专利名称：燃料系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及为内燃机供应液体燃料的领域。本发明更具体地涉及一种用于这种发动机的燃料系统，这种燃料系统能用于供应有挥发性液体燃料的发动机或者用于供应有重质液体燃料的发动机，该燃料如，根据不同的国家和地区有时称为“柴油”或“柴油机用柴油”或“汽油”的那些燃料。本发明也涉及用于制造这样的系统的方法。
在交通工具、尤其是机动车的内燃机中，除了用于储存燃料的箱之外，目前燃料系统包括许多附件。在这些附件中，尤其是燃料供应管线、通风阀(venting valve)、用于吸收蒸汽的活性碳罐、过滤器、泵、计量器(gauge)、压力调节器以及加料管(注油管，fillertube)。
文献DE 2740229描述了一种端部连接有盒体(Kombidose)的加料管，该盒体固定至所述油箱的顶部，同时具有把所述泵固定至燃料箱顶部的功能。在该文献中并未提及把过滤器或压力调节器固定至该盒体。除此之外，由于盒体处于燃料箱的顶部而不是其底部，所以不能作为用于泵的燃料阱(fuel trap)，因为这会在高温条件期间增加泵气蚀(pump cavitation)的危险。
更具体地，对于泵/过滤器/燃料阱单元，其发展趋势是将它们组合(集成或整合，integrate)为固定至现实中的油箱内部的单一模块，如，例如在以Solvay名义的申请EP 758 589中所描述的那样。如上述申请所述，也可能将至少一个计量器和/或压力调节器和/或阀门，以及至少一个电连接件和/或至少一个用于液体流动的连接件组合到这种模块中。然而，在燃料箱本体内安装这种模块仍然是复杂的操作，这经常是根据油箱制造来实现的。这涉及大体积单元的保存和向交通工具制造厂的装配线的运输。此外，加料管几何外形复杂性的增加，使得这些组件经常是分开生产的，而不是与油箱作为整体进行生产的，因而涉及二次装配操作。
因此，本发明的目标是提供具有改进了结构的燃料系统，使得有可能节省至少一个装配操作和/或至少一个附加部件。根据某些方面，本发明也使得有可能减小要被运输到要应用该系统的机器(例如机动车辆)的装配线的部件的体积。
为此，本发明涉及用于内燃机的燃料系统，其包括燃料箱、用于为燃料箱加燃料的加料管以及为发动机供应燃料的泵，该泵被固定至加料管，并且燃料阱被组合至加料管，燃料阱位于燃料箱的底部并在其内部或其顶部上包括燃料泵。
这种过程使得有可能将加料管与泵和燃料阱进行预组装，然后在燃料箱底部固定这些附件，从而省去至少一个组装步骤。除此之外，这种底部装配允许组合的模块从侧边插入而不是从顶部插入，这对于要求平面模块的水平的、平面箱来说十分方便。
根据本发明的燃料系统，既适合于供应有挥发性液体燃料的内燃机，也适合于供应有重质液体燃料的发动机(如上面提及的那些燃料)。在本文的描述中，所述燃料系统是打算组合到自动交通工具或组合到静态发动机安装的元件的组件。自动交通工具可以是机动交通工具(例如，小汽车、卡车、摩托车、河船、海船或飞机)或限于在轨道上运行的交通工具(例如，铁路机车)。静态驱动单元，例如，可以是发电机装置或机床的发动机。
术语“燃料”指适用于内燃机的碳氢化合物(烃)。术语“液态碳氢化合物”指在发动机正常运转条件下，在燃料系统的燃料箱中呈液态的碳氢化合物。
表达“挥发性液态碳氢化合物”指在293K(20℃)下其饱和蒸汽压大于1bar的液态碳氢化合物(根据以上的定义)。通常用于机动车辆内燃机的挥发性液态碳氢化合物是商业上以“汽油”为名称商售的并用于火花点火式内燃机的那些碳氢化合物。
表达“重质液态碳氢化合物”指在293K(20℃)下其饱和蒸汽压小于1bar的液态碳氢化合物。通常用于机动车辆内燃机的重质液态碳氢化合物是商业上以“柴油”或“轻质柴油”为名称商售的并用于根据狄塞尔循环(diesel cycle)进行运转的自点火式内燃机的那些碳氢化合物。
根据本发明，所述燃料系统的元件由与可能要处理的各种液态碳氢化合物相适合的材料制成。这种材料在通常的运转压力和温度下与挥发性液态碳氢化合物和重质液态碳氢化合物都必须是化学惰性的。这种材料可以是塑料或金属。根据本发明的系统的元件也可以是混合材料，也就是说，可以包括金属部件和塑料部件。
在本发明的上下文中，热塑性塑料至少对于燃料箱获得了良好好的结果，尤其由于其重量、强度、耐化学性和易于加工的优点，特别是当系统的元件具有复杂形状时更是如此。
术语“热塑性塑料”用来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”指均聚物和共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。这样的共聚物的实例包括但不限于无规共聚物、通过序列聚合制备的共聚物、嵌段共聚物以及接枝共聚物。
熔点低于其分解温度的任何类型的热塑性聚合物或共聚物是适合的。熔程分布至少10℃的合成热塑性塑料是特别适合的。这样的材料的实例包括其分子量具有多分散性的那些物质。
具体地，可以使用聚烯烃、聚乙烯卤化物、热塑性聚酯、聚酮、聚酰胺及其共聚物。也可以使用聚合物或共聚物的混合物，同样可以是聚合材料与无机、有机和/或天然填料的混合物，该填料的实例诸如，例如但不限于碳、盐和其它无机衍生物、天然纤维、玻璃纤维以及聚合物纤维。同样还可以使用由叠层式粘合层组成的多层结构，该多层结构包括上述聚合物或共聚物中的至少一种。
通常优选聚乙烯卤化物和聚烯烃。经常采用的聚合物是聚乙烯。利用高密度聚乙烯(HDPE)已经获得了优异的结果。已知地，这种塑料对于挥发性烃的不可渗透性可以通过表面处理(氟化、磺化等)和/或使用阻挡层(例如基于聚酰胺(PA)或基于乙烯醇聚合物[均聚物(PVOH)或乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)])进行改进。
优选地，至少根据本发明的系统的燃料箱用热塑性塑料，并优选包括HDPE制成。更优选地，燃料箱是包括至少一个基于HDPE的层和至少一个基于EVOH的层的多层结构(术语“基于”可以表示“主要由…构成”的意思，应该理解为，这些层可以包括少量(以重量计)的其它聚合物和/或添加剂)。根据本发明的燃料系统的泵也可以包括塑料(HDPE)外壳。
至于加料管，其可以是塑料，但是在北美市场上，大多数由金属(出于安全和经济考虑)制成。
根据本发明，泵被固定至加料管，在位于后者(加料管)底部的燃料阱的内部或顶部上。这通过任何合适的方式(焊接、粘合剂粘结、按扣式固定(snap-fastening into socket)、铆接等)，优选通过按扣方式固定来完成。为此，不管所使用的泵的类型，加料管的底部有利地具有适合形成通用性基部(base)的形状。
根据本发明，燃料阱(泵位于其内或其上的装置，用作收集和保持燃料以防止泵干运转，从而保证泵在汽车燃料用尽时复位)被固定和/或包括在加料管中、底部上(为方便起见，这些变形在下文中统一用术语“组合”进行表示)。具有位于加料管底部的燃料阱的优点在于，由于所述燃料阱在补给燃料期间是自动注入燃料的，所以可以省去使用加料阀(fill valve)(用于在发动机燃料用尽时为所述燃料阱加燃料)。
根据本发明的一个特别有利的变形，所述泵放置在泡沫体(foam)上，这降低了发出泵噪声。然后这种泡沫体(至少其部分)用作燃料阱，从而代替了基于文丘里管(喷射泵，jet pump)并具有由于在油箱内存在外来物体而发生泵堵塞的危险的传统系统。在这样的系统(尽管不是优选的，但也是本发明的部分)中，储罐(reservoir)用作燃料阱，其中储罐是通过喷射泵加燃料的。
根据本发明的一个优选的变形，加料管包括加料颈管(fillingneck)和基部(或部分形状适合用于在该处插入/固定泵和组合燃料阱)，这两个部件确定了管的内部部分。根据本发明，管也可以包括外部部分，即至少一个连接至(即，固定于或一起作为整体生产的)加料颈管和/或基部并确定了其外部容积的部件。固定至加料颈管的外部部件获得了良好的效果。
内部部分和外部部分(适当地)可以作为整体模制成型或单独模制成型，并在将组件安装在燃料箱上(通常通过穿过燃料箱壁的开口插入包括有泵和燃料阱的下部部件(lower part)，然后将管紧紧地固定在所述开口上)之前进行预组装。同样，管的加料颈管和基部可以作为整体或单独模制成型，并在被安装至燃料箱之前进行安装。
这些部件(加料颈管和基部)可以直接一个接一个地进行组装。可替换地，可在其间插入连接件(接头)。连接件(例如，以波纹管(bellows)的形式)的使用可以增强加料管的下部部件插入燃料箱壁的开口的容易程度。本发明也提供了用于将泵安装到更靠近燃料箱中心(而不是靠近燃料箱壁)的方法。
根据本发明，其他附件可以被组合到加料管中。更具体地，除了泵和燃料阱外，至少一个用于为发动机提供燃料和/或用于检查燃料箱内燃料液位的其他附件优选被组合到管的内部部件中。这种组合可以通过如上所述的直接组合至管，或者可以通过固定至已经组合到其中的元件中或上来完成。
本发明的构思，例如，可以外延到燃料过滤器，其也有利地位于加料管的下部部件处。更具体地，根据本发明的一种变形，作为泵，有可能使用组合的泵/过滤器模块。可替换地，有可能使用两个在其连接至管之前、之后或期间被组装的独立元件。
在加料管的底部有利地组合压力调节器，使得发动机能够以所需压力被供应燃料。
本构思也可以外延至用于容纳在燃料箱内的燃料的计量系统，即，借助于组合模块或独立的计量系统。因此，例如作为泵，有可能使用组合的泵/计量器模块，如通常在机动车辆领域使用的那些，其中计量系统包括指针(臂)和浮标。然而，考虑到有关这种类型的计量通常是不精确的，所以基于另一个原理，优选使用独立的计量系统。基于称重、感应方法或霍尔效应的计量系统都获得了良好的效果。因此，根据本发明的一个优选变形，将基于称重、感应效应或霍尔效应的计量系统连接至泵。具体而言，称为SENSOPAD的感应计量系统获得了良好的效果。
最后，加料管可以在其底部组合其他附件，如阀门(例如单向止回阀和/或超量装满防止阀)、喷射泵(例如，在燃料阱不包括泡沫体而仅仅由必须在较低燃料条件下通过所述喷射泵加燃料的储罐构成的情况下)等。在根据本发明的燃料系统中，组合喷射泵将喷射泵安装在燃料箱内是很容易的方式，这同样因为侧面插入经常比顶部或底部插入容易得多。
加料管也可以组合通风回路(ventilation circuit)(将燃料箱的顶部连接至罐(canister))和/或所述放空回路(排风回路，ventingcircuit)(将燃料箱的顶部连接至加料管的顶部)的至少一个元件，如一个或多个罐、一个或多个液/汽分离器、一个或多个阀门等。这种元件优选被组合到管的外部部件，并且更具体地，被组合至固定在管的加油颈管部件的外部部件(即，不是在其底部，而是邻近其顶部)上述燃料系统的燃料泵用于通过燃料供料管线为内燃机供应燃料，并且其通常需要电连接件以进行操作。根据本发明的一个优选具体实施方式
，所述供料管线和燃料泵的连接件穿过燃料箱顶部的独立凸缘(法兰，flange)。因此，系统的安全性能够容易地通过将凸缘置于燃料箱的耐撞击性部件中而得以确保。
本发明也涉及一种用于制造上述燃料系统的方法，这种方法包括以下步骤1.制造燃料箱；2.制造用于燃料箱的加料管，其中加料管在其底部组合有燃料阱；
3.将燃料供应泵固定在加料管的底部、燃料阱的内部或顶部；以及4.将加料管/泵/燃料阱单元以使燃料阱位于燃料箱的底部的方式组装至燃料箱。
在这种方法中，步骤4是有效的最后步骤，而步骤2必须在步骤3之前进行。相反，步骤1与步骤2和步骤3可以颠倒。事实上，如上所述，本发明的目的之一是允许以专用生产单元生产加料管，同时在靠近用户(汽车生产商)的生产线实现燃料箱的吹塑成型以及该两个部件的组装。因此，有利的是能够将组合有最多数量的附件的加料管安装到燃料箱上，后者的至少部分(泵和燃料阱)插入位于其底部附近的燃料箱的侧面开口。
燃料箱和管的制造有利地通过模制成型实现，并且如果这些部件是基于热塑性塑料的，则有利地通过挤出/吹塑模制成型进行生产。因此，根据一个优选的变形，至少燃料箱是通过挤出/吹塑模制成型生产的，特别是通过共挤出吹塑模制成型(在上述优选的变形中，其中燃料箱是多层结构的)生产的，此外，对于本领域的技术人员来说是熟知的，这种技术包括挤出多层型坯(半制品)和吹塑模制成型。应该注意到，当存在基部时，就加料管而言，其有利地采用注射成型进行生产。
将泵固定至管(在燃料阱的里面或顶上)以及将管固定至燃料箱可以通过任何已知的方式进行。上文已经描述了用于将泵固定至管的方法。这些相同的方法可以应用于将上面描述的其他附件固定至管(在其内部或外部部分中)。至于将组件固定至燃料箱(即如上所述，在将泵/燃料阱插入之后紧紧固定在燃料箱壁的开口上)，也可以以各种方式(焊接、粘结剂粘结、机械固定(紧固带、管夹、铆接、螺栓等))来实现。当然，这种组件是密封组件，任选通过使用密封剂或其他密封装置加以生产。优选地，通过热焊接或通过使用螺杆、机械螺栓、环箍、销钉系统等的机械连接件实现组装操作。
通过
图1～4非限制性地图解描述了本发明，这些图示出了本发明的某些优选具体实施方式
的操作原理。
图1图解描述了一种适合于欧洲市场的具体结构，图3图解描述了最适合北美市场的具体实施方式
。图2图解描述了适合于这两个市场的另一结构的部件。图4涉及将泵固定至管的具体方式。在这些图中，相同的标号表示相同的组件/附件。
图1图解描述了一种燃料系统，其包括燃料箱(1)；加料管(2)(其在图中用粗线示出，并且包括加油颈管(2’)、外夹套(2”)以及基部(4)，这些部件分别模制成型，(管由单个部件吹塑模制成型，而基部是注塑成型的)，然后进行组装)；以及泵(3)。基部(4)限定了中空体积(4’)，其位于颈管(2’)的延伸部分，泵(3)插入并固定在其内部空间中。泵(3)经由过滤器(5)连接至压力调节器(6)，压力调节器(6)和过滤器(5)也被插入并通过按扣式固定而固定至基部(4)，过滤器也被焊接至泵(3)。泵放置在泡沫体(7)上，泡沫体(7)用作燃料预过滤器和阱。包括指针和浮标的燃料计量器(8)也被固定至基部(4)并且在管(2)被安装到燃料箱(1)上时，与基部(4)同时插入燃料箱(1)中。加料控制装置(阀)(9)被固定在加油颈管(2’)的末端上。该阀(9)由指针和浮标(10)制动。因此，前述用于为发动机供应燃料和/或控制燃料箱的燃料液位的附件被组合到加料管(2)的内部部分(2’)中。
该管(2)还包括外部部分(2”)，其本身包括通风和放空回路的元件，即
设计用于在正常运转和对燃料箱(1)加油时吸收燃料蒸汽的罐(12)；两个分别用于所述通风回路(连接燃料箱(1)的顶部与罐(12))和所述放空回路(连接燃料箱(1)的顶部和加油颈管(2’)的顶部)的液/汽分离器(11，11’)；位于所述液/汽(L/V)分离器(11)和罐(12)之间的阀(13)，其中阀在交通工具翻转时关闭(本领域技术人员使用的术语为ROV阀)；此外，在燃料系统没有提供有前述阀(9)/浮标(10)装置的情况下，该阀还可以提供防止过量装满的功能(并用作OPV)；以及将放空回路的L/V分离器(11’)连接至加油颈管(2’)的管线(14)。
最后，加料管(2)还具有无帽封闭装置(capless closure device)(15)，即自动封闭装置(这与传统带有螺帽的系统相反)，其由也能操作阀(13)(在图中通过虚线(17)象征性示出)的制动器(16)制动。这样，当封闭装置(15)被打开时，有可能直接关闭阀(13)并防止过量装满。
在将管(2)与燃料箱(1)进行组装之前，将所有前述附件(2～16)都组合(固定)至加料管(2)。燃料箱(1)自身被固定至通风管(18)和放空管(19)。在已将管(2)与燃料箱(1)组装之后，基部(4)通过焊接或机械固定到燃料箱(1)的开口中，通风管(18)和放空管(19)连接至其各自的L/V分离器(11，11’)。
这种生产程序使得有可能以用于燃料系统的专用单元的形式只制造提供有其附件的加料管，并且有可能以“简单”单元的形式、在靠近用于安装所述系统的生产线处转移制造提供有大体积但制造相对简单的通风和放空管附件的燃料箱。
图2图解描述了使用储罐(7)作为代替泡沫体的燃料阱的另一结构的下部部件。所述储罐(7)是中空体积部分，其为基部的部分并组合有燃料泵(3)、燃料过滤器(5)和计量器(8)。其一个侧面通过以波纹管(4”)形式的连接件被连接至加料颈管(2’)，而另一个侧面连接至组合有喷射泵(7”)和计量器(8’)的模块。其也连接至位于燃料箱(1)顶部的凸缘(20)，并且通过其燃料供料管线和/或电连接件可以展开(未示出)。
图3是适用于北美的系统，其按照美国规定的要求提供有ORVR(机载加燃料蒸汽回收)系统。这样的系统需要另外的能够吸收在加油期间产生的所有蒸汽的罐(12’)，同时具有检漏传感器(21)或OBD(机载诊断)装置以及FLVV(加燃料限制放空阀)(22)，即防止液体从油箱进入放空管(19)或所述管破裂的情况下流到外面的阀。应该注意到，与世界上这个地区使用的传统系统相比，液/汽分离器(11’)的存在使得有可能简化该阀门(使其不是非常关键)。
最后，图4图解描述了一种变形，其基本上不同于前述任何一个形式，其不同之处在于，实际的加料管基本上由加料颈(2’)和基部(4)形成，其他部件被附着(固定)至该颈管，而并不是与其作为整体模制成型的。在这种变形中，泵(3)放置在泡沫体(7)上，其包括独立的预过滤器(7’)，并且通过特定管(25)为发动机供应燃料。泵(3)通过焊接至基部(4)的方式和通过焊接到颈(2’)的凸缘(23)的方式被固定至所述管(2)。该凸缘具有用于管(25)的开口以及用于泵(3)的电连接件(24，24’)。颈(2’)的底部包括单向止回阀(9)。该阀使得有可能限制在加油结束时由于加料喷嘴的低触发反应性而引起的回流或溢出。该组合系统非常适合于前述可替换计量系统(例如基于称重或感应效应的计量器)的连接。
权利要求
1.用于内燃机的燃料系统，包括燃料箱(1)；用于为所述燃料箱加燃料的加料管(2)；以及用于为所述发动机供应燃料的泵(3)，所述泵(3)固定至所述加料管(2)，所述燃料系统的特征在于，燃料阱(7)被组合至所述加料管(2)，所述燃料阱(7)位于所述燃料箱(1)的底部并且在其内部或顶部包括所述燃料泵(3)。
2.根据前述权利要求所述的燃料系统，其特征在于，所述燃料箱(1)由塑料制成，并且所述加料管(2)由金属制成。
3.根据前述权利要求所述的燃料系统，其特征在于，所述燃料箱(1)为多层结构，所述多层结构包括至少一个基于HDPE(高密度聚乙烯)的层和至少一个基于EVOH(乙烯/乙烯醇共聚物)的层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料系统，其特征在于，所述燃料阱(7)包括其上放置所述泵(3)的泡沫体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料系统，其特征在于，所述加料管(2)包括加料颈管(2’)和基部(4)，其中所述基部(4)组合有确定所述加料管(2)内部部分的所述燃料阱(7)，并且其中，所述加料管(2)的所述内部部分不但组合有所述泵(3)，而且组合有至少一个用于为所述发动机供应燃料和/或用于检查所述燃料箱中燃料液位的其他附件。
6.根据前述权利要求所述的燃料系统，其特征在于，所述其他元件选自燃料过滤器(5)、压力调节器(6)、喷射泵(7”)和/或计量系统(8)。
7.根据前述权利要求所述的燃料系统，其特征在于，所述其他元件是计量系统(8)，其连接至所述泵(3)，其中所述计量系统是基于称重、感应效应或霍耳效应的。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的燃料系统，其特征在于，所述加料管(2)包括由连接至所述加料颈管(2’)和/或所述基部(4)的部件界定的外部部分(2”)，并且其中，所述外部部分(2”)组合有通风回路和/或放空回路中的至少一个元件。
9.根据权利要求5～8中任一项所述的燃料系统，其特征在于，所述燃料箱包括在其顶部上的独立凸缘(20)，并且燃料进油管线和/或所述燃料泵(3)的电连接件通过其延伸。
10.用于制造根据前述权利要求中任一项所述的燃料系统的方法，包括以下步骤1)制造燃料箱(1)；2)制造用于所述燃料箱(1)的加料管(2)，其中所述加料管(2)在其底部组合有燃料阱(7)；3)将燃料供应泵(3)固定至所述加料管(2)的底部、所述燃料阱(7)的内部或顶部；以及4)将所述加料管(2)/泵(3)/燃料阱(7)单元以使所述燃料阱(7)位于所述燃料箱(1)的底部的方式组装至所述燃料箱(1)。
全文摘要
本发明涉及用于内燃机的燃料系统，其包括燃料箱(1)；用于为所述燃料箱加燃料的加料管(2)；以及用于为所述发动机供应燃料的泵(3)，所述泵(3)固定在加料管(2)上，所述燃料系统的特征在于，燃料阱(7)组合在加料管(2)上，所述燃料阱位于燃料箱(1)的底部，并且在其内部或其顶部上包括所述燃料泵(3)。
文档编号B60K15/077GK1950234SQ200580014902
公开日2007年4月18日 申请日期2005年5月12日 优先权日2004年5月13日
发明者文森特·波铁尔, 皮埃尔·拉科姆, 埃里克·里维埃 申请人:因勒纪汽车系统研究公司