專利名稱：膠粘結發動機吸氣歧管組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及膠粘結發動機元件組件，更具體地說，涉及膠粘結吸氣歧管組件。本發明也涉及一種采用按要求熟化粘合劑的吸氣歧管組件。
背景技術：
歷史上，構造技術涉及分離金屬元件的構造和使用緊固件借助于一個中間布置的墊接合元件。這往往需要多個零件并因此是勞動密集的。
塑料發動機吸氣歧管組件(如用于汽車發動機)已經由諸如失芯(lost core)工藝之類的近網狀制造工藝構造。盡管這些工藝會導致其形狀可以復雜的所需的近網狀產品，但這些產品一般較貴。
在另一種常用的工藝中，制造兩個或多個塑料吸氣歧管元件，每個帶有一個平面配合表面。元件在其相應配合表面的每一個處由振動焊接接合。這種工藝也往往是時間、能量和勞動力密集的。而且，有可能在焊接時相應元件的任何翹曲或其它表面凹凸不平導致在配合表面處的有害間隙。因而，必不可少的是，相對配合表面是平面的，這約束了設計靈活性。
因而，需要提供一種制造和產生組件的方法，按照這種方法用粘合劑粘結把發動機吸氣歧管組件的多個元件接合在一起。進一步需要相應元件在可選擇沒有緊固件或墊片或再者的情況下彼此附著。還進一步需要相對是非平面的配合表面達到高度整體接合，由此使復雜的塑料元件形狀(帶有或不帶有另外的一體元件)能夠由常規的模壓工藝模壓。
發明內容
本發明通過提供一種包括一個帶有一個第一配合表面的第一元件、和一個帶有一個第二配合表面的第二元件的發動機吸氣歧管組件，來滿足以上需要和其它需要。一層粘合劑提供在與用來接合第一和第二元件的相應配合表面相接觸的第一和第二元件之間，以形成發動機吸氣歧管組件。
圖1是按照本發明的一種吸氣歧管組件的立體圖。
圖2是按照本發明形成的接合的剖視圖。
圖3a-3c在本發明組件的元件中集成機械附件的例子的剖視圖。
具體實施例方式
參照圖1、2、3a-3c，表示有本發明的一種吸氣歧管組件10，它包括一個帶有一個第一配合表面14的第一元件12。用一個粘合劑中間層20把帶有一個第二配合表面18的第二元件16粘結到第一元件上。第一或第二配合表面的任一個或兩個能包括一個或多個另外的涂層、各層或元件。因而，第一或第二元件的任一個或兩個的配合表面可以不必一體地形成在元件上。
可選擇的是，第一元件12或第二元件16的任一個或兩個帶有一個有利于元件相對于彼此或相對于發動機的連接或定位的件。更具體地參照圖2和3a-3c(其中類似部分由類似標號指示)，表示有不同件的例子。一般地，與第一元件12相聯的一個第一件22將與一個與第二元件16相聯的第二相對結構件24接合。這樣的接合可以環繞在元件的周緣上、位于一個內部部分(未表示)上或二者之上。可以采用任何適當的相互作用結構。例如，可以使用摩擦配合、靜配合或某種其它互鎖配合。適當接合的例子包括對頭連接、搭接、企口接合等。在圖3a中表示的一個實施方案中，咬合連接26由在第一件22上的柄舌28生成，柄舌28接合在第二件24上形成的一個相對壁30。在圖3b中的另一個實施方案中，元件之一帶有一個法蘭32，法蘭32帶有一個用來增大適用于粘結的表面面積和用來接合其它元件的內壁表面34。圖3c是在圖2中表示的接合的放大視圖，并且表明用來實現咬合的一個棘爪36和伸入到配合表面的至少一部分附近的一個槽40中的肋38，以便增大用來接觸粘合劑的表面面積、和有效地形成企口接合、咬合或兩者。如將理解的那樣，可選擇地可以形成一個柄舌或其它類似結構，以便有助于實現咬合或提供一個用于使組裝便利的可聽定位器。以上類型接合的組合也認為在單個組件中是可能的。另外的例子表明在共同擁有的、共同待決美國申請No.09/825,721(標題為“Adhesively Bonded RadiatorAssembly”)中。而且，為了提供接合配合表面的表面面積量的增大、或在元件的相應配合表面之間的重疊，可以采用其它適當的結構或表面處理。
在要接合的表面的至少一部分上最好提供粘合劑，并且最好足以環繞周緣，從而在第一和第二元件之間不會產生明顯的間隙。在一個實施方案中，把一團粘合劑放置(例如，通過泵吸)在元件至少一個的相應配合表面上，并且把相對配合表面帶到與它接觸。然后熟化組件。在另一個實施方案中，把粘合劑預涂(例如，通過噴灑、浸漬、涂刷、擦抹等)在相應元件的配合表面的一個或兩個上，然后接合和熟化元件。可以類似地采用任何其它適當接合技術。采用的粘合劑的量最好足以實現組件的所需的性能特性。這樣的量將隨涂敷不同而變化。
在一個實施方案中，本發明是一種在其相應元件的配合表面上布置一層連續粘合劑條或膜的發動機吸氣歧管。如這里使用的那樣，連續粘合劑條或膜是指繞配合表面的周緣布置的粘合劑條或膜，并且粘合劑條或膜的末端與粘合劑條或膜的始端連接。在熟化時連續粘合劑條或膜能夠在元件之間形成空氣和液體緊密密封。這種作用允許粘合劑條或膜代替作為密封裝置的墊片。可以把粘合劑涂敷到吸氣歧管元件上，在其中元件彼此接觸的位置的最近處，或者可以把它涂敷在離元件接觸的地方或時刻較遠的位置中。這里所使用的較遠是指時間和位置之一或兩者。在其中把粘合劑涂敷到離其中把元件接合在一起的地方較遠的一個或多個上的實施方案中，使用按要求熟化的粘合劑。
在本發明的一個優選實施方案中，第一或第二元件的任一個或兩個由塑料材料構造，即熱固材料、熱塑材料、或其混合物。其中最佳高性能熱塑材料是聚對苯二甲酸丁二酯、聚醚酰亞胺、聚亞苯基醚/聚酰胺樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚醚酮樹脂、液晶聚合物、聚芳砜樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、聚酞亞胺樹脂、尼龍6，6、聚酰胺樹脂、間同立構聚苯乙烯、及其混合物。在一個特別優選的實施方案中，材料是從聚酰胺、聚苯乙烯、聚烯烴、聚碳酸酯、或其混合物選擇的一種熱塑性材料。更優選，材料從聚酰胺(如尼龍6，6)、聚苯乙烯或其混合物選擇。在一個優選實施方案中，材料是聚酰胺和聚苯乙烯的混合物，并且更優選是尼龍6，6和間同立構聚苯乙烯的混合物。其中有用的材料是環氧樹脂。
用來制備元件的塑料一般也包括其它成分，如加強劑、性能改進劑(例如，沖擊改進劑、阻燃劑、UV保護劑等)或其它適當填充劑(例如，碎玻璃、礦物質、滑石粉、碳酸鈣等)。例如，在一個實施方案中，塑料是以約10至約50體積百分比和更優選是約35體積百分比的量填充的玻璃。最好，選擇的材料呈現至少約175MPa并且更優選至少約225MPa的拉伸強度、和約1至約10％并且更優選約3至約5％的延長。材料也是耐熱的，并且不退化地承受至少約135℃(約275°F)并且更優選177℃(350°F)至少約144小時并且更優選168小時。
當然，元件的一個或多個可以是一種金屬(例如，鑄鐵、鋼、鎂、鋁、鈦等)、一種合成物、一種陶瓷(例如，碳化物、氮化物、氮化硼等)、或某種其它材料。元件最好使用常規技術和處理條件注射模壓。或者，它們可以以另一種適當方式制備，如通過壓縮模塑、熱成形、吹噴成型等。
元件之一或二者的材料或粘合劑的任一種或兩種可以按所需的適當處理(均勻地或局部地)，以改進耐腐蝕、抗氧化、耐熱，或最終產品的另一種特性。例如，它們可以摻雜、浸漬或涂敷有用來達到所需的性能的適當添加劑。在某些情況下，通過進一步把粘合劑與適當底層涂料接觸可以增強粘合強度。
本發明的粘合劑是一種結構粘合劑，并且更優選是一種可按要求熟化的材料。能使用在熟化后能承受發動機(例如，用于汽車的)的使用條件的任何粘合劑。優選這樣的粘合劑在高達約138℃(280°F)，更優選高達約143℃(290°F)，甚至更優選高達約160℃(320°F)及最優選高達191℃(375°F)的溫度下不會分解或分層。
而且，粘合劑在對其內燃機內部達到的上述溫度和壓力下，能夠承受暴露于烴類材料、氯化鈣、制動液、甘醇冷卻劑、擋風玻璃噴洗溶劑等。在一個可選擇實施方案中，粘合劑能夠粘結到可以是金屬、陶瓷、合成物、塑料等的其它發動機元件上。使用的粘合劑可以是通過包括熱熟化、紅外熟化、紫外熟化、化學熟化、射頻熟化、溶劑損失、及濕態熟化的各種已知機理來熟化的粘合劑。
在另一個實施方案中，粘合劑是一種要求分離操作以使粘合劑開始熟化的按要求熟化粘合劑。在一個實施方案中，這通過使用在組裝期間破裂的封裝熟化劑實現。在另一個實施方案中，這通過除去保護涂層以把粘合劑暴露于環境條件實現。熟化能通過把粘合劑暴露于熱量、紅外或紫外光源、或剪力等開始。
盡管也想到其它粘合劑族(例如，尿烷、丙烯酸、硅烷等)，但所需的粘合劑是高溫環氧樹脂、聚酰胺、上流聚酰胺/環氧樹脂粘合劑或環氧酚酸/腈橡膠粘合劑。最佳粘合劑是高溫環氧樹脂粘合劑。高溫環氧樹脂粘合劑是指一種其中主要成分是一種當熟化時能承受對于上述溫度的暴露而不分解或從基片分層的環氧樹脂。
在一個具體優選實施方案中，粘合劑是一種包括一種或多種常規或改進環氧成分、一種適當熟化劑及一種用來保持室溫Brookfield粘度(在未熟化狀態下)在約500cps量級上的適當觸變劑的礦物質填充催化粘合劑。
應該認識到，這里的術語粘合劑不打算從本發明的范圍排除涂料或其它粘結劑。
本發明具有顯著的設計靈活性。盡管配合表面能是平面的，但它們不必是平面的。在一個優選實施方案中，配合表面的任一個或兩個一般不是平面的(例如，等高的、臺階的、波紋的等)。模壓塑料元件的采用也使復雜形狀結構的形成成為可能。在這方面，能模壓吸氣歧管，或在其表面之一中或上面構造諸如托架、連接物、電纜導向裝置、軟管導向裝置、吊帶、夾片等之類的一個或多個元件。而且，能把導管、端口或其它類似通道模制或機加工成一個模壓元件，以使多個元件能夠與吸氣歧管組件一體地形成。
如由熟悉本專業的技術人員理解的那樣，其中本發明的多個優點是能形成基本上沒有密封墊片、機械緊固件或兩者的組件。然而，本發明的范圍不排除墊片或緊固件的使用。的確，想到墊片可以由粘合劑(例如，通過模具切削)形成，或者作為其一個元件(例如，作為浸漬劑或涂層)包括本發明的粘合劑。生成結構更像墊片那樣密封，但也呈現結構粘合劑的所需的機械特性。
特別參照圖3a-3c，能看到接合在接合處有一個橫截面厚度(t)。盡管可以使用較大的截面厚度并且保持在本發明的范圍內，但在某些高度優選的實施方案中，截面厚度小于約7mm，并且甚至更優選小于約5mm(例如，約3至約4mm)。這進一步使本發明變得比一般采用較大截面厚度的先前組件更為便利。
本發明相對于振動焊接組件的另一個優點在于，與粘合劑接觸的第一和第二配合表面的整體基本上能夠跨過接合點連續地粘結到粘合劑上，并且由此增強接合強度。相反，在振動焊接填充或增強塑料的場合，在焊接界面處沒有焊接填充劑或增強劑(例如，玻璃)。因而，跨過界面，有阻止高焊接強度實現的間斷。
盡管在汽車發動機吸氣歧管的上下文中已經描述了本發明，但本發明的使用不打算由此限制。采用經受比由汽車發動機經歷的那些溫和或與之可比較的操作條件的吸氣歧管的任何機動物體可以采用本技術。
在制備本組件時，通過以常規方式把粘合劑與一個或多個配合表面接觸涂敷粘合劑，以形成一個連續條或膜。可以把粘合劑通過涂敷、擠壓涂刷等涂到表面上。在接合元件之前能立即涂敷粘合劑，或者它能從遠離其中把元件粘結在一起的位置、或發動機涂敷。把最佳按要求熟化的粘合劑暴露于各種條件，從而它熟化并且由此把元件粘結在一起和在它們之間形成密封。這樣的條件能在為了接合把元件帶到一起之前或之后施加。熟悉本技術的平均水平的技術人員可以很好地確定可以使用哪種操作熟化粘合劑和何時應該進行該操作。在一個實施方案中，操作可以是一種在組件中固有的操作或汽車的操作。
在另一個實施方案中，吸氣歧管組件可以包括一個設計成防止在內燃機的操作中固有的噪聲逃逸發動機腔的集成聲學管理系統。在一個實施方案中，組件可以包括一個外殼和一個內殼，內殼適于布置在外殼內，并且在兩者之間有一個間隙。間隙可以簡單地包含能衰減某些聲波的空氣，由此減小在發動機外部能聽到的噪聲。或者，間隙能填充有一種消音材料，如彈性材料或泡沫材料。在另一個實施方案中，吸氣歧管可以向其內表面上粘結一種消聲材料，如彈性體或泡沫。
在另一個實施方案中，本發明的吸氣歧管組件能包括一個在外部或內部上起改進吸氣歧管對烯烴的絕緣性能作用的涂層或薄膜。這樣一種涂層或薄膜能減少來自汽車的逃逸烴類排出。可以使用防止烴類穿過組件傳輸的任何涂層或薄膜。一種最佳涂層是一個碳-硅石基等離子體沉積涂層，如在通過參考包括在這里的美國專利5,298,587；美國專利5,320,875；美國專利5,433,786及美國專利5,494,712中描述的那樣。
本發明的組件能夠承受約163℃(約325°F)的溫度至少約2500小時，并且更優選約3000小時；及約177℃(約350°F)至少約75小時并且更優選約100小時。組件在汽車流體，如制動流體、擋風玻璃噴洗流體、動力轉向流體、發動機冷卻劑(標準和永久的)、機油(標準、合成和含硫的)，汽油、柴油燃料、乙醇、甲醇、啟動流體等的存在下呈現基本上沒有可探測的退化。組件由于對于諸如氯化鈣、氯化鈉、廢氣(egr型)等環境遇到化合物的暴露也呈現沒有可探測的退化。在一個具體優選實施方案中，在組件中接合粘合劑的生成拉伸強度至少約4000psi(28MPa)，更優選至少約6500psi(45MPa)，及甚至更優選至少約9000psi(62MPa)。進一步優選接合強度大于各個模壓元件的至少一個且更優選多于一個的強度。
本吸氣歧管組件能與其它粘合劑粘結發動機元件組合采用，如在結合參考的共有待決申請09/766,792(標題為Adhesively BondedValve Cover Cylinder Head Assembly)中描述、和在結合參考的共有待決申請No.09/825,721(標題為Adhesively Bonded RadiatorAssembly)中公開的那樣。
權利要求
1.一種發動機吸氣歧管組件，包括a)一個第一元件，帶有一個相聯的第一配合表面；b)一個第二模壓塑料元件，帶有一個相聯的第二配合表面；c)一層粘合劑，與所述第一配合表面和所述第二配合表面相接觸，用來接合所述第一元件和所述第二元件，以形成一個發動機吸氣歧管，其中生成的接合具有比所述第二模壓塑料元件的強度大的強度。
2.根據權利要求1所述的組件，其中所述第一配合表面和所述第二配合表面一般為非平面的。
3.根據權利要求1或2所述的組件，其中所述第二元件是聚酰胺。
4.根據以上權利要求所述的組件，其中所述粘合劑是環氧樹脂。
5.根據以上權利要求所述的組件，其中所述接合基本上沒有密封墊片。
6.根據以上權利要求中的任一項所述的組件，其中所述接合基本上沒有機械緊固件。
7.根據以上權利要求中的任一項所述的組件，其中在所述接合處的橫截面厚度小于約7mm。
8.根據以上權利要求中的任一項所述的組件，其中底層涂料接觸所述粘合劑。
9.根據以上權利要求中的任一項所述的組件，其中所述第一和所述第二元件的每一個是模壓熱塑元件。
10.根據以上權利要求中的任一項所述的組件，在所述第一模壓熱塑元件與所述第二模壓熱塑元件之間進一步包括一種機械互鎖。
全文摘要
一種發動機吸氣歧管組件(10)，包括一個第一元件(12)，帶有一個第一配合表面(14)；和一個第二模壓塑料元件(16)，帶有一個第二配合表面(18)。第二模壓塑料元件(16)用一種粘合劑(20)膠粘粘結到第一元件(12)上。
文檔編號F02B75/22GK1511225SQ02807374
公開日2004年7月7日 申請日期2002年4月2日 優先權日2001年4月4日
發明者B·R·瓊斯, B R 瓊斯, D·M·康特爾, 康特爾, K·J·瑞茨瑪, 瑞茨瑪, M·A·麥克馬肯, 麥克馬肯, S·阿斯法, 狗 申請人:陶氏環球技術公司