ТОПЛИВНЫЙ БАК ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 1994 года по МПК B60K15/03 B64D37/02 

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к конструкциям топливных баков со средствами воздействия на распределение топлива или его регулирование, например для предотвращения волнообразования или улучшения фильтрации топлива.

Известен способ изготовления топливного бака для транспортных средств, в частности летательных аппаратов, включающий изготовление гибкой оболочки, введение ее в полость бака и плотное прилегание к стенкам бака после наполнения топливом или подачи давления.

Такая последовательность операций позволяет обеспечить повышенную коррозионностойкость внутренней поверхности бака и его герметичность, а также возможность размещения баков в полостях сложной конфигурации, однако предварительная фильтрация топлива в таком баке ничем не обеспечена.

Наиболее близким аналогом заявленному устройству является топливный бак, содержащий в корпусе гибкую оболочку.

Однако конструкция бака не позволяет воздействовать гибкой оболочке на содержащееся в баке топливо, в частности избежать колебаний жидкости в баке, и не обеспечивает отстой осадка.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей бака путем подавления колебаний жидкости внутри бака и локализации очагов осадка, а также улучшение условий герметичности бака.

Это достигается тем, что в топливном баке для транспортных средств, содержащем размещенную в его полости гибкую оболочку, заливную горловину, расположенную в верхней части бака и снабженную герметизирующим элементом с уплотнительными кольцами, гибкая оболочка выполнена с площадью поверхности, превышающей площадь поверхности стенок бака. Кроме того, герметичный элемент заливной горловины может быть образован гибкой цилиндрической обечайкой с площадью поверхности, большей площади внутренней поверхности горловины в месте установки, закрепленной торцами на уплотнительных кольцах и скрученной относительно оси с образованием продольных складок на ее поверхности.

Поверхность гибкой оболочки желательно выполнить волнистой формы.

Кроме того, поверхность гибкой оболочки целесообразно выполнить перфорированной.

Смежные участки гибкой оболочки могут быть выполнены с различными характеристиками упругой деформации.

Введение в рабочую полость топливного бака гибкой оболочки с площадью поверхности большей площади внутренней поверхности рабочей полости, определяющей в свою очередь контуры топливного бака либо его элементов, позволяет оболочке после распрямления внутри рабочей полости под давлением заполняемого бак топлива образовывать складчатую поверхность контакта такой оболочки и рабочей полости. При этом топливозаборник опущен до нижней части полости через соответствующий гибкий колодец, определяющий зону охвата топливозаборника как элемента бака. Складчатая поверхность, образованная по всей объемной периферии полученного таким образом бака, с одной стороны демпфирует колебательный процесс масс заправленного топлива при движении транспортного сpедства, активно гасит волны на его поверхности, используя энергию хаотического их переотражения от складок оболочки, принимающих самые непредсказуемые формы при установке, а с другой стороны, в зонах разряжения, образованных в складках оболочки перетечками топлива, происходит не менее активное осаждение осадка. При этом взаимосообщающиеся и хаотически распределенные складки под давлением сил гравитации собирают осадок в области днища, не давая ему вновь растекаться, так как лабиринтная ориентация складок никогда не соответствует направлению перемещения масс топлива на достаточно большом линейном отрезке, сопоставимом с поперечным сечением всего днища бака.

Тем самым достигается цель изобретения по обеспечению воздействия на распределение топлива и его кондиционное регулирование. Кроме того, использование в качестве рабочей полости свободной от аппаратного заполнения конструкционной полости транспортного средства, например внутренней полости крыльев, дверей и т. д. , позволяет существенно повысить автономность транспортного средства без увеличения объема традиционного топливного бака в виде жесткой емкости. Более того подвижность форм гибкой оболочки позволяет использовать для этой цели самые труднодоступные места, определяя тем самым безопасность герметизации оболочки за счет именно такой конструкционной труднодоступности, а образующиеся при установке складки прочно удерживают такую оболочку от перемещения относительно жестких конструкционных элементов и гарантируют таким образом от повреждений об их острые кромки. Кроме того, за счет придания поверхности оболочки при ее изготовлении рельефного характера, например волнистого, гарантируется более равномерное распределение складок оболочки, а при кратности длины такой формуемой волны линейному параметру, определяющему ширину бака, обеспечивается резонансный режим рассмотренного выше взаимодействия жидких масс топлива и образованных оболочкой складок, что существенно интенсифицирует процессы регулирования топлива.

Кроме того, перфорация гибкой оболочки перед ее установкой в герметичную рабочую полость топливного бака обеспечивает перетекание топлива из оболочки в пространство между оболочкой и поверхностью полости, где она установлена. Складки, образованные оболочкой совместно с поверхностью рабочей полости, создают своеобразные лабиринтные сообщающиеся друг с другом каналы, суммарное поперечное сечение которых близко к поперечному сечению топливозаборного трубопровода. Под эквивалентным поперечным сечением подразумевается такое, при котором учитывается гидравлическое сопротивление многократно искривленных каналов, что позволяет изменением площади поверхности гибкой оболочки регулировать этот параметр, тем самым обеспечивая условия равенства скоростей течения топлива в топливозаборном трубопроводе и в образованных гибкой оболочкой складках-каналах. Достигаемое равенство динамических напоров в указанных сечениях позволяет устанавливать топливозаборное устройство не в нижней части бака и засасывать оттуда вместе с топливом отстоявшуюся воду и осадок, а в верхней без дополнительного формования в оболочке опускного колодца. При этом складки-каналы служат как бы продолжением засасывающего топливопровода. Более того при отсутствии достаточной герметичности обратного клапана карбюратора стекание топлива по трубопроводу обратно в бак будет затруднено противодействием капиллярных сил складок-каналов, поперечное сечение каждого из которых достаточно мало, чтобы силы поверхностного натяжения жидкого топлива превышали гидростатическое давление в каждом из них.

Такое выполнение бака обеспечивает постоянный режим заполнения подающего трубопровода независимо от уровня заполнения бака топливом и предотвращение "осушения" карбюратора, а также подачу только чистого топлива, гарантированного осаждая примеси, включая воду, в область днища бака. При этом перфорация может быть осуществлена как на микроуровне, когда диаметр отверстий в оболочке соизмерим с поперечным размером складок оболочки, но в основном меньше его, так и на микроуровне, когда диаметр отверстий в оболочке имеет значение, близкое к размерам молекул либо ионов тех или иных веществ, на выборочную проницаемость которых такая оболочка будет рассчитана, например воды. В первом случае обеспечивается проницаемость оболочки всей массой топлива, имея при этом гарантированную капиллярную подачу топлива к расположенному сверху топливозаборнику, а во втором случае - еще и выборочное отделение из общей массы топлива нежелательных составляющих за счет разницы в размерах их молекул и энергии перетечек топливных масс в момент движения транспортного средства.

Придание по крайней мере двум смежным участкам гибкой оболочки различных степеней пластической деформации позволяет создавать гибкие оболочки переменного объема, увеличивающие объем по мере заполнения топливом без растяжения и за счет пружинного эффекта полученной структуры, обеспечивающие подпор давления подачи топлива.

Оснащение по граничным поперечным сечениям гибкой оболочки цилиндрической формы с геометрическими параметрами, близкими соответствующим параметрам горловины бака кольцами с внешним диаметром, близким диаметру горловины, и установка этих колец в горловине бака с угловым сдвигом относительно друг друга до принятия гибкой оболочкой формы типа двухполостного гиперболоида позволяют создать в горловине бака диафрагменный механизм, образованный складками цилиндрической оболочки, ориентированными по наклонным прямолинейным образующим. Такое выполнение горловины обеспечивает конденсирование паров топлива на развитой поверхности теплообмена, образованной сдвинутыми складками, за счет лабиринтного перетекания паров в узких каналах между складками. А при заправке бака заправочный патрубок вводится в горловину, преодолевая упругое радиальное противодействие складок, собранных в диафрагму, которые герметизируют процесс заправки, обеспечивая при этом свободное перетекание высвобождающегося воздуха через складки оболочки. После извлечения заправочного патрубка из горловины диафрагма снова сжимается, перекрывая заправочное отверстие. Такое исполнение горловины одновременно обеспечивает выполнение функции обратного клапана, поддерживающего давление в баке на определенном заданном уровне.

На фиг. 1 показан топливный бак традиционной формы с размещенной внутри гибкой оболочкой с площадью поверхности больше площади внутренней полости бака с образованием оболочкой равномерно распределенных складок; на фиг. 2 - то же, в конструкционной полости заднего крыла автомобиля; на фиг. 3 - то же, с двумя смежными участками разной степени пластической деформации, т. е. бак типа "тещин язык", на фиг. 4 - то же, с участками разной степени пластической деформации попеременно, т. е. бак типа "гармошка"; на фиг. 5 - горловина бака с герметизированной гибкой оболочкой.

При изготовлении бака (фиг. 1) в полость 1 вводят через горловину 2 либо через топливозаборное отверстие 3 гибкую предварительно изготовленную оболочку 4, преимущественно из нейлона либо другого эластичного материала, стойкого к углеводородам. За счет превышения площадью поверхности оболочки 4 площади внутренней полости бака 1 оболочка образует с поверхностью такой полости складки 5 по всей своей контактной периферии. Размер такого превышения площадей поверхности и соответственно размер складок зависит от материала оболочки, ее толщины и конкретного объема полости бака. При этом суммарное эквивалентное поперечное сечение складок 5 подбирают равным либо близким поперечному сечению топливозаборного трубопровода (на фиг. 1 не показан) с целью создания условий его постоянного заполнения топливом.

Топливозаборник может быть введен внутрь оболочки через специально отформованный для него гибкий колодец или просто отверстие в верхней части оболочки и установлен в донной либо в верхней части бака. В последнем случае гибкая оболочка герметизируется относительно трубопровода топливозаборника. При этом по мере опорожнения бака гибкая оболочка сжимается под действием разрежения и, складываясь, начиная с верхнего сечения, в виде складчатого жгута, обеспечивает за счет капиллярных сил постоянный канал гидравлического сообщения топливозаборника, находящегося в верхней части бака, с топливом, находящимся в нижней части, выталкиваемым сжатием оболочки в складки образующегося жгута или по нему к топливозаборнику.

Также топливозаборник может располагаться и вне оболочки контактируют со складчатой верхней поверхностью оболочки в случае, если обеспечена циркуляция топлива из оболочки в зазор между оболочкой и внутренней поверхностью емкости, в которой она установлена. В этом случае топливо поступает к топливозаборнику через капиллярную структуру складок оболочки по всей ее периферии. Циркуляция топлива может быть обеспечена за счет перфорации оболочки на макро- либо микроуровне. В последнем случае перфорация образуется за счет использования для изготовления оболочки мембранных материалов с избирательной проницаемостью. Для получения более равномерной капиллярно-складчатой структуры в зазоре между оболочкой и внутренней поверхностью рабочей полости бака материалу, из которого изготавливается оболочка, предварительно придают формовкой либо профильным каландированием рельефный характер, например волнистый, с волнами, ориентированными вертикально, либо ячеистой с образованием попеременно расположенных уступов и впадин, преимущественно в шахматном порядке.

На фиг. 2 показано размещение гибкого бака в полости заднего крыла автомобиля с установкой оболочки 4 в зазоры между стойками жесткости 6. При этом после заполнения такого бака топливом через горловину 2 оболочка распрямляется и за счет избытка поверхностного размера незначительно выдувается между стойками 6, надежно фиксируя тем самым гибкий бак от нежелательного перемещения и его возможного повреждения. Топливо поступает по трубопроводу 7, ориентация которого относительно оболочки значения не имеет. С целью предотвращения повреждений такого бака со стороны возможного доступа (например, багажника автомобиля) полость, заполненная гибкой оболочкой 4, может быть закрыта дополнительной панелью (на фиг. 2 не показана). Способ предусматривает также использование в этом случае двойных гибких оболочек для создания условий работы, близких к работе баков с традиционной полостью, рассмотренных выше.

На фиг. 3 и 4 показаны топливные баки с гибкой оболочкой 4, состоящей из двух либо попарно-переменно расположенных смежных плоскостей в соответственно равной степенью пластической деформации. Такие оболочки получают либо скатыванием в термически ослабленном пластическом состоянии, либо складыванием-формовкой в виде мехов гармони. Баки, изготовленные таким способом, создают своеобразный наддув и гарантируют постоянный избыток давления топлива на входе в карбюратор, что позволяет устранить из гидравлической цепи подачи топлива топливоподающий насос, либо существенно облегчить ускоренный пуск двигателя.

На фиг. 5 показана горловина бака 2 с гибкой оболочкой. Для этого к концевым сечениям гибкой цилиндрической оболочки 8 крепят нижнее 9 и верхнее 10 кольца, преимущественно из эластичного материала, разбухающего от воздействия жидких углеводородов, например резины, с внешним диаметром, выполненным по скользящей либо легкопрессовой посадке относительно внутреннего диаметра горловины бака 2. Материал такой гибкой оболочки (например, нейлон) должен быть достаточно прочным. Еще до установки в горловину 2 оболочка 8 имеет складчатую поверхность за счет превышения своей площади поверхности аналогичного параметра горловины 2, в которую она устанавливается. После установки нижнего кольца верхнее кольцо поворачивают до образования складками оболочки 8 двухполостного гиперболоида. При заполнении бака топливом кольца 9 и 10 увеличиваются в объеме и надежно фиксируются в горловине. Для удаления такого герметизирующего элемента достаточно открыть на некоторое время горловину 2 при опорожненном баке. (56) Заявка ФРГ N 3534095, кл. В 60 К 15/02, 1987.

Лещинер Л. Б. и Ульянов И. Е. Проектирование топливных систем самолетов. - М. : Машиностроение, 1975, гл. 12 "Мягкие баки", с. 318-322.

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к конструкциям топливных баков со средствами воздействия на распределение топлива или его регулирование, например для предотвращения волнообразования или улучшения фильтрации топлива. Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей бака путем подавления колебаний жидкости внутри бака и локализации очагов осадка. Для этого в полости бака размещена гибкая оболочка, площадь поверхности которой превышает площадь поверхности стенок бака. При этом между гибкой оболочкой и стенками бака за счет складок оболочки образуются каналы, способствующие лучшей фильтрации топлива и предотвращение волнообразование. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ТОПЛИВНЫЙ БАК ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, содержащий размещенную в его полости гибкую оболочку, заливную горловину, расположенную в верхней части бака и снабженную герметизирующим элементом с уплотнительными кольцами, отличающийся тем, что гибкая оболочка выполнена с площадью поверхности, прерывающей площадь поверхности стенок полости бака. 2. Бак по п. 1, отличающийся тем, что герметичный элемент заливной горловины образован гибкой цилиндрической обечайкой с площадью поверхности, большей площади внутренней поверхности горловины в месте установки, закрепленной торцами на уплотнительных кольцах и скрученной относительно оси с образованием продольных складок на ее поверхности. 3. Бак по п. 1, отличающийся тем, что поверхность гибкой оболочки выполнена волнистой. 4. Бак по п. 3, отличающийся тем, что поверхность гибкой оболочки выполнена перфорированной. 5. Бак по п. 3, отличающийся тем, что смежные участки гибкой оболочки выполнены с различными характеристиками упругой деформации.