ТОПЛИВНЫЙ БАК
FUEL TANK

Изобретение относится к топливному баку для автомобилей, в частности для легковых автомобилей.
Топливные баки изготавливались раньше из двух металлических полуоболочек с верхней и нижней полуоболочками. В нижнюю полуоболочку могли устанавливаться другие компоненты, как например: успокоительный бачок, называемый также успокоительной камерой, лабиринтные перегородки для снижения скорости потока топлива в области всасывания топливного насоса. Затем верхняя и нижняя полуоболочки сваривались.
Между тем, в целях снижения веса автомобиля топливные баки стали изготавливать преимущественно из пластика. Топливный бак изготавливается при этом методом выдувания, соответственно, экструзии. Через выполненное впоследствии в верхней части топливного бака отверстие можно устанавливать другие компоненты, как, например, успокоительный бачок.
Публикация DE 19723923 A1 представляет систему топливного бака с расположенной в главном баке успокоительной камерой. Вместимость успокоительной камеры определяет резервный объем, который при достижении в главном топливном баке минимального уровня определяет имеющийся в наличии резерв топлива.
Публикация DE 19827944 A1 представляет топливный бак с основным пространством и с резервуаром остаточного количества топлива. Топливный бак может изготавливаться из пластика, при этом резервуар остаточного количества топлива надлежащим образом крепится на днище топливного бака. В публикации DE 19827944 A1 обозначено это как его задача, подготовить топливную систему, которая позволит водителю на последнем этапе опорожнения бака получить точные данные об остаточном количестве топлива.
Публикация JP 03213430 представляет топливный бак с расположенным в середине между двумя основными камерами успокоительным бачком, который вместе с основными камерами выполнен как единое целое. Сверху успокоительный бачок закрыт. Расположенный на днище топливного бака топливный насос имеет выведенный через фланец шланг подачи топлива.
Задача данного изобретения состоит в создании улучшенного топливного бака.
Эта задача решается посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения заявленного изобретения охарактеризованы посредством признаков зависимых пунктов формулы изобретения.
Первый аспект изобретения относится к топливному баку из пластика с расположенным внутри успокоительным бачком. В топливном баке имеется отверстие, причем край этого отверстия и край успокоительного бачка неразъемно соединены посредством так называемого замыкания по материалу.
Такое соединение топливного бака и успокоительного бачка в рамках данного описания должно, в частности, означать, что обе части удерживаются вместе посредством атомарных или молекулярных сил. Но прежде всего неразъемное соединение типа «замыкания по материалу» означает согласно изобретению, что такое соединение может быть разъединено только путем разрушения. Следовательно, соединение создается за счет того (как это имеет место в вариантах выполнения изобретения, приводимых в этом описании), что материалы обеих частей соединения в переходной зоне перемешиваются, как это происходит при пайке или сварке. Другим примером «соединения по материалу» в уровне техники являются клеевые соединения, при которых клей взаимодействует с функциональными группами поверхностей обоих соединяемых элементов и для разделения которых должны быть разрушены химические соединения.
Благодаря неразъемному выполнению конструкции топливный бак в значительной мере можно изготовить предварительно, поскольку при этом отпадает монтаж успокоительного бачка в наружном баке. Вследствие этого топливный бак может быть изготовлен в целом быстрее и дешевле. Размеры и форма успокоительного бачка могут выбираться свободно, поскольку отпадают связанные с монтажом ограничения. Например, размеры и форма успокоительного бачка больше не ограничиваются располагаемым в верхней части топливного бака монтажным отверстием. Существует возможность выбирать большие успокоительные бачки, например, более высокие и/или с объемом в несколько литров.
Далее, благодаря указанному типу выполнения конструкции упрощаются возможности изготовления и монтажа для функциональных модулей, предусмотренных в топливном баке. Выбранный материал пластик не оказывает негативного влияния на вес топливного бака.
Возникающее в связи с установкой успокоительного бачка раздвоение объема топливного бака на наружный бак и на внутренний топливный бак, соответственно успокоительный бачок, позволяет предусмотреть в наружной части систему измерения топлива с грубой разрешающей способностью, а во внутренней части - вторую систему измерения с повышенной точностью разрешения. Благодаря вышеуказанной свободе выбора формы успокоительного бачка можно для него выбрать геометрическую форму, которая облегчает регистрацию и точную индикацию находящегося в нем топлива. Наступающая в связи с указанным разделением на два объема гидравлическая развязка наружного топливного бака от внутреннего позволяет при этом практически полное использование и индикацию топлива, находящегося во внутренней емкости, соответственно успокоительном бачке.
Гибкость выбора размеров и формы успокоительного бачка в комбинации с разделением объема топливного бака на два объема позволяют водителю получать данные о большем количестве остаточного топлива с точностью до нескольких литров. Остаточное количество топлива определяется при этом объемом успокоительного бачка. Благодаря этому бортовой компьютер автомобиля может, например, показывать еще имеющееся в распоряжении количество топлива для отрезка пути с точностью почти до 0 км.
В силу того, что имеющийся объем топлива действительно может быть надежно использован, можно сократить первое наполнение топливного бака при поставке (нового) автомобиля.
В одном варианте выполнения изобретения топливный бак образован как единая деталь, причем следующий вариант предлагает предусмотреть топливный бак, изготовляемый или изготовленный с помощью процесса дутьевого формования, соответственно, экструзивного процесса, чтобы внешний бак и успокоительный бачок представляли единый сформованный методом выдувания узел. При дутьевом формовании топливного бака в виде одной емкости он изготавливается простым образом за один производственный процесс и отпадает этап сборки.
Один из вариантов выполнения изобретения предполагает при этом, что процесс выдувания включает в себя следующие этапы:
а) экструдирование пластикового рукава. Это экструдирование осуществляется вертикально вниз;
в) перемещение вкладыша пресс-формы для дутьевого формования сбоку снаружи навстречу экструдируемому пластику для образования успокоительного бачка. Направление перемещения вкладыша перпендикулярно направлению экструзии. Посредством вкладыша, например вкладыша в пресс-форме верхней полуоболочки установки для дутьевого формования, задается внутренняя часть успокоительного бачка;
с) альтернативно этапу в) осуществляют перемещение предварительно изготовленного успокоительного бачка сбоку снаружи навстречу экструдируемому пластику;
d) нагнетание сжатого воздуха в пластиковый рукав и благодаря этому последующая опрессовка пластикового рукава по пресс-форме, определяющей наружную форму топливного бака.
В качестве альтернативы для топливного бака в виде одной емкости дальнейший вариант выполнения изобретения предусматривает сварку успокоительного бачка и наружного бака по краю отверстия. При этом имеется вариант, когда успокоительный бачок сваривается с выдуваемым вокруг него наружным баком. Сначала из пластика изготавливается успокоительный бачок, монтируется на дорн машины для дутьевого формирования, и затем посредством процесса дутьевого формования изготавливается остальная часть топливного бака. Вокруг изготовленного заранее успокоительного бачка образуется остальная часть выдуваемого топливного бака.
В обоих вариантах выполнения существует свободный выбор в отношении используемого материала для успокоительного бачка и наружного бака. Так, успокоительный бачок и наружный бак могут быть выполнены из одинакового или разных материалов, причем в последнем случае сочетание материалов можно подобрать таким образом, чтобы при высокой механической прочности выбрать оптимальную способность к тепловому расширению. При предварительном изготовлении успокоительного бачка можно обеспечить в нем, например, средства крепления для установки функциональных модулей топливного бака. Если успокоительный бачок формуется, например, литьем под давлением, то эти элементы могут быть отформованы уже при изготовлении.
В следующем варианте выполнения изобретения дно успокоительного бачка сваривается с нижней стороной наружного бака, по крайней мере, в одном месте. Таким образом, успокоительный бачок имеет максимальный размер по вертикали, что делает возможным изготовить большой успокоительный бачок, объем которого можно использовать для точного определения остаточного запаса хода автомобиля. Таким образом, получается также дополнительное повышение жесткости топливного бака в области успокоительного бачка. Это повышение жесткости в вертикальном направлении облегчает выдерживание допусков при изготовлении. Благодаря этому топливный бак становится более устойчивым. Поскольку к тому же у топливного бака проявляется меньше усталостных явлений, он на протяжении срока службы также остается более стабильным.
В следующем варианте выполнения изобретения топливный бак имеет расположенные вокруг успокоительного бачка и неразъемно связанные с ним посредством "замыкания по материалу" лабиринтные стенки. Если топливо заливается через отверстия в лабиринтную систему, то оно готово к засасыванию насосом и направлению в успокоительный бачок даже тогда, когда автомобиль едет с низким уровнем топлива под уклон. Также благодаря лабиринтной системе дополнительно повышается жесткость топливного бака и вследствие этого его механическая стабильность.
В следующем варианте выполнения изобретения успокоительный бачок имеет емкость от 2 до 5 литров. Таким образом, в распоряжении оказывается большее количество топлива, объем которого может надежно использоваться и точно определяться с помощью индикатора.
Верхний край успокоительного бачка определяет отверстие топливного бака. В следующем варианте выполнения изобретения на топливном баке, соответственно, на этом отверстии расположен фланец, и этот фланец связан с устройством подачи жидкого топлива в двигатель внутреннего сгорания. Механическое крепление этого устройства на фланце, вместо крепления на успокоительном бачке, позволяет более простой монтаж этого устройства, поскольку по сравнению с этим внутреннее пространство успокоительного бачка по геометрическим причинам тяжелее доступно. Кроме того, такое крепление позволяет более простое извлечение этого устройства изнутри топливного бака для ремонта, чем подвешенного функционального элемента.
Названные в последнем абзаце устройства подачи топлива могут включать в себя, например, топливный насос, топливный фильтр и/или подсоединение для возвратной топливной трубки, сопло Вентури.
В следующем варианте выполнения изобретения фланец соединен с топливным датчиком. Это облегчает установку и замену топливного датчика в случае ремонтных или сервисных работ.
В следующем варианте выполнения изобретения на дне успокоительного бачка предусматривается модуль подачи топлива. Этот модуль служит для подачи топлива из наружного бака в успокоительный бачок. Модуль подачи топлива позволяет иметь уровень топлива в успокоительном бачке выше, чем в наружном баке. Модуль подачи топлива может включать в себя сопло Вентури, подъемную трубку, клапан (например, грибовидный клапан), перелив, датчик топлива для наружного бака и успокоительного бачка, коммуникационные трубки и топливный фильтр грубой очистки.
Другие признаки и преимущества заявленного изобретения приводятся в нижеследующем подробном описании со ссылкой на приложенные чертежи последующих не ограничивающих объем притязаний примеров. При этом использование обозначений на чертежах не следует понимать в том отношении, что обозначения должны ограничить объем защиты заявленного изобретения.
На Фиг.1 схематически представлен топливный бак, соответствующий первому варианту выполнения заявленного изобретения;
На Фиг.2 схематически представлен топливный бак, соответствующий второму варианту выполнения заявленного изобретения;
На Фиг.3 схематически представлен топливный бак, соответствующий третьему варианту заявленного изобретения;
На Фиг.4 схематически представлен топливный бак, соответствующий четвертому варианту заявленного изобретения;
На Фиг.5 схематически представлен топливный бак, соответствующий пятому варианту выполнения заявленного изобретения.
На Фиг.1 схематически представлен вид сбоку изготовленного дутьевым формованием топливного бака 1. Топливный бак 1 состоит из двух частей и имеет наружный бак 2 и успокоительный бачок 3. Топливный бак 1 имеет отверстие 13. Форма успокоительного бачка 3 может быть различной с большой свободой выбора, и на представленном на Фиг.1 примере он выполнен в виде приблизительно симметричного цилиндра с осью 4 симметрии. Сверху успокоительный бачок 3 закрыт фланцем 5 и уплотнен.
Наружный бак 2 и успокоительный бачок 3 изготовлены из пластика и сварены по краю отверстия 13, находящегося под фланцем 5. Только в районе днища успокоительный бачок 3 соединен с наружным баком 2 посредством конструкции (не представлена), обеспечивающей поступление топлива в успокоительный бачок, чтобы топливо из него могло подаваться в двигатель внутреннего сгорания. В верхней области успокоительного бачка находится еще переливной клапан (не представлен), через который избыточное топливо может сливаться назад в наружный бак 2.
Размер успокоительного бачка 3, как и размер всего топливного бака 1, ориентированы на модель автомобиля, соответственно, на его расход топлива и могут измеряться в литрах в диапазоне, например, от 2 до 5 литров. В примере, представленном на Фиг.1, диаметр успокоительного бачка 3 около 200 мм при высоте также 200 мм, так что объем успокоительного бачка составляет около 6 литров.
Как уже упоминалось, форма успокоительного бачка может выбираться свободно. Если выбрана простая геометрическая форма, например в виде симметричного цилиндра, то это позволяет с высокой точностью определить остающееся количество топлива в успокоительном бачке 3 в зависимости от уровня его наполнения. Такое определение у наружного бака 2 затруднено ввиду его сложной формы с многочисленными углами.
Успокоительный бачок 3 имеет меньшую площадь основания, чем наружный бак 2, так что то же количество топлива в успокоительном бачке 3 приводит к большей высоте его наполнения и, таким образом, к более точному учету и индикации количества топлива. Это справедливо также тогда, если объем успокоительного бачка составляет несколько литров. Поскольку, как об этом подробнее еще будет сказано ниже, в процессе езды топливо устройством подачи топлива подается из наружного бака 2 в успокоительный бачок 3, и при этом наружный бак может практически полностью опорожниться, то при малом уровне топлива "под рукой" находится все остаточное количество топлива в успокоительном бачке 3. Это остаточное количество (топлива) можно точно определить и индицировать, соответственно, бортовой компьютер может при этом высчитать остаточный пробег автомобиля. Например, он оценивает при этом посылаемые прибором управления двигателем сигналы по расходу топлива. Благодаря полной свободе выбора размера успокоительного бачка 3 оказывается возможным использовать количество топлива до нескольких литров, так что водитель может быть своевременно и надежно предупрежден об остающемся количестве топлива.
Представленный на Фиг.1 топливный бак состоит из одной части и изготовлен методом выдувания. В нижней области дно 6 успокоительного бачка 3 приварено к днищу 8 топливного бака 2, по меньшей мере, в одном месте крепления 7. Такая сварка выполняется так называемым методом "Kiss-Point".
Дно успокоительного бачка 3 может быть плоским, как представлено на Фиг.1. Чтобы при наклонном положении автомобиля топливо могло подаваться без проблем, возможно также положение дна, наклоненное книзу. При этом дно приобретает, например, форму усеченного конуса с углом наклона к горизонтали примерно 20°.
На Фиг.2 представлен второй вариант заявленного изобретения. По сравнению с первым вариантом здесь успокоительный бачок имеет скос, так что при наклонно стоящем или едущем автомобиле топливо может подаваться в успокоительный бачок 3. Место крепления 7 плоское и сварка выполнена методом "Kiss-Point". Плато 10 предназначено для крепления функционального модуля, который включает в себя, например, блок Вентури. Дополнительно в этой области находится подводящее топливо отверстие (не представлено), через которое топливо из наружного бака 2 может попадать в успокоительный бачок, например, через грибовидный клапан.
На Фиг.3 представлен третий вариант выполнения заявленного изобретения. Сначала, и это может быть предусмотрено для всех вариантов, на фланце 5 крепятся функциональные модули 11 и 12. Функциональные модули могут быть устройствами для подачи жидкого топлива к двигателю внутреннего сгорания. Например, в случае функционального модуля 12 речь может идти о топливном фильтре, а в случае функционального модуля 11 - о топливном насосе или заправочном модуле. Также на фланце 5 могут крепиться другие функциональные модули, например электрические разъемы для топливного насоса, подсоединение для возвратной трубки, сопло Вентури и/или модуль управления топливным насосом. Функциональным модулем может быть также датчик заправки, с помощью которого измеряется количества топлива в наружном баке 2 и, по выбору, также в успокоительном бачке 3.
Далее, представленный на Фиг.3 вариант выполнения изобретения имеет модуль подачи топлива, расположенный под плато 10. Этот модуль 14 подачи топлива вместе с плато 10 может быть предусмотрен также в других вариантах выполнения изобретения. Модуль 14 подачи топлива предназначен для подачи топлива из наружного бака 2 в успокоительный бачок 3. К модулю 14 подачи топлива могут относиться также сопло Вентури 15 и топливный фильтр 16. В модуль 14 подачи топлива может входить также топливный датчик, подсоединение возвратной трубки для перелива топлива из успокоительного бачка 3 в наружный бак 2 и/или обратный клапан (в данном случае не представлены). Модуль 14 подачи топлива может иметь с успокоительным бачком 3 разъемное соединение, например, посредством кольцевого зажима, или, как альтернатива, быть приварен к успокоительному бачку.
В представленном на Фиг.3 варианте выполнения изобретения наружный бак 2 и успокоительный бачок 3 образованы из двух частей. Их изготовление осуществляется методом выдувания. Сначала изготавливается отдельно успокоительный бачок 3, например, методом литья под давлением. Затем изготавливается топливный бак 1 методом дутьевого формования, причем успокоительный бачок 3 монтируется сбоку на пресс-форме для выдувания. В процессе дутьевого формования вокруг успокоительного бачка 3 выдувается материал пластика. Таким образом на стенках пресс-формы при охлаждении пластика возникает наружный бак. Такой порядок действий позволяет заранее, еще при изготовлении успокоительного бачка 3 подготовить установку функциональных модулей, например, предусмотреть соответствующие возможности для крепления. Далее, это позволяет обрабатывать успокоительный бачок 3 иным способом, например, путем выполнения отверстий. Эти отверстия могут служить, например, в качестве подводящих топливо в области дна, для возврата топлива из верхней части успокоительного бачка в наружный бак 2 или для подсоединения заливной трубки для подачи топлива.
На Фиг.4 представлен топливный бак, у которого предварительно изготовленный успокоительный бачок 3, например, методом литья под давлением, интегрирован посредством дутьевого формования в топливный бак 1. Успокоительный бачок 3 помещается на дорн станка для дутьевого формования и перемещается сбоку навстречу экструдируемому вертикально вниз пластику. При этом дно 6 успокоительного бачка 3 контактирует с экструдируемым пластиковым рукавом, благодаря чему это приводит к соединению "Kiss-Point" 7.
Представленный на Фиг.4 топливный бак может согласно пятому варианту выполнения заявленного изобретения иметь систему лабиринтных стенок 17, ср. Фиг.5. Лабиринтные стенки 17 соединены в местах сварки 18 с днищем 8 наружного бака 2 и верхом 19 наружного бака. Эта сварка осуществляется методом "Kiss-Point".
Далее, пятый вариант выполнения изобретения, и это может иметь место и в других вариантах, имеет устройство 19 измерения количества топлива, например поплавок. Он связан посредством подводки 20 с установленным на внутренней стороне успокоительного бачка 3 оценивающим устройством 21, например, электронным модулем. Устройство измерения количества топлива 19 измеряет топливо в наружном баке 2.
Список обозначений
1 топливный бак
2 наружный бак
3 успокоительный бачок
4 ось симметрии
5 фланец
6 дно успокоительного бачка
7 место крепления
8 днище топливного бака
9 скос
10 плато
11 функциональный модуль
12 функциональный модуль
13 отверстие
14 модуль подачи топлива
15 сопло Вентури
16 топливный фильтр
17 лабиринтная стенка
18 место сварки
19 верх наружного бака