專利名稱：用于供應內燃機的系統以及制造該系統中燃料箱的方法
技術領域：
本發明涉及用于流體流動(液體和/或氣體)的密封管道。
更具體地，本發明涉及一種密封的復合管道，該復合管道通過將至少兩個由熱塑性材料制成的中空構件結合在一起而形成。
背景技術：
在汽車工業中，在內燃機供應系統中大量地使用了熱塑性塑料。特別地，所述熱塑性塑料用于制造燃料箱以及將燃料箱連接到所述內燃機燃燒室的管子。
機動車輛燃料箱通常由擠出-吹塑模制工藝形成。從而，獲得了一個殼，通過所述的殼形成用來容置所述內燃機燃料供應系統功能設備的開口。
用于將燃料供應至所述內燃機燃燒室的管子通常經過經較準的噴嘴連接到燃料箱。流入這些導管內的燃料的更高溫度(在高效柴油機的情形下，溫度可以達到130℃及更高)、以及與碳氫化合物排入到大氣相關的更為嚴格的標準要求使用復雜的噴嘴，所述復雜噴嘴同時地具有很高的耐熱性、很好的抗機械性能、對揮發燃料的低滲透率以及可以氣密地密封到燃料箱以及導管。
為了獲得此效果，文獻US-5 443 098提出了一種由兩種材料形成的噴嘴，其包括兩個并置地、分別由兩種不同熱塑性聚合物形成的管子。將與燃料箱連接的管子由一種烯烴聚合物(建議使用高密度的聚乙烯)形成，而將與導管連接的管子由具有很高耐熱性的聚合物[建議使用聚酰胺樹脂，尤其是那些以Nylon(DuPont)的名稱在市場上銷售的聚酰胺樹脂]形成。噴嘴通過注塑成型工藝而獲得，所述的兩個管子通過二級模塑成形(double-shot injection moulding)技術而形成，從而連接在一起。當兩個管子的聚合物不兼容時，對它們進行化學處理以使之粘合。
這些已知噴嘴的制造是困難且昂貴的。特別地，在兩個管子之間形成一個氣密地密封且機械強度很大的結合通常是很困難的。此外，每當需要改變一種聚合物時(例如為了與某一規格的要求相符合)，則必須對噴嘴兩個管子的材料都進化學修改。從而，這些已知的噴嘴具有另外的缺點其構造缺乏靈活性。
發明內容
本發明的目的在于減少或消除已知的由兩種材料制成的、用于循環熱的流體的管道的缺點，該目的是通過提供一種由兩種材料制成的管道而實現的，在本發明的管道中，位于兩個組成構件之間的結合處被氣密地密封住，并且是機械強度高和耐熱的，其制造并不昂貴并且不取決于在該管道的兩個構件中所應用的聚合物的性質。
本發明涉及一種為內燃機提供液體燃料的系統，該系統包括一個燃料箱、一個用于在所述內燃機和燃料箱之間循環熱燃料的管子、以及至少一個用于將該管子結合到燃料箱的密封的復合接合管道，其特征在于所述的復合接合管道包括至少兩個中空構件，各中空構件基于不同的塑料，所述的中空構件機械地彼此連接且彼此連通，并且在所述構件之間包括包覆成型(overmould)的密封件。
在依據本發明的供應系統中，燃料箱將用來容置所述內燃機的燃料。燃料是汽油、石油、柴油、酒精或液化氣是無關緊要的。從這樣的材料中選擇用于制造燃料箱的塑料其對于通常容置在燃料箱內的燃料而言是不可滲透的、并且對于所述的燃料而言是化學惰性的。有利地，使用從烯烴、尤其是從乙烯衍生出來的聚合物及共聚物。在燃料箱將用于容置從石油中獲得的揮發性易燃液體的情形下，特別推薦采用聚乙烯，尤其是高密度的聚乙烯。
連接到所述內燃機的管子通常包括一個用于將燃料輸入所述內燃機燃燒室內的歧管。作為一個變例，尤其是在柴油內燃機的情形下，其可以包括一個用于將燃料從燃燒室返回到燃料箱的歧管。所述管子由相對于在其內流動的流體而言是化學惰性的、不可滲透的塑料制成，該塑料可以在其內流動的流體的溫度下(在某些場合中，此溫度可超過100℃并達到120或130℃或更高)保持住機械性能。特別地，由內酰胺衍生出的聚合物及共聚物(lactam-derived polymers and copolymers)、聚酰胺樹脂(polyamide resins)以及聚縮醛(polyacetals)是非常適合的。
在依據本發明的供應系統中，燃料箱及上述的管子通過一個密封的復合接合管道而連接在一起的，依據本發明，該復合接合管道通過將兩個中空塑料構件結合在一起而形成。在依據本發明的供應系統中，所述密封復合接合管道的一個中空構件可由與燃料箱相同的聚合材料制成，而另一個中空構件可由與所述管子相同的聚合材料制成。優選的，所述密封件的材料對于所述內燃機的燃料而言是不可滲透的以及化學惰性的。
依據本發明的供應系統包括一個密封的復合管道，該復合管道包括至少兩個中空構件，各中空構件都基于不同的塑料，所述的構件彼此連接且彼此連通；依據本發明，所述兩個構件彼此機械地連接并在其間包括一個包覆成型的密封件，該密封件由彈性體材料或其它通常用于制造密封件的材料制成。
包括于依據本發明的系統中的復合管道用于傳送熱的流體，該熱流體可以是液體、氣體或蒸氣。優選地，對于其通常傳送的流體而言，復合管道的至少一部分是不可滲透的。
在本發明中，“熱的流體”意味著流體的溫度高于環境溫度，優選地高于100℃，更優選地高于120℃。
通過將至少兩個中空構件結合到一起而形成所述的復合管道。作為一個變例，取決于其應用，其可包括多于兩個的中空構件。中空構件設計成在復合管道的正常應用中，所述中空構件允許流體流過。
根據定義，包括于依據本發明的系統中的復合管道的構件所采用的塑料使得所述構件可通過模制成型。所述塑料通常為合成聚合物或共聚物。在本發明中，塑料的選擇并不是非常重要的，其本質上取決于復合管道所使用的應用環境。通常，從這樣的材料中選擇各中空構件的塑料所述塑料對于需要在其內流動的燃料而言，在正常的操作溫度及壓力下是抗機械力的、耐化學腐蝕的。通常地，熱塑性聚合物和共聚物是優選的。依據本發明，復合管道的中空構件基于不同的塑料——具有不同的物理和/或化學性能(例如不同的熔化溫度或不同的機械強度)。
術語“基于”應當理解成意味著所涉及的材料是各構件的主要構成材料(在重量上)。這并不排除所述塑料可包括添加劑——例如通常用于塑料的填料、色素、安定劑、增塑劑等——的可能。也不排除可以是塑料混合體的可能。
對于本發明而言，中空構件的形狀和尺寸并不是非常重要的，其也取決于復合管道所使用的應用。為了給出一個示例，中空構件的形式可以是圓的、圓柱形的或環形腔的直的或彎的槽、管子、噴嘴或歧管的形式，或任意其它合適的輪廓。只要當兩個構件結合在一起時可形成一個密封的復合管道，兩個構件可具有相同的輪廓或相同的形狀，或具有不同的輪廓或形狀。
依據本發明，所述兩個中空構件之間包括有一個包覆成型的密封件。在本說明書中，表達“包覆成型的密封件”意味著通過將所述構件中的一個包覆成型在另一個上，所述密封件被束縛地保持在兩個構件之間。根據定義，將一個構件包覆成型在另一個構件上是一種模制操作，其中在一個已經容置有一個構件的模具中模制另一個構件，預先通過任意適當的方法來制造所述前一個構件。包覆成型是一種在塑料模制中公知的技術。
包括于依據本發明的系統中的復合管道的包覆成型密封件的功能在于在兩個中空的構件之間提供一個密封結合。從而，其形狀將取決于所述兩個構件的形狀，并必須在各特定情形中確定。通常地，優選地使用環形的密封件，所述密封件優選地具有圓形或半圓形截面。對于本發明而言，密封件的材料并不是非常重要的。其實質上將取決于包括在依據本發明的系統中的復合管道所使用的應用環境。通常，從這樣的材料中選擇包覆成型密封件的材料其對于需要在復合管道內流動的、與該材料接觸的流體而言，在正常操作溫度及壓力下，是抗機械力的以及耐化學腐蝕的。例如，密封件可由天然橡膠或合成橡膠制成。通常，合成聚合物——其可以是彈性體或非彈性體——是優選的。彈性體的聚合物和共聚物是優選地。更為優選地，采用例如腈、碳氟化合物以及氟硅氧烷等彈性體。
此外，依據本發明，復合管道的兩個構件彼此機械地連接。可以理解，根據此表達，一個實質的機械結合(與化學結合相反)將兩個構件聯結起來并將之緊固在一起。可使用任意適當的機械裝置來實現兩個構件之間的機械連接。
在包括于依據本發明的系統中的復合管道的一個優選實施方式中，兩個中空的構件通過一嚙合元件而機械地連接，所述的嚙合元件形成了該兩個構件之一的一部分，依據上述對包覆成型的定義，該元件在包覆成型的過程中嵌入在另一個構件的組成塑料中。
包括于依據本發明的系統中的復合管道可有利地應用于將用于傳送氣體、蒸氣或液體的管子、箱或其它構件結合起來。其可有利地在汽車工業中應用于內燃機供應管道中。在內燃機中，通常使易燃流體沿著管子在高溫區域和低溫區域之間流動。從而，在高性能的柴油機中，從燃燒室或共軌高壓泵或噴油器而流回回流管路中的燃料的溫度常常高于100℃，通常接近120到130℃，而車輛燃料箱中燃料的溫度大致與環境溫度相同。依據本發明的燃料系統可有利地應用于此種車輛中，用于將熱的燃料返回到燃料箱內。在本發明的這種應用中，包括在依據本發明的系統中的復合管道構件之一直接地耦合到燃料箱，而另一個構件氣密地耦合到一個軟管，該軟管例如可包括熱的氣體或液體歧管。
在包括于依據本發明的系統中的復合管道的一個特定實施方式中，其特別地適合于剛剛在上面討論過的應用場合，管道中空構件之一包括一個噴嘴，所述噴嘴接合在一個形成另一構件之至少一部分的套筒內，包覆成型的密封件設置在噴嘴和套筒之間，套筒密封地耦合到一個燃料箱(例如通過焊接)，而噴嘴密封地耦合到一個軟管(例如通過焊接或機械結合，例如一個軟管夾)。本發明的這個實施方式特別地設計用于裝配內燃機——用于推進機動車輛(汽車、卡車、船舶、機車)或用于驅動機器(例如用于驅動交流發電機的活塞發動機或燃氣輪機)的內燃機。在本發明的這個應用中，套筒通常可由從烯烴聚合物及共聚物中選出的塑料制成。在燃料箱將用于容置從石油中獲得的揮發易燃液體的情形下，特別推薦聚乙烯(尤其是高密度的聚乙烯)。噴嘴由從聚合物及共聚物中選出的、可經受高溫燃料的塑料制成。最適合的聚合物(共聚物)必須由本領域內的技術人員根據各特定情況、取決于情形而確定。從內酰胺衍生出的聚酰胺樹脂以及聚合物和共聚物是非常適合的，尤其是聚12內酰胺(polydodecanolactam，PA12)和聚縮醛，特別是聚甲醛(POM)。也可能需要在聚合物中包括填料——例如玻璃纖維——以獲得更好的機械性能(例如機械強度)。在管道的注塑過程中，玻璃纖維意圖趨于自行確定方向，特別是沿著注入材料的流線方向。因此，使用POM是特別有利的，其有助于獲得相等的機械性能而無需另外的添加劑。密封件可由熱塑性聚合物——優選地為彈性體——制成，其有利地從烯烴聚合物、烯烴共聚物、乙烯基聚合物(共聚物)、腈以及含氟彈性體中選擇。后者給出了良好的效果。
在包括于依據本發明的系統中的復合管道的另一個特定實施方式中，一個金屬盤插入到所述兩個構件之間。根據上述包覆成型的定義，此盤有利地包覆成型于兩個構件之間。在本發明的這個實施方式中，金屬盤的功能在于允許在例如回收或材料再生過程中通過一個金屬探測器來探測包括于依據本發明的系統中的復合管道。盤可由任意的可由金屬探測器定位的金屬材料(金屬、合金或金屬化合物)制造。對于本發明而言，該盤的形狀和尺寸并不是非常重要的，但必須對之進行選擇以使之能夠被金屬探測器探測到。對于本發明而言，所述盤在復合管道中的位置并不是非常重要的。其優選地位于管道的一個區域中——該區域在管道的正常使用時不會有與在管道內流動的流體接觸的危險。
本發明還涉及一種制造包括于依據本發明的系統中的燃料箱的方法，該方法的特征在于，通過將由塑料制成的一個第一中空構件與由不同塑料制成的一個第二中空構件以下述的方式結合在一起而制造一個用于將管子結合到燃料箱的密封復合接合管道首先形成所述的第一構件，然后將此第一構件與一個密封件設置在一個模具中，然后通過在所述的模具中包覆成型于所述第一構件與密封件上而形成所述的第二構件。
在上文中限定了用于依據本發明的方法中的兩個中空構件以及密封件。
在依據本發明的方法中，第一構件的制造方式并不是非常重要的。優選地選擇一個模制工藝，其有利地為一個注塑工藝。
為了制造第二中空構件，后者的熔化塑料被注入一個適合的模具中，包覆于第一構件(其已經在之前固化了)和密封件上。從而，在第二構件的塑料固化之后，第二中空構件的熔化塑料逐漸地包覆住提供了兩個構件之間所需密封的密封件。有利地，對第二中空構件采用注塑方法。
密封件必須設計成能夠以密封的方式插入在兩個構件之間，而第二構件被注入到模具中包覆在第一構件上。盡管如此，對于本發明而言，密封件的形狀、尺寸、材料以及制造方法并不是非常重要的，其實質上取決于將要制造的復合管道的形狀、尺寸以及應用。
在實施依據本發明的方法的一種特別方式中，第一中空元件設置有一個嚙合元件，該嚙合元件然后在第二構件的模制過程中被嵌入第二構件的塑料內。當第二中空構件的塑料固化后，嚙合元件在兩個構件之間形成一種機械連接，將密封件保持在兩個構件之間的密封位置上。在這種實施依據本發明方法的方式中，嚙合元件可以為第一構件的一個整體部分，并在后者(第一構件)的模制過程中獲得。
在實施依據本發明的方法的另一種特別方式中，在將第二構件的塑料倒入模具之前，在容置第一構件的模具中設置一個金屬盤。在上文中解釋了金屬盤及其功能。在本發明的此種實施方式中，金屬盤的位置如此地設置當復合管道從模具中取走后，金屬盤保持在復合管道的壁中。
包括于依據本發明的系統中的復合管道適于液體、氣體或蒸氣的流過。其特別地適合用作一個位于含有不同溫度的流體的設備之間的耦合管道，通常，用作位于一個含有高溫流體的設備與另一個含有相同的低溫流體的設備之間的耦合管道。作為一個變例，其可用于耦合兩個設備，所述兩個設備含有相同的、處在兩種狀態下的化學物質(在一個設備中為液狀，而在另一個設備中為氣態)。
依據本發明的復合管道可在許多場合下應用于液體、氣體或蒸氣的流動，特別是在化學工業和石化工業中。
包括于依據本發明的系統中的復合管道特別適用于汽車工業中，用于為內燃機供應燃料。
包括于依據本發明而制造的燃料系統中的復合管道還可包括一管接頭(nipple)——該管接頭相對于燃料蒸氣的滲透率是低的。
通過下文對附圖的描述，可以清楚本發明的具體特征以及細節圖1為依據本發明的復合管道的一個特定實施方式的半剖視圖；圖2為圖1中復合管道的側剖視圖；以及圖3為圖1和2中復合管道的俯視圖。
這些圖并不是按比例繪制的。總體而言，相同的參考標號指代相同的構件。
具體實施例方式
示于圖1至3的復合管道包括一個由高密度聚乙烯(HDPE)制成的圓筒形的套筒1、以及一個由聚12內酰胺(PA12)制成的噴嘴2。噴嘴2具有兩個相互大致成直角的直的部分3和4。噴嘴2的部分3穿過套筒1內的一個圓形開口5。圓形開口5包括一個由氟橡膠(FPM)制成的O形環6。噴嘴2的一個插入到位于套筒1的相應凹槽中的側緣7形成一個嚙合元件以獲得一個機械連接，使得套筒1不能從噴嘴2脫離。
一個金屬盤8也插入在套筒1和噴嘴2之間。套筒1的前表面10將焊接到車輛的HDPE燃料箱，而噴嘴2的部分4將連接到一根與車輛所述內燃機相連的管子。
示于圖中的復合管道的制造開始于在一個注塑模具中制造噴嘴2。在PA12固化后，從模具中取出包括有兩個部分3和4以及側緣7的噴嘴2。然后，將噴嘴2設置在一個適于形成套筒1的模具中，密封件6插入到噴嘴部分3的周圍，使得該密封件抵壓后者(部分3)的肩部9，且保持桿設置在此密封件的下方以將其保持在適當的位置上。金屬盤8設置在模具中，其此刻位于噴嘴2上。然后，用于形成套筒1的塑料被注入模具中，以包覆成型密封件6、噴嘴2的凸緣7和盤8且將這些構件嵌入。最后，從模具取出所述部件(part)，并且移開以及用于保持密封件的所述桿，在圓筒形的套筒1中留下凹入部分11。
權利要求
1.一種用于為內燃機提供液體燃料的系統，該系統包括一個燃料箱、用于在所述內燃機和燃料箱之間循環熱燃料的管子、以及至少一個用于將所述管子結合到燃料箱的密封式復合接合管道，其特征在于所述復合接合管道包括至少兩個中空構件(1、2)，各中空構件基于不同的塑料，所述的至少兩個中空構件機械地彼此連接且彼此連通，并且在所述至少兩個中空構件之間包括包覆成型的密封件(6)。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于所述兩個中空構件(1、2)通過一個嚙合元件(7)而機械地連接，所述嚙合元件形成所述構件之一的一部分并且嵌入在形成另一構件的塑料中。
3.如權利要求1或2所述的系統，其特征在于所述兩個構件(1、2)之一包括一個噴嘴(2)，所述噴嘴接合在另一構件的一個套筒(1)內，并且該套筒(1)密封地耦合到一個燃料箱，而噴嘴(2)密封地耦合到一個軟管。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于所述套筒(1)的塑料選自烯烴聚合物(共聚物)，所述噴嘴(2)的塑料選自內酰胺衍生出的聚合物(共聚物)、聚酰胺樹脂以及聚縮醛，而密封件(6)由選自腈和含氟彈性體的彈性體制成。
5.如權利要求4所述的系統，其特征在于所述噴嘴(2)的塑料為聚甲醛(POM)。
6.如權利要求1至5中任一項所述的系統，其特征在于一個金屬盤(8)插入在所述兩個構件(1、2)之間。
7.一種制造包括于如權利要求1至6中任一項所述的系統中的燃料箱的方法，所述方法的特征在于，通過將由塑料制成的第一中空構件結合到由不同塑料制成的第二中空構件而制造一個用于將所述管子結合到燃料箱的密封式復合接合管道，其中所述第一中空構件與所述第二中空構件的結合方式為首先通過模制而形成所述第一構件(2)，然后將此第一構件與一個塑料密封件(6)設置在一個模具中，然后通過在所述的模具中包覆成型于所述第一構件與密封件上而形成所述第二構件(1)。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述第一中空構件(2)設置有一個嚙合元件(7)，該嚙合元件(7)然后在第二構件的模制過程中嵌入在形成所述第二構件(1)的塑料內。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于為了模制所述的第一構件(2)，選擇一種塑料，該塑料的耐熱性能優于所述第二構件(1)的塑料的耐熱性能。
10.如權利要求7至9中任一項所述的方法，其特征在于在形成所述的第二構件(1)之前，將一個金屬盤(8)設置在容置有所述第一構件(2)的模具中。
全文摘要
一種為內燃機提供液體燃料的系統，該系統包括一個燃料箱、用于在所述內燃機和燃料箱之間循環熱燃料的管子、以及至少一個用于將所述管子結合到燃料箱的密封式復合接合管道。所述復合接合管道包括至少兩個中空構件(1、2)，各中空構件基于不同的塑料，所述的構件機械地彼此連接且彼此連通，并且在所述構件之間包括一個包覆成型的密封件(6)。
文檔編號F16L47/26GK1860012SQ200480028009
公開日2006年11月8日 申請日期2004年9月24日 優先權日2003年9月26日
發明者貝特朗·蒂斯林 申請人:因勒紀汽車系統研究公司