DE102018120148A1

DE102018120148A1 - Reparatur einer kraftstoffeinspritzdüsenbohrung

Info

Publication number: DE102018120148A1
Application number: DE102018120148.6A
Authority: DE
Inventors: Curtis John Graham; Robert E. Sharp; Daniel Thomas Cavanaugh; Robert Louis Brockman
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2019-02-28
Also published as: US10471554B2; CN109424466A; CN109424466B; US20190061072A1

Abstract

Ein Verfahren (400) zur Wiederherstellung oder Reparatur eines Zylinderkopfs mit einer Bohrung, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen, umfasst das maschinelle Bearbeiten eines Abschnitts einer Oberfläche, die die Bohrung bildet, um Unregelmäßigkeiten zu entfernen (402), das Einsetzen einer Reparaturkomponente in die Bohrung unmittelbar neben dem maschinell bearbeiteten Abschnitt der Bohrung (404), und das Einsprühen von Material in die Bohrung unmittelbar neben dem maschinell bearbeiteten Abschnitt und der Reparaturkomponente, wodurch die Komponente in ihrer Stellung gehalten wird (406).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein in Zylinderköpfen angeordnete Kraftstoffeinspritzdüsenbohrungen, die dazu ausgestaltet sind, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Wiederherstellung, Renovierung oder Reparatur solcher Kraftstoffeinspritzdüsenbohrungen, so dass Dichtungen, die zwischen der Kraftstoffeinspritzdüse und der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung angeordnet sind, in der Lage sind, das Austreten von Fluid zu verhindern.
Hintergrund
Kraftstoffeinspritzdüsen sind routinemäßig in der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung eines Zylinderkopfs angeordnet, die dazu ausgestaltet ist, eng mit der äußeren Gestalt der Kraftstoffeinspritzdüse zusammenzupassen. Dichtungen sind an einer oder mehreren Stellen zwischen dem äußeren Gehäuse der Kraftstoffeinspritzdüse und der inneren Oberfläche der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung des Zylinders angeordnet, um den Austritt von Kraftstoff in den Wassermantel des Zylinderkopfs zu verhindern. Mit der Zeit können die Bereiche benachbart zu den Dichtungen an der inneren Oberfläche der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung verschleißen oder angefressen werden, was die Effektivität der Dichtungen bei der Verhinderung des Austretens des Kraftstoffs in den Wassermantel verringern kann. Insbesondere kann Kraftstoff in die Bereiche zwischen der Kraftstoffeinspritzdüse und den Oberflächen der Bohrung des Zylinderkopfs einsickern, was zusammen mit Wärme zu einem Anfressen der Oberflächen durch die korrosive Natur des Schwefels in dem Kraftstoff führen kann, katalysiert durch die Hitze, was die Effektivität der Dichtung in diesem Bereich negativ beeinflusst. Schließlich kann es zu einem Austreten kommen, und dies kann zu einer Motorfehlfunktion führen, was eine Reparatur und Wartung notwendig macht und einen damit verbundenen wirtschaftlichen Verlust für die industrielle Anwendung, in welcher der Motor betrieben wird, bedeutet.
Natürlich kann es schwierig und/oder teuer sein, den Zylinderkopf zu reparieren oder auszutauschen. Ein bekanntes Verfahren zur Reparatur von Gewindekomponenten ist in dem US-Patent Nr. 8,601,663 an Ngo et al. offenbart. Wie durch die Zusammenfassung von Ngo gezeigt wird, betrifft dieses Patent die Reparatur von Schäden an einer Öffnung mit Innengewinde. Insbesondere werden Verfahren zur strukturellen Reparatur einer Komponente mit einer beschädigten Öffnung mit Innengewinde bereitgestellt. Die beschädigte Öffnung mit Innengewinde wird maschinell auf einen vorbestimmten Durchmesser bearbeitet, wodurch eine maschinell bearbeitete Öffnung ausgebildet wird. Zumindest eine Kerbe wird in der maschinell bearbeiteten Öffnung ausgebildet, wodurch eine gekerbte Öffnung gebildet wird. Eine ausgewählte Menge Reparaturmaterial wird kalt in die gekerbte Öffnung eingesprüht, darunter auch in die zumindest eine Kerbe. Eine Vielzahl von Innengewindegängen wird aus dem Reparaturmaterial gebildet, um eine reparierte Öffnung mit Innengewinde in der Komponente auszubilden. Auch die reparierten Komponenten werden bereitgestellt. Dieses Verfahren lehrt jedoch nicht, wie eine geeignete Reparatur vorgesehen werden kann, so dass eine fluiddichte Dichtung in einer rauen Umgebung wie einem Motor, in dem hohe Temperaturen und korrosive Stoffe vorliegen können, bereitgestellt und aufrechterhalten werden kann.
Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die es dem Benutzer eines Motors erlauben können, die Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung eines Zylinderkopfs, die eine Kraftstoffeinspritzdüse aufnehmen und eine fluiddichte Dichtung zwischen der Kraftstoffeinspritzdüse und dem Zylinderkopf vorsehen kann, in einer zuverlässigen und wirtschaftlichen Weise wiederherzustellen, zu renovieren oder auf andere Weise zu reparieren.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Zylinderkopf bereitgestellt, der einen Körper umfasst, der eine Bohrung mit einer Längsachse definiert, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen, wobei der Körper auch einen Abschnitt der Bohrung mit großem Durchmesser, einen Abschnitt der Bohrung mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt der Bohrung mit einem mittleren Durchmesser axial zwischen dem Abschnitt der Bohrung mit großem Durchmesser und dem Abschnitt der Bohrung mit kleinem Durchmesser definieren kann, wobei der Körper des Weiteren einen maschinell bearbeiteten abgefasten Abschnitt definiert, der sich axial von dem Abschnitt der Bohrung mit großem Durchmesser bis zu dem Zwischenabschnitt der Bohrung erstreckt. Der Körper kann des Weiteren eine maschinell eingearbeitete Abstufung definieren, die axial zwischen dem Abschnitt der Bohrung mit großem Durchmesser und dem abgefasten Abschnitt der Bohrung angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Zylinderkopfanordnung bereitgestellt, die einen Zylinderkopf umfasst, der dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen. Der Zylinderkopf kann einen Körper umfassen, der eine Bohrung mit einer Längsachse definiert, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen. Der Körper definiert auch einen Abschnitt der Bohrung mit großem Durchmesser, einen Abschnitt der Bohrung mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt der Bohrung mit einem mittleren Durchmesser, der axial zwischen dem Abschnitt der Bohrung mit großem Durchmesser und dem Abschnitt der Bohrung mit kleinem Durchmesser angeordnet ist. Der Körper kann des Weiteren einen maschinell eingearbeiteten abgefasten Abschnitt definieren, der sich axial von dem Abschnitt der Bohrung mit großem Durchmesser bis zu dem Zwischenabschnitt der Bohrung erstreckt, sowie eine maschinell eingearbeitete Abstufung, die axial zwischen dem Abschnitt der Bohrung mit großem Durchmesser und dem abgefasten Abschnitt der Bohrung angeordnet ist. Eine Kraftstoffeinspritzdüse kann in der Bohrung des Zylinderkopfs angeordnet sein.
Auch ein Verfahren zur Wiederherstellung oder Reparatur eines Zylinderkopfs mit einer Bohrung, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Das Verfahren kann umfassen: maschinelles Bearbeiten eines Abschnitts einer Oberfläche, die die Bohrung bildet, um Unregelmäßigkeiten zu entfernen, Einsetzen einer Reparaturkomponente in die Bohrung unmittelbar neben dem maschinell bearbeiteten Abschnitt der Bohrung, und Einsprühen von Material in die Bohrung unmittelbar neben dem maschinell bearbeiteten Abschnitt und der Reparaturkomponente, wodurch die Komponente in ihrer Stellung gehalten wird.
Figurenliste

1 ist eine abgeschnittene Seitenansicht einer Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung eines Zylinderkopfs mit erodierten Bereichen, die maschinell entfernt wurden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine abgeschnittene Seitenansicht der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung des Zylinderkopfs von 1 und zeigt eine Reparaturhülse, die in eine Senkbohrung benachbart zu den maschinell bearbeiteten Oberflächen eingesetzt wird.
3 ist eine abgeschnittene Seitenansicht der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung des Zylinderkopfs von 2, wobei ein Metallkaltsprühverfahren auf den maschinell bearbeiteten abgefasten Bereich über der Reparaturhülse angewendet wurde.
4 ist eine vergrößerte Detailansicht der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung des Zylinderkopfs von 3 und zeigt deutlicher die Schnittstelle zwischen der Reparaturhülse und dem durch das Metallkaltsprühverfahren aufgebrachten Material und das Profil des durch das Metallkaltsprühverfahren aufgebrachten Materials.
5 ist eine abgeschnittene Seitenansicht der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung des Zylinderkopfs von 3, nachdem das durch das Metallkaltsprühverfahren aufgebrachte Material und die Reparaturhülse maschinell bearbeitet wurden, um mit den ursprünglichen Dimensionen der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung des Zylinderkopfs übereinzustimmen.
6 ist eine vergrößerte Detailansicht der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung des Zylinderkopfs von 5 und zeigt deutlicher die Schnittstelle zwischen der Reparaturhülse und dem durch das Metallkaltsprühverfahren aufgebrachten Material und das Profil des durch das Metallkaltsprühverfahren aufgebrachten Materials, nachdem die letzte maschinelle Bearbeitung abgeschlossen wurde.
7 ist eine abgeschnittene Seitenansicht und zeigt die Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung des Zylinderkopfs von 5 mit einer in die Bohrung eingesetzten Kraftstoffeinspritzdüse und einer Dichtung, die mit dem reparierten Abschnitt der Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung und dem Gehäuse der Kraftstoffeinspritzdüse in Kontakt steht und eine fluiddichte Dichtung bereitstellt.
8 ist ein Flussdiagramm mit einem Verfahren zur Wiederherstellung, Renovierung oder Reparatur einer Kraftstoffeinspritzdüsenbohrung eines Zylinderkopfes und zum Wiedereinsetzen einer Kraftstoffeinspritzdüse in die Bohrung, während eine fluiddichte Dichtung bereitgestellt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden wird nun detailliert auf die Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen, wobei Beispiele dafür in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo dies möglich ist, werden dieselben Bezugszeichen innerhalb der Zeichnungen verwendet, um auf dieselben oder ähnliche Teile zu verweisen. In einigen Fällen wird ein Bezugszeichen in dieser Beschreibung angegeben und die Zeichnungen zeigen das Bezugszeichen gefolgt von einem Buchstaben, zum Beispiel 100a, 100b, oder von Hochstrichen oder Indizes 100', 100" etc. Es sollte klar sein, dass die Verwendung von Buchstaben oder Hochstrichen unmittelbar nach einem Bezugszeichen darauf hinweist, dass diese Merkmale in ähnlicher Weise gestaltet sind und ähnliche Funktionen aufweisen, wie dies oftmals der Fall ist, wenn die Geometrie um eine Symmetrieebene spiegelbildlich verläuft. Um die Erläuterungen in dieser Beschreibung zu vereinfachen, werden die Buchstaben oder Hochstriche hierin oft nicht eingeschlossen, können aber in den Zeichnungen dargestellt sein, um die Vielzahl der innerhalb dieser schriftlichen Beschreibung erläuterten Merkmale anzuzeigen.
Ein Verfahren zur Reparatur eines Zylinderkopfs, der entstehende Zylinderkopf, oder eine andere ähnliche Komponente und die zugehörige Zylinderkopfanordnung mit einer installierten oder nicht installierten Kraftstoffeinspritzdüse werden nun gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Während die hierin erläuterte Anwendung in erster Linie ein mit großen Motoren verwendeter Zylinderkopf ist, sollte klar sein, dass in anderen Ausführungsformen ein Zylinderkopf beliebiger Größer unter Verwendung eines beliebigen Typs von Kraftstoffeinspritzdüse verwendet werden kann und/oder von den hierin erläuterten Ausführungsformen profitieren kann. In ähnlicher Weise kann der Typ des Kraftstoffs, der durch die Einspritzdüse eingespritzt wird, variieren, und umfasst Dieselkraftstoff, Benzin, etc. Dementsprechend sind die Anwendungen der hierin erläuterten Ausführungsformen auf eine Vielzahl von Motortypen und eine Vielzahl von Maschinen, die durch solche Motoren angetrieben werden, anwendbar.
Mit Blick auf 1 wird dort ein Zylinderkopf, der dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der Zylinderkopf 100 umfasst einen Körper 102, der eine Bohrung 104 definiert, die eine Längsachse 106 definiert und dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse 302 aufzunehmen (nur in 7 dargestellt). Die Bohrung 104 des Körpers 102 definiert auch einen Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104, einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 110 der Bohrung 104 und einen Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 der Bohrung 104, der axial zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 110 der Bohrung 104 angeordnet ist. Der Körper 102 definiert ferner einen maschinell bearbeiteten abgefasten Abschnitt 114, der sich axial von dem Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 bis zu dem Zwischenabschnitt 112 der Bohrung 104 erstreckt. Ferner definiert der Körper 102 eine maschinell eingearbeitete Abstufung 116 (am besten in 6 zu sehen), die axial zwischen dem Abschnitt 108 der Bohrung 104 mit großem Durchmesser und dem abgefasten Abschnitt 114 der Bohrung 104 angeordnet ist. Die maschinelle Bearbeitung hilft, Unregelmäßigkeiten wie Lochfraß, Erosion, Beschädigungen etc. zu entfernen, die mit der Zeit an den Oberflächen der Bohrung 104 entstehen können. Die maschinelle Bearbeitung kann Fräsen, Elektroerosion (EDM oder electrical discharge machining) etc. umfassen.
In einigen Ausführungsformen können die maschinell eingearbeitete Abstufung 116 und der maschinell bearbeitete abgefaste Abschnitt 114 Oberflächen mit einer Oberflächenrauigkeit mit einem Ra-Wert von 3,2 Mikrometer oder größer aufweisen, um ein besseres Anhaften des Sprühmaterials zu ermöglichen, wie dies noch detailliert beschrieben werden wird.
Nun bezugnehmend auf 2 kann der Zylinderkopf 100 ferner eine Reparaturhülse 200 umfassen, die in den Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 eingesetzt ist, wobei die Reparaturhülse 200 eine ringförmige zylindrische Gestalt, die eine Zylinderachse 202 definiert, ein erstes Ende 204, das entlang der Zylinderachse 202 angeordnet ist und einen abgefasten Abschnitt 206 aufweist, und ein zweites Ende 208, das entlang der Zylinderachse 202 angeordnet ist, umfasst. Die Zylinderachse 202 kann mit der Längsachse 106 der Bohrung 104 zusammenfallen.
In einigen Ausführungsformen, wie etwa jener, die in 4 dargestellt ist, weist auch das zweite Ende 208 der Reparaturhülse 200 einen abgefasten Abschnitt 210 auf. In vielen Ausführungsformen kann die Reparaturhülse 200 um eine Mittelebene 212 symmetrisch sein, die auf dem halben Weg entlang der Zylinderachse 202 der Reparaturhülse 200 positioniert ist. In anderen Ausführungsformen wird die Reparaturhülse 200 in den Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 der Bohrung 104 mit einer geringfügigen Presspassung, etwa zwischen 0,0005 Zoll bis 0,0015 Zoll, eingesetzt, in Abhängigkeit von der Größe des Außendurchmessers 214 der Reparaturhülse 200. Darüber hinaus kann die Presspassung in Übereinstimmung mit ISO-Normen für Presspassungen konstruiert sein. In vielen Ausführungsformen wird der Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 durch eine Senkbohrung 113 mit einer flachen unteren Oberfläche 115 und gebildet, und die Reparaturhülse 200 wird eingesetzt, bis das erste Ende 204 der Reparaturhülse 200 mit der flachen unteren Oberfläche 115 in Kontakt steht oder fast in Kontakt steht. Der abgefaste Abschnitt 206 des ersten Endes 204 der Reparaturhülse 200 ist zur Außenseite der Reparaturhülse 200 hin positioniert, was hilft, ein Verkanten mit der Senkbohrung 113 zu verhindern, wodurch die Reparaturhülse 200 vollständig eingesetzt werden kann. Das Material der Reparaturhülse 200 kann Edelstahl oder ein beliebiges anderes dauerhaftes und korrosionsbeständiges Material sein.
Nun bezugnehmend auf 3 kann ein Metallkaltsprühmaterial 118 auf den abgefasten Abschnitt 114 der Bohrung 104 des Zylinderkopfs 100 und die Reparaturhülse 200 aufgebracht werden, was ein Austreten der Reparaturhülse 200 aus der Bohrung 104 des Zylinderkopfs 100 entlang einer Trennungsrichtung 120 verhindert, die ebenfalls im Wesentlichen entlang der Längsachse 106 der Bohrung 104 verläuft. Wie am besten in 4 zu sehen ist, kann das Metallkaltsprühmaterial 118 geringfügig in die Bohrung 104 hinein gewölbt sein und auch mit dem abgefasten Abschnitt 210 in Kontakt stehen, der zu der Außenseite des zweiten Endes 208 der Reparaturhülse 200 hin positioniert ist, was eine Hinterschneidung 122 bildet, die dazu ausgestaltet ist, das Entfernen der Reparaturhülse 200 zu verhindern. Das Metallkaltsprühmaterial 118 kann Edelstahl, eine Nickel-Aluminiumlegierung (z. B. 95% Nickel und 5% Aluminium) oder ein beliebiges anderes ausreichend dauerhaftes und korrosionsbeständiges Material sein. Zum Aufbringen des Metallkaltsprühmaterials können eine beliebige standardmäßige Hochdrucksprühdüse und zugehörige Systeme verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Sprühdüse in einem Bereich von einem viertel bis einem halben Zoll innerhalb des Bereichs, wo das Material aufgebracht werden soll, platziert werden (z. B. der maschinell bearbeitete abgefaste Abschnitt 114 der Bohrung 104).
Mit Blick auf 5 und 6 definiert die Reparaturhülse 200 eine innere zylindrische Oberfläche 216 und das Metallkaltsprühmaterial 118 wird maschinell bearbeitet, um einen maschinell fertigbearbeiteten abgefasten Abschnitt 124 zu erzeugen, der glatt in den Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 übergeht, und die innere zylindrische Oberfläche 216 wird maschinell fertig bearbeitet, um sich zusammen mit dem zylindrischen Abschnitt 110 mit kleinem Durchmesser zu erstrecken. Insbesondere definiert der zylindrische Abschnitt 110 mit kleinem Durchmesser eine kleine innere zylindrische Oberfläche 126, die sich nach der maschinellen Fertigbearbeitung zusammen mit der inneren zylindrischen Oberfläche 216 der Reparaturhülse 200 erstreckt. Auch der innere Abschnitt 218 des zweiten Endes 208 der Reparaturhülse 200 wird maschinell fertigbearbeitet, um einen glatten Übergang von dem abgefasten Abschnitt 124 des Sprühmaterials 118 auf die innere zylindrische Oberfläche 216 der Reparaturhülse 200 bereitzustellen.
Nun besonders auf 7 bezugnehmend wird eine Zylinderkopfanordnung 300, die Teil eines Motors sein kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die Zylinderkopfanordnung 300 kann einen Zylinderkopf 100 und eine Reparaturhülse 200 umfassen, wie dies zuvor in Bezug auf 1 bis 6 beschrieben wurde. Im Besonderen kann der Zylinderkopf 100 dazu ausgestaltet sein, eine Kraftstoffeinspritzdüse 302 aufzunehmen, und kann einen Körper 102 umfassen, der eine Bohrung 104 definiert, die eine Längsachse 106 aufweist und dazu ausgestaltet sein kann, eine Kraftstoffeinspritzdüse 302 aufzunehmen. Die Bohrung 104 des Körpers 102 kann auch einen Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104, einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 110 der Bohrung 104 und einen Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 der Bohrung 104 definieren, der axial zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 110 der Bohrung 104 angeordnet ist. Die Bohrung 104 kann einen maschinell bearbeiteten abgefasten Abschnitt 114 umfassen, der sich axial von dem Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 bis zu dem Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 der Bohrung 104 erstreckt, wobei eine maschinell eingearbeitete Abstufung 116 axial zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 und dem abgefasten Abschnitt 114 der Bohrung 104 angeordnet ist. Dieser Aufbau wird sichtbar, wenn man den Zylinderkopf 100 entlang einer Mittelebene der Bohrung 104 schneidet, wodurch der Aufbau von 7 sichtbar wird.
Eine Kraftstoffeinspritzdüse 302 kann in der Bohrung 104 so angeordnet sein, dass der Frontabschnitt oder die Spitze 304 des Gehäuses 306 der Kraftstoffeinspritzdüse 302 die gewinkelte untere Oberfläche 128 der Bohrung 104 kontaktiert. Der Rest des Gehäuses 306 der Kraftstoffeinspritzdüse 302 kann geringfügig beabstandet angeordnet sein, oder kann mit einem geringfügigen Spalt 308 zwischen dem Gehäuse 306 der Kraftstoffeinspritzdüse 302 und den verschiedenen Oberflächen der Bohrung 104 des Zylinderkopfs 100 versehen sein. Wie vorhin bereits angedeutet, definiert die Reparaturhülse 200 eine innere zylindrische Oberfläche 216, der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 110 der Bohrung 104 definiert eine kleine innere zylindrische Oberfläche 126, und das Metallkaltsprühmaterial 118 wird maschinell fertigbearbeitet, um einen maschinell fertigbearbeiteten abgefasten Abschnitt 124 zu bilden, der glatt in den Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 übergeht, und die innere zylindrische Oberfläche 216 wird maschinell fertig bearbeitet, um zusammen mit der kleinen inneren zylindrischen Oberfläche 126 des zylindrischen Abschnitts 110 mit kleinem Durchmesser der Bohrung 108 zu verlaufen. Eine Dichtung 310 ist zwischen dem Gehäuse 306 der Kraftstoffeinspritzdüse 302 und der inneren zylindrischen Oberfläche 216 der Reparaturhülse 200 eingebracht, wodurch eine fluiddichte Dichtung bereitgestellt wird. Für diese Ausführungsform ist die Dichtung 310 ein O-Ring, der in einer O-Ring-Nut 312 platziert ist, die durch das Gehäuse 306 der Kraftstoffeinspritzdüse 302 gebildet wird. Auch andere Typen von Dichtungen können verwendet werden und können unter Verwendung anderer Konfigurationen der Reparaturhülse 200 und/oder des Gehäuses 306 in Stellung gehalten werden.
Erneut bezugnehmend auf 1 umfasst der Zylinderkopf 100 einen Körper 102, der eine Bohrung 104 definiert, die eine Längsachse 106 aufweist und dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse 302 aufzunehmen. Die Bohrung 104 des Körpers 102 definiert auch einen Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104, einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 110 der Bohrung 104 und einen Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 der Bohrung 104, der axial zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 110 der Bohrung 104 angeordnet ist. Der Körper 102 definiert ferner einen maschinell eingearbeiteten abgefasten Abschnitt 114, der sich axial von dem Abschnitt 108 der Bohrung 104 mit großem Durchmesser bis zu dem Zwischenabschnitt 112 der Bohrung 104 erstreckt. Ferner definiert der Körper 102 eine maschinell eingearbeitete Abstufung 116 (am besten in 6 zu sehen), die axial zwischen dem Abschnitt 108 der Bohrung 104 mit großem Durchmesser und dem abgefasten Abschnitt 114 der Bohrung 104 angeordnet ist. Die maschinelle Bearbeitung hilft, Unregelmäßigkeiten wie Lochfraß, Erosion, Beschädigungen etc. zu entfernen, die mit der Zeit an den Oberflächen der Bohrung entstehen können, und kann unter Verwendung der hierin an anderer Stelle erläuterten Verfahren durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen können die maschinell eingearbeitete Abstufung 116 und der maschinell bearbeitete abgefaste Abschnitt 114 Oberflächen mit einer Oberflächenrauigkeit mit einem Ra-Wert von 3,2 Mikrometer oder größer aufweisen, um ein besseres Anhaften des Sprühmaterials zu ermöglichen, wie dies noch detailliert beschrieben werden wird.
Erneut bezugnehmend auf 2 kann der Zylinderkopf 100 ferner eine Reparaturhülse 200 umfassen, die in den Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 eingesetzt ist, wobei die Reparaturhülse 200 eine ringförmige zylindrische Gestalt, die eine Zylinderachse 202 definiert, ein erstes Ende 204, das entlang der Zylinderachse 202 angeordnet ist und einen abgefasten Abschnitt 206 aufweist, und ein zweites Ende 208, das entlang der Zylinderachse 202 angeordnet ist, umfasst. Die Zylinderachse 202 kann mit der Längsachse 106 der Bohrung 104 zusammenfallen. In einigen Ausführungsformen, wie etwa jener, die in 4 dargestellt ist, weist auch das zweite Ende 208 der Reparaturhülse 200 einen abgefasten Abschnitt 210 auf. In vielen Ausführungsformen kann die Reparaturhülse 200 um eine Mittelebene 212 symmetrisch sein, die auf dem halben Weg entlang der Zylinderachse 202 der Reparaturhülse 200 positioniert ist. In anderen Ausführungsformen wird die Reparaturhülse 200 in den Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 112 der Bohrung 104 mit einer geringfügigen Presspassung, etwa zwischen 0,0005 Zoll bis 0,0015 Zoll, eingesetzt, in Abhängigkeit von dem Außendurchmesser 214 der Reparaturhülse 200. In anderen Ausführungsformen kann ein Gleitsitz vorgesehen werden. Wenn eine Presspassung verwendet wird, kann die Presspassung in Übereinstimmung mit ISO-Normen für Presspassungen konstruiert sein. Das Material der Reparaturhülse 200 kann Edelstahl oder ein beliebiges anderes dauerhaftes und korrosionsbeständiges Material sein.
Erneut bezugnehmend auf 3 kann ein Metallkaltsprühmaterial 118 auf den abgefasten Abschnitt 114 der Bohrung 104 des Zylinderkopfs 100 und die Reparaturhülse 200 aufgebracht werden, was ein Austreten der Reparaturhülse 200 aus der Bohrung 104 des Zylinderkopfs 100 entlang einer Trennungsrichtung 120 verhindert, die ebenfalls im Wesentlichen entlang der Längsachse 106 der Bohrung 104 verläuft. Wie am besten in 4 zu sehen ist, kann das Metallkaltsprühmaterial 118 geringfügig in die Bohrung 104 hinein gewölbt sein und auch mit dem abgefasten Abschnitt 114 des zweiten Endes 208 der Reparaturhülse 200 in Kontakt stehen, was eine Hinterschneidung 122 bildet, die dazu ausgestaltet ist, das Entfernen der Reparaturhülse 200 zu verhindern. Das Kaltsprühmaterial 118 kann Edelstahl, eine Nickel-Aluminiumlegierung (z. B. 95% Nickel und 5% Aluminium) oder ein beliebiges anderes ausreichend dauerhaftes und korrosionsbeständiges Material sein. Zum Aufbringen des Metallkaltsprühmaterials können eine beliebige standardmäßige Hochdrucksprühdüse und zugehörige Systeme verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Sprühdüse in einem Bereich von einem viertel bis einem halben Zoll innerhalb des Bereichs, wo das Material abgelagert werden soll, platziert werden.
Erneut mit Blick auf 5 und 6 definiert die Reparaturhülse 200 eine innere zylindrische Oberfläche 216 und das Metallkaltsprühmaterial 118 wird maschinell bearbeitet, um einen maschinell fertigbearbeiteten abgefasten Abschnitt 124 zu erzeugen, der glatt in den Abschnitt mit großem Durchmesser 108 der Bohrung 104 übergeht, und die innere zylindrische Oberfläche 216 wird maschinell fertig bearbeitet, um sich zusammen mit dem zylindrischen Abschnitt 110 mit kleinem Durchmesser zu erstrecken. Insbesondere definiert der zylindrische Abschnitt 110 mit kleinem Durchmesser eine kleine innere zylindrische Oberfläche 126, die sich nach der maschinellen Fertigbearbeitung zusammen mit der inneren zylindrischen Oberfläche 216 der Reparaturhülse 200 erstreckt. Auch der innere Abschnitt 218 des zweiten Endes 208 der Reparaturhülse 200 wird maschinell fertigbearbeitet, um einen glatten Übergang von dem abgefasten Abschnitt 124 des Sprühmaterials 118 auf den inneren zylindrischen Abschnitt 216 der Reparaturhülse 200 bereitzustellen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
In der Praxis kann eine Reparaturkomponente, etwa ein Reparatureinsatz oder eine Hülse, ein Zylinderkopf, eine Zylinderkopfanordnung und/oder eine Motoranordnung gemäß einer beliebigen hierin beschriebenen Ausführungsform geschaffen, verkauft, hergestellt und zugekauft werden, um bestehende Motoren, Zylinderköpfe, Zylinderkopfanordnungen je nach Bedarf oder Wunsch in einem Nachbau- oder OEM-Kontext renovieren, nachzurüsten oder wiederherzustellen.
8 ist ein Verfahren 400 zur Wiederherstellung oder Reparatur eines Zylinderkopfs mit einer Bohrung, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen, wobei das Verfahren umfasst: maschinelles Bearbeiten eines Abschnitts einer Oberfläche, die die Bohrung bildet, um Unregelmäßigkeiten zu entfernen (Schritt 402), Einsetzen einer Reparaturkomponente in die Bohrung unmittelbar neben dem maschinell bearbeiteten Abschnitt der Bohrung (Schritt 404), und Einsprühen von Material in die Bohrung unmittelbar neben dem maschinell bearbeiteten Abschnitt und der Reparaturkomponente, wodurch die Komponente in ihrer Stellung gehalten wird (Schritt 406).
In einigen Ausführungsformen steht die Reparaturkomponente mit zumindest einem Abschnitt des maschinell bearbeiteten Abschnitts der Bohrung in Kontakt (Schritt 408).
In einigen Ausführungsformen ist die Reparaturkomponente eine Reparaturhülse, die eine innere zylindrische Oberfläche umfasst, die mit einer anderen inneren zylindrischen Oberfläche der Bohrung zusammenpasst (Schritt 410).
In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Bohrung Metallkaltsprühmaterial, das einen abgefasten Abschnitt der Bohrung bildet (Schritt 412). Dieser abgefaste Abschnitt kann nach dem Aufsprühen, Härten und maschinellen Bearbeiten des Sprühmaterials vorgesehen werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Ausbilden einer Hinterschneidung der Reparaturkomponente relativ zu dem Sprühmaterial entlang einer Trennrichtung, wodurch verhindert wird, dass die Reparaturkomponente aus der Bohrung entfernt wird (Schritt 414).
Das Sprühmaterial kann gehärtet oder verfestigt werden, um die Reparaturkomponente nach dem Aufsprühen des Materials in ihrer Stellung zu halten (Schritt 416).
Während des Sprühschritts kann die Sprühdüse in einem Bereich von einem viertel bis einem halben Zoll zu dem maschinell bearbeiteten Abschnitt der Bohrung platziert werden (Schritt 418).
Nach dem maschinellen Bearbeiten eines Abschnitts der Oberfläche, die die Bohrung bildet, um Unregelmäßigkeiten zu entfernen, kann der maschinell bearbeitete Abschnitt der Bohrung eine Oberflächenendbearbeitung von 3,2 Mikrometer Ra oder mehr aufweisen, um zu helfen, die Anhaftung des Sprühmaterials an der Oberfläche der Bohrung zu verbessern (Schritt 420).
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung nur Beispiele des offenbarten Systems bzw. der offenbarten Technik bietet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorstehenden Beispielen unterscheiden können. Alle Verweise auf die Offenbarung oder deren Beispiele sind als Verweis auf das speziell an dieser Stelle besprochene Beispiel zu verstehen und stellen keine Begrenzung des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen dar. Alle Formulierungen einer Unterscheidung und einer Herabsetzung bezüglich bestimmter Merkmale sollen eine geringere Bevorzugung dieser Merkmale angeben, diese jedoch nicht vom Bereich der Offenbarung ausschließen, falls nichts Anderes angegeben ist.
Die Erwähnung von Wertebereichen soll hier nur als ein abgekürztes Verfahren dazu dienen, einzeln jeden getrennten Wert zu nennen, der in den Bereich fällt, außer wenn dies in anderer Weise hier angezeigt wird, und jeder getrennte Wert wird in die Beschreibung mit eingeschlossen, genauso wie wenn er einzeln hier genannt worden wäre.
Dem Fachmann ist klar, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens der Anordnung, wie sie hierin erläutert wird, vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung(en) abzuweichen. Weitere Ausführungsformen dieser Offenbarung werden dem Fachmann klar sein, wenn er die Beschreibung und praktische Ausführung der verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen in Betracht zieht. Zum Beispiel kann ein Teil der Ausrüstung anders konstruiert sein und funktionieren, als hierin beschrieben wurde, und bestimmte Schritte jedes der Verfahren können entfallen, in anderer Reihenfolge, als sie speziell erwähnt wurde, ausgeführt werden, oder in einigen Fällen auch gleichzeitig oder in Teilschritten ausgeführt werden. Darüber hinaus können verschiedene Variationen oder Modifikationen an bestimmten Aspekten oder Merkmalen verschiedener Ausführungsformen vorgenommen werden, um weitere Ausführungsformen zu schaffen, und andere Merkmale und Aspekte verschiedener Ausführungsformen können zu anderen Merkmalen oder Aspekten anderer Ausführungsformen hinzugefügt werden, oder solche ersetzen, um noch weitere Ausführungsformen zu schaffen.
Demgemäß umfasst diese Offenbarung alle Modifizierungen und Äquivalente des in den beigefügten Ansprüchen angegebenen Gegenstands, soweit dies auf Grund anwendbarer Gesetze zulässig ist. Darüber hinaus ist jegliche Kombination der vorstehend beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon in die Offenbarung eingeschlossen, falls hier nichts Anderes angegeben ist oder es nicht in einem klaren Widerspruch zum Kontext steht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8601663 [0003]

Claims

Zylinderkopf (100), der dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse (302) aufzunehmen, umfassend: einen Körper (102), der eine Bohrung (104) mit einer Längsachse (106) definiert, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse (303) aufzunehmen; wobei der Körper (102) auch einen Abschnitt (108) der Bohrung (104) mit großem Durchmesser, einen Abschnitt (110) der Bohrung (104) mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt (112) der Bohrung (104) mit einem mittleren Durchmesser, der axial zwischen dem Abschnitt (108) der Bohrung (104) mit großem Durchmesser und dem Abschnitt (110) der Bohrung (104) mit kleinem Durchmesser angeordnet ist, definiert, wobei der Körper (114) ferner einen maschinell bearbeiteten abgefasten Abschnitt (114) definiert, der sich axial von dem Abschnitt (108) mit großem Durchmesser der Bohrung (104) bis zu dem Zwischenabschnitt (112) der Bohrung (104) erstreckt; und wobei der Körper (102) ferner einen maschinell eingearbeiteten abgefasten Abschnitt (116) definiert, der axial zwischen dem Abschnitt (108) der Bohrung (104) mit großem Durchmesser und dem maschinell bearbeiteten abgefasten Abschnitt (114) der Bohrung (104) angeordnet ist.
Zylinderkopf (100) nach Anspruch 1, wobei die maschinell eingearbeitete Abstufung (116) und der maschinell bearbeitete abgefaste Abschnitt (114) Oberflächen mit einer Oberflächenrauigkeit mit einem Ra-Wert von 3,2 Mikrometer oder größer umfassen.
Zylinderkopf (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Reparaturhülse (200), die in den Abschnitt (112) mit mittlerem Durchmesser eingesetzt ist, wobei die Reparaturhülse (200) eine ringförmige zylindrische Gestalt, die eine Zylinderachse (202) definiert, ein erstes Ende (204), das entlang der Zylinderachse (202) angeordnet ist und einen abgefasten Abschnitt (206) aufweist, und ein zweites Ende (208), das entlang der Zylinderachse (202) angeordnet ist, umfasst.
Zylinderkopf (100) nach Anspruch 3, wobei die Reparaturhülse (200) in den Abschnitt mit mittlerem Durchmesser (112) der Bohrung (104) mit einer geringfügigen Presspassung eingesetzt ist.
Zylinderkopf (100) nach Anspruch 3, wobei das zweite Ende (208) der Reparaturhülse (200) ebenfalls einen abgefasten Abschnitt (210) aufweist.
Zylinderkopf (100) nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend Metallkaltsprühmaterial (118), das auf den maschinell bearbeiteten abgefasten Abschnitt (114) der Bohrung (104) des Zylinderkopfs (100) und den maschinell bearbeiteten abgefasten Abschnitt (114) des zweiten Endes (208) der Reparaturhülse (200) aufgebracht ist, wodurch eine Hinterschneidung (122) gebildet wird, die dazu ausgestaltet ist, ein Entfernen der Reparaturhülse (200) zu verhindern.
Zylinderkopf (100) nach Anspruch 6, wobei die Reparaturhülse (200) eine innere zylindrische Oberfläche (216) definiert, der zylindrische Abschnitt (110) mit kleinem Durchmesser eine kleine innere zylindrische Oberfläche (126) definiert, und das Metallkaltsprühmaterial (118) maschinell fertigbearbeitet wird, um einen maschinell fertigbearbeiteten abgefasten Abschnitt (124) zu erzeugen, der glatt in den Abschnitt mit großem Durchmesser (108) der Bohrung (104) übergeht, und die innere zylindrische Oberfläche (216) maschinell fertigbearbeitet wird, um zusammen mit der kleinen inneren zylindrischen Oberfläche (126) des zylindrischen Abschnitts (110) mit kleinem Durchmesser zu verlaufen.
Verfahren (400) zur Wiederherstellung oder Reparatur eines Zylinderkopfs mit einer Bohrung, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen, wobei das Verfahren umfasst: maschinelles Bearbeiten eines Abschnitts einer Oberfläche, die die Bohrung bildet, um Unregelmäßigkeiten zu entfernen (402); Einsetzen einer Reparaturkomponente in die Bohrung unmittelbar neben dem maschinell bearbeiteten Abschnitt der Bohrung (404); und Einsprühen von Material in die Bohrung unmittelbar neben dem maschinell bearbeiteten Abschnitt und der Reparaturkomponente, wodurch die Komponente in ihrer Stellung gehalten wird (406).
Verfahren (400) nach Anspruch 8, wobei die Reparaturkomponente mit zumindest einem Abschnitt des maschinell bearbeiteten Abschnitts der Bohrung (408) in Kontakt steht.
Verfahren (400) nach Anspruch 9, ferner umfassend das Ausbilden einer Hinterschneidung der Reparaturkomponente relativ zu dem Sprühmaterial entlang einer Trennrichtung, wodurch verhindert wird, dass die Reparaturkomponente aus der Bohrung (414) entfernt wird.