CN109424466B - 燃料喷射器孔修复 - Google Patents

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Abstract

改造或修复具有构造成以接纳燃料喷射器的孔的汽缸盖的方法包括：机加工形成孔的表面的一部分以去除瑕疵；靠近孔的机加工部分插入修复组件至孔中；靠近机加工部分和修复组件喷涂材料至孔中，从而使组件保持在适当位置。

Description

燃料喷射器孔修复
技术领域
本发明大体上涉及布置在汽缸盖中的燃料喷射器孔，其构造成接纳燃料喷射器。更具体而言，本发明涉及改造、翻新或修复这样的燃料喷射器孔的方法，使得位于燃料喷射器与燃料喷射器孔之间的密封件能够防止流体泄漏。
背景技术
燃料喷射器通常安置在汽缸盖的燃料喷射器孔中，燃料喷射器孔构造成紧密匹配燃料喷射器的外形。在燃料喷射器的外壳与汽缸的燃料喷射器孔的内表面之间的一个或多个位置布置密封件，以防止燃料泄漏到汽缸盖的水套中。在燃料喷射器孔的内表面上邻近密封件的区域随时间会有磨损或点蚀，这会降低密封件防止燃料泄漏到水套中的效果。更具体而言，燃料会渗透进燃料喷射器与汽缸盖的孔表面之间的区域，其与热一起会产生表面点蚀，这是由于被热催化的燃料中的硫的腐蚀性质对该区域中密封的有效性产生负面影响。最终，会出现泄漏，这会导致发动机出现故障、需要修复和保养，以及给使用发动机的工业领域带来相关的经济损失。
当然，修复或更换汽缸盖会很困难和/或很昂贵。一种已知的修复螺纹组件的方法公开在Ngo等人的美国专利第8,601,663号中。如Ngo的摘要所示，该专利涉及修复内螺纹开口的破损。更具体而言，所提供的方法是从结构上修复具有受损的内螺纹开口的组件。受损的内螺纹开口被机加工成预定的直径，从而形成机加工开口。在机加工开口中形成至少一个槽，从而形成槽口。将选定量的修复材料冷喷涂到包括至少一个槽的槽口中。由修复材料形成多个内螺纹，从而在组件中形成修复的内螺纹开口。还提供被修复的组件。然而，该方法并未教导如何提供适合的修复使得在存在高温和腐蚀剂的恶劣环境中(诸如发动机中)提供并保持流体紧密密封。
因此，需要开发一种方法和装置，以允许发动机的使用者改造、整修或修复可安置燃料喷射器的汽缸盖的燃料喷射器孔，并以可靠且经济的方式在燃料喷射器与汽缸盖之间提供流体紧密密封。
发明内容
提供一种根据本发明实施例的汽缸盖，其包括主体，该主体限定具有纵向轴且构造成接纳燃料喷射器的孔，该主体还限定孔的较大直径部分，孔的较小直径部分以及轴向布置在孔的较大直径部分与孔的较小直径部分之间的孔的中间直径部分，该主体进一步限定从孔的较大直径部分向孔的中间部分轴向延伸的机加工斜切部分。该主体可进一步限定在孔的较大直径部分与孔的斜切部分之间轴向布置的机加工台阶。
提供根据本发明实施例的汽缸盖组件，其包括构造成接纳燃料喷射器的汽缸盖。汽缸盖可包括主体，该主体限定具有纵向轴且构造成接纳燃料喷射器的孔。该主体还限定孔的较大直径部分，孔的较小直径部分以及轴向布置在孔的较大直径部分与孔的较小直径部分之间的孔的中间直径部分。该主体可进一步限定从孔的较大直径部分向孔的中间部分轴向延伸的机加工斜切部分，以及在孔的较大直径部分与孔的斜切部分之间轴向布置的机加工台阶。燃料喷射器可布置在汽缸盖的孔中。
提供根据本发明实施例改造或修复汽缸盖的方法，汽缸盖具有构造成接纳燃料喷射器的孔。该方法可包括：机加工形成孔的表面的一部分以去除瑕疵；靠近孔的机加工部分插入修复组件至孔中；以及靠近机加工部分和修复组件喷涂材料至孔中，从而使组件保持在适当位置。
附图说明
图1为根据本发明的各种实施例的腐蚀区域被机加工去除的汽缸盖的燃料喷射器孔的截面侧视图。
图2为图1的汽缸盖的燃料喷射器孔的截面侧视图，其示出了在靠近机加工表面的扩孔中插入修复套筒。
图3为对修复套筒上方的机加工斜切区域施用金属冷喷涂工艺的图2的汽缸盖的燃料喷射器孔的截面侧视图。
图4为图3的汽缸盖的燃料喷射器孔的细节放大图，其更清楚地示出了修复套筒与金属冷喷涂沉积材料之间的交界面以及金属冷喷涂沉积材料的轮廓。
图5为在对金属冷喷涂沉积材料和修复套筒机加工以匹配汽缸盖的燃料喷射器孔的初始尺寸后的图3的汽缸盖的燃料喷射器孔的截面侧视图。
图6为图5的汽缸盖的燃料喷射器孔的细节放大图，其更清楚地示出了在完成最终机加工操作后，修复套筒与金属冷喷涂沉积材料之间的交界面以及金属冷喷涂沉积材料的轮廓。
图7为图5的汽缸盖的燃料喷射器孔的截面侧视图，其中燃料喷射器插入孔中，且与燃料喷射器孔的修复部分以及燃料喷射器的外壳接触的密封提供流体紧密密封。
图8为包含根据本发明实施例的方法的流程图，该方法用于改造、整修或修复汽缸盖的燃料喷射器孔并在提供流体紧密密封的同时将燃料喷射器重新安装到孔中。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，实施例的实例在附图中示出。在整个附图中，相同的附图标记尽可能地表示相同或类似的部件。在一些情形下，在本说明书中将示出参考标号，附图将显示带有字母的参考标号，例如100a、100b或带有撇号标识的参考标号，诸如100’、100”等。应理解，在参考标号后紧接着使用字母或撇号表示这些特征具有类似形状且具有类似的功能，正如当几何形状关于对称平面成镜像时经常出现的情况。在本说明书中，为了便于解释，字母或撇号通常不包括在说明书中，但其可以出现在附图中表示与该撰写的说明书中所讨论的特征重复。
现在将描述根据本发明的各种实施例，修复汽缸盖、汽缸盖成品或其它类似组件的方法以及与安装或未安装燃料喷射器有关的汽缸盖组件。尽管本文所讨论的应用主要为大型发动机所使用的汽缸盖，但应理解在其它实施例中，使用任何类型的燃料喷射器的任何尺寸的汽缸盖都可使用和/或受益于本文讨论的实施例。同样，喷射器喷射的燃料类型可不同且包括柴油燃料、汽油等。因此，本文讨论的实施例的应用适用于许多发动机类型以及许多被这样的发动机驱动的机器。
参看图1，所示为根据本发明的实施例构造成接纳燃料喷射器的汽缸盖。汽缸盖100包括主体102，其限定具有纵向轴106且构造成接纳燃料喷射器302的孔104(仅图7中示出)。主体102的孔104还限定孔104的较大直径部分108，孔104的较小直径部分110以及轴向布置在孔104的较大直径部分108与孔104的较小直径部分110之间的孔104的中间直径部分112。主体102进一步限定机加工斜切部分114，其从孔104的较大直径部分108轴向延伸到孔104的中间部分112。此外，主体102进一步限定机加工台阶116(最佳参见图6)，其轴向布置在孔104的较大直径部分108与孔104的斜切部分114之间。机加工有助于去除可能会随时间出现在孔104表面的瑕疵，诸如点蚀、腐蚀、破损等。机加工可包括铣削、EDM(放电机加工)等。
在一些实施例中，机加工台阶116和机加工斜切部分114包括具有3.2微米或更大Ra值的表面粗糙度的表面，以允许更好的粘附下文中进一步描述的喷涂材料。
现在参考图2，汽缸盖100可进一步包括修复套筒200，其插入中间直径部分112中，其中，修复套筒200包括环形圆柱形状，其限定圆柱轴202、沿圆柱轴202布置的第一端204以及沿圆柱轴202布置的第二端208，第一端204具有斜切部分206。圆柱轴202可与孔104的纵向轴106共同延伸。
在一些实施例中，诸如图4中所示，修复套筒200的第二端208也有斜切部分210。在许多实施例中，修复套筒200可关于中平面212对称，中平面212位于沿修复套筒200的圆柱轴202的一半处。在其它实施例中，将修复套筒200插入孔104的中间直径部分112中，形成轻度过盈配合，诸如在0.0005英寸至0.0015英寸中间，这取决于修复套筒200的外径214的大小。此外，关于轻度过盈配合，可根据ISO标准设计该过盈配合。在许多实施例中，中间直径部分112由具有平底表面115的扩孔113形成，插入修复套筒200直至修复套筒200的第一端与平底表面115接触或几乎接触。修复套筒200的第一端204的斜切部分206设置朝向修复套筒200的外侧，这有助于防止与扩孔113角干扰，从而允许修复套管200能完全落座。修复套筒200的材料可以是不锈钢或任何其它合适耐用抗腐蚀材料。
现在转向图3，可将某种金属冷喷涂材料118附着到汽缸盖100的孔104的斜切部分114和修复套筒200上，以有助于防止修复套筒200沿拆卸方向120从汽缸盖200的孔104脱离，拆卸方向120基本上也沿孔104的纵向轴106。最佳参见图4，金属冷喷涂材料118可稍微凸起进入孔104内且也可接触设置朝向修复套筒200的第二端208外侧的斜切部分210，以形成底切122，其构造成防止修复套筒200脱离。金属冷喷涂材料118可以是不锈钢，镍铝合金(例如95％镍和5％铝)或任何其它足够耐用抗腐蚀材料。任何标准高压喷嘴和相关系统可用于铺设金属冷喷涂材料。在一些实施例中，喷嘴可放置在期望沉积材料区域的1/4英寸或1/2英寸中(例如孔104的机加工部分114)。
现在参看图5和6，修复套筒200限定内圆柱表面216，金属冷喷涂材料118经机加工产生精加工斜切部分124，其平滑过渡到孔104的较大直径部分108，且内圆柱表面216经精加工与较小直径圆柱部分110共同延伸。更具体而言，较小直径圆柱部分110限定较小内圆柱表面126，其在精加工后与修复套筒200的内圆柱表面216共同延伸。同样，修复套筒200的第二端208的内侧部分218也经精加工以提供从喷涂材料118的斜切部分124到修复套筒200的内圆柱表面216的平滑过渡。
现在聚焦图7，现在将描述根据本发明实施例可为发动机一部分的汽缸盖组件300。汽缸盖组件300可包括汽缸盖100和如先前结合图1至6所述的修复套筒200。具体而言，汽缸盖200可构造成接纳燃料喷射器302且可包括主体102，主体102限定孔104，孔104具有纵向轴106且可构造成接纳燃料喷射器302。主体102的孔104还可限定孔104的较大直径部分108，孔104的较小直径部分110以及轴向布置在孔104的较大直径部分108与孔104的较小直径部分110之间的孔104的中间直径部分112。孔104可具有从孔104的较大直径部分108向孔104的中间部分112轴向延伸的机加工斜切部分114，以及在孔104的较大直径部分108与孔104的斜切部分114之间轴向布置的机加工台阶116。该结构可通过沿孔104的中平面截取汽缸盖100可见，展现为图7的结构。
燃料喷射器302可布置在孔104中，燃料喷射器302的外壳306的前部或端部304与孔104的成角度的底表面128接触。燃料喷射器302的外壳306的剩余部分可稍微间隔开或可在燃料喷射器302的外壳306与汽缸盖100的孔104的各种表面之间具有微小间隙308。如前所述，修复套筒200限定内圆柱表面216，孔104的较小直径部分110限定较小内圆柱表面126，金属冷喷涂材料118经精机加工产生精加工斜切部分124，其平滑过渡到孔104的较大直径部分108，且内圆柱表面216经精加工与孔104的较小直径圆柱部分110的较小内圆柱表面126共同延伸。密封件310夹在燃料喷射器302的外壳306与修复套筒200的内圆柱表面216之间，以提供流体紧密密封。在此实施例中，密封件310为O形环，其位于由燃料喷射器302的外壳306形成的O形环槽312内。可使用其它类型的密封件且可将其使用修复套筒200和/或外壳306的其它构造保持在适当位置。
再参考图1，汽缸盖100包括主体102，主体102限定孔104，孔104具有纵向轴106且构造成接纳燃料喷射器302。主体102的孔104还限定孔104的较大直径部分108，孔104的较小直径部分110以及轴向布置在孔104的较大直径部分108与孔104的较小直径部分110之间的孔104的中间直径部分112。主体102进一步限定机加工斜切部分114，其从孔104的较大直径部分108轴向延伸至孔104的中间直径部分112。此外，主体102进一步限定机加工台阶116(最佳参见图6)，其轴向布置在孔104的较大直径部分108与孔104的斜切部分114之间。机加工有助于去除可能会随时间出现在孔表面的瑕疵，诸如点蚀、腐蚀、破损等，且可使用本文中其它地方论述的工艺实施。
在一些实施例中，机加工台阶116和机加工斜切部分114包括具有表面粗糙度为3.2微米或更大Ra值的表面，以允许更好的粘附下文中进一步描述的喷涂材料。
现在参考图2，汽缸盖100可进一步包括修复套筒200，其插入中间直径部分112中，其中，修复套筒200包括环形圆柱形状，其限定圆柱轴202、沿圆柱轴202布置的第一端204以及沿圆柱轴202布置的第二端208，第一端204具有斜切部分206。圆柱轴202可与孔104的纵向轴106共同延伸。在一些实施例中，诸如图4中所示，修复套筒200的第二端208也有斜切部分210。在许多实施例中，修复套筒200可关于中平面212对称，中平面212位于沿修复套筒200的圆柱轴202的一半处。在其它实施例中，将修复套筒200插入孔104的中间直径部分112中，形成轻度过盈配合，诸如在0.0005英寸至0.0015英寸中间，这取决于修复套筒200的外径214。在其它实施例中，提供滑动配合。当采用过盈配合时，关于轻度过盈配合，可根据ISO标准设计该过盈配合。修复套筒200的材料可以是不锈钢或任何其它合适耐用抗腐蚀材料。
现在转向图3，可将某种金属冷喷涂材料118附着到汽缸盖100的孔104的斜切部分114和修复套筒200上，以有助于防止修复套筒200沿拆卸方向120从汽缸盖200的孔104中脱离，拆卸方向120基本上也沿孔104的纵向轴106。最佳参见图4，金属冷喷涂材料118可稍微凸起进入孔104内且也可接触修复套筒200的第二端208的斜切部分114，以形成底切122，其构造成防止修复套筒200脱离。冷喷涂材料118可以是不锈钢，镍铝合金(例如95％镍和5％铝)或任何其它足够耐用抗腐蚀材料。任何标准高压喷嘴和相关系统可用于铺设金属冷喷涂材料。在一些实施例中，喷嘴可放置在期望沉积材料区域的1/4英寸或1/2英寸内。
再参考图5和6，修复套筒200限定内圆柱表面216，金属冷喷涂材料118经精加工产生精加工斜切部分124，其平滑过渡到孔104的较大直径部分108，且内圆柱表面216经精加工与较小直径圆柱部分110共同延伸。更具体而言，较小直径圆柱部分110限定较小内圆柱表面126，其在精加工后与修复套筒200的内圆柱表面216共同延伸。同样，修复套筒200的第二端208的内侧部分218也经精加工以提供从喷涂材料118的斜切部分124到修复套筒200的内圆柱表面216的平滑过渡。
工业实用性
在实践中，在零配件市场中或OEM背景下，可提供、出售、制造或购买等根据本文中任何实施例的修复组件(诸如修复插入件或套筒)、汽缸盖、汽缸盖组件和/或发动机组件，以在需要时来整修、翻新或改造现有发动机、汽缸盖、汽缸盖组件。
图8为改造或修复具有构造成以接纳燃料喷射器的孔的汽缸盖的方法400，该方法400包括：机加工形成孔的表面的一部分以去除瑕疵(步骤402)，靠近孔的机加工部分插入修复组件至孔中(步骤404)，以及靠近机加工部分和修复组件喷涂材料至孔中，从而使组件保持在适当位置(步骤406)。
在一些实施例中，修复组件接触孔的机加工部分的至少一部分(步骤408)。
在一些实施例中，修复组件为修复套筒，其限定与孔的内圆柱表面匹配的另一内圆柱表面(步骤410)。
在某些实施例中，孔包括形成孔的斜切部分的金属冷喷涂材料(步骤412)。可在喷涂、硬化和机加工喷涂材料后提供此斜切部分。
在一些实施例中，该方法进一步包括沿拆卸方向相对于喷涂材料形成修复组件的底切，从而防止修复组件从孔脱离(步骤414)。
喷涂材料在喷涂后可进行硬化或固化以使修复组件保持在适当位置(步骤416)。
在喷涂步骤期间，可将喷嘴插入孔的机加工部分的1/4英寸或1/2英寸处(步骤418)。
在机加工形成孔的表面的一部分以去除瑕疵时，孔的机加工部分可具有3.2微米Ra或更高表面精度以有助于改善喷涂材料对孔表面的粘附(步骤420)。
应当明白，前面的描述提供了所公开的组件和技术的实例。然而，应预料到本发明的其它实施方案可在细节上与前述实例不同。对本发明或其中实例的所有引用都旨在引用关于该点所讨论的具体实例，而不打算对本发明的总体范围造成任何限制。所有对于某些特征的区别和贬低的语言只是用来表示这些特征并不是优选的，但并不打算将这些特征完全排除在本发明的范围之外，除非另外说明。
除非本文另外指明，这里所述的值的范围仅仅用作分别指出落在该范围内的每个独立的值的简化方法，且每个单独的值就象本文单独提到的那样并入本说明书中。
熟悉此项技术者应明白，可对本文所论述的装置和组装方法的实施例进行各种修改和变型而不脱离本发明的范围或精神。鉴于本说明书和本文所公开的对实施例的实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。例如，一些设备可以与本文所述不同的方式构造和起作用，且任何方法的某些步骤可以省略或以与已具体提及不同的顺序实施，或在某些情形下同时实施或在子步骤中实施。此外，可对各种实施例的某些方面或特征进行变型或修改以产生另外的实施例，且可添加各种实施例的特征和方面至其它实施例的其它特征或方面中或用各种实施例的特征和方面替代其它实施例的其它特征或方面，从而提供另外的实施例。
因此，本发明包括适用的法律所允许的所附权利要求书中列举的主题的所有修改和等同物。此外，在其所有可能的变型中上述元素的任何组合都涵盖在本发明中，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

Claims (8)

1.一种汽缸盖，其构造成接纳燃料喷射器，所述汽缸盖包括：
主体，其限定孔，所述孔具有纵向轴且构造成接纳燃料喷射器；
所述主体还限定所述孔的较大直径部分、所述孔的较小直径部分以及轴向布置在所述孔的所述较大直径部分与所述孔的所述较小直径部分之间的所述孔的中间直径部分，所述主体进一步限定从所述孔的所述较大直径部分向所述孔的所述中间直径部分轴向延伸的机加工斜切部分；
其中，所述主体进一步限定在所述孔的所述较大直径部分与所述孔的所述斜切部分之间轴向布置的机加工台阶；以及
修复套筒，所述修复套筒插入所述中间直径部分中，其中，所述修复套筒包括环形圆柱形状，其限定圆柱轴、沿所述圆柱轴布置的第一端以及沿所述圆柱轴布置的第二端，所述第一端具有斜切部分。
2.根据权利要求1所述的汽缸盖，其中所述机加工台阶和机加工斜切部分包括具有3.2微米或更大Ra值的表面粗糙度的表面。
3.根据权利要求1所述的汽缸盖，其中将所述修复套筒插入所述孔的所述中间直径部分，形成轻度过盈配合。
4.根据权利要求1所述的汽缸盖，其中所述修复套筒的所述第二端也具有斜切部分。
5.根据权利要求4所述的汽缸盖，其进一步包括金属冷喷涂材料，其附着至所述汽缸盖的所述孔的所述机加工斜切部分以及所述修复套筒的所述第二端的所述机加工斜切部分以形成底切，所述底切构造成防止所述修复套筒脱离。
6.根据权利要求5所述的汽缸盖，其中，所述修复套筒限定内圆柱表面，所述较小直径部分限定较小内圆柱表面，且所述金属冷喷涂材料经精加工产生精加工斜切部分，所述精加工斜切部分平滑过渡到所述孔的所述较大直径部分，且所述内圆柱表面经精加工与所述较小直径圆柱部分的所述较小内圆柱表面共同延伸。
7.一种改造或修复汽缸盖的方法，所述汽缸盖具有构造成接纳燃料喷射器的孔，所述方法包括：
机加工形成所述孔的表面的一部分以去除瑕疵；
靠近所述孔的机加工部分插入修复组件至所述孔中；
靠近所述机加工部分和所述修复组件喷涂材料至所述孔中，从而使所述组件保持在适当位置；以及
沿拆卸方向相对于所述喷涂材料形成所述修复组件的底切，从而防止所述修复组件从所述孔脱离。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述修复组件接触所述孔的所述机加工部分的至少一部分。
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