具有改善的抗蠕变性的燃料储箱及其制造方法

专利名称：具有改善的抗蠕变性的燃料储箱及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有改善的抗蠕变性的燃料储箱、并且涉及一种用于制造该燃料储箱的方法。
背景技术：
旨在用于机动车辆的燃料储箱，特别是塑料燃料储箱，必须满足多种规格，这些规格指定了在其下部外皮上的最大可允许的偏转幅度。在老化测试过程中，通常必须满足这些规格中所述的偏转，在这些测试中储箱包含了用于一个给定时间段(一般是几星期)且处于温度(通常是40°C )下的一定量的燃料。这些规格的目的是确保车辆维持其离地高度并且防止储箱的外皮与车辆的热点发生接触。目前，混合动力车辆并且特别是仅在电动模式下运行的汽车的特征为用于清洗碳 罐(canister)的空气体积明显减小。在开发用于此类应用的燃料系统的背景下，设想对储箱加压，这是因为汽油蒸气的产生随压力而减少。在350至450毫巴的压力下，几乎没有蒸汽的产生。因此，碳罐不再受环境温度变化的影响。另一方面，必须增加储箱的机械强度/抗蠕变性，这是因为由加压造成的变形被增加到由燃料的重量所引起的变形上。为了增强燃料储箱的机械强度(包括抗蠕变性)，在现有技术中已经提出了多种解决方案。例如，以本申请人名义的专利申请WO 2010/122065描述了具有下壁、上壁以及至少一个连接这两个壁的加强元件的一种燃料储箱，所述加强元件包括一个空心塑料立柱，该空心塑料立柱的至少一部分是在储箱中起着积极作用的一种辅件的组成元件。虽然以上提出的解决方案可在某些情况下起作用，然而，在特殊的情况下，它可能导致由于储箱的顶部和底部不平行所带来的问题，这种不平行是由于吹气模制公差；部分冷却过程中的变形；热膨胀过程中的变形；储箱壳体在储箱顶部和底部不相同的变形； 储箱的顶表面和底表面的特殊的不平行设计。在这些情况下，传统的加强元件(立柱的形状或者不是)往往将应力集中于该加强件的局部区域和/或界面中。更确切地说，由于不允许在这2个相对的储箱表面之间的移动(这种设计不容许所连接的这些表面的任何不对齐)，因此所有的应力都由该加强元件承受，在某些情况下，该加强元件可产生过高的应力集中，从而在长时间加压后导致内部加强件的断裂。

发明内容
本发明的目的是通过提供一种加强件来解决这些问题，该加强件是使得它在压力下允许更好的应力分布而不增加储箱的变形。本发明还允许在撞击时增加柔性，从而允许限制对燃料储箱的破坏。为此，本发明涉及一种燃料储箱，该燃料储箱具有两个相对的壁部分以及至少一个连接这两个壁部分的加强元件，所述加强元件包括至少两个由至少一个旋转连接件所连接的部分。本发明的观点在于，除了在必须对变形进行限制(这会由储箱内部的压力变化引起)的方向(或仅仅略微的)之外，在所有方向上的任何运动自由度都可以允许应力降低。该旋转连接件在高冲击试验过程中通过允许这些相反的储箱侧面的某种移动并因此限制了加强结构和储箱壳体内部的应力也给出了优势。这些受限的应力降低了在高冲击能量下燃料泄漏的风险，并且使该组件更能抵抗装卸坠落(handling drop)(降低争夺性破裂(contention break)的风险)。因此，这两个储箱壁之间的距离只可以减小(至少显著地来讲)、并且当该加强元件是直的(没有弯曲)时并不显著大于该加强元件的长度。另外，应该注意的是，通常添 加元件来将整体的铰接限制到高于一般制造公差的水平，但仍限制储箱在相反方向上的偏转。因此，在本发明的框架内，“旋转连接件”是指一种允许该加强元件弯曲的铰接。最后，也可允许极小的滑动移动，然而，优选是被限制在几个毫米内。该旋转连接件可以是多个刚性部分的一种机械组件，例如万向节，或者它可以是包括至少一个弹性(稍微可变形的)部分的一种组件，例如像无声铰链(silent bloc)。万向节、万向联轴节、U形节、Cardan节、Hardy-Spicer节或虎克节(Hooke' s joint)是在刚性杆中允许杆在任何方向“弯曲””的节或联轴节、并且常用于传递旋转运动的轴中。它通常由一对靠在一起、彼此成90度、并由一个横轴连接的铰链组成。值得注意的是，本发明的“铰接的”加强元件可以仅用于加强的目的，或着它可以在燃料输送器单元的特定区域中使用。即，所关注的一个具体区域是燃料输送器单元(或泵/计量器模块)的区域，在此区域中，储箱的顶部和底部之间的相对距离对于适当的燃料拾取和计量是至关重要的。在该区域内，传统地，该储箱上的平坦区域的尺寸很大，使其对过度的变形更敏感。因此，本发明也可用于容纳(包围)所述燃料输送器单元。在此实施方案中，燃料输送器单元被若干加强元件包围，这些加强元件优选地全都配备有至少一个旋转连接件。除了限制该燃料输送器单元附近的局部变形之外，本发明还显著降低了对所包封的环的应力，进而产生对外部的气密封，该环通常被整合到储箱内以便挡住该燃料输送器单元的凸缘。术语“燃料储箱”应理解为是指一种不可渗透的储箱，这种储箱能够在不同的、变化的环境以及使用条件下储存燃料。此类储箱的实施例是机动车辆所装备的那些。根据本发明的燃料储箱具有一个壁(限定了内部封闭的储存体积)，该壁优选由塑料制成，也就是说由包括至少一种合成树酯聚合物的材料制成。所有类型的塑料都可能是适合的。特别适合的是属于热塑性塑料范畴的塑料。术语“热塑性塑料”应理解为是指任何热塑性聚合物，包括热塑性弹性体及其共混物。术语“聚合物”应理解为是指均聚物和共聚物(尤其是二元或三元共聚物)二者。这类共聚物的实例是(非限制性地)无规共聚物、线性嵌段共聚物、其它嵌段共聚物以及接枝共聚物。
一种常用的聚合物是聚乙烯。用高密度聚乙烯(HDPE)已经获得了优异的结果。优选地，该储箱还包括一层不渗透燃料的树脂，例如像EVOH ( —种部分水解的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)。可替代地，该储箱可以经受一种表面处理(氟化作用或磺化作用)，其目的是使该储箱不可渗透燃料。本发明对于包括EVOH层的HDPE储箱是特别有用的。根据本发明的储箱包括一个加强元件，该加强元件连接了两个相反的壁部分，SP它的壁的两个彼此面对的部分。优选地，这些是一个下壁部分(在车辆内被安装为面朝下并且可能在燃料的重力下蠕变)和一个上壁部分(安装为面朝上并且在使用过程中经历极小的蠕变或没有蠕变)。这个元件根据定义是刚性的、并且更具体地根据本发明，它只可以在垂直于储箱壁的方向在上述提到的程度上(即非常有限地)延伸。在本发明中，该加强元件的两个部分(由该旋转连接件连接并且一般直接固定在储箱壁上的那些)可以具有任何形状。
在一个优选的实施方案中，它们具有扁平支柱的形状。在此实施方案中，该旋转连接件可以通过分成2个部分的一个夹具实现，该夹具包括多个可变形的元件，以便允许这些部分相对于彼此进行某种移动。在另一个优选的实施方案中，该加强元件的两个部分具有(优选空心的)圆柱形支柱或杆的形状。在此实施方案中，该旋转连接件可以通过至少一个能够与这些支柱或与连接到其上的多个部分一起构成万向节的部分实现。该加强元件的上述部分和连接件是基于任何耐燃料的材料，优选为塑料，并且，如果将这2个主要部分焊接于储箱上，它们优选地是基于与储箱(至少在表面上)的材料相容的塑料。纯HDPE或用玻璃纤维或任何其它类型的填充剂(天然或聚合纤维)填充的HDPE、POM、PEEK等可能是适合的。优选地，它们是通过注塑模制而制造的塑料部分。本发明还涉及一种用于制造如以上描述的燃料储箱的方法，根据此方法，将一个加强元件的两个部分固定于两个相反的壁部分上并且配备一个旋转连接件。该加强元件的两个部分被固定在储箱内表面的两个不同的位置处，通常是彼此相反地定位于该壁的两个面向彼此的部分上。为此可以使用任何固定方法，但优选地，如果它们在储箱的模制过程中被固定，则优选焊接和/或铆钉咬接(参见以本申请人名义的申请WO 2006/008308，将其内容通过引用结合在本申请中)。该加强元件的这两个部分可同时或不同时地固定于储箱壁上。在一个第一实施方案中，先模制出储箱，在其壁上制造一个开口(这通常是检修开口，通过这个检修开口来引入多个功能性元件，像燃料输送器单元)，并且接下来将完全组装的加强元件(这两个部分及其旋转连接件或铰接)安装配在这些储箱壁部分内的一个凸凹性的部分的或形状(例如像燕尾形)之内。在此实施方案中，该方法总体上包括将该储箱模制成在其两部分中带有一个凸凹性的部分或形状在该储箱壁上制成一个开孔将完全组装的加强元件固定于这些凸凹性的部分或形状之内。在第二个优选的实施方案中，在模制储箱的过程中，将该加强元件的两个部分中的至少一个固定于储箱壁上。
在此实施方案中，本发明的方法优选包括下列步骤I.将包括两个不同部分的一个塑料型坯插入一个开放式双空腔模具中；2.将一个内芯插入型坯的内部，所述内芯支承了该加强元件的两个部分中的至少一个；3.将该型坯牢固地压靠在这些模具空腔上(一般通过经该内芯吹气和/或在这些空腔后面产生抽吸作用)；4.使用该内芯将该加强元件的至少一个部分固定在该型坯的两个位置中的一个处；5.将该内芯抽出；6.将该模具再次闭合，从而将其两个空腔合在一起，其方式为使得将该型坯的这·两个部分围绕其周边夹紧以便使它们焊接在一起；7.将一种加压的流体注入该模具中和/或在这些模具空腔的后面产生真空，以便将该型坯牢固地压靠在这些模具空腔上；8.将模具打开并且将该储箱取出。在第一子实施方案中，在模制过程中，将整个加强元件整合且固定于储箱上。在此子实施方案中，第一种可能性是在步骤4中将整个加强元件固定于该型坯的一部分上，并且此后在步骤6中将其固定在型坯的另一部分上。第二种可能性是，在步骤4的过程中将该加强元件的每个部分固定在型坯的一部分上，该旋转连接件是它们(之一)的一部分，并在步骤6的过程中将该加强元件的这两个部分组装成使得该旋转连接件处于二者之间。在此实施方案中，这两个部分和/或该旋转连接件配备有一个装置，该装置能够通过一个快速连接系统例如一个夹具来组装这些部分。在上述第一种可能性中，可能有利的是使用一个阻挡件(或机构)，它将对该旋转连接件进行阻挡直至该模制过程之后，并且此后在该储箱上制成一个开口，通过该开口将所述阻挡件移出以便允许转动/铰接。在第二个子实施方案中，只有该加强元件的这两个主要部分在其模制过程中被固定于该储箱壁上，此后通过在该储箱壁中制成的一个开口将该旋转连接件放入。在此子实施方案中，该方法优选包括下列步骤I.将包括两个不同部分的一个塑料型坯插入一个开放式双空腔模具中；2.将一个内芯插入该型坯内部，所述内芯支承了该加强元件的两个主要部分；3.将该型坯牢固地压靠在这些模具空腔上(一般是通过经该内芯吹气和/或在这些空腔后面产生抽吸作用)；4.使用该内芯将该加强元件的两个部分固定在该型坯的两个位置处；5.将该内芯抽出；6.将该模具再次闭合，从而将其两个空腔合在一起，其方式为使得该型坯的这两个部分围绕其周边夹紧以便使它们焊接在一起；7.将一种加压的流体注入该模具中和/或在这些模具空腔的后面产生真空，以便将该型坯牢固地压靠在这些模具空腔上；8.打开该模具并且取出储箱；9.在储箱壁上制造一个开口 ；并且
10.通过所述开口，将该旋转连接件放置在位以便将这两个第一部分联合/连接
在一起。根据上述所描述的本发明的实施方案，该型坯分成两个部分或片材，它们可以单独进行制造或可以通过将一个管状型坯沿其两个相反的母线切开而得到。然后，将这个分成两个部分的型坯在一个模具中进行模制，该模具包括两个空腔，这些空腔的内表面与该储箱的外表面相适应；以及一个内芯，该内芯使之有可能将该加强元件的两个第一部分附接于所述型坯上。术语“内芯”应理解为是指如下的一个部分其尺寸和形状适合于被插入这些模具空腔之间并且防止该型坯的两个部分在第一次闭合模具的过程中被焊接在一起。这样一个部分被描述在了例如专利GB 1，410，215中，为此目的将内容通过引用而引入本申请之中。



图I至图7的目的是展示本发明的某些具体的方面，而无意以任何方式限制它的范围。图I和图2显示了根据本发明的一种加强元件的一个实施方案中的两个不同的视图；图3和图4显示了一种使用了该加强元件的燃料储箱；图5和图6显示了“铰接的”加强元件的另一个实施方案，而且图7又显示了其另一个实施方案。
具体实施例方式图I和图2显示了本发明的一个实施方案中的2d视图(分别是夹具打开的侧视图和夹具闭合的正视图)，涉及了分成若干部分的带有旋转连接件(铰接)的一种夹具。在这些图中，储箱的上下部分分别用I和I’表示。连接至上下储箱部分1、1’上的是支柱组件2、2’，这些支柱组件通过一个机械锁或一个熔焊过程或二者的组合方式连接至储箱顶部或底部1、1’。为了将上下支柱1、1’连接在一起，使用一个中间夹具3，该夹具包括在该部件的下侧的一个孔(在这些图中不可见)以及在该部件的上侧的一个柱4，该夹具被设计成穿过了下部支柱组件I’、并与具有相同几何形状的另一个中间夹具相配合，但是该另一个中间夹具被转动了 180度以便与第一夹具3配合。这些夹具通过包括多个可变形的接片5的一个卡口式机构互相夹持，并将它们将上、下支柱组件2、2’连接在一起从而限制了上、下储箱区段1、1’彼此分离地移动。这些接片5发生变形从而推动柱4穿过这些孔，并且然后回弹以便将这些部分夹持在一起，然而由于这些接片的可变形性而允许了所述部分之间的某种运动自由度。此实施方案的主要优点在于a.组装过程，如这些图中所示。在这些储箱部分1、1’和支柱组件2、2’由于例如吹气模制过程中的收缩而不对齐的情况下，仍有可能组装这些零件，只要上下支柱组件I、I’中的孔中心之间的距离保持为较接近这些夹具上的孔与柱的中心线的距离。b.应力分布。由于这种设计是圆形的，它允许导致了上下储箱区段1、1’之间的距离的增加或减少的这些应力均匀地分布在这些夹具的相配合的表面上、并且从支柱组件2、2’中的孔、经支柱组件2、2’的本体向储箱表面1、1’更好地分布。c.当燃料储箱处于压力下时在这些夹具自身上非常低的应力集中，从而允许使用低的力(实践中所需的)以及良好的抗压性来结合一个夹紧操作。此外，在这种设计中，夹紧方向与加固结构中的力传递方向垂直。图3描绘了使用这样的支柱和夹具来容纳一个燃料输送器单元的本发明的一个实施方案的3d形式，并且图4显示了相同实施方案中的另一个视图。在这个实施方案中，有3个围绕一个模块开口 20进行移位的连接件/加固元件，然而，界面的尺寸、围绕给定直径转动的连接件的数量以及所述直径的大小都可以根据在储箱壳体内的位置而变化。图5描绘了使用与上文中提到的万向节类似的接头的本发明的另一个实施方案。在此情况下，这些上下支柱组件的形状可以是圆柱形的。图6描绘了(图5的)上述实施方案的分解图。在该图中，使得上下圆柱形支柱组件连接于如前述实施方案中的储箱表面1、1’上。在这些圆柱形支柱组件6、6’中包括孔8、8’来接收一个十字形锁定配件7，该配件用作将这些支柱组件6、6’相互连接的装置，同时允许了二者之间的某种旋转上的不对齐，因此如在前述实施方案那样更加均匀地分布荷 载。支柱组件6、6’与该十字形锁定配件之间的组装方法的范围可以从过盈配合到插入该构件以及在插入后添加额外的保持组件，例如在吹气模制后。这在某种程度上依赖于该应用以及相对吹气模制过程而言的组装时间。例如，围绕这些孔8、8’移位的材料可以被设计成进行弯曲以便接收该中间件7。在另一个未作图的实施方案中，该中间件可以例如配合在结构上与在机动车辆的支轴上使用的现代万向节类似的小杯内。图7显示了本发明的又一个实施方案的分解图。在该实施方案中，上下支柱9、9’是彼此转过90度的相同零件。使用多个中间夹具10、10’来将这两个支柱9、9’夹持在一起。通过将中间夹具10的柱11插入穿过支柱13’的孔并然后穿过中间夹具12’中的孔而组装这些中间夹具10、10’。然后，将这两个中间夹具围绕下支柱孔13’的轴线朝向彼此进行转动，并将柱11’推动穿过上部支柱13中的孔并然后穿过中间夹具12中的孔。优选地，在该储箱的吹气模制之前将这些中间夹具10、10’附接到这些支柱之一上，以免需要在将连接这些部分与支柱9’连接之前经过该燃料储箱输送器开口将连接这些部分连接到该支柱上。
权利要求
1.一种燃料储箱，具有两个相对的壁部分以及连接这两个壁部分的至少一个加强元件，所述加强元件包括至少两个部分，这两个部分是由至少一个旋转连接件连接的。
2.根据前一权利要求所述的燃料储箱，其中该旋转连接件是多个刚性部分的一种机械组件。
3.根据权利要求I所述的燃料储箱，其中该旋转连接件是包括至少一个弹性部分的一个组件。
4.根据以上权利要求中任一项所述的燃料储箱，所述储箱包括由几个加强元件包围的一个燃料输送器单元，这些加强元件包括由一个旋转连接件连接的至少两个部分。
5.根据以上权利要求中任一项所述的燃料储箱，所述储箱是一个塑料燃料储箱。
6.根据以上权利要求中任一项所述的燃料储箱，其中该加强元件的这两个部分具有扁平支柱的形状，并且其中该旋转连接件是一个分成两部分的夹具，该夹具包括多个可变形的元件。
7.根据权利要求I至5中任一项所述的燃料储箱，其中该加强元件的这两个部分具有圆柱形支柱或杆的形状，并且其中该旋转连接件包括至少一个能够与这些支柱或与连接到其上的多个部分一起构成一个万向节的部分。
8.一种用于制造根据以上权利要求中任一项所述的燃料储箱的方法，根据该方法，将一个加强元件的两个部分固定于该储箱的两个相对的壁部分上并配有一个旋转连接件。
9.根据前一权利要求所述的方法，包括以下步骤 将该储箱模制成在其两个部分中带有一个凸凹性的部分或形状 在该储箱壁上制成一个开口 将完全组装的加强元件固定在这些凸凹性的部分或形状内部。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在模制该储箱的过程中将该加强元件的这两个部分中的至少一个固定于该储箱壁上。
11.根据前一权利要求所述的方法，所述方法包括以下步骤1)将包括两个不同部分的一个塑料型坯插入一个开放式双空腔模具之中； 2)将一个内芯插入该型坯的内部，所述内芯支承了该加强元件的这两个部分中的至少一个； 3)将该型坯牢固地压靠在这些模具空腔上(一般是通过经该内芯吹气和/或在这些空腔后面产生抽吸作用)； 4)使用该内芯将该加强元件的至少一个部分固定在该型坯的两个位置中的一个处； 5)将该内芯抽出； 6)将该模具再次闭合，从而将其两个空腔合在一起，其方式为使得该型坯的这两个部分围绕其周边夹紧以便使它们焊接在一起； 7)将一种加压的流体注入该模具之中和/或在这些模具空腔的后面产生真空以便将该型坯牢固地压靠在这些模具空腔上； 8)将模具打开并且将该储箱取出。
12.根据前一权利要求所述的方法，其中将该整个加强元件在其模制过程中整合并且固定于该储箱上，并且其中在步骤4中将所述整个加强元件固定于该型坯的一个部分上，并且此后在步骤6中，将其固定在该型坯的另一部分上。
13.根据前一权利要求所述的方法，其中一个阻挡件对该旋转连接件进行阻挡直至该模制过程之后，并且其中在该储箱壁上制成一个开口，通过该开口将所述阻挡件移出。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在步骤4的过程中，将该加强元件的每个部分固定在该型坯的一个部分上，该旋转连接件是它们(之一)的一部分，并且其中在步骤6的过程中，将该加强元件的这两个部分组装成使得该旋转连接件处于二者之间，这两个部分和/或该旋转连接件配有一个装置，该装置能够通过一个快速连接系统例如一个夹具来组装这两个部分。
15.根据权利要求10所述的方法，其中只有该加强元件的这两个主要部分在其模制过程中被固定于该储箱壁上，此后通过在该储箱壁中制成的一个开口将该旋转连接件放入。
全文摘要
本发明提供了一种具有改善的抗蠕变性的燃料储箱及其制造方法。具体地，本发明提供了一种燃料储箱，具有两个相对的壁部分以及连接这两个壁部分的至少一个加强元件，所述加强元件包括至少两个部分，这两个部分由至少一个旋转连接件连接。本发明还披露了制造此类储箱的方法。本发明的燃料储箱通过提供一种加强件以使得它在压力下允许更好的应力分布而不增加储箱的变形，并且还允许在撞击时增加柔性，从而允许限制对燃料储箱的破坏。
文档编号B29C49/20GK102837596SQ20121015319
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月16日 优先权日2011年5月25日
发明者戴维·希尔, 比约恩·克里埃尔, 文森特·屈韦利耶, 斯科特·麦克利里 申请人:因勒纪汽车系统研究公司