РЕШЕТЧАТАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ЭЛАСТИЧНОГО ТОПЛИВНОГО БАКА

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящее изобретение относится к конструкции эластичного топливного бака, содержащей решетчатые элементы.
Уровень техники
Топливные баки могут быть подвержены воздействию повышенного давления при определенном режиме эксплуатации. Повышенное давление может быть вызвано повышением температуры в герметичном топливном баке. По сравнению с автомобилями, имеющими только двигатель внутреннего сгорания для создания тяговой мощности, в автомобилях с гибридным приводом, в которых используется как электродвигатель, так и двигатель внутреннего сгорания, продолжительность периода, когда топливный бак герметичен, может быть увеличена. Повышение может произойти, частично вследствие эпизодического использования двигателя внутреннего сгорания в автомобилях с гибридным приводом. Следовательно, давление в топливном баке таких автомобилей может достигать гораздо более высокого уровня, чем в тех системах, где топливный бак очищается обычным способом, когда необходимо. При определенных обстоятельствах давление в топливном баке автомобилей с гибридным приводом может быть в 15-20 раз выше максимальных значений топливных баков автомобилей, имеющих только двигатель внутреннего сгорания для создания тяговой мощности.
Чтобы выдержать повышенное давление, используются утолщенные топливные баки, например, из металлического листового материала более крупного калибра. Однако авторы настоящего изобретения выявили различные недостатки такого подхода. К примеру, топливные баки с утолщенными стенками могут не только увеличивать стоимость автомобиля, но также вес и размер топливного бака. Кроме того, при выборе места размещения топливного бака будет иметь большее значение прочность конструкции, чем ее компактность, что ведет к уменьшению компактности автомобиля или вместимости топливного бака, и, следовательно, дальности пробега автомобиля.
Раскрытие полезной модели
В силу этого, здесь описаны различные примеры систем и подходов. В одном из примеров представлен эластичный топливный бак автомобиля. Топливный бак может включать в себя корпус, содержащий решетчатую конструкцию, в значительной степени охватывающую часть внутреннего пространства, обозначенного корпусом. Решетчатая конструкция может содержать как минимум два пересекающихся стеновых элемента, каждый из которых состоит из совокупности панелей, расположенных в повторяющемся порядке, совокупности панелей с плоскими сторонами, включая податливые панели, имеющие первую и вторую секции, сформированные таким образом, чтобы образовывать сгиб.
Настоящее краткое описание предназначено для ознакомления в упрощенной форме с выборкой концепций, которые далее описаны детально в подробном описании. Настоящее краткое описание не предназначено для обозначения ключевых или основных характеристик заявленного объекта изобретения и не ограничивает область его применения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен практическими реализациями, которые устраняют какие либо или все недостатки, отмеченные в любой части данного описания.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 приведено схематическое изображение системы в автомобиле, включающее эластичный топливный бак с решетчатой конструкцией.
На Фиг.2 изображен способ работы автомобиля.
На Фиг.3 показана иллюстрация эластичного топливного бака, включая чертеж решетчатой конструкции в масштабе.
На Фиг.4 показана боковая проекция части стенового элемента, входящего в решетчатую конструкцию, изображенную на Фиг.3.
На Фиг.5 показана другая модификация части стенового элемента.
На Фиг.6 показана другая модификация части стенового элемента.
Осуществление полезной модели
В настоящем документе раскрывается устройство топливного бака с внутренней решетчатой конструкцией. В частности, топливный бак может включать в себя корпус, содержащий решетчатую конструкцию, в значительной степени охватывающую часть внутреннего пространства, обозначенного корпусом. Решетчатая конструкция может содержать как минимум два пересекающихся стеновых элемента, каждый из которых состоит из совокупности панелей, расположенных в повторяющемся порядке, совокупности панелей с плоскими сторонами, включая податливые панели, имеющие первую и вторую секции, сформированные таким образом, чтобы образовывать сгиб. Таким образом, внутренняя структура топливного бака обеспечивает повышенную устойчивость его опоры. Решетчатая конструкция может использоваться в топливном баке с утолщенным корпусом, чтобы еще более усилить прочность топливного бака, или же вместо утолщенного корпуса. Кроме того, решетчатая конструкция может быть модифицирована для множества геометрических форм топливного бака, что позволяет использовать решетчатую конструкцию во множестве типов автомобилей, тем самым увеличивая применимость решетчатой конструкции.
На Фиг.1 изображена система 10 для автомобиля. В систему входит двигатель внутреннего сгорания 12, соединенный с эластичным топливным баком 14. Топливный бак может содержать решетчатую конструкцию 16 для обеспечения повышенной структурной целостности, а также для заранее определенного уровня гибкости топливного бака, что более подробно обсуждается далее при рассмотрении Фиг.3-6.
В систему 10 также может входить угольный фильтр 18. Он может иметь потоковое сообщение с топливным баком 14 посредством трубопровода 20 бака, содержащего изоляционный клапан 22 топливного бака. Угольный фильтр также может быть соединен с двигателем трубопроводом 24 двигателя, содержащим спускной клапан 26 фильтра. Кроме того, с угольным фильтром может быть соединен газоотводный трубопровод 28, содержащий продувочный клапан 30 фильтра. Газоотводный трубопровод может иметь сообщение с окружающим воздухом.
Следует понимать, что вышеперечисленные клапаны (т.е. изоляционный клапан 22 топливного бака, спускной клапан 26 фильтра и продувочный клапан 30 фильтра) могут выборочно приводиться в действие, чтобы выполнить следующие операции: продувку угольного фильтра, изоляцию топливного бака и дозаправку топливом. Продувка угольного фильтра может быть осуществлена, когда двигатель внутреннего сгорания работает, а во впускном коллекторе достигнут достаточный вакуум. Однако также следует понимать, что у определенных автомобилей, таких как автомобили с гибридным приводом, двигатель внутреннего сгорания может приводиться в действие эпизодически во время эксплуатации автомобиля.
Также на Фиг.1 показано, что двигатель внутреннего сгорания 12 может быть также соединен с коробкой передач 32. Коробка может быть ручной, автоматической или комбинированной. Кроме того, в коробку передач могут быть включены различные дополнительные компоненты, такие как трансформатор крутящего момента и/или другие приспособления, например, механизм конечной передачи и пр. Коробка передач 32 показана соединенной с ведущим колесом 34, которое, в свою очередь, контактирует с поверхностью дороги 36. Хотя на рисунке представлено только одно ведущее колесо, следует понимать, что с коробкой 32 может быть соединено несколько ведущих колес.
В этом примере воплощения изобретения в систему 10 также входит устройство 38 преобразования энергии, которое среди прочего может содержать мотор, генератор и их комбинации. Устройство 38 преобразования энергии также изображено соединенным с устройством 40 накопления энергии, который может включать в себя аккумулятор, конденсатор, маховик, аппарат высокого давления и пр. Однако в других модификациях системы 10 могут отсутствовать устройства преобразования энергии и накопления энергии. Следовательно, в некоторых модификациях двигатель внутреннего сгорания будет единственным источником тяговой мощности в автомобиле.
Устройство 38 преобразования энергии может функционировать таким образом, чтобы поглощать энергию движения автомобиля и/или двигателя и преобразовывать ее в подходящую для хранения в устройстве накопления энергии (т.е выполнять функцию генератора). Также это устройство может направлять выходной сигнал (мощность, работу, крутящий момент, скорость и пр.) к ведущему колесу 34 и/или двигателю 12 (т.с осуществлять функцию мотора). Следует понимать, что в некоторых модификациях устройство преобразования энергии может представлять собой только мотор, только генератор или и генератор, и мотор среди прочих компонентов, используемых для обеспечения соответствующего преобразования энергии между устройством накопления энергии и приводным колесом и/или двигателем.
Показанные связи между двигателем 12, устройством 38 преобразования энергии, коробкой передач 32 и ведущим колесом 34 указывают на передачу механической энергии от одного компонента к другому, тогда как связи между устройством преобразования энергии и устройством накопления энергии могут означать передачу энергии различной формы, такой как электрическая, механическая и т.п. Например, крутящий момент может передаваться от двигателя 12 к ведущему колесу 34 через коробку передач 32. Как описано выше, устройство накопления энергии 40 может быть сконфигурировано таким образом, чтобы функционировать в режиме генератора и/или мотора. В режиме генератора устройство преобразования энергии 38 поглощает часть или всю выходную мощность двигателя 12 и/или коробки передач 32, что уменьшает выходную мощность привода, доставляемую к ведущему колесу 34, или его тормозной момент. Такая функция может применяться, например, чтобы добиться роста производительности посредством рекуперативного торможения, улучшенной эффективности двигателя и пр. Кроме того, выходная мощность, получаемая устройством преобразования энергии, может использоваться для зарядки устройства 40 накопления энергии. В режиме мотора устройство преобразования энергии может доставлять выходную мощность к двигателю 12 и/или коробке передач 32, например, используя электроэнергию, накопленную в аккумуляторной батарее. В некоторых примерах в режиме мотора циклы сгорания в двигателе могут приостанавливаться.
Модификации с гибридной тягой могут включать в себя полностью гибридные системы, в которых автомобиль может работать, используя только двигатель, только устройство преобразования энергии (например, мотор) или и то, и другое. Также могут применяться конфигурации со вспомогательными и мягкими гибридами, в которых первичным источником крутящего момента будет двигатель, а системы с гибридной тягой будут действовать выборочно, чтобы доставить дополнительный крутящий момент, например, во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах, или в других ситуациях. Помимо этого, также могут быть использованы стартер/генератор и/или интеллектуальные преобразовательные системы. Различные вышеописанные со ссылкой на Фиг.1 компоненты могут управляться с помощью контроллера 42 автомобиля.
Следует понимать, что контроллер может быть сконфигурирован так, чтобы герметизировать топливный бак при определенных рабочих условиях, например, когда двигатель 12 не производит тяговую мощность для автомобиля, что приводит к уменьшению выделений паров топлива. Например, автомобиль может работать в режиме мотора, при котором устройство преобразования энергии обеспечивает тяговую мощность для автомобиля, а циклы сгорания в двигателе по существу приостановлены. Подавление циклов сгорания в двигателе может включать приостановку впрыска топлива, остановку насосов системы подачи топлива и изолирование системы подачи топлива. Изолирование топливного бака может включать в себя приостановку сообщения с системой подачи топлива и атмосферой. Другими словами, топливный бак может быть герметизирован. Кроме того, следует понимать, что работа двигателя внутреннего сгорания 12 может быть приостановлена, когда автомобиль едет со скоростью ниже пороговой или не перешел диапазон пороговых значений, соответствующих количеству энергии, находящейся в устройстве накопления энергии. Поэтому, если автомобиль двигается в течение недолгого времени или со скоростью, ниже пороговой, топливный бак может быть герметизирован. В вышеупомянутой ситуации колебания температуры могут вызвать увеличение давления в топливном баке до уровня выше атмосферного. В некоторых автомобилях давление в топливном баке может быть в 15-20 раз выше атмосферного.
На Фиг.2 показан способ 200 работы автомобиля. Способ 200 может применяться с помощью описываемых систем и компонентов. Однако в других вариантах способ 200 может быть осуществлен с помощью других подходящих систем и компонентов.
На этапе 202 способа определяют, был ли запрошен электрорежим. Следует понимать, что электрорежим может предусматривать режим работы автомобиля, при котором электродвигатель обеспечивает тяговую мощность автомобиля, а двигатель внутреннего сгорания отключен.
Если определено, что запроса на электрорежим не было (НЕТ в 202), то способ завершается. Однако если определено, что запрос был совершен (ДА в 202), то способ продолжается этапом 204, где устанавливают, работает ли двигатель. Если двигатель работает (ДА в 204), то способ на этапе 206 включает в себя продувку паров топливного бака через угольный фильтр. В некоторых примерах в такую продувку входит стадия 208 открытия изоляционного клапана топливного бака. Однако в других примерах для продувки паров топливного бака через угольный фильтр могут быть задействованы другие клапаны.
Затем на этапе 210 способ заключается в изолировании топливного бака. В некоторых примерах изолирование может включать этап 212 закрытия изоляционного клапана топливного бака. Однако следует понимать, что в других примерах для изолирования топливного бака могут быть использованы альтернативные клапаны. Однако, если установлено, что двигатель не работает (НЕТ в 204), то способ переходит на этап 210. После этапа 210 способ 200 завершается или альтернативно, в других модификациях, возвращается к началу.
Способ 200 может способствовать уменьшению выбросов паров топлива в автомобилях с гибридным приводом путем выборочного перемещения паров из топливного бака в угольный фильтр во время работы двигателя, и перекрытия топливного бака и угольного фильтра в то время, пока автомобиль использует электродвигатель для создания тяговой мощности. Период герметизации топливного бака может быть больше у электромобилей, использующих способ 200, чем у автомобилей, работающих только с использованием для создания тяговой мощности только двигатель внутреннего сгорания.
На Фиг.3 показан эластичный топливный бак 14. Топливный бак 14 может включать в себя корпус 302, в котором располагается решетчатая конструкция 16, обеспечивающая управляемую поддержку топливного бака. Решетчатая конструкция может распространяться на часть внутреннего пространства топливного бака, обозначенного корпусом. В изображенной на Фиг.3 модификации часть корпуса опущена, чтобы показать внутреннее пространство топливного бака и внутреннюю решетчатую структуру. Однако следует понимать, что корпус фактически содержит в себе решетчатую структуру. Корпус 302 может быть сконструирован из материала, который растягивается и сжимается во время работы автомобиля. Например, он может быть создан из полимерного материала, такого как полиэтилен высокой плотности (HDPE), метала или из комбинации этих материалов. Кроме того, решетчатая структура может быть создана из подходящего материала, такого как полимерный материал, металл или их комбинация.
Решетчатая структура может содержать множество пересекающихся стеновых элементов 304. В некоторых примерах стеновые элементы могут иметь общую стенку. Однако в других примерах стеновые элементы могут быть прикреплены друг к другу любым другим подходящим способом. В изображенной модификации угол 306, образованный пересечением стенового элемента, является практически прямым. Таким образом, многоосевое нагружение решетчатой конструкции может быть распределено равномерно. В одном из примеров пересечение может содержать две пары идентичных дополнительных углов. К одному или более стеновому элементу 304 может быть присоединен подузел 307. Подузел может быть сенсором, установленным внутри трубо- или паропроводом и пр.
Каждый стеновой элемент может состоять из множества панелей 308, расположенных в повторяющемся порядке. В изображенной модификации стороны панелей плоские. Однако в других модификациях они могут быть любой другой подходящей формы. Например, они могут быть изогнутыми. Кроме того, в изображенной модификации стеновые элементы 304, расположены по существу перпендикулярно к стенкам 310 корпуса. Этим они обеспечивают опору конструкции для корпуса топливного бака.
Хотя на рисунке изображен прямоугольный топливный бак, он может быть и другой геометрической формы, используемой в других модификациях, таких как вогнутый топливный бак. Кроме того, следует понимать, что топливный бак может быть различным образом ориентирован в автомобиле.
На Фиг.4 показана боковая проекция части стенового элемента 400, в одном из вариантов. Стеновой элемент 400 может представлять собой один из стеновых элементов, изображенных на Фиг.3. Стеновой элемент 440 содержит податливую панель 410, имеющую первую секцию 412 и вторую секцию 414, которые согнуты вокруг линии сгиба 416. Пересечение первой и второй панелей формирует угол 418. Следует понимать, что угол 418 может меняться, если воздействовать на податливую панель. Другими словами, стеновые элементы могут растягиваться и сжиматься при внешнем воздействии на них через корпус топливного бака, который таким образом сгибается. Следует понимать, что податливая панель может быть эластичной, что обеспечит устойчивость к растяжению и сжатию корпуса топливного бака.
В модификации, изображенной на Фиг.5, податливые панели 510, входящие в стеновые элементы 500, могут иметь две и более линии сгиба, образуя тем самым многосгибовую (например, аккордеонную) конфигурацию. Такая конфигурация может использоваться, чтобы освободить пространство для дополнительных стеновых элементов в решетчатой конструкции.
Возвращаясь к Фиг.4, структурные панели 420 также включены в стеновые элементы 400. Они обеспечивают опору конструкции. Пересечение податливых и структурных (опорных) панелей может образовать линию сгиба 422. Следует понимать, что при воздействии на структурную панель угол, образованный пересечением податливой и структурной панели, может изменяться.
Стеновой элемент 400 также включает перекрестные панели 424. Перекрестная панель имеет кромку 426, соединенную (например, приваренную или приклеенную) с корпусом топливного бака. В изображенной модификации кромка 426 перекрестной панели является прямой. Однако в других модификациях кромка может быть изогнутой.
На Фиг.4 также показано, что высота перекрестных панелей по вертикали больше, чем высота податливых и структурных панелей. Разница в высоте позволяет топливу легче проходить в разные отсеки топливного бака. Однако в других модификациях высота податливых, структурных и перекрестных панелей может быть одинаковой.
Как показано, панели расположены в следующем порядке: структурная панель, перекрестная панель, структурная панель, податливая панель, и так далее. Однако следует понимать, что возможны и альтернативные варианты расположения. Например, порядок панелей может быть следующим: структурная панель, податливая панель, податливая панель, перекрестная панель, и так далее, как показано на Фиг.5. Кроме того, структурная и перекрестная панель 420 и 424 соответственно находятся в одной плоскости.
Растяжение и сжатие корпуса топливного бака 302, изображенного на Фиг.3, может быть связано с температурой топливного бака, а также схеме его вентиляции. Например, топливный бак может растягиваться, когда он герметизирован и температура повышена, а сжиматься при уменьшении температуры и/или когда топливный бак не герметизирован (например, изолирован). Как было ранее показано, топливный бак может быть изолирован, когда система подачи топлива находится не в рабочем состоянии, а устройство преобразования энергии подает механическую энергию на коробку передач. Кроме того, растяжение и сжатие топливного бака могут зависеть от свойств материалов его корпуса, а также его геометрической формы.
Различные параметры решетчатой структуры, изображенной на Фиг.3, могут быть настроены таким образом, чтобы уменьшить вероятность снижения эффективности и возможную поломку корпуса топливного бака вследствие его прогиба. Другими словами, различные аспекты решетчатой конструкции могут быть изменены, чтобы достичь желаемых характеристик топливного бака, основываясь на свойствах материала корпуса топливного бака, его форме, вентиляционной схеме топливного бака и ожидаемых температурах в топливном баке. Настраиваемые параметры включают в себя степень подвижности податливых панелей, высота перекрестных панелей, толщина панелей, угол, образованный пересечением стеновых элементов, количество податливых панелей, момент инерции панелей и расположение стеновых элементов (например, количество поперечных и продольных стеновых элементов). Таким образом, решетчатая конструкция может быть приспособлена под желаемый уровень гибкости корпуса топливного бака, в то же время обеспечивая опору конструкции для уменьшения вероятности снижения функциональности корпуса (например, разрыв, растрескивание и пр.)
Следует понимать, что решетчатая конструкция может быть интегрирована в различные типы топливных баков, таких как ассиметричные топливные баки и/или топливные баки с изогнутой поверхностью. Высота панелей в стеновых элементах, их длина и форма краев, которые присоединены или примыкают к корпусу топливного бака, могут быть спроектированы так, чтобы подходить по форме к корпусу топливного бака. Например, как показано на Фиг.6, края 612 перекрестных панелей могут быть изменены, чтобы подходить по форме к неровной поверхности краев 610 стенового элемента 600. Следует понимать, что края структурных и податливых панелей в других модификациях могут быть изменены для подгонки по контуру к корпусу топливного бака.
Решетчатая конструкция, описанная выше, обеспечивает повышенную прочность топливного бака, а также желаемую гибкость, что позволяет корпусу растягиваться и сжиматься. Кроме того, решетчатая конструкция может уменьшить быстрое рассеянное движение топлива (например, разбрызгивание) внутри топливного бака, которое может приводить к ухудшению работы насоса, в примере, где конструкция подвергается воздействию топлива, находящегося в баке.
Следует понимать, что описанные конфигурации и/или подходы являются примерными. По своей сути эти конкретные модификации или примеры не должны рассматриваться как ограничивающие, поскольку возможны многочисленные их вариации. Объект настоящего изобретения включает в себя новые и не очевидные комбинации и подкомбинации различных характеристик, функций, действий и/или свойств, раскрываемых в данном описании, а также любые и все его эквиваленты.