СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОГО БАКА Российский патент 1994 года по МПК B60K15/03 

Изобретение относится к способам изготовления топливных баков для транспортных средств, в частности к способам изготовления топливных баков со средствами воздействия на распределение топлива или его регулирование, например предотвращение шума, волнообразования, разбрызгивания, спонтанной детонации и связанной с этим пожароопасностью.

Известен способ изготовления топливного бака, включающий формирование внутри внешней оболочки структурного устройства со множеством полостей, выполненное и расположенное в камере так, что в случае, когда оно залито топливом, вступает в действие множество этих полостей, которые распределяют энергию волн за счет дросселирующего эффекта при перетекании топлива из полости в полость.

Известное устройство обладает тем, что недостатком, что при разгоне в баке инициируется ударная волна, что является причиной взрыва топливных баков в момент аварии либо попадания быстро перемещающихся инородных предметов в его объем, заполненный парами топлива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату аналогом-прототипом является способ изготовления топливного бака, снабженного успокоителем уровня, включающий изготовление оболочки, замыкающей в себе пористую структуру, выполненную в виде кусков пенопласта кубической формы, заполняющих весь объем оболочки.

Такая структура позволяет стабилизировать уровень топлива даже при самых неблагоприятных обстоятельствах, например при крутых виражах, и предотвратить связанные с этим обои в работе двигателя, а также повысить устойчивость транспортных средств.

Однако хаотическое заполнение объема бака крупными блоками не обеспечивает его гарантированного заполнения и устранения полостей свободных от паров топлива, что сохраняет опасность детонации. Кроме того, возникают существенные трудности с равномерным заполнением бака крупными блоками при одновременной установке либо замене всасывающих устройств.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик топливного бака транспортных средств и расширение функциональных возможностей бака, содержащего в топливной полости средство демпфирования жидкости в виде пористой структуры.

Для этого в способе изготовления топливного бака транспортных средств, включающем формирование в полости бака средства демпфирования жидкости в виде пористой структуры, перед операцией формирования пористой структуры в полости бака размещают закладные элементы, по крайней мере под горловину и всасывающее устройство, а формирование пористой структуры осуществляют по всему объему бака путем вспенивания самоотвердевающего вещества после чего удаляют закладные элементы. Кроме того, закладной элемент под горловину бака используется с внешней поверхностью винтовой формы. Кроме того, в качестве самоотвердевающегося вещества используют полимеризующееся вещество.

При этом в качестве полимеризующегося вещества используют полиуретан.

Кроме того, в качестве самоотвердевающегося вещества может быть использован жидкий алюминий.

Во всех случаях, кроме последнего, размещение закладных элементов в полости бака осуществляют с зазором по отношению к его днищу, после чего в бак подают жидкость до образования слоя глубиной, не превышающей величину зазора между закладными элементами и днищем, и по завершению формирования пористой структуры жидкость из бака удаляют.

Кроме того, в полимеризующееся вещество вводят частицы электропроводного материала.

При этом для введения частиц электропроводного материала в полимеризующееся вещество добавляют частицы оксида любого металла, находящегося в 4-й группе и выше периодической системы элементов с последующим восстановлением металла путем пропускания через смесь водорода при 100^оС.

Кроме того, готовую пористую структуру протравливают концентрированной кислотой. Вспенивание полимера внутри самой оболочки позволяет гарантированно заполнить весь необходимый для этого объема бака пористой структурой с необходимым размером ячеек. Таким образом, весь объем бака разбивается на бесчисленное множество сообщающихся друг с другом микрооболочек. Такая хаотическая ориентация микрооболочек препятствует кумулятивному развитию ударных волн во внутреннем объеме бака в момент аварий, что препятствует возникновению условий для взрыва даже в момент пожара либо сильного удара. При этом полости для установки подающих устройств и распределительные полости в районе горловины бака для его ускоренной заправки обеспечивают размещением в заданных местах закладных элементов, повторяющих очертания нужных полостей, которые затем вынимаются либо выплавляются. В последнем случае элементы выполняются из легкоплавкого материала, например, парафина.

При изготовлении закладного элемента под горловину бака с внешней винтовой поверхностью полученная в результате полость сохраняет заданные очертания, что способствует созданию закрутки подаваемого потока топлива, создания на приемных поверхностях пористой структуры, впитывающей топливо, избыточного давления за счет центробежных сил закрученной струи подаваемого топлива, а также увеличивает суммарный расход подаваемого топлива в соответствии с законом Бернулли.

Такая конструктивная особенность закладного элемента горловины позволяет избежать замедленного заполнения бака ввиду гидравлического сопротивления созданной пористой структуры.

Заливка в оболочку жидкости, например воды, до заливки оболочки вспенивающимся веществом в объеме, определяемом полным перекрытием верхним зеркалом жидкости днища заливаемой оболочки так, что суммарное поперечное сечение занятого жидкостью объема было бы не меньше поперечного сечения заливной горловины бака и установка в днище сливного клапана позволяет после отверждения пористой структуры и слива воды через сливной клапан получить в области днища по всей его поверхности полость с поперечным сечением эквивалентным поперечному сечению горловины. Такое устройство способствует ускоренному наполнению пористого бака, его заполнению по всему объему равномерно, а также одновременной фильтрации топлива с осаждением осадка в образованной полости с предотвращением его последующего смешивания с топливом в момент движения транспортного средства и попадания в двигатель.

При контакте еще жидкого полимеризующегося вспененного вещества с водой в момент формования пористой структуры на границе раздела этих двух сред порообразование происходит под влиянием смачивания полимеризующегося вещества водой, что обеспечивает размер пор, определяемый углом смачивания воды. Это обстоятельство при эксплуатации бака и фильтрации топлива смешанного с водой через такой особо ориентированный на воду слой пористой структуры позволяет отделять воду от топлива и осаждать воду в образованную полость за счет разности в удельных весах и подавать топливо в полость его забора гарантированно очищенным от воды, что особенно важно при эксплуатации такого бака совместно с дизельным двигателем, где даже незначительные примеси воды выводят из строя прецизионную топливную аппаратуру за короткий срок.

Если при этом добавить в полимеризующееся вещество частицы электропроводящего материала, то пористая структура приобретает новое свойство электрода, которое позволяет при отсутствии электрической связи с внешней средой более равномерно распределять электрические статические заряды внутри объема бака и концентрировать их в части объема заполненного топливом за счет существенной разницы в диэлектрической проницаемости топлива и его паров, создавая этим режим бестоковой активации топлива. Без заполнения пористой структуры частицами электропроводящего материала статическое электричество, накапливающееся на стенках пор, создает режим бестоковой активации только по поверхности верхнего зеркала топлива, заполняющего такую структуру. При наличии электрической связи с внешней средой, например за счет введения в полость бака электропровода, электрически соединенного с пористой структурой, возникает возможность как регулировать уровень электростатического потенциала внутри бака установкой между введенным в полость бака электропроводом и массой транспортного средства регулируемого сопротивления, так и подводить регулируемый электропотенциал извне.

Добавка в полимеризующееся вещество частиц оксида любого металла из -4й группы и выше периодической системы с последующим вспениванием водородом при 100^оС позволяет осуществить в момент полимеризации пористой структуры восстановление из оксида металла чистого металла с выделением паров воды, которые по мере завершения процесса выдуваются из полученной таким образом пористой структуры водородом. При этом поверхность пор приобретает микроперфорированный характер на уровне размеров молекул воды, создавая полупроницаемую мембранную структуру. Мембранная структура образующих поры пленок имеет в отличие от обычных фильтрационных материалов с хаотическим распределением каналов строго ориентированную перфорационную структуру, пронизывающую образующие поры пленки только в перпендикулярном к их поверхности направлениям. Такая организация микроканалов позволяет с одной стороны создавать свойственные мембранам обратные потоки, препятствующие забиванию пор частицами загрязнения и способствуя этих их интенсивному осаждению к месту слива, а с другой стороны позволяет осуществлять избирательную проницаемость полученной пористой структуры водой и топливом, т. к. микропоры "рассчитаны" только на молекулы воды, что способствует еще более интенсивному осаждению воды из всего объема бака одновременно без последующего смешивания с топливом при движении транспортного средства.

Образовавшиеся в пористой структуре частицы металла например алюминия, осуществляют одновременно как электрическую проницаемость пористой структуры, так и источник активного обогащения топлива ионами алюминия за счет как собственного статического заряда пористой структуры, так и подвода потенциала извне Такая активация топлива позволяет существенно интенсифицировать процессы горения топлива из-за большого химического средства алюминия к кислороду.

Так взаимодействие алюминия с кислородом по реакции
4Al + 3O₂ = 2AC₂O₃ сопровождается выделением большого количества теплоты: 1672 кДж/моль или 400 ккал/моль.

Это позволяет как экономить топливо, так как та же работа выполняется на его меньших количествах, так и работать на низкооктановых сортах топлив с достижением того же энергетического потенциала, так как температура и давление в камере сгорания повышаются уже за счет дополнительной реакции окисления алюминия.

Добавка к частицам оксида алюминия частиц оксида хрома либо другого металла, находящегося в 4 группе и выше периодической системы элементов, а также их комбинаций, позволяет восстанавливать при вспенивании водородом только оксид алюминия, так как алюминий химически наиболее активен из названного выше ряда металлов и восстановится первым с выделением паров воды, которые вытесняют водород и прерывают процесс восстановления. Такая последовательность обеспечивает насыщение пористой структуры как алюминием, так и оксидом металла из названного ряда, например хрома. Топливо при этом насыщается как ионами алюминия, так и молекулами оксида хрома, которые при высоких температурах в камере сгорания реагируют с восстановлением хрома либо другого металла по реакции
Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Cr
Свободный хром при этом осаждается на поверхностях камеры сгорания свободных от масляной пленки, т. е. местах задиров и наиболее изнашиваемых областях, что позволяет осуществлять режим самовосстановления трущихся поверхностей именно в местах их наибольшего износа. При этом добавки оксидов других металлов из названного ряда дополнительно в топливо позволяет восстанавливать трущиеся поверхности металлическими композициями заданного состава.

Дополнительное протравливание пористой структуры концентрированной кислотой позволяет получать развитые карстовые образования внутри пористой структуры, увеличивая ее насыщаемость топливом и одновременно уменьшая ее гидравлическое сопротивление.

Электрическая связь пористой структуры с внешней средой рассматривалась выше в связи с ее электрической проницаемостью.

На фиг. 1 показан схематический аксонометрический разрез топливного бака, полученного в результате осуществления способа, с заполнением предварительного изготовленной оболочки пористой структурой в виде вспененного полимеризующегося либо застывающего вещества и введением стержневых структур под топливный насос и горловину бака до днища оболочки (стержневые элементы не показаны); на фиг. 2 - то же, с заполнением предварительно изготовленной оболочки пористой структурой в виде вспененного полимеризующегося либо застывающего вещества и введением стержневых структур под топливный насос и горловину бака с зазором относительно днища оболочки (стержневые элементы не показаны) и предварительной заливкой воды, а также установкой электрической связи с внешней средой.

Предположительный характер приведенных на фиг. 1,2 элементов пористых структур, а также их компоновочные схемы не исчерпывают изобретательского замысла способа изготовления топливного бака и являются лишь иллюстрацией возможных вариантов его реализации.

Способ изготовления топливного бака осуществляют следующим образом.

В оболочку 1, изготовленную одним из известных способов путем прессового формования, экструзии с последующим раздувом или центробежным формованием, выполнив по крайней мере два отверстия: для установки всасывающего устройства и под заливную горловину и установив сам патрубок горловины 2 необходимой формы, вводят через горловину 2 закладной элемент цилиндрической формы или с внешней винтовой поверхностью (на фиг. 1,2 не показаны) до длины оболочки либо с зазором относительно него. При этом между горловиной 2 и закладным элементом, установленным в ней, остается воздушный зазор 3. Затем в полость оболочки 1 через отверстие под всасывающее устройство вводят вспененное полимеризующееся либо застывающее вещество, например полиуретан либо жидкий алюминий (если позволяет материал оболочки) и до его отверждения в это же отверстие вставляют стержневой цилиндрический элемент до днища оболочки 1 либо с зазором относительно нее. Введенный закладной элемент как поршень выталкивает из оболочки вспененное вещество через воздушный зазор 3, заполняя последний и остатками выплескиваясь наружу. После отверждения вспененного вещества полость оболочки 1 оказывается полностью заполненной пористой структурой 4. Диаметр пор регулируется режимом вспенивания. Кроме того, вспенивание может быть проведено и внутри самой полости, используя полый стержневой элемент под всасывающее устройство как отверстие для заполнения и отвода газов.

После этой операции закладные элементы извлекают, оставляя пористый цилиндрический либо винтовой канал 5 в горловине бака и пористый цилиндрический колодец 6 под установку всасывающего устройства. Затем в днище полученного таким образом бака просверливают отверстие под установку сливного клапана 7.

При этом при введении закладного элемента под всасывающее устройство до днища оболочки образуется сквозной колодец 6 (фиг. 1), а в случае установки закладного элемента с зазором относительно днища оболочки образуется пористая перемычка 8, отделяющая всасывающий колодец 6 и сливное отверстие 7.

Для образования полости 9 (фиг. 2 - в нижней части пористой структуры по всей поверхности днища оболочки бака с поперечным сечением не меньше поперечного сечения заливной горловины бака в готовую оболочку вводят до вспененного вещества воду либо другую жидкость в соответствующем количестве и после полимеризации пены сливают через отверстие 7.

Кроме того, с целью обеспечения повышенной электропроводности пористой структуры в полимеризующееся вещество добавляют частицы электропроводящего материала, например порошок алюминия. При вспенивании полимеризующегося вещества с добавкой оксида алюминия водородом при 100^оС водород восстанавливает алюминий из оксида с выпариванием из пор воды с образованием мембранной структуры пленок, из которых образованы поры. При этом размер отверстий в мембранной структуре определяется в этом случае размером молекул воды, что способствует при эксплуатации ее отделению из топлива на уровне каждой заполненной им поры.

Введение в полимеризующееся вещество помимо оксида алюминия еще и оксида любого другого менее активного металла позволяет при восстановлении их водородом при 100^оС восстанавливать только алюминий, т. к. выделяющиеся пары воды прекращают дальнейшее протекание процесса гидрирования.

Также для развития внутрипористых структур карстовых образований с целью лучшей их проницаемости и насыщаемости топливом пористые структуры протравливают концентрированной кислотой, лучше азотной, если в качестве добавок использован алюминий.

Электрическую связь электропроводной пористой структуры осуществляют механическим креплением к ней проводника 10 с герметичным выводом его наружу.

Эксперименты показали, что результирующая пористая структура занимает не более 3. . . 5% от общего объема топливного бака.

Предлагаемая технология изготовления топливного бака позволяет получать простую в изготовлении техническую систему, осуществляющую целый ряд операций по очистке топлива от примесей загрязнений воды, их автоматического удаления, а также по его насыщению средствами активации горения в камере сгорания двигателя, что в конечном итоге повышает его КПД обеспечивает больший ресурс за счет отсутствия нагарообразований, а также существенно влияет на чистоту выхлопа. Заявка ФРГ N 3905611, кл. В 60 K 15/02, 1989.

Заявка Франции N 2629397, кл. В 60 К 15/02, 1982.

Изобретение относится к способам изготовления топливных баков транспортных средств, в частности к способам изготовления топливных баков со средствами воздействия на распределение топлива или его регулирование, например предотвращение шума, волнообразования, разбрызгивания, спонтанной детонации и связанной с этим пожароопасностью. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик топливного бака и расширение функциональных возможностей. По способу изготовления топливного бака, включающему изготовление оболочки, замыкающей в себе пористую структуру, последнюю образуют вспениванием полимеризующегося или застывающего вещества, например полиуретана либо жидкого алюминия, с повторением формы оболочки, учитывая закладные элементы по крайней мере под горловину бака и установку топливного насоса, которые достигают днища оболочки либо заканчиваются вблизи нее и которые впоследствие удаляются. При этом ряд дополнительных операций, касающихся особенностей формовки и распределения в объеме топливного бака создаваемой в процессе изготовления пористой структуры, обеспечивает баку новую совокупность свойств. 8 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОГО БАКА транспортных средств, включающий формирование в полости бака средства демпфирования жидкости в виде пористой структуры, отличающийся тем, что перед операцией формирования пористой структуры в полости бака размешают закладные элементы по крайней мере под горловину и всасывающее устройство, а формирование пористой структуры осуществляют по всему объему бака путем вспенивания самоотвердевающегося вещества, после чего удаляют закладные элементы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используется закладной элемент под горловину бака с внешней поверхностью винтовой формы. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве самоотвердевающегося вещества используют полимеризующееся вещество. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве полимеризующегося вещества используют полиуретан. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве самоотвердевающегося вещества используют жидкий алюминий. 6. Способ по пп. 1-4, отличающийся тем, что размещение закладных элементов в полости бака осуществляют с зазором к его днищу, после чего в бак подают жидкость до образования слоя глубиной, не превышающей величину зазора между закладными элементами и днищем, и по завершении формирования пористой структуры жидкость из бака удаляют. 7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в полимеризующееся вещество вводят частицы электропроводного материала. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для введения частиц электропроводного материала в полимеризующееся вещество добавляют частицы оксида любого металла, находящегося в 4-й группе и выше Периодической системы элементов с последующим восстановлением металла путем пропускания через смесь водорода при 100 ^oС, а операцию вспенивания осуществляют одновременно пропускаемым газом. 9. Способ по пп. 1-8, отличающийся тем, что готовую пористую структуру протравливают концентрированной кислотой.