使用喷射器孔插入件修理破裂盖的方法
【专利摘要】本发明涉及使用喷射器孔插入件修理破裂盖的方法。一种用于修理具有靠近气门开口的燃料喷射器或火花塞或预燃室开口的多气门气缸盖的方法，其提供了具有结构整体性的插入件，该插入件能提供对于破裂的修理和精加工气缸盖中的喷射器套筒功能。本发明克服了在提供可靠密封方法的同时通常对抗较大直径配置时的结果和结构限制。
【专利说明】使用喷射器孔插入件修理破裂盖的方法发明领域
[0001]本发明涉及来自燃料喷射器的冷却剂通道的密封和涉及燃料喷射器孔、火花塞孔和预燃室孔的修理、制造和设计。
[0002]背景
[0003]具有带有靠近气门开口的喷射器或火花塞开口的多气门气缸盖(mult1-valvecylinder head)的内燃发动机，当被放置在高压或高温负荷下时，由于破裂而可能经历损坏。损坏可以包括在喷射器/塞尖端与靠近其的气门座之间的破裂。一旦损坏发生，对气缸盖的修理选择被限制，在如果修理是可能的地方，努力常常是代价高和耗时的。
[0004]图1阐述了气缸盖100，示出了内燃发动机的气缸盖中的在气门座上方的喷射器孔120的横截面。从图1，喷射器本体从气缸盖的顶部的上方被定位，通过刚好在140上方的燃料密封区域(如在矩形O形环槽145处提到的)和大致邻近靠近燃烧密封圆锥160的150处定位的喷射器的锥形部分。此外，燃烧面被阐述为199。在某些情况下，由于破裂，气缸盖可能经历损坏。当盖的破裂发生时，常常是，破裂可以在其中喷射器尖端圆锥加工接近燃烧面199的较薄材料区附近被观察到。开始的破裂可能常常径向向外朝向气门座孔区170发展且有时进入在大致180处的喷射器孔区。
[0005]美国专利6，474，285阐述了一种方法，首先在损坏的火花塞洞处使用钻头和阻挡器钻洞以提供钻好的洞。方法然后将钻好的火花塞洞攻丝以生成具有有限螺纹深度的螺纹洞，此后，将钢插入件旋入螺纹洞，同时阻挡器将插入件引导到需要的深度。方法然后将插入件定位以提供火花塞座。然而，方法被限制，在于它无法给损坏区提供任何结构整体性且不提供破裂修理和喷射器套筒功能的结合。方法还被限制，因为它无法提供具有径向或轴向屈服性的插入件方案。这种修理的结果，发动机性能和方法的经济性比期望的低。
[0006]美国专利6，668，784阐述了用于损坏的锥形座火花塞孔的螺纹和锥形座的替代螺纹插入件而无需生成螺旋插入件。替代插入件在其申请中被限制，因为它无法给损坏区提供任何结构整体性且不提供破裂修理和喷射器套筒功能的结合。如之前的，方法还被限制于火花塞。
[0007]美国专利号4，112,906示出了用于包括被旋入气缸盖以支撑插入件的凸台的内燃发动机的点火平台插入件(firing deck insert)。Spencer中的点火平台插入件的配置要求用于点火平台插入件的一定量的精确机械加工。而且，在这个参考文献中没有提供用于在插入件中围绕气门开口密封的一些装置。方法还被限制，因为其无法提供具有径向或轴向屈服性的插入件方案。这种修理的结果，发动机性能和方法的经济性比期望的低。
[0008]各种传统套筒和气缸盖设计在气缸盖中具有各种各样复杂性以满足长期气缸盖耐久性要求，且这些复杂性有时包括要求紧密容差的昂贵零件和过程控制件。
[0009]需要的是一种用于修理具有靠近气门开口的喷射器或火花塞开口的多气门气缸盖的方法，其提供了具有结构整体性的插入件，该插入件能提供对于破裂的修理和用于气缸盖铸件的喷射器套筒功能，允许大喷射器尖端/喷射器孔开口在加工的盖中。优选地，产生的结构将使得插入件能进入气门座孔，然后在气门座孔处，空间可以被用于提供轴向和径向屈服性。下面进一步进行描述的本发明提供并满足这种需求。
[0010]概述
[0011]与要求保护的发明一致的实施方式包括用于修理具有靠近气门开口的活动开口(active opening)的多气门气缸盖的方法。在一种或多种实施方式中，方法包括将第一孔导引轴衬放置在盖的顶部的上方且在喷射器或火花塞孔的中央；以第一孔导引直径穿过导引轴衬钻出第一孔导引洞；从盖的底部侧到预定深度钻第二孔导引洞；围绕第二孔导引洞的外直径切割圆锥表面；完成攻丝洞(tapped hole);在插入喷射器孔插入件之前,密封一个或多个预定的密封位置；再钻出一个或多个气门座内倒角和圆柱表面；平滑(facingoff)以使插入件与燃烧面平齐；和在一些情况下，将包括插入件和气门座孔的气缸盖的燃烧面扇形化(scalloping),以减少盖和插入件应力。
[0012]在另外的实施方式中，本发明提供了用于插入在内燃发动机的气缸盖中的喷射器孔插入件，包括:邻近燃烧面的近端部分和包括上螺纹外直径的远端部分；成角度的圆锥轴环；用于改进的轴向屈服性和螺栓结合鲁棒性的在上部分的外直径上的远螺纹部分；在一些情况下，用于提供增强的径向屈服性的从大致燃烧面向远端地延伸的圆周狭槽；和用于密封随后的安装以防止燃料和冷却剂和燃烧气体中的一种或多中的一个或多个密封区域。
[0013]在仍然另外的实施方式中，本发明提供用于一种具有带有靠近气门开口的活动开口的多气门气缸盖的内燃发动机，包括通过以下步骤修理好的喷射器或火花塞或预燃室孔:将第一孔导引轴衬放置在盖的顶部的上方且在喷射器或火花塞或预燃室位置的中央；以第一孔导引直径穿过导引轴衬钻第一孔导引洞；从盖的底部侧到预定深度钻第二孔导引洞；围绕第二孔导引洞的外直径切割圆锥表面；完成攻丝洞；在插入喷射器孔插入件之前，密封一个或多个预定的密封位置；再钻出一个或多个气门座的内倒角和圆柱表面；平滑以使插入件与燃烧面平齐；和在一些情况下，将包括插入件和气门座孔的气缸盖的燃烧面扇形化，以减少盖和插入件应力。
[0014]附图的简要说明
[0015]图1阐述了气缸盖，示出内燃发动机的气缸盖中的在两个气门座接收部分(valveseat receiving detail)的上方的喷射器孔的横截面；
[0016]图2根据一种实施方式阐述了气缸盖,不出内燃发动机的气缸盖中的在两个气门座接收部分的上方的喷射器孔的横截面，包括本发明的喷射器孔修理插入件的形状；
[0017]图3根据一种实施方式阐述了本发明的一组喷射器孔修理套筒；
[0018]图4根据一种实施方式阐述了本发明的喷射器孔修理套筒400的横截面的示意图，喷射器孔修理套筒400也于此用作喷射器孔插入件；
[0019]图5根据本发明的一种或多种实施方式阐述了表明用于密封的位置的分段插入件形状；
[0020]图6根据本发明阐述了一种用于修理破裂气缸的逐步方法；
[0021]图7阐述了放置在盖的顶部的上方的第一孔导引轴衬的布置的描绘，其中导引轴衬被放置在喷射器孔的中央，在这个例子中其是多气门位置的稍微中央；
[0022]图8阐述了在第二孔导引之后使用圆锥孔口平面工具(conical spotface tool)产生的圆锥孔口平面的描绘；
[0023]图9描绘了在气门座接收孔的再钻孔之后的、在气门座接收倒角的再加工之前的完成的气门座接收圆柱孔直径；和
[0024]图10阐述了扇形化加工之后，具有再加工完成的倒角和具有安装的气门座的气门座接收孔和插入件孔，包括燃烧面的弯曲。
[0025]详细说明
[0026]本发明在一种或多种实施方式中提供了一种用于修理具有靠近气门开口的喷射器或火花塞或预燃室开口的多气门气缸盖的方法，其提供了一种能提供对于破裂的修理和用于气缸盖的喷射器套筒功能两者的具有结构整体性的插入件，使得允许精加工的盖中的适合的喷射器尖端/喷射器孔开口进入具有足够轴向和径向屈服性的气门座孔。本领域技术人员要理解的是，本发明克服了通常对抗较大直径配置的结果和结构限制；例如当在外部或外侧进入气门座区时，本发明有区别地提供密封。更特别地，本发明提供了一种用于当影响气门座接收区时使得能可靠密封的独特方法。
[0027]图2根据一种实施方式阐述了气缸盖200，示出了在包括本发明的喷射器插入件的轮廓290的内燃发动机的气缸盖中的在两个气门座接收部分的上方的喷射器孔220的横截面。从图2，喷射器的顶部被定位在描绘的气缸盖的部分的上方且喷射器的锥形尖端部分被定位在靠近燃烧密封件260附近的大致250处。也被理解为喷射器套筒的喷射器插入件290包括优选具有远端螺纹部分291和近端较宽开狭槽部分292的狭窄部分。优选地，也被称为上孔296的狭窄部分是细的和柔性的插入件本体，使得提供轴向屈服性，其通过装配预负荷而拉伸；上孔提供改进的能力以响应于温度的和压力的负荷而跟随燃烧面的垂直扭曲。优选地，在一种或多种实施方式中，喷射器套筒包括全圆周狭槽292以在轴环处和在喷射器孔与气门座插入件孔之间改进径向灵活性；通过包括本发明中的狭槽，有跟随燃烧面的径向扭曲的改进能力。
[0028]图3根据一种实施方式阐述了本发明的一组喷射器套筒300。从图3，套筒被描绘为具有在301处的近端部分和在302处的远端部分。套筒还优选包括在305处的可驱动的六角部分，其优选是断开结构；成角度的圆锥轴环在310处，且反向角度圆锥轴环在大致320(该部分内部)处开始并向在310处的边缘延伸出；在315处的远锚固螺纹位置，其优选在水套的远侧处；和在轴环320中的从大致燃烧面330向远端部分延伸的圆周槽，用于提供增强的径向屈服性。
[0029]图4根据一种实施方式阐述了本发明的喷射器套筒400的横截面的示意图，喷射器套筒400于此也用作喷射器孔插入件。从图4，套筒具有在401处的近端部分和在402处的远端部分。套筒还优选包括:在405处的六角部分，其优选是被给予预定力矩值的可移除结构；在410处的成角度的圆锥轴环，其可以优选是钝角或锐角；在415处的远螺纹位置，优选用于改进的轴向屈服性和螺栓结合鲁棒性；和从大致燃烧面430向远端部分延伸的圆周狭槽420，用于提供增强的径向屈服性。本发明的喷射器插入件还包括围绕螺纹区的密封的区域，以便一旦被插入，就防止来自上面(远端)的燃料和来自下面(近端)的冷却剂。其它密封位置也被理解将是用于插入件的合适的操作所必须的。
[0030]实际中，本发明的喷射器孔插入件代替初始结构的喷射器套筒并通过气缸盖的下水套。因此，从喷射器侧的视角来看，喷射器孔插入件作为插入件包括喷射器套筒的功能，其中在远端部分处的插入件内尺寸精密地接近初始喷射器套筒和气缸盖孔。类似地，本发明的喷射器孔插入件提供用于插入件的结构的附加的径向空间，而不会阻碍围绕喷射器套筒的水套。另外，孔插入件的近端内尺寸区域精密地接近初始喷射器套筒的安装的/加工的尺寸。
[0031]对于安装，本发明的喷射器孔插入件优选安装有显著的预负荷以便有利地预压燃烧面区域。此外，插入件圆锥轴环410优选被定位在一深度处使得它具有与气缸盖材料的连续的全圆周接触，在轴环的圆锥表面上生成主下密封位置。此外，孔插入件可以包括适合用于与内部燃烧运行关联的高温和压力负荷的材料且可以包括但不限于材料，比如且包括预硬化到大致HRC30的4140钢材料，或类似的材料，例如。另外，密封套筒优选被设置大小和尺寸，并由合适材料形成，以合适地适配到在气缸盖中形成的喷射器安装孔中的合适位置中。
[0032]图5根据本发明的一种或多种实施方式阐述了表明用于密封的位置的分段插入件轮廓500。在510处,非凝结的垫圈密封剂(non setting gasket sealant)优选被用于确保充足的密封。例如，优选使用Hylomar "*密封剂。在520处，LNS密封剂或类似的密封剂被沿着上孔中的螺纹部分放置。在530处，O形环优选被放置在槽中。在一种实施方式中，在540处，平滑切割工具(faceoff cutting tool)或类似的工具已被使用以移开六角驱动凸缘(hex drive lug)脱离，虽然将理解的是，可以实施其它变化。
[0033]图6根据本发明阐述了用于修理破裂气缸的逐步方法。在610处，气缸盖被认为是与破裂有关而损坏的。在620处，第一孔导引轴衬被放置在盖的顶部的上方；优选地，导引轴衬被放置在喷射器孔的中央。在630处，第一孔工具被驱动通过第一孔导引轴衬，其中和直到工具头从气缸盖的底部出现。在640处，第二孔导引洞被自气缸盖的底部切割到预定深度。通常地，第二导引孔将是比第一导引大的直径。在650处，圆锥孔口平面工具被使用以提供围绕第二孔导引的外直径的圆锥表面。在660处，丝锥被对齐以用于攻丝且产生完成的攻丝洞。在670处，密封剂和O形环被应用到插入件且插入件被安装有仍然附接的六角驱动凸缘；优选地，Hylomar ?或等同物被应用到圆锥区域且LNS被应用到螺纹区域，例如，且优选地，在安装前，O形环被安装到插入件上。在680处，六角驱动凸缘被移除。在685处，气门座插入件孔被加工，包括气门座孔内倒角和圆柱表面。在690处，插入件被平滑，与燃烧面平齐。在692处，围绕插入件的区，包括插入件、气门座孔和燃烧面，被以扇形几何形状加工以减少盖和插入件应力；优选地，加工燃烧面的凹曲度。此外，优选地，在安装过程期间利用拉伸测量工具以评价插入件的安装拉伸(和预负荷)。因此，现在盖被返回到标准尺寸和结构，且喷射器套筒的等同物就位。在694处，根据一种实施方式，本发明的方法完成。
[0034]图7阐述了放置在715处的盖的顶部上方的第一孔导引轴衬710布置的描绘，其中导引轴衬被中央地放置在喷射器孔中，其近似地在多气门位置720、730、740和750的中心。
[0035]图8阐述了在第二孔导引之后使用圆锥孔口平面工具产生的圆锥孔口平面800的描绘。在810处是圆锥孔口平面的内边缘以及815是圆锥孔口平面的外边缘，且在820、830、840和850处是气门座接收部分中的每一个。
[0036]图9描绘了在气门座的再钻孔之后的完成的气门座孔圆柱直径900。在910处是其余的插入件孔以及在920、930、940和950处是气门座接收部分。
[0037]图10阐述了在扇形化加工后，具有安装的气门座插入件和具有完成的气门座接收倒角的气门座孔1010、1020、1030、1040和插入件孔1050，包括燃烧面1060的曲率。
[0038]本领域技术人员将要理解的是，本发明适于应用到可以在盖的燃烧面中的更广范围的开口，靠近地定位到一个或多个气门:燃料喷射器、空气喷射器、EGR喷射器、预热塞、火花塞、预燃室、气缸压力传感口等等。另外本领域技术人员将要理解的是，本发明适于应用到更广范围的气缸盖。例如修理的气缸盖可以由压紧的石墨铸铁和合金的灰铁或球墨铸铁或其它铁材料中的一个或多个制成。最终地，修理的气缸盖可以利用合适的插入件设计并提供合适的材料选择地由铝制成。
[0039]虽然根据本发明的各种实施方式被示出和描述，要理解的是本发明不限于这些。本发明可以被本领域技术人员改变、修改和进一步应用。因此，本发明不限于前面示出和描述的详情，还包括所有这些变化和修改。
【权利要求】
1.一种用于修理具有靠近气门开口的活动开口的多气门气缸盖的方法，包括: 将第一孔导引轴衬放置在所述盖的顶部的上方且在所述活动开口的中央； 以第一孔导引直径穿过所述导引轴衬钻出第一孔导引洞； 从所述盖的底部侧到预定深度处钻出第二孔导引洞； 围绕所述第二孔导引洞的外直径切割圆锥表面； 完成攻丝洞； 在插入喷射器孔插入件之前，密封一个或多个预定密封位置； 再钻出一个或多个气门座接收部分的内倒角和圆柱表面；和 平滑以使所述插入件与燃烧面平齐。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将包含所述插入件和所述气门座孔的所述气缸盖的燃烧面扇形化，以减少盖和插入件应力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述活动开口是燃料喷射器或火花塞或预燃室中的一个。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述气缸盖在内燃发动机中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述发动机是具有喷射器尖端到气门横臂故障的柴油发动机。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述气缸盖是修理好的并包括结构喷射器套筒。
7.根据权利要求6所述的方法，其中修理好的气缸盖对于气缸盖的中央区域提供了大于如原始铸件的轴向和径向结构整体性的轴向和径向结构整体性。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述修理好的盖包括喷射器尖端开口。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述修理好的盖包括压紧的石墨铸铁和合金灰铁或球墨铸铁或其它铁材料中的一种或多种。
10.根据权利要求4所述的方法，其中结构喷射器套筒被部分地定位在气门座接收孔中并在发动机运行期间不旋转。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述插入件的燃烧面处，所述插入件包括大体上完整的圆周槽。
12.根据权利要求1所述的方法，其中在所述插入件的燃烧面处，所述插入件包括与一个或多个分别的气门座负荷有关的大体非圆周槽。
13.根据权利要求1所述的方法，其中密封剂被应用到所述插入件且所述插入件安装有仍然附接的六角驱动凸缘。
14.根据权利要求1所述的方法，其中在安装前，O形环被安装到所述插入件上。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述插入件提供对于破裂的修理和对于气缸盖铸件的喷射器套筒功能，从而允许在完成的盖中的喷射器尖端/喷射器孔开口具有轴向和径向屈服性。
16.根据权利要求8所述的方法，其中所述修理好的盖包括利用适合的插入件设计和提供合适的材料选择的铝气缸盖。
17.—种用于插入在内燃发动机的气缸盖中的喷射器孔插入件,包括: 邻近燃烧面的近端部分和包括上螺纹外直径的远端部分； 成角度的圆锥轴环； 沿着上孔部分的远螺纹部分，其用于改进的轴向屈服性和螺栓结合鲁棒性； 圆周狭槽，其从大致所述燃烧面向远端地延伸以提供增强的径向屈服性；和一个或多个密封区域，其用于密封随后的安装以防止燃料和冷却剂和燃烧气体中的一种或多种。
18.根据权利要求17所述的插入件，还包括被定位在所述近端部分处的可移除的六角部分。
19.根据权利要求17所述的插入件，其中所述成角度的圆锥轴环被成钝角或锐角。
20.根据权利要求17所述的插入件，还包括钢材料。
21.根据权利要求20所述的插入件，还包括大致等于初始喷射器套筒宽度和气缸盖孔宽度的在所述远端部分处的内尺寸。
22.根据权利要求20所述的插入件，还包括大致等于初始喷射器套筒的安装的/加工的尺寸的在所述近端部分处的内尺寸。
23.一种内燃发动机，其具有带有靠近气门开口的活动开口的多气门气缸盖，所述内燃发动机包括: 喷射器孔插入件，其通过以下步骤修理好: 将第一孔导引轴衬放置在所述盖的顶部的上方且在所述喷射器孔的中央； 以第一孔导引直径穿过所述导引轴衬钻出第一孔导引洞； 从所述盖的底部侧到预定深度钻出第二孔导引洞； 围绕所述第二导引洞孔的外直径切割圆锥表面； 完成攻丝洞； 在插入喷射器孔插入件之前，密封一个或多个预定密封位置； 再钻出一个或多个气门座内倒角和圆柱表面；和 平滑以使所述插入件与燃烧面平齐。
24.根据权利要求23所述的发动机，还包括将包含所述插入件和所述气门座孔的所述气缸盖的燃烧面扇形化，以减少盖和插入件应力。
25.根据权利要求23所述的发动机，其中所述插入件还包括: 成角度的圆锥轴环； 沿上孔部分的远螺纹部分，其用于改进的轴向屈服性和螺栓结合鲁棒性； 圆周狭槽，其从大致所述燃烧面向远端地延伸，以用于提供增强的径向屈服性；和一个或多个密封区域，其用于密封随后的安装以防止燃料和冷却剂和燃烧气体中的一种或多种。
【文档编号】B23P6/04GK104289854SQ201410203684
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】泰伦斯·M·肖 申请人:卡明斯公司