CN100488748C - 制造密封式复合接合管道的方法及为内燃机供燃料的系统 - Google Patents

Abstract

一种制造密封式复合接合管道的方法及具有该管道的系统，其中，通过将塑料的第一中空构件结合到不同塑料的第二中空构件而制造密封式复合接合管道，其中第一中空构件与第二中空构件的结合方式为：首先通过模制形成第一中空构件，然后将此第一构件与塑料密封件设置在模具中，通过在模具中包覆成型于第一构件与密封件上而形成第二中空构件，密封件是由弹性聚合物或共聚物制成的环形密封件，当将第二中空构件的塑料浇注在模具中的第一中空构件上时，该密封件被第二中空构件的塑料逐渐包覆。该方法使得在第一中空构件与第二中空构件之间提供良好的机械密封，且降低了成本。

Description

制造密封式复合接合管道的方法及为内燃机供燃料的系统

技术领域

本发明涉及用于流体流动(液体和/或气体)的密封管道。

更具体地，本发明涉及一种密封的复合管道，该复合管道通过将至少两个由热塑性材料制成的中空构件结合在一起而形成。

背景技术

在汽车工业中，在内燃机供应系统中大量地使用了热塑性塑料。特别地，所述热塑性塑料用于制造燃料箱以及将燃料箱连接到所述内燃机燃烧室的管子。

机动车辆燃料箱通常由挤出-吹塑模制工艺形成。从而，获得了一个壳，通过所述的壳形成用来容置所述内燃机燃料供应系统功能设备的开口。

用于将燃料供应至所述内燃机燃烧室的管子通常经过经较准的喷嘴连接到燃料箱。流入这些导管内的燃料的更高温度(在高效柴油机的情形下，温度可以达到130℃及更高)、以及与碳氢化合物排入到大气相关的更为严格的标准要求使用复杂的喷嘴，所述复杂喷嘴同时地具有很高的耐热性、很好的抗机械性能、对挥发燃料的低渗透率以及可以气密地密封到燃料箱以及导管。

为了获得此效果，文献US-5 443 098提出了一种由两种材料形成的喷嘴，其包括两个并置地、分别由两种不同热塑性聚合物形成的管子。将与燃料箱连接的管子由一种烯烃聚合物(建议使用高密度的聚乙烯)形成，而将与导管连接的管子由具有很高耐热性的聚合物[建议使用聚酰胺树脂，尤其是那些以

(DuPont)的名称在市场上销售的聚酰胺树脂]形成。喷嘴通过注塑成型工艺而获得，所述的两个管子通过二级模塑成形(double-shot injection moulding)技术而形成，从而连接在一起。当两个管子的聚合物不兼容时，对它们进行化学处理以使之粘合。

这些已知喷嘴的制造是困难且昂贵的。特别地，在两个管子之间形成一个气密地密封且机械强度很大的结合通常是很困难的。此外，每当需要改变一种聚合物时(例如为了与某一规格的要求相符合)，则必须对喷嘴两个管子的材料都进化学修改。从而，这些已知的喷嘴具有另外的缺点：其构造缺乏灵活性。

发明内容

本发明的目的在于减少或消除已知的由两种材料制成的、用于循环热的流体的管道的缺点，该目的是通过提供一种由两种材料制成的管道而实现的，在本发明的管道中，位于两个组成构件之间的结合处被气密地密封住，并且是机械强度高和耐热的，其制造并不昂贵并且不取决于在该管道的两个构件中所应用的聚合物的性质。

本发明涉及一种为内燃机提供液体燃料的系统，该系统包括一个燃料箱、一个用于在所述内燃机和燃料箱之间循环热燃料的管子、以及至少一个用于将该管子结合到燃料箱的密封的复合接合管道，其特征在于：所述的复合接合管道包括至少两个中空构件，各中空构件基于不同的塑料，所述的中空构件机械地彼此连接且彼此连通，并且在所述构件之间包括包覆成型(overmould)的密封件。

在依据本发明的供应系统中，燃料箱将用来容置所述内燃机的燃料。燃料是汽油、石油、柴油、酒精或液化气是无关紧要的。从这样的材料中选择用于制造燃料箱的塑料：其对于通常容置在燃料箱内的燃料而言是不可渗透的、并且对于所述的燃料而言是化学惰性的。有利地，使用从烯烃、尤其是从乙烯衍生出来的聚合物及共聚物。在燃料箱将用于容置从石油中获得的挥发性易燃液体的情形下，特别推荐采用聚乙烯，尤其是高密度的聚乙烯。

连接到所述内燃机的管子通常包括一个用于将燃料输入所述内燃机燃烧室内的歧管。作为一个变例，尤其是在柴油内燃机的情形下，其可以包括一个用于将燃料从燃烧室返回到燃料箱的歧管。所述管子由相对于在其内流动的流体而言是化学惰性的、不可渗透的塑料制成，该塑料可以在其内流动的流体的温度下(在某些场合中，此温度可超过100℃并达到120或130℃或更高)保持住机械性能。特别地，由内酰胺衍生出的聚合物及共聚物(1actam-derived polymers and copolymers)、聚酰胺树脂(polyamide resins)以及聚缩醛(polyacetals)是非常适合的。

在依据本发明的供应系统中，燃料箱及上述的管子通过一个密封的复合接合管道而连接在一起的，依据本发明，该复合接合管道通过将两个中空塑料构件结合在一起而形成。在依据本发明的供应系统中，所述密封复合接合管道的一个中空构件可由与燃料箱相同的聚合材料制成，而另一个中空构件可由与所述管子相同的聚合材料制成。优选的，所述密封件的材料对于所述内燃机的燃料而言是不可渗透的以及化学惰性的。

依据本发明的供应系统包括一个密封的复合管道，该复合管道包括至少两个中空构件，各中空构件都基于不同的塑料，所述的构件彼此连接且彼此连通；依据本发明，所述两个构件彼此机械地连接并在其间包括一个包覆成型的密封件，该密封件由弹性体材料或其它通常用于制造密封件的材料制成。

包括于依据本发明的系统中的复合管道用于传送热的流体，该热流体可以是液体、气体或蒸气。优选地，对于其通常传送的流体而言，复合管道的至少一部分是不可渗透的。

在本发明中，“热的流体”意味着流体的温度高于环境温度，优选地高于100℃，更优选地高于120℃。

通过将至少两个中空构件结合到一起而形成所述的复合管道。作为一个变例，取决于其应用，其可包括多于两个的中空构件。中空构件设计成：在复合管道的正常应用中，所述中空构件允许流体流过。

根据定义，包括于依据本发明的系统中的复合管道的构件所采用的塑料使得所述构件可通过模制成型。所述塑料通常为合成聚合物或共聚物。在本发明中，塑料的选择并不是非常重要的，其本质上取决于复合管道所使用的应用环境。通常，从这样的材料中选择各中空构件的塑料：所述塑料对于需要在其内流动的燃料而言，在正常的操作温度及压力下是抗机械力的、耐化学腐蚀的。通常地，热塑性聚合物和共聚物是优选的。依据本发明，复合管道的中空构件基于不同的塑料——具有不同的物理和/或化学性能(例如不同的熔化温度或不同的机械强度)。

术语“基于”应当理解成：意味着所涉及的材料是各构件的主要构成材料(在重量上)。这并不排除所述塑料可包括添加剂——例如通常用于塑料的填料、色素、安定剂、增塑剂等——的可能。也不排除可以是塑料混合体的可能。

对于本发明而言，中空构件的形状和尺寸并不是非常重要的，其也取决于复合管道所使用的应用。为了给出一个示例，中空构件的形式可以是圆的、圆柱形的或环形腔的直的或弯的槽、管子、喷嘴或歧管的形式，或任意其它合适的轮廓。只要当两个构件结合在一起时可形成一个密封的复合管道，两个构件可具有相同的轮廓或相同的形状，或具有不同的轮廓或形状。

依据本发明，所述两个中空构件之间包括有一个包覆成型的密封件。在本说明书中，表达“包覆成型的密封件”意味着：通过将所述构件中的一个包覆成型在另一个上，所述密封件被束缚地保持在两个构件之间。根据定义，将一个构件包覆成型在另一个构件上是一种模制操作，其中在一个已经容置有一个构件的模具中模制另一个构件，预先通过任意适当的方法来制造所述前一个构件。包覆成型是一种在塑料模制中公知的技术。

包括于依据本发明的系统中的复合管道的包覆成型密封件的功能在于：在两个中空的构件之间提供一个密封结合。从而，其形状将取决于所述两个构件的形状，并必须在各特定情形中确定。通常地，优选地使用环形的密封件，所述密封件优选地具有圆形或半圆形截面。对于本发明而言，密封件的材料并不是非常重要的。其实质上将取决于包括在依据本发明的系统中的复合管道所使用的应用环境。通常，从这样的材料中选择包覆成型密封件的材料：其对于需要在复合管道内流动的、与该材料接触的流体而言，在正常操作温度及压力下，是抗机械力的以及耐化学腐蚀的。例如，密封件可由天然橡胶或合成橡胶制成。通常，合成聚合物——其可以是弹性体或非弹性体——是优选的。弹性体的聚合物和共聚物是优选地。更为优选地，采用例如腈、碳氟化合物以及氟硅氧烷等弹性体。

此外，依据本发明，复合管道的两个构件彼此机械地连接。可以理解，根据此表达，一个实质的机械结合(与化学结合相反)将两个构件联结起来并将之紧固在一起。可使用任意适当的机械装置来实现两个构件之间的机械连接。

在包括于依据本发明的系统中的复合管道的一个优选实施方式中，两个中空的构件通过一啮合元件而机械地连接，所述的啮合元件形成了该两个构件之一的一部分，依据上述对包覆成型的定义，该元件在包覆成型的过程中嵌入在另一个构件的组成塑料中。

包括于依据本发明的系统中的复合管道可有利地应用于将用于传送气体、蒸气或液体的管子、箱或其它构件结合起来。其可有利地在汽车工业中应用于内燃机供应管道中。在内燃机中，通常使易燃流体沿着管子在高温区域和低温区域之间流动。从而，在高性能的柴油机中，从燃烧室或共轨高压泵或喷油器而流回回流管路中的燃料的温度常常高于100℃，通常接近120到130℃，而车辆燃料箱中燃料的温度大致与环境温度相同。依据本发明的燃料系统可有利地应用于此种车辆中，用于将热的燃料返回到燃料箱内。在本发明的这种应用中，包括在依据本发明的系统中的复合管道构件之一直接地耦合到燃料箱，而另一个构件气密地耦合到一个软管，该软管例如可包括热的气体或液体歧管。

在包括于依据本发明的系统中的复合管道的一个特定实施方式中，其特别地适合于刚刚在上面讨论过的应用场合，管道中空构件之一包括一个喷嘴，所述喷嘴接合在一个形成另一构件之至少一部分的套筒内，包覆成型的密封件设置在喷嘴和套筒之间，套筒密封地耦合到一个燃料箱(例如通过焊接)，而喷嘴密封地耦合到一个软管(例如通过焊接或机械结合，例如一个软管夹)。本发明的这个实施方式特别地设计用于装配内燃机——用于推进机动车辆(汽车、卡车、船舶、机车)或用于驱动机器(例如用于驱动交流发电机的活塞发动机或燃气轮机)的内燃机。在本发明的这个应用中，套筒通常可由从烯烃聚合物及共聚物中选出的塑料制成。在燃料箱将用于容置从石油中获得的挥发易燃液体的情形下，特别推荐聚乙烯(尤其是高密度的聚乙烯)。喷嘴由从聚合物及共聚物中选出的、可经受高温燃料的塑料制成。最适合的聚合物(共聚物)必须由本领域内的技术人员根据各特定情况、取决于情形而确定。从内酰胺衍生出的聚酰胺树脂以及聚合物和共聚物是非常适合的，尤其是聚12内酰胺(polydodecanolactam，PA12)和聚缩醛，特别是聚甲醛(POM)。也可能需要在聚合物中包括填料——例如玻璃纤维——以获得更好的机械性能(例如机械强度)。在管道的注塑过程中，玻璃纤维意图趋于自行确定方向，特别是沿着注入材料的流线方向。因此，使用POM是特别有利的，其有助于获得相等的机械性能而无需另外的添加剂。密封件可由热塑性聚合物——优选地为弹性体——制成，其有利地从烯烃聚合物、烯烃共聚物、乙烯基聚合物(共聚物)、腈以及含氟弹性体中选择。后者给出了良好的效果。

在包括于依据本发明的系统中的复合管道的另一个特定实施方式中，一个金属盘插入到所述两个构件之间。根据上述包覆成型的定义，此盘有利地包覆成型于两个构件之间。在本发明的这个实施方式中，金属盘的功能在于允许在例如回收或材料再生过程中通过一个金属探测器来探测包括于依据本发明的系统中的复合管道。盘可由任意的可由金属探测器定位的金属材料(金属、合金或金属化合物)制造。对于本发明而言，该盘的形状和尺寸并不是非常重要的，但必须对之进行选择以使之能够被金属探测器探测到。对于本发明而言，所述盘在复合管道中的位置并不是非常重要的。其优选地位于管道的一个区域中——该区域在管道的正常使用时不会有与在管道内流动的流体接触的危险。

本发明还涉及一种制造包括于依据本发明的系统中的燃料箱的方法，该方法的特征在于，通过将由塑料制成的一个第一中空构件与由不同塑料制成的一个第二中空构件以下述的方式结合在一起而制造一个用于将管子结合到燃料箱的密封复合接合管道：首先形成所述的第一构件，然后将此第一构件与一个密封件设置在一个模具中，然后通过在所述的模具中包覆成型于所述第一构件与密封件上而形成所述的第二构件。

在上文中限定了用于依据本发明的方法中的两个中空构件以及密封件。

在依据本发明的方法中，第一构件的制造方式并不是非常重要的。优选地选择一个模制工艺，其有利地为一个注塑工艺。

为了制造第二中空构件，后者的熔化塑料被注入一个适合的模具中，包覆于第一构件(其已经在之前固化了)和密封件上。从而，在第二构件的塑料固化之后，第二中空构件的熔化塑料逐渐地包覆住提供了两个构件之间所需密封的密封件。有利地，对第二中空构件采用注塑方法。

密封件必须设计成能够以密封的方式插入在两个构件之间，而第二构件被注入到模具中包覆在第一构件上。尽管如此，对于本发明而言，密封件的形状、尺寸、材料以及制造方法并不是非常重要的，其实质上取决于将要制造的复合管道的形状、尺寸以及应用。

在实施依据本发明的方法的一种特别方式中，第一中空元件设置有一个啮合元件，该啮合元件然后在第二构件的模制过程中被嵌入第二构件的塑料内。当第二中空构件的塑料固化后，啮合元件在两个构件之间形成一种机械连接，将密封件保持在两个构件之间的密封位置上。在这种实施依据本发明方法的方式中，啮合元件可以为第一构件的一个整体部分，并在后者(第一构件)的模制过程中获得。

在实施依据本发明的方法的另一种特别方式中，在将第二构件的塑料倒入模具之前，在容置第一构件的模具中设置一个金属盘。在上文中解释了金属盘及其功能。在本发明的此种实施方式中，金属盘的位置如此地设置：当复合管道从模具中取走后，金属盘保持在复合管道的壁中。

包括于依据本发明的系统中的复合管道适于液体、气体或蒸气的流过。其特别地适合用作一个位于含有不同温度的流体的设备之间的耦合管道，通常，用作位于一个含有高温流体的设备与另一个含有相同的低温流体的设备之间的耦合管道。作为一个变例，其可用于耦合两个设备，所述两个设备含有相同的、处在两种状态下的化学物质(在一个设备中为液状，而在另一个设备中为气态)。

依据本发明的复合管道可在许多场合下应用于液体、气体或蒸气的流动，特别是在化学工业和石化工业中。

包括于依据本发明的系统中的复合管道特别适用于汽车工业中，用于为内燃机供应燃料。

包括于依据本发明而制造的燃料系统中的复合管道还可包括一管接头(nipple)——该管接头相对于燃料蒸气的渗透率是低的。

附图说明

通过下文对附图的描述，可以清楚本发明的具体特征以及细节：

图1为依据本发明的复合管道的一个特定实施方式的半剖视图；

图2为图1中复合管道的侧剖视图；以及

图3为图1和2中复合管道的俯视图。

这些图并不是按比例绘制的。总体而言，相同的参考标号指代相同的构件。

具体实施方式

示于图1至3的复合管道包括一个由高密度聚乙烯(HDPE)制成的圆筒形的套筒1、以及一个由聚12内酰胺(PA12)制成的喷嘴2。喷嘴2具有两个相互大致成直角的直的部分3和4。喷嘴2的部分3穿过套筒1内的一个圆形开口5。圆形开口5包括一个由氟橡胶(FPM)制成的O形环6。喷嘴2的一个插入到位于套筒1的相应凹槽中的侧缘7形成一个啮合元件以获得一个机械连接，使得套筒1不能从喷嘴2脱离。

一个金属盘8也插入在套筒1和喷嘴2之间。套筒1的前表面10将焊接到车辆的HDPE燃料箱，而喷嘴2的部分4将连接到一根与车辆所述内燃机相连的管子。

示于图中的复合管道的制造开始于在一个注塑模具中制造喷嘴2。在PA12固化后，从模具中取出包括有两个部分3和4以及侧缘7的喷嘴2。然后，将喷嘴2设置在一个适于形成套筒1的模具中，密封件6插入到喷嘴部分3的周围，使得该密封件抵压后者(部分3)的肩部9，且保持杆设置在此密封件的下方以将其保持在适当的位置上。金属盘8设置在模具中，其此刻位于喷嘴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、喷嘴2的凸缘7和盘8且将这些构件嵌入。最后，从模具取出所述部件(part)，并且移开以及用于保持密封件的所述杆，在圆筒形的套筒1中留下凹入部分11。

Claims (8)

1.一种制造密封式复合接合管道的方法，所述方法的特征在于，通过将由塑料制成的第一中空构件结合到由不同塑料制成的第二中空构件而制造所述密封式复合接合管道，其中所述第一中空构件与所述第二中空构件的结合方式为：首先通过模制而形成所述第一中空构件(2)，然后将所述第一中空构件与一个塑料密封件(6)设置在一个模具中，然后通过在所述模具中包覆成型于所述第一构件与密封件上而形成所述第二中空构件(1)，所述方法的特征还在于，所述密封件(6)是由弹性聚合物制成的环形密封件，当将所述第二中空构件(1)的塑料浇注在所述模具中的第一中空构件(2)上时，所述密封件被所述第二中空构件的塑料逐渐包覆。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一中空构件(2)设置有一个啮合元件(7)，在第二中空构件的模制过程中，该啮合元件(7)嵌入在形成所述第二中空构件(1)的塑料内。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：为了模制所述第一中空构件(2)，选择一种塑料，该塑料的耐热性能优于所述第二中空构件(1)的塑料的耐热性能。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：在形成所述第二中空构件(1)之前，将一个金属盘(8)设置在容置有所述第一中空构件(2)的模具中。

5.一种用于为内燃机提供液体燃料的系统，该系统包括一个燃料箱、用于在所述内燃机和燃料箱之间循环热燃料的管子、以及至少一个用于将所述管子结合到燃料箱的密封式复合接合管道，其特征在于：所述密封式复合接合管道由根据权利要求1-4中任意一项所述的方法制成。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述密封式复合接合管道的第一中空构件和第二中空构件之一包括一个喷嘴，所述喷嘴接合在第一中空构件和第二中空构件中的另一个的套筒内，并且该套筒密封地结合到燃料箱，而喷嘴密封地结合到一个软管。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述套筒的塑料选自烯烃聚合物，所述喷嘴的塑料选自内酰胺衍生出的聚合物、聚酰胺树脂和聚缩醛，而密封件(6)由选自腈和含氟弹性体的弹性体制成。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述喷嘴的塑料为聚甲醛。

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