ТОПЛИВНЫЙ БАК

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к конструкциям топливных баков (ТБ) автомобилей.
Известно устройство ТБ семейства автомобилей производства ОАО АВТОВАЗ (г.Тольятти), описанное в каталоге запасных частей "Автомобили ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112 и их модификации", М., "Колесо", 2000 (копии прилагаются). ТБ, как это представлено на прилагаемых чертежах, представляет собой полый герметичный корпус, снабженный заливной горловиной для заправки ТБ топливом. На верхней стенке корпуса смонтированы воздухоотводящая трубка для отвода воздуха при заправке топливом ТБ и вентиляционная трубка, предназначенная для отвода из полости ТБ воздуха, паров топлива (бензина), или жидкого топлива в процессе теплового расширения названных компонентов, находящихся в герметичной полости ТБ, в резервную емкость - сепаратор 15. В свою очередь сепаратор соединен трубопроводом с отсечным клапаном, в данной конструкции гравитационным клапаном (далее ГК). Сам ГК, представляющий собой самостоятельный компонент системы питания двигателя внутреннего сгорания, смонтирован отдельно от ТБ, при этом его запорный элемент, установленный внутри корпуса ГК, имеет возможность герметично перекрывать проходное сечение вентиляционной трубки.
Очевидным недостаткам рассмотренной конструкции ТБ является то, что ГК, предназначенный для предотвращения вытекания топлива в окружающую среду при перевороте автомобиля, а также при переполнении топливом ТБ (например в следствии теплового расширения топлива), не установлен непосредственно на ТБ, а закреплен вне ТБ и соединен трубопроводом с сепаратором. Это увеличивает количество соединений и делает необходимым введение дополнительных деталей (трубопроводов, шлангов, хомутов, уплотняющих соединения между
трубопроводами и шлангами), что снижает надежность конструкции и соответственно увеличивает вероятность попадание топлива в виде жидкости или пара через неплотности в окружающую среду, что не допустимо, т.к. это ухудшает параметры автомобиля по токсичности. Кроме того, сепаратор, представляющий собой герметичную емкость объемом ~ 5 литров, необходимо размещать и крепить на штатной структуре автомобиле с учетом обязательного условия - он должен располагаться выше уровня заправляемого топлива в ТБ. Все это усложняет конструкцию системы питания в целом и соответственно уменьшает ее надежность. При размещении сепаратора возникают определенные трудности, связанные с лимитированностью свободного пространства в общей компоновке автомобиля, отвечающего требованиям пожарной безопасности при ударе автомобиля сзади, что еще более усложняет конструкцию и делает ее более дорогостоящей и не надежной.
Обозначенная выше проблема частично решена в конструкции ТБ, которая описана в WO 2004/060709, МПК7 В60К 15/03, опубликовано 22.07.2004, где устройство ТБ, содержащее вышеперечисленные составные элементы, отличается отсутствием сепаратора, а ГК закреплен на опорной поверхности, расположенной внутри корпуса ТБ. Это повышает надежность работы системы вентиляции ТБ, т.к. уменьшается количество трубопроводов, шлангов, хомутов, уплотняющих соединений между трубопроводами и шлангами и снижает его себестоимость.
Тем не менее, очевидным недостаткам этого устройства ТБ является уменьшение полезного (заправляемого) объема топлива, т.к. ГК и другие элементы смонтированные на опорной поверхности, расположенной внутри корпуса ТБ неизбежно уменьшают определенный полезный объем камеры ТБ. При этом, заправляемый объем ТБ является важной эксплуатационной характеристикой автомобиля, т.к. определяет максимальный пробег автомобиля на одной заправке. Автомобиль, имеющий ТБ с большим заправляемым объемом, имеет более лучшие потребительские качества.
Увеличение заправляемого (полезного) объема ТБ достигнуто в устройстве, известном из описания к патенту США №6564821, МПК7 F16K 24/04, 2003 г., в котором ГК смонтирован на стенке ТБ в верхней его части, что позволило увеличить заправляемый объем ТБ. При этом внутренний запорный элемент ГК предотвращающий вытекание топлива в окружающую среду имеет недостаток, заключающийся в том, что запирание происходит при определенном уровне топлива в ТБ, которое определяется вышеперечисленными причинами (переполнение топливом ТБ при заправке, тепловое расширение топлива). Этот уровень является
основной технической характеристикой гравитационного клапана поплавкового типа и характеризуется параметром "shut off level", который задается линейной величиной, в данном случае - мм. Этот параметр указан в технических характеристиках на конкретный клапан и его рабочих чертежах (один из таких чертежей прилагается в качестве наглядного примера).
Дословно понятие "shut off level" означает "отключение на заданном уровне". Здесь, используя дословный технический перевод с английского:
- shut off - отключение;
- level - высота налива, регулировка уровня;
Параметр отключения ГК на заданном уровне присутствует в подавляющем большинстве устройств современных ГК, в данном случае (см. позиция 90, Фиг.3, 4 названного патента). При этом воздушное пространство (позиция 88) остается достаточно большим и не имеет полезного использования. Кроме того, этот параметр подробно представлен в JP 2004293325, МПК В60К 15/01, публ. 21.10.2004, JP 2005297787, МПК В60К 15/077, публ. 27.10.2005. Указанный недостаток ведет к перерасходу материала стенки корпуса ТБ (например пластмассы) и, как следствие, увеличению веса ТБ и его себестоимости. Здесь можно отметить, что заправляемый объем ТБ мог бы быть увеличен на величину воздушного пространства (позиция 88), что улучшило бы потребительские качества автомобиля.
Аналогичный недостаток присутствует и в устройстве по патенту США №5738132, МПК F16K 24/04, 1998, или ЕР 1642760, МПК В60К 15/035, публ. 05.04.2006, где имеется плоская, одноуровневая поверхность верхней части стенки ТБ, на которой установлен ГК. Уровень прекращения работы ГК, в данном случае расположенный ниже верхней стенки ТБ, определит не дозаправляемый объем топлива в ТБ, который будет достаточно большим при горизонтальном расположении ТБ. Кроме того, такое расположение ГК, на верхней плоской стенке ТБ, ведет к увеличению расхода материала за счет боковых стенок ТБ, не имеющих полезного использования выше уровня прекращения работы ГК.
В качестве прототипа выбрано устройство ТБ, известное из публикации WO 97/06973, МПК6 В60К 15/035, F16K 24/04, 33/00, дата опубликования 27.02.1997 г. Известный ТБ автомобиля содержит корпус, стенками которого (донной, боковой и верхней) образована внутренняя герметичная полость и соответственно наружная поверхность. В верхней части корпуса стенка имеет участок возвышения, на наружной поверхности корпуса расположены заливная горловина и, по меньшей
мере, один отсечной клапан, в частности гравитационный, поплавкового типа (ГК), который характеризуется параметром "shut off level", предназначенный для герметизации полости ТБ при достижении в ней максимально допустимого уровня топлива, и закрепленный на названном возвышении. В стенке возвышения выполнено отверстие для прохода части ГК во внутреннюю полость корпуса ТБ. ГК содержит цилиндрический корпус, патрубок для входа или выхода газа из ТБ и соосно расположенное в корпусе подвижное поплавковое устройство, запирающее этот патрубок в момент непосредственного воздействия на него топлива, находящегося в ТБ. Уровень топлива в ТБ, обеспечивающий запирание патрубка с помощью поплавкового устройства, соответствует уровню прекращения работы (shut off level) ГК. В данном устройстве ТБ частично решены вышеуказанные технические недостатки. Верхняя часть стенки ТБ, в месте расположения ГК, имеет участок возвышения, что увеличивает полезный объем ТБ и уменьшает расход материала боковых стенок ТБ. Однако уровень топлива не находится внутри возвышения и, соответственно, не равен уровню прекращения работы ГК (см. позиция 47, фиг.3), что позволяет говорить о не оптимальности расположении ГК в возвышении, что также приведет к частичной потере полезного (заправляемого топливом) объема ТБ и к перерасходу материала стенки ТБ, а значит увеличивает его массу и себестоимость.
Надо сказать, что необходимость введения в конструкцию автомобиля ГК определено законодательно (См. «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении предотвращения опасности возникновения пожара», правило №34 ЕЭК ООН, стр., 10, п.5.9, приложение 2). Наличие указанного ГК в конструкции автомобиля является обязательным, независимо от того, где он расположен - на ТБ или вне ТБ для всех стран членов ЕЭК ООН, в том числе и России (являющейся членом ЕЭК ООН).
При конструировании ТБ важным является расположение ГК на его верхней стенке, т.к. это прямо влияет на заправляемый объем ТБ и расход материала на изготовление его стенок, как это уже было отмечено выше. В ряде случаев увеличить заправляемый объем ТБ можно было бы разместив корпус ГК над верхней стенкой корпуса ТБ. Однако это не всегда представляется возможным, т.к. в условиях стесненного пространства, отведенного для установки ТБ (например, под полом кузова на легковых автомобилях), выступающий над верхней частью ТБ корпус ГК потребовал бы введения подштамповок в полу кузове, что ухудшило бы эргономические показатели автомобиля, ввиду того, что конструкции большинства
современных легковых автомобилей таковы, что в салоне автомобиля, в этом месте, находится заднее пассажирское сидение.
Технический результат в предлагаемой конструкции ТБ предполагает максимально возможное использование его внутренней полости для заполнения ее топливом.
Технический результат в предполагаемом устройстве достигается тем, что в известном топливном баке, преимущественно автомобиля, содержащем, в частности, корпус, стенкой которого образована внутренняя полость, а на верхней стенке имеется, по крайней мере один участок возвышения, в заходной части которого смонтирован отсечной клапан поплавкового типа, с заданным уровнем отключения ("shut off level"), при достижении которого прерывается связь атмосферы с полостью топливного бака, при достижении в ней максимально допустимого уровня топлива, упомянутый уровень -К- отключения отсечного клапана расположен внутри участка возвышения. Расстояние -L- от точки пересечения оси отсечного клапана с заданным уровнем его отключения -К- до любой из точек, находящихся на линии пересечения внутренней стенки участка возвышения с плоскостью, в которой располагается максимально допустимый уровень топлива, находится в диапазоне L=(1-10)R, где R - радиус заходной части возвышения. Участок возвышения может быть выполнен в виде локального фрагмента, основание которого плавно сопрягается с верхней стенкой корпуса топливного бака.
При таком конструктивном исполнении уровень прекращения работы отсечного клапана ("shut off level"), в рассматриваемом случае это гравитационный клапан поплавкового типа, пересекает стенку участка возвышения в верхней стенке корпуса топливного бака, совпадая при этом с максимально допустимым уровнем топлива в топливном баке, что и обеспечивает возможность полезно задействовать часть внутренней полости участка возвышения, а это значит увеличить полезный объем полости топливного бака в целом.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Анализ рассмотренных выше известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое устройство топливного бака автомобиля имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а
использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из чертежей и следующего детального описания, а так же примера конкретного конструктивного исполнения заявляемого ТБ, где:
На Фиг.1 изображен ТБ на виде сверху
На Фиг.2 изображено сечение «А-А» по Фиг.1
На Фиг.3 изображено сечение «Б-Б» по Фиг.1
На Фиг.4 изображен участок возвышения стенки ТБ по Фиг.2 (отсечной клапан гравитационного типа не показан).
Топливный бак (ТБ) по (Фиг.1, 2, 3) содержит корпус 1, стенку 2, которая образует внутреннюю полость 3 и наружную поверхность 4. В верхней части корпуса 1, стенка 2 имеет участки возвышения 5, с присоединительной 6 и заходной 7 частями. На наружной поверхности 4 расположены заливная горловина 8 и воздухоотводящая трубка 9. ГК 10 расположен на заходной части 7 участка возвышения 5, стенки 2, фланец 11 которого, присоединен (например с помощью сварки) к присоединительной части 6. На заходной части 7 участка возвышения 5 стенки 2 имеется отверстие 12, для прохода части ГК 10 во внутреннюю полость 3 корпуса 1 (Фиг.3). ГК 10 имеет корпус 13, ось корпуса 14, патрубок 15 для входа или выхода газа из корпуса 1 ТБ, подвижное поплавковое устройство 16 для запирания патрубка 15. Уровень -К- расширившегося топлива 17 соответствует заданному уровню отключения ("shut off level") ГК 10. -L- - расстояние от точки лежащей на оси 14 ГК 10, до любой из точек -М-, находящихся на линии пересечения участка возвышения 5 стенки 2 корпуса 1 с уровнем -К-. -R- - радиус заходной части 7, участка возвышения 5, стенки 2. На стенке 2 корпуса 1 закреплен топливный насос 18 для подачи топлива из ТБ в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (не показан). Участок возвышения 5 стенки 2 имеет периметр 19, (Фиг.4). Наружная поверхность 4 верхней части корпуса 1 ТБ имела бы периметр 20, при отсутствии участка возвышения 5 стенки 2. Воздухоотводящая трубка 9 имеет штуцер 21, входящий во внутреннюю полость 3 корпуса 1, который устанавливает заданный уровень топлива 22 при заправке, определяющий заправляемый объем топлива ТБ. ГК 10 соединен
паропроводом 23 с адсорбером системы улавливания паров топлива (не показан). Замкнутое пространство 24 (Фиг.3) ограничено участком возвышения 5, и уровнем 17.
0
0
0
ТБ работает обычным образом. Топливо при заправке автомобиля заправочным устройством (не показано) попадает в корпус 1 через заливную горловину 8, при этом воздух выходит из внутренней полости 3 в окружающее пространство через воздухоотводящую трубку 9. Прекращение подачи топлива при заправке автоматическим заправочным устройством происходит в момент, когда заданный уровень топлива 22 подходит к штуцеру 21 воздухоотводящей трубки 9, входящей во внутреннюю полость 3 корпуса 1 (Фиг.2), из-за предотвращения выхода воздуха в окружающее пространство. Уровень топлива в заливной горловине 8 при этом поднимается и доходит до специального приспособления в заправочном устройстве (пистолете) (не показано), после чего заправка автоматически прекращается. При работающем ДВС (не показан) топливо, для его питания, поступает с помощью насоса 18 и топливопровода (не показан), при этом уровень 22 топлива понижается. При не работающем ДВС топливо, находящееся в ТБ, стремится принять температуру окружающего его пространства. В случае, если топливо при этом нагревается, то происходит его расширение, что приводит к повышению уровня 22 в корпусе 1 ТБ до максимально возможного и допустимого 17 (Фиг.3). Причем уровень 17, зависящий от приращения объема повышается до определенного предела и может быть вычислен по известной из физике формуле ΔV=VβΔt где ΔV - приращение объема, V - исходный объем, Δt - разность температур топлива - до и после нагрева, β - коэффициент объемного расширения. Из практики конструирования ТБ известно, что при эксплуатации автомобилей ΔV не превышает ~ 10% от V. В данном случае уровень 22, повышаясь вытесняет газ (воздух и испарившееся топливо) через ГК 10, патрубок 15, паропровод 23 в адсорбер системы улавливания топливных паров (не показан). ГК 10 расположен на заходной части 7 участка возвышения 5, стенки 2, т.е. в наиболее высокой части верха корпуса 1 ТБ, что наиболее выгодно для обеспечения максимального объема заправляемого топлива. Если ТБ изготовлен из пластмассы, то присоединительная часть 6 необходима для надежного соединения с фланцем 11 ГК 10. Часть ГК входит во внутреннее пространство 3, через отверстие 12, заходной части 7. Радиус -R-, заходной части 7 выбирается минимально возможным из технологических соображений и зависит от размеров фланца 11 ГК 10. Как уже было указано выше уровень топлива 22, при его тепловом расширении повышается и при достижении
уровня 17, подвижное поплавковое устройство 16, расположенное в корпусе 13 ГК 10, запирает патрубок 15. При этом уровень топлива 17 больше не поднимается т.к. воздух не может выйти из замкнутого пространства 24, ограниченного участком возвышения 5 стенки 2 и уровнем 17, что предотвращает попадания жидкого топлива в паропровод 23 и далее в адсорбер (не показан) и его отравление (выход из строя). Уровень 17 в этом случае совпадает с уровнем -К- заданным уровнем отключения ("shut off level") ГК 10. Одновременно, ГК 10 выполняет функцию предотвращения выливания жидкого топлива из ТБ в окружающую среду при переворачивании автомобиля во время аварии. Уровень расширившегося топлива 17 совпадает или подходит близко к уровню -К- отключения ГК 10, это уменьшает не используемый объем в верхней части корпуса 1 и соответственно увеличивает заправляемый объем топлива, что в свою очередь повышает потребительские свойства автомобиля. ГК 10 расположен на участке возвышения 5 стенки 2, что уменьшает долю не использованного объема и увеличивает заправляемый объем топлива. Кроме того, экономится материал стенки 2 корпуса 1, т.к. площадь периметра 19 стенки 2 (Фиг.4) участка возвышения 5, выполненного в виде локального фрагмента, основание которого плавно сопрягается только с верхней стенкой корпуса ТБ, меньше площади периметра 20 стенок 2, если участок возвышения стенки отсутствует. Наиболее выгодные размеры участка возвышения 5 стенки 2, находятся в пределах L=(1-10)R, где «L» - расстояние от точки лежащей на оси 14 ГК 10 до любой из точек -М-, находящихся на линии пересечения участка возвышения 5, с уровнем отключения ГК -К-, a «R» - радиус заходной части 7 участка возвышения 5. Диапазон L=(1-10)R, объясняется следующим образом. Участок возвышения 5 не может начинаться ближе чем -R-, относительно оси 14, т.к. это технологически трудновыполнимо и нецелесообразно, особенно когда ТБ изготавливается из пластмассы. Значение L=10R возможно в случае, когда участок возвышения, в силу технологических особенностей, имеет фасонную форму, отличную от цилиндрической или конической. Таким образом, наиболее выгодным с точки зрения получения оптимального заправляемого объема ТБ и минимизации затрат на материал стенки ТБ, является расположение ГК на возвышении, при этом уровень топлива, соответствующий заданному уровню отключения ("shut off level") ГК должен находиться внутри возвышения и соприкасаться со всеми точками стенки корпуса ТБ на участках возвышения. Вышеперечисленными отличиями и достигается положительный эффект.
Полезная модель не ограничивается описанным выше конкретным примером ее осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными несущественные изменения различных элементов или материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема притязаний, обозначенного формулой полезной модели.