專利名稱：燃料系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及為內燃機供應液體燃料的領域。本發明更具體地涉及一種用于這種發動機的燃料系統，這種燃料系統能用于供應有揮發性液體燃料的發動機或者用于供應有重質液體燃料的發動機，該燃料如，根據不同的國家和地區有時稱為“柴油”或“柴油機用柴油”或“汽油”的那些燃料。本發明也涉及用于制造這樣的系統的方法。
在交通工具、尤其是機動車的內燃機中，除了用于儲存燃料的箱之外，目前燃料系統包括許多附件。在這些附件中，尤其是燃料供應管線、通風閥(venting valve)、用于吸收蒸汽的活性碳罐、過濾器、泵、計量器(gauge)、壓力調節器以及加料管(注油管，fillertube)。
文獻DE 2740229描述了一種端部連接有盒體(Kombidose)的加料管，該盒體固定至所述油箱的頂部，同時具有把所述泵固定至燃料箱頂部的功能。在該文獻中并未提及把過濾器或壓力調節器固定至該盒體。除此之外，由于盒體處于燃料箱的頂部而不是其底部，所以不能作為用于泵的燃料阱(fuel trap)，因為這會在高溫條件期間增加泵氣蝕(pump cavitation)的危險。
更具體地，對于泵/過濾器/燃料阱單元，其發展趨勢是將它們組合(集成或整合，integrate)為固定至現實中的油箱內部的單一模塊，如，例如在以Solvay名義的申請EP 758 589中所描述的那樣。如上述申請所述，也可能將至少一個計量器和/或壓力調節器和/或閥門，以及至少一個電連接件和/或至少一個用于液體流動的連接件組合到這種模塊中。然而，在燃料箱本體內安裝這種模塊仍然是復雜的操作，這經常是根據油箱制造來實現的。這涉及大體積單元的保存和向交通工具制造廠的裝配線的運輸。此外，加料管幾何外形復雜性的增加，使得這些組件經常是分開生產的，而不是與油箱作為整體進行生產的，因而涉及二次裝配操作。
因此，本發明的目標是提供具有改進了結構的燃料系統，使得有可能節省至少一個裝配操作和/或至少一個附加部件。根據某些方面，本發明也使得有可能減小要被運輸到要應用該系統的機器(例如機動車輛)的裝配線的部件的體積。
為此，本發明涉及用于內燃機的燃料系統，其包括燃料箱、用于為燃料箱加燃料的加料管以及為發動機供應燃料的泵，該泵被固定至加料管，并且燃料阱被組合至加料管，燃料阱位于燃料箱的底部并在其內部或其頂部上包括燃料泵。
這種過程使得有可能將加料管與泵和燃料阱進行預組裝，然后在燃料箱底部固定這些附件，從而省去至少一個組裝步驟。除此之外，這種底部裝配允許組合的模塊從側邊插入而不是從頂部插入，這對于要求平面模塊的水平的、平面箱來說十分方便。
根據本發明的燃料系統，既適合于供應有揮發性液體燃料的內燃機，也適合于供應有重質液體燃料的發動機(如上面提及的那些燃料)。在本文的描述中，所述燃料系統是打算組合到自動交通工具或組合到靜態發動機安裝的元件的組件。自動交通工具可以是機動交通工具(例如，小汽車、卡車、摩托車、河船、海船或飛機)或限于在軌道上運行的交通工具(例如，鐵路機車)。靜態驅動單元，例如，可以是發電機裝置或機床的發動機。
術語“燃料”指適用于內燃機的碳氫化合物(烴)。術語“液態碳氫化合物”指在發動機正常運轉條件下，在燃料系統的燃料箱中呈液態的碳氫化合物。
表達“揮發性液態碳氫化合物”指在293K(20℃)下其飽和蒸汽壓大于1bar的液態碳氫化合物(根據以上的定義)。通常用于機動車輛內燃機的揮發性液態碳氫化合物是商業上以“汽油”為名稱商售的并用于火花點火式內燃機的那些碳氫化合物。
表達“重質液態碳氫化合物”指在293K(20℃)下其飽和蒸汽壓小于1bar的液態碳氫化合物。通常用于機動車輛內燃機的重質液態碳氫化合物是商業上以“柴油”或“輕質柴油”為名稱商售的并用于根據狄塞爾循環(diesel cycle)進行運轉的自點火式內燃機的那些碳氫化合物。
根據本發明，所述燃料系統的元件由與可能要處理的各種液態碳氫化合物相適合的材料制成。這種材料在通常的運轉壓力和溫度下與揮發性液態碳氫化合物和重質液態碳氫化合物都必須是化學惰性的。這種材料可以是塑料或金屬。根據本發明的系統的元件也可以是混合材料，也就是說，可以包括金屬部件和塑料部件。
在本發明的上下文中，熱塑性塑料至少對于燃料箱獲得了良好好的結果，尤其由于其重量、強度、耐化學性和易于加工的優點，特別是當系統的元件具有復雜形狀時更是如此。
術語“熱塑性塑料”用來指任何熱塑性聚合物，包括熱塑性彈性體及其混合物。術語“聚合物”指均聚物和共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。這樣的共聚物的實例包括但不限于無規共聚物、通過序列聚合制備的共聚物、嵌段共聚物以及接枝共聚物。
熔點低于其分解溫度的任何類型的熱塑性聚合物或共聚物是適合的。熔程分布至少10℃的合成熱塑性塑料是特別適合的。這樣的材料的實例包括其分子量具有多分散性的那些物質。
具體地，可以使用聚烯烴、聚乙烯鹵化物、熱塑性聚酯、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，同樣可以是聚合材料與無機、有機和/或天然填料的混合物，該填料的實例諸如，例如但不限于碳、鹽和其它無機衍生物、天然纖維、玻璃纖維以及聚合物纖維。同樣還可以使用由疊層式粘合層組成的多層結構，該多層結構包括上述聚合物或共聚物中的至少一種。
通常優選聚乙烯鹵化物和聚烯烴。經常采用的聚合物是聚乙烯。利用高密度聚乙烯(HDPE)已經獲得了優異的結果。已知地，這種塑料對于揮發性烴的不可滲透性可以通過表面處理(氟化、磺化等)和/或使用阻擋層(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)])進行改進。
優選地，至少根據本發明的系統的燃料箱用熱塑性塑料，并優選包括HDPE制成。更優選地，燃料箱是包括至少一個基于HDPE的層和至少一個基于EVOH的層的多層結構(術語“基于”可以表示“主要由…構成”的意思，應該理解為，這些層可以包括少量(以重量計)的其它聚合物和/或添加劑)。根據本發明的燃料系統的泵也可以包括塑料(HDPE)外殼。
至于加料管，其可以是塑料，但是在北美市場上，大多數由金屬(出于安全和經濟考慮)制成。
根據本發明，泵被固定至加料管，在位于后者(加料管)底部的燃料阱的內部或頂部上。這通過任何合適的方式(焊接、粘合劑粘結、按扣式固定(snap-fastening into socket)、鉚接等)，優選通過按扣方式固定來完成。為此，不管所使用的泵的類型，加料管的底部有利地具有適合形成通用性基部(base)的形狀。
根據本發明，燃料阱(泵位于其內或其上的裝置，用作收集和保持燃料以防止泵干運轉，從而保證泵在汽車燃料用盡時復位)被固定和/或包括在加料管中、底部上(為方便起見，這些變形在下文中統一用術語“組合”進行表示)。具有位于加料管底部的燃料阱的優點在于，由于所述燃料阱在補給燃料期間是自動注入燃料的，所以可以省去使用加料閥(fill valve)(用于在發動機燃料用盡時為所述燃料阱加燃料)。
根據本發明的一個特別有利的變形，所述泵放置在泡沫體(foam)上，這降低了發出泵噪聲。然后這種泡沫體(至少其部分)用作燃料阱，從而代替了基于文丘里管(噴射泵，jet pump)并具有由于在油箱內存在外來物體而發生泵堵塞的危險的傳統系統。在這樣的系統(盡管不是優選的，但也是本發明的部分)中，儲罐(reservoir)用作燃料阱，其中儲罐是通過噴射泵加燃料的。
根據本發明的一個優選的變形，加料管包括加料頸管(fillingneck)和基部(或部分形狀適合用于在該處插入/固定泵和組合燃料阱)，這兩個部件確定了管的內部部分。根據本發明，管也可以包括外部部分，即至少一個連接至(即，固定于或一起作為整體生產的)加料頸管和/或基部并確定了其外部容積的部件。固定至加料頸管的外部部件獲得了良好的效果。
內部部分和外部部分(適當地)可以作為整體模制成型或單獨模制成型，并在將組件安裝在燃料箱上(通常通過穿過燃料箱壁的開口插入包括有泵和燃料阱的下部部件(lower part)，然后將管緊緊地固定在所述開口上)之前進行預組裝。同樣，管的加料頸管和基部可以作為整體或單獨模制成型，并在被安裝至燃料箱之前進行安裝。
這些部件(加料頸管和基部)可以直接一個接一個地進行組裝。可替換地，可在其間插入連接件(接頭)。連接件(例如，以波紋管(bellows)的形式)的使用可以增強加料管的下部部件插入燃料箱壁的開口的容易程度。本發明也提供了用于將泵安裝到更靠近燃料箱中心(而不是靠近燃料箱壁)的方法。
根據本發明，其他附件可以被組合到加料管中。更具體地，除了泵和燃料阱外，至少一個用于為發動機提供燃料和/或用于檢查燃料箱內燃料液位的其他附件優選被組合到管的內部部件中。這種組合可以通過如上所述的直接組合至管，或者可以通過固定至已經組合到其中的元件中或上來完成。
本發明的構思，例如，可以外延到燃料過濾器，其也有利地位于加料管的下部部件處。更具體地，根據本發明的一種變形，作為泵，有可能使用組合的泵/過濾器模塊。可替換地，有可能使用兩個在其連接至管之前、之后或期間被組裝的獨立元件。
在加料管的底部有利地組合壓力調節器，使得發動機能夠以所需壓力被供應燃料。
本構思也可以外延至用于容納在燃料箱內的燃料的計量系統，即，借助于組合模塊或獨立的計量系統。因此，例如作為泵，有可能使用組合的泵/計量器模塊，如通常在機動車輛領域使用的那些，其中計量系統包括指針(臂)和浮標。然而，考慮到有關這種類型的計量通常是不精確的，所以基于另一個原理，優選使用獨立的計量系統。基于稱重、感應方法或霍爾效應的計量系統都獲得了良好的效果。因此，根據本發明的一個優選變形，將基于稱重、感應效應或霍爾效應的計量系統連接至泵。具體而言，稱為SENSOPAD的感應計量系統獲得了良好的效果。
最后，加料管可以在其底部組合其他附件，如閥門(例如單向止回閥和/或超量裝滿防止閥)、噴射泵(例如，在燃料阱不包括泡沫體而僅僅由必須在較低燃料條件下通過所述噴射泵加燃料的儲罐構成的情況下)等。在根據本發明的燃料系統中，組合噴射泵將噴射泵安裝在燃料箱內是很容易的方式，這同樣因為側面插入經常比頂部或底部插入容易得多。
加料管也可以組合通風回路(ventilation circuit)(將燃料箱的頂部連接至罐(canister))和/或所述放空回路(排風回路，ventingcircuit)(將燃料箱的頂部連接至加料管的頂部)的至少一個元件，如一個或多個罐、一個或多個液/汽分離器、一個或多個閥門等。這種元件優選被組合到管的外部部件，并且更具體地，被組合至固定在管的加油頸管部件的外部部件(即，不是在其底部，而是鄰近其頂部)上述燃料系統的燃料泵用于通過燃料供料管線為內燃機供應燃料，并且其通常需要電連接件以進行操作。根據本發明的一個優選具體實施方式
，所述供料管線和燃料泵的連接件穿過燃料箱頂部的獨立凸緣(法蘭，flange)。因此，系統的安全性能夠容易地通過將凸緣置于燃料箱的耐撞擊性部件中而得以確保。
本發明也涉及一種用于制造上述燃料系統的方法，這種方法包括以下步驟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組合有燃料阱；
3.將燃料供應泵固定在加料管的底部、燃料阱的內部或頂部；以及4.將加料管/泵/燃料阱單元以使燃料阱位于燃料箱的底部的方式組裝至燃料箱。
在這種方法中，步驟4是有效的最后步驟，而步驟2必須在步驟3之前進行。相反，步驟1與步驟2和步驟3可以顛倒。事實上，如上所述，本發明的目的之一是允許以專用生產單元生產加料管，同時在靠近用戶(汽車生產商)的生產線實現燃料箱的吹塑成型以及該兩個部件的組裝。因此，有利的是能夠將組合有最多數量的附件的加料管安裝到燃料箱上，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側面開口。
燃料箱和管的制造有利地通過模制成型實現，并且如果這些部件是基于熱塑性塑料的，則有利地通過擠出/吹塑模制成型進行生產。因此，根據一個優選的變形，至少燃料箱是通過擠出/吹塑模制成型生產的，特別是通過共擠出吹塑模制成型(在上述優選的變形中，其中燃料箱是多層結構的)生產的，此外，對于本領域的技術人員來說是熟知的，這種技術包括擠出多層型坯(半制品)和吹塑模制成型。應該注意到，當存在基部時，就加料管而言，其有利地采用注射成型進行生產。
將泵固定至管(在燃料阱的里面或頂上)以及將管固定至燃料箱可以通過任何已知的方式進行。上文已經描述了用于將泵固定至管的方法。這些相同的方法可以應用于將上面描述的其他附件固定至管(在其內部或外部部分中)。至于將組件固定至燃料箱(即如上所述，在將泵/燃料阱插入之后緊緊固定在燃料箱壁的開口上)，也可以以各種方式(焊接、粘結劑粘結、機械固定(緊固帶、管夾、鉚接、螺栓等))來實現。當然，這種組件是密封組件，任選通過使用密封劑或其他密封裝置加以生產。優選地，通過熱焊接或通過使用螺桿、機械螺栓、環箍、銷釘系統等的機械連接件實現組裝操作。
通過
圖1～4非限制性地圖解描述了本發明，這些圖示出了本發明的某些優選具體實施方式
的操作原理。
圖1圖解描述了一種適合于歐洲市場的具體結構，圖3圖解描述了最適合北美市場的具體實施方式
。圖2圖解描述了適合于這兩個市場的另一結構的部件。圖4涉及將泵固定至管的具體方式。在這些圖中，相同的標號表示相同的組件/附件。
圖1圖解描述了一種燃料系統，其包括燃料箱(1)；加料管(2)(其在圖中用粗線示出，并且包括加油頸管(2’)、外夾套(2”)以及基部(4)，這些部件分別模制成型，(管由單個部件吹塑模制成型，而基部是注塑成型的)，然后進行組裝)；以及泵(3)。基部(4)限定了中空體積(4’)，其位于頸管(2’)的延伸部分，泵(3)插入并固定在其內部空間中。泵(3)經由過濾器(5)連接至壓力調節器(6)，壓力調節器(6)和過濾器(5)也被插入并通過按扣式固定而固定至基部(4)，過濾器也被焊接至泵(3)。泵放置在泡沫體(7)上，泡沫體(7)用作燃料預過濾器和阱。包括指針和浮標的燃料計量器(8)也被固定至基部(4)并且在管(2)被安裝到燃料箱(1)上時，與基部(4)同時插入燃料箱(1)中。加料控制裝置(閥)(9)被固定在加油頸管(2’)的末端上。該閥(9)由指針和浮標(10)制動。因此，前述用于為發動機供應燃料和/或控制燃料箱的燃料液位的附件被組合到加料管(2)的內部部分(2’)中。
該管(2)還包括外部部分(2”)，其本身包括通風和放空回路的元件，即
設計用于在正常運轉和對燃料箱(1)加油時吸收燃料蒸汽的罐(12)；兩個分別用于所述通風回路(連接燃料箱(1)的頂部與罐(12))和所述放空回路(連接燃料箱(1)的頂部和加油頸管(2’)的頂部)的液/汽分離器(11，11’)；位于所述液/汽(L/V)分離器(11)和罐(12)之間的閥(13)，其中閥在交通工具翻轉時關閉(本領域技術人員使用的術語為ROV閥)；此外，在燃料系統沒有提供有前述閥(9)/浮標(10)裝置的情況下，該閥還可以提供防止過量裝滿的功能(并用作OPV)；以及將放空回路的L/V分離器(11’)連接至加油頸管(2’)的管線(14)。
最后，加料管(2)還具有無帽封閉裝置(capless closure device)(15)，即自動封閉裝置(這與傳統帶有螺帽的系統相反)，其由也能操作閥(13)(在圖中通過虛線(17)象征性示出)的制動器(16)制動。這樣，當封閉裝置(15)被打開時，有可能直接關閉閥(13)并防止過量裝滿。
在將管(2)與燃料箱(1)進行組裝之前，將所有前述附件(2～16)都組合(固定)至加料管(2)。燃料箱(1)自身被固定至通風管(18)和放空管(19)。在已將管(2)與燃料箱(1)組裝之后，基部(4)通過焊接或機械固定到燃料箱(1)的開口中，通風管(18)和放空管(19)連接至其各自的L/V分離器(11，11’)。
這種生產程序使得有可能以用于燃料系統的專用單元的形式只制造提供有其附件的加料管，并且有可能以“簡單”單元的形式、在靠近用于安裝所述系統的生產線處轉移制造提供有大體積但制造相對簡單的通風和放空管附件的燃料箱。
圖2圖解描述了使用儲罐(7)作為代替泡沫體的燃料阱的另一結構的下部部件。所述儲罐(7)是中空體積部分，其為基部的部分并組合有燃料泵(3)、燃料過濾器(5)和計量器(8)。其一個側面通過以波紋管(4”)形式的連接件被連接至加料頸管(2’)，而另一個側面連接至組合有噴射泵(7”)和計量器(8’)的模塊。其也連接至位于燃料箱(1)頂部的凸緣(20)，并且通過其燃料供料管線和/或電連接件可以展開(未示出)。
圖3是適用于北美的系統，其按照美國規定的要求提供有ORVR(機載加燃料蒸汽回收)系統。這樣的系統需要另外的能夠吸收在加油期間產生的所有蒸汽的罐(12’)，同時具有檢漏傳感器(21)或OBD(機載診斷)裝置以及FLVV(加燃料限制放空閥)(22)，即防止液體從油箱進入放空管(19)或所述管破裂的情況下流到外面的閥。應該注意到，與世界上這個地區使用的傳統系統相比，液/汽分離器(11’)的存在使得有可能簡化該閥門(使其不是非常關鍵)。
最后，圖4圖解描述了一種變形，其基本上不同于前述任何一個形式，其不同之處在于，實際的加料管基本上由加料頸(2’)和基部(4)形成，其他部件被附著(固定)至該頸管，而并不是與其作為整體模制成型的。在這種變形中，泵(3)放置在泡沫體(7)上，其包括獨立的預過濾器(7’)，并且通過特定管(25)為發動機供應燃料。泵(3)通過焊接至基部(4)的方式和通過焊接到頸(2’)的凸緣(23)的方式被固定至所述管(2)。該凸緣具有用于管(25)的開口以及用于泵(3)的電連接件(24，24’)。頸(2’)的底部包括單向止回閥(9)。該閥使得有可能限制在加油結束時由于加料噴嘴的低觸發反應性而引起的回流或溢出。該組合系統非常適合于前述可替換計量系統(例如基于稱重或感應效應的計量器)的連接。
權利要求
1.用于內燃機的燃料系統，包括燃料箱(1)；用于為所述燃料箱加燃料的加料管(2)；以及用于為所述發動機供應燃料的泵(3)，所述泵(3)固定至所述加料管(2)，所述燃料系統的特征在于，燃料阱(7)被組合至所述加料管(2)，所述燃料阱(7)位于所述燃料箱(1)的底部并且在其內部或頂部包括所述燃料泵(3)。
2.根據前述權利要求所述的燃料系統，其特征在于，所述燃料箱(1)由塑料制成，并且所述加料管(2)由金屬制成。
3.根據前述權利要求所述的燃料系統，其特征在于，所述燃料箱(1)為多層結構，所述多層結構包括至少一個基于HDPE(高密度聚乙烯)的層和至少一個基于EVOH(乙烯/乙烯醇共聚物)的層。
4.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，其特征在于，所述燃料阱(7)包括其上放置所述泵(3)的泡沫體。
5.根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統，其特征在于，所述加料管(2)包括加料頸管(2’)和基部(4)，其中所述基部(4)組合有確定所述加料管(2)內部部分的所述燃料阱(7)，并且其中，所述加料管(2)的所述內部部分不但組合有所述泵(3)，而且組合有至少一個用于為所述發動機供應燃料和/或用于檢查所述燃料箱中燃料液位的其他附件。
6.根據前述權利要求所述的燃料系統，其特征在于，所述其他元件選自燃料過濾器(5)、壓力調節器(6)、噴射泵(7”)和/或計量系統(8)。
7.根據前述權利要求所述的燃料系統，其特征在于，所述其他元件是計量系統(8)，其連接至所述泵(3)，其中所述計量系統是基于稱重、感應效應或霍耳效應的。
8.根據權利要求5～7中任一項所述的燃料系統，其特征在于，所述加料管(2)包括由連接至所述加料頸管(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”)組合有通風回路和/或放空回路中的至少一個元件。
9.根據權利要求5～8中任一項所述的燃料系統，其特征在于，所述燃料箱包括在其頂部上的獨立凸緣(20)，并且燃料進油管線和/或所述燃料泵(3)的電連接件通過其延伸。
10.用于制造根據前述權利要求中任一項所述的燃料系統的方法，包括以下步驟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)在其底部組合有燃料阱(7)；3)將燃料供應泵(3)固定至所述加料管(2)的底部、所述燃料阱(7)的內部或頂部；以及4)將所述加料管(2)/泵(3)/燃料阱(7)單元以使所述燃料阱(7)位于所述燃料箱(1)的底部的方式組裝至所述燃料箱(1)。
全文摘要
本發明涉及用于內燃機的燃料系統，其包括燃料箱(1)；用于為所述燃料箱加燃料的加料管(2)；以及用于為所述發動機供應燃料的泵(3)，所述泵(3)固定在加料管(2)上，所述燃料系統的特征在于，燃料阱(7)組合在加料管(2)上，所述燃料阱位于燃料箱(1)的底部，并且在其內部或其頂部上包括所述燃料泵(3)。
文檔編號B60K15/077GK1950234SQ200580014902
公開日2007年4月18日 申請日期2005年5月12日 優先權日2004年5月13日
發明者文森特·波鐵爾, 皮埃爾·拉科姆, 埃里克·里維埃 申請人:因勒紀汽車系統研究公司