為了當儲箱內的水平足夠高時對該儲備加注燃料，或者為了防止儲箱與防渦流罐之間有壓力差，優選地在上凹槽的壁上形成溢流孔。可以利用增強塑料來增強根據本發明的儲箱，或者儲箱可以含有內部元件，內部元件通常用於將諸如泵、液位指示器等功能裝置集成在儲箱內，或者用於集成例如，諸如通常用於降噪的擋板的裝置。用於集成這些元件的適當原理和過程為技術人員所知，不需要在此詳細描述。本發明還涉及一種用於製造上述塑料燃料儲箱的方法，包括以下步驟-將型坯插入包括兩個壓模(print)的模具；-利用加壓氣體和/或在通過壓模後面抽吸真空，來將型坯壓向壓模；-通過將上壁與下壁的多個接觸點焊接在一起而形成至少一個接合點，使得上壁和下壁在接合點區內均獲得凹形槽，上凹形槽的底部基本上延伸到接合點的焊接處之外，而下壁的底部不延伸到接合點的焊接處之外；-將附件至少部分地插入在上凹形槽的底部延伸部之下。
製造根據本發明的燃料儲箱的優選工藝是擠出吹塑工藝。在該工藝中，主要利用從針(即吹針)注入的加壓氣體(通常是空氣)，在模具內使擠出型坯(或者預成型體，可以是柱形的或者是兩層片狀的，可以是平的，也可以不是)成型。這樣不排除還可以利用位於模具壓模後面的真空輔助成型以及/或者在型坯成型之前和之後在模具中保持型坯。因此，上半模具中的反形(counterform)的非接觸部分形成用於為泵鑽孔的區域。在本發明的另一個實施例中，吹針位於上半模具的該非接觸部分。這樣預形成孔，並且保證型坯接觸到吹針所在的模具表面，因為為了形成接合點而設計的反形通常是最初接觸熔融塑料型坯的表面。下面參考附

圖1和2更詳細描述本發明，圖1和圖2僅示出所述發明的一些優選實施例，而不使其範圍局限於此。圖1示出根據本發明的一些優選實施例的燃料儲箱的截面圖(沿穿過接合點的垂直面截斷)。圖2是附加示出了在製造儲箱過程中吹針如何移動的相同視圖。在接合點(21)的焊接處，上儲箱部(I)連接到下儲箱部(2)。下儲箱部(2)的底部(2 』)小於上儲箱部(I)的底部(3 』)。這樣可以為插入包封在小儲槽(5 )內的燃料泵(4 )留有間隙，該小儲槽(5)含有第一供給閥(8)、文丘裡管(20)，用於在泵工作時對儲箱(5)加注；以及濾網(9)，設計為從儲槽(5)的底部吸取(wick)燃料，並且阻止汙染物進入燃料泵。上儲箱部(I)的形狀被用於儲存補充儲備燃料，以在低燃料動態行駛條件下提供幫助。在正常行駛中，無論儲箱中的燃料水平如何，燃料泵(4)都以保持儲槽(5)盈滿的速率將燃料泵送到儲槽(5)內。因此，在低燃料條件下，燃料集中於該儲槽(5)內，儲槽(5)構成大致有1-4升燃料的少量儲備，它對於有可能使燃料離開儲箱的中心取油點的陡坡和動態晃動來說是很強健的。在上儲箱部(I)中鑽孔(22)，以允許插入小儲槽(5)，該儲槽被機械鎖定機構(7)和防止燃料從上儲箱部(I)洩漏的密封件(6)保持。因此，上儲箱部(I)變成是小儲槽(4)的延伸。燃料壓力調節器(11)和燃料濾清器(12)也位於該體積內，它們通過燃料管線(10)連接到泵(4)。在上儲箱部(I)的頂部封裝有金屬環(17)。該環用於將彈性密封ο形圈(15)約束在上儲箱部(I)與圓盤(14)之間，以在上儲箱部(I)的凹陷(3 )形成的儲槽與圓盤(14)之間產生防漏密封。電連接件(18)和燃料出口(23)包含在圓盤(14)中。它們分別通過電線(13)和燃料濾清器(12)連接到泵。溢流孔(19)包括在上儲箱部(I)內，用於防止儲槽與儲箱其餘地方有壓力差，並且用於當儲箱內的液位達到所述孔時，允許燃料流入。優選地，製造過程由5個主要步驟組成。第一步驟包括吹塑包含上凹槽(3)和下凹槽(21)的塑料殼(1，2)。在本發明的優選實施例中，在上凹槽外形(feature )(3)的外徑之外，金屬環(17 )被封裝在儲箱(I)的表面中。在本發明的一個實施例中，利用吹針形成孔(22)。該實施例示於圖2。在第二步驟，鑽成孔(19)。在本發明的另一個實施例中，第二孔(22)也在該步驟中鑽成。在第三步驟，將含有泵(4)、過濾器(9)、文丘裡管(20)、第一供給閥(8)、燃料管線(10)和電線(13)的小儲槽(5)作為組件從孔(22)插入。該組件上還裝接有彈性密封件(6 )，用於徑向地密封孔(22 )並有可能軸向地密封上凹槽(3 )。在第四步驟，燃料管線(10)的連接器和電線(13)的連接器被裝接於圓盤(14)。在最後步驟，密封件(15)被置於儲箱面(I)上，然後是包含濾清器(12)、壓力調節器(11)和鎖緊環(16)的圓盤(14)。隨著鎖緊環被轉動，它與封裝的環(17)接合，並且壓縮密封件(15)，從而在儲箱的內部與外部之間形成氣密密封。
權利要求
1.一種塑料燃料儲箱，包括上壁、下壁、通過將上壁與下壁的多個接觸點焊接在一起而形成的至少一個接合點以及附件，其特徵在於:-所述儲箱的上壁和下壁均在所述接合點區呈現凹形槽，以使所述接合點的焊接處位於所述上壁和所述下壁各自定義的平面之間；-所述上凹形槽的底部基本上延伸到所述接合點的焊接處之外，而所述下凹形槽的底部不延伸到所述接合點的焊接處之外；-所述附件至少部分地位於所述上凹形槽的底部的延伸部之下。
2.根據權利要求1所述的塑料燃料儲箱，其中，所述附件觸及(接觸到)所述上凹槽的延伸部和所述儲箱的下壁。
3.根據上述任一權利要求所述的塑料燃料儲箱，其中，所述附件是燃料泵。
4.根據前一權利要求所 述的塑料燃料儲箱，其中，所述上凹槽所限定的體積被允許緊密密封所述凹槽的密封裝置封閉，以使所述上凹槽可以用作燃料儲備。
5.根據前一權利要求所述的塑料燃料儲箱，其中，所述泵位於小儲槽內，所述小儲槽被固定在所述上凹槽的底部的延伸部中的開口上並且從該底部的延伸部中的開口中延伸出去。
6.根據前一權利要求所述的塑料燃料儲箱，其中，所述小儲槽沒有蓋子，並且從所述上凹槽的底部中的所述開口延伸到所述儲箱的底壁。
7.根據權利要求5或者6所述的塑料燃料儲箱，其中，所述小儲槽裝備了第一供給閥、文丘裡管以及/或者過濾器。
8.根據權利要求4至7中的任何一項所述的塑料燃料儲箱，其中，所述上凹槽(燃料儲備)包括壓力調節器以及/或者過濾器。
9.根據權利要求4至8中的任何一項所述的塑料燃料儲箱，其中，所述密封裝置是裝備了電連接器以及/或者燃料管線連接器的法蘭。
10.根據權利要求4至9中的任何一項所述的塑料燃料儲箱，其中，在所述上凹槽的壁上形成溢流孔。
11.一種用於製造根據上述任一權利要求所述的塑料燃料儲箱的方法，所述方法包括以下步驟:-將型坯插入包括兩個壓模的模具；-利用加壓氣體和/或通過在所述壓模後面抽吸真空，來將所述型坯壓向所述壓模；-通過將所述上壁與所述下壁的多個接觸點焊接在一起而形成至少一個接合點，使得所述上壁和所述下壁在接合點區內均獲得凹形槽，所述上凹形槽的底部基本上延伸到所述接合點的焊接處之外，而所述下壁的底部不延伸到所述接合點的焊接處之外；-將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。
12.根據前一權利要求所述的方法，其中:-主要利用從針(即吹針)注入的加壓氣體(通常是空氣)，在包括上部和下部的模具內使所述燃料儲箱成型；-通過上半模和下半模內的反形獲得所述接合點，所述上半模的反形具有與所述下半模內的反形相接觸的部分和非接觸部分；-所述吹針位於所述非接觸部分。
全文摘要
一種塑料燃料儲箱，包括上壁(1)、下壁(2)、通過將上壁和下壁的多個接觸點焊接在一起形成的至少一個接合點(21)以及附件(4)，其特徵在於儲箱的上壁和下壁均在接合點區呈現凹形槽(3，21)，以使接合點的焊接處位於分別由上壁和下壁限定的平面之間；上凹形槽的底部基本上延伸到接合點的焊接處之外，而下凹形槽的底部不延伸到接合點的焊接處之外；附件至少部分地位於上凹形槽的底部的延伸部之下。這種燃料儲箱的製造工藝。
文檔編號B29C65/00GK103079862SQ201180032876
公開日2013年5月1日 申請日期2011年6月22日 優先權日2010年6月29日
發明者J·D·切爾森, P·D·魯瑟, D·希爾 申請人:英瑞傑汽車系統研究公司