用于发动机冷却剂填充的排气塞的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于发动机冷却剂填充的排气塞，具体地，本发明公开一种用于密封冷却剂通道并且从其排气的排气塞组件。冷却剂通道限定开口部分以接收排气塞组件。排气塞组件包括具有环形部分的外密封元件，其被构造用于与冷却剂通道的开口部分密封接合。排气塞组件还包括被构造用于与外密封元件的环形部分密封接合的内密封元件。内密封元件被构造为相对于外密封元件的环形部分运动以允许通过外密封元件从冷却剂通道排气。
【专利说明】
用于发动机冷却剂填充的排气塞
技术领域
[0001]本发明整体涉及用于确保发动机的冷却剂系统中冷却剂的适当再填充的方法和装置，并且更具体地涉及利用排气塞组件来密封发动机中的冷却剂通道并确保发动机的冷却剂系统中冷却剂的适当再填充以及排气的方法和装置。
【背景技术】
[0002]内燃发动机用以为车辆、发电机组、重型机械设备、大型拖拉机、道路车辆、越野车辆等提供动力源。一些内燃发动机包括散热系统以提高发动机运行效率和部件寿命。
[0003]使冷却剂流经诸如发动机缸体的发动机部件的发动机冷却系统是众所周知的。冷却剂从发动机获取热量并且可以经由与周围空气热连通的散热器将热量传输至周围空气。散热器可以包括一系列通道，通过所述通道栗出冷却剂，由风扇引起的气流对通道进行冷却，并由此冷却流经通道的冷却剂。可以通过各种发动机部件栗送冷却剂，诸如发动机缸体、气缸盖、机油冷却器等，以从所述部件获取能量。冷却剂通道典型地存在于各种发动机部件中，诸如发动机缸体和气缸盖，以允许冷却剂流经各种发动机部件。
[0004]当制造发动机缸体时，可以在发动机缸体中模制冷却剂通道。例如，砂土或湿砂可以用于部分地制造模具。砂土典型地定位在用以铸造发动机部件的模具内侧或作为该模具的一部分。随后通过将熔铁或铝倾注到模具中来制造这些部件。一旦铸件冷却，典型地移除砂土。例如，可以通过发动机缸体中的孔移除砂土，留有冷却剂流经的通道。也可以出于其它理由制造孔。随后使用防冻塞(也已知为杯形螺塞)塞住或密封这些孔。防冻塞通常具有浅杯，其具有稍呈锥形的壁，使得杯可以被压配到孔中并通过摩擦保持在其中。
[0005]发动机中使用的冷却剂可得益于用新供给的或新鲜冷却剂进行周期性冲洗和再填充，以促进冷却剂的传热特性。但是，在许多发动机部件中，诸如气缸盖，在冷却剂再填充程序期间空气会被捕集。被捕集的空气会产生问题，因为其导致热点并能在部件中产生裂缝进而影响部件寿命。因此，在冷却剂再填充程序期间从冷却系统排气是有利的。
[0006]已经采用不同的策略来解决使在冷却剂再填充程序期间捕集在冷却剂系统(包括不同类型的帽和密封件)中的空气排出的问题。例如，美国专利N0.5169015( “Burke” )描述了用于闭合散热器流体容器的填充器颈部的散热器帽。散热器帽包括可手动操纵的冠和弹性盘，冠具有覆盖填充器颈部的中央开孔，弹性盘也具有中央开孔。帽具有延伸经过冠和弹性盘的中央开孔的构件和布置在弹簧和构件之间以增强散热器帽的密封性能的辅助真空密封件。
[0007]虽然传统散热器帽在一定程度上有用，但这些传统方式未具体地解决与在冷却剂再填充期间从冷却剂通道排气相关的难题。因此，现在本领域存在对在冷却剂再填充程序期间从冷却剂系统排出捕集的空气的更可靠系统和更快速过程的需求。相应地，本发明的排气组件和过程旨在克服用于发动机冷却剂系统的现有可用塞和密封件的这些缺点中的一个或多个。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一方面，公开一种用于密封冷却剂通道并且从其排气的排气塞组件。冷却剂通道限定开口部分以接收排气塞组件。排气塞组件包括具有环形部分的外密封元件，其被构造为与冷却剂通道的开口部分密封接合。排气塞组件还包括内密封元件，其被构造为与外密封元件的环形部分密封接合。内密封元件被构造为相对于外密封元件的环形部分运动，以允许通过外密封元件从冷却剂通道排气。
[0009]根据本发明的另一方面，公开一种用于将排气塞组件安装在冷却剂通道中的过程，冷却剂通道限定开口部分以接收排气塞组件。该过程包括提供具有环形部分的外密封元件并且将外密封元件密封在冷却剂通道的开口部分内。该过程还包括提供内密封元件并将内密封元件密封在外密封元件的环形部分内。内密封元件被构造为相对于外密封元件的环形部分运动以允许通过外密封元件从冷却剂通道排气。
[0010]根据本发明的另一方面，公开一种发动机。发动机包括具有多个气缸的机体，限定开口部分的冷却剂通道，开口部分用以接收用于密封冷却剂通道并且在发动机中从其排气的排气塞组件。排气塞组件包括密封在冷却剂通道的开口部分内的具有环形部分的外密封元件和密封在外密封元件的环形部分内的内密封元件。内密封元件被构造为相对于外密封元件的环形部分运动以允许通过外密封元件从冷却剂通道排气。
【附图说明】
[0011]本发明的上述和其它特征和优点以及获得它们的方式将通过结合附图参照本发明的一方面的下述描述变得清楚和更好地理解，其中:
[0012]图1是根据本发明的一方面的内燃发动机的剖视立体图。
[0013]图2是根据本发明的一方面的发动机冷却系统的示意图。
[0014]图3是根据本发明的一方面的安装在发动机的冷却剂通道内的排气塞组件的前面立体图。
[0015]图4是根据本发明的一方面的图3中所示的排气塞组件的内密封元件的后面立体图。
[0016]图5是根据本发明的一方面的与冷却剂通道分离的图3中所示的排气塞组件的外密封元件的立体图。
[0017]图6是根据本发明的一方面的示出与内密封元件分离的外密封元件的排气塞组件的分解立体图。
[0018]图7是根据本发明的一方面的示出外密封元件和内密封元件的排气塞组件的分解侧视图。
[0019]图8是根据本发明的一方面沿着图9中所示的截面线VII1-VIII的排气塞组件的分解剖视图。
[0020]图9是根据本发明的一方面的图3中所示的排气塞组件的前视图。
[0021]图10是根据本发明的一方面的没有内密封元件的图9中所示的外密封元件的前视图。
[0022]图11是根据本发明的一方面的图3中所示的内密封元件的前视图。
[0023]图12是根据本发明的一方面的图3中所示的内密封元件的后视图。
[0024]图13是根据本发明的一方面的图3中所示的内密封元件的侧视图。
[0025]图14是根据本发明的一方面的沿着图11中所示的截面线XIV-XIV的内密封元件的剖视图。
【具体实施方式】
[0026]图1中图示根据本发明的一方面的内燃发动机10。内燃发动机10被描绘和描述为柴油发动机。但是，可以设想，内燃发动机10可以是任何类型的往复式内燃发动机10，诸如压燃发动机、火花点火发动机、其组合、或本领域中已知的任何其它往复式内燃发动机10。内燃发动机1可以包括机体12、枢转地连接至曲轴16的多个活塞组件14、以及多个气缸18。
[0027]机体12可以是限定多个气缸18的中央结构构件。替代地，气缸18可以由插入到机体12内的气缸套限定。活塞组件14之一可以可滑动地布置在每个气缸18内。可以设想，内燃发动机10可以包括任意数量的气缸18并且气缸18可以以“直列”构型、“V”构型、或本领域已知的任何其它构型布置。
[0028]参照图2，示意性地示出用于冷却发动机10的发动机冷却系统20。冷却系统20可以包括节温器壳体24，其经由管道或软管26与具有散热器芯子32的散热器30的顶箱28连通。散热器30的底箱34经由管道或软管38与和发动机10关联的栗36连通。
[0029]冷却系统20可以通过顶箱28上的填充颈部40的帽开孔填充或再填充，并且冷却剂通过芯子32向下流至底箱34。栗36可以由发动机10(诸如由风扇带42)驱动，以将冷却剂栗送到发动机10的机体12和气缸盖46内的冷却剂通道22 (图3中所示)中，在该处，冷却剂吸收由发动机10产生的热量。冷却剂接着可以流经节温器组件24至顶箱28并向下通过散热器芯子32，在该处，冷却剂由通过风扇48辅助流经芯子32的空气冷却。
[0030]本领域技术人员将理解发动机10可以包括图2中未示出的众多其它发动机系统、控制器等，为有助于本发明的理解，其仅为发动机10的冷却系统20的示意图。
[0031]现在参照图3，示出安装在冷却剂通道22内的排气塞组件50的前面透视图。如图所示，根据本发明的一方面，排气塞组件50可以包括外密封元件52和内密封元件54。图4中示出排气塞组件50的内密封元件54。图5图示与冷却剂通道22分离的排气塞组件50的外密封元件52的透视图。
[0032]排气塞组件50可以用以密封发动机10中的冷却剂通道22、压缩器、或本领域已知的具有冷却剂通道的任何其它机器或系统。排气塞组件50还可以用以通过外密封元件52从冷却剂通道22排气，如以下进一步详细描述的。在本发明的一些方面中，排气塞组件50可以用以替换使用过的或用旧的防冻塞。替代地，排气塞组件50可以作为用于发动机10的原始设备安装。
[0033]排气塞组件50可以由铸造金属制成，诸如铁、钢、铝、或适用于应用的任何其它材料。在一些方面，排气塞组件50可以涂覆有耐腐蚀材料以延长排气塞组件50的寿命。
[0034]冷却剂通道22可以具有开口部分23和侧壁21。冷却剂通道22的开口部分23可以是在制造过程中形成的孔。通常，发动机10可以具有多个冷却剂通道22，并且因此可以具有多个排气塞组件50。在本发明的一些方面中，排气塞组件50可以用以密封位于发动机10的机体12或气缸盖46中的冷却剂通道22。
[0035]外密封元件52被构造为密封在冷却剂通道22的开口部分23内。在本发明的一些方面中，密封件可以形成在外密封元件52的外表面69与冷却剂通道22的开口部分23之间。没有必要在例行维护时从冷却剂通道22移除外密封元件52或者给发动机10再填充冷却剂，因为排气是通过外密封元件52从冷却剂通道22发生的。
[0036]外密封元件52可以利用本领域已知的任何适当的方式密封在冷却剂通道22的开口部分23内。例如，焊缝、密封剂材料或粘合剂可以用以在冷却剂通道22的开口部分23与外密封元件52之间形成密封。
[0037]现在参照图6，图示密封在冷却剂通道22的开口部分23内的外密封元件52。内密封元件54与外密封元件52分离以图示外密封元件52的一些特征。根据本发明的一些方面，夕卜密封元件52可以通过足够的力被压入冷却剂通道22内，以在外密封元件52与冷却剂通道22之间形成压配合。根据本发明的其它方面，外密封元件52可以通过相对于冷却剂通道22基本上轴向指向的力被插入冷却剂通道22内。外密封元件52可以被手动地压入冷却剂通道22内。也可以利用工具将外密封元件52适配在冷却剂通道22内。
[0038]现在参照图7和8，示出根据本发明的一方面的排气塞组件50。在图7中，图示排气塞组件50的分解侧视图。在图8中，图示排气塞组件50的分解剖视图。如图7和8所示，外密封元件52可以具有围绕外密封元件52的外表面69布置的凹槽68。凹槽68可以被构造为容纳O型环74或本领域已知的其它类似密封件。O型环74布置在凹槽68中并且在外密封元件52固定在冷却剂通道22内时被压缩。O型环74在外密封元件52和冷却剂通道22的开口部分23之间形成密封。但是，可以使用其它机械密封件或垫圈，以在外密封元件52与冷却剂通道22的开口部分23之间形成密封。O型环74、类似的密封件、或垫圈可以由适于在发动机部件中提供有效的密封耐热弹性材料构成。
[0039]在本发明的一些方面中，外密封元件52可以包括基部56。基部56可以限定沿着外密封元件52的纵向轴线延伸经过基部56的开孔58(图8中所示)。开孔58可以被适当地限定尺寸以允许空气流过。空气例如可以通过外密封元件52的开孔58从冷却剂通道22排气。
[0040]外密封元件52也可以包括平坦基面60。平坦基面60可以垂直于开孔58的外径的纵向轴线延伸以限定环形部分62。外密封元件52的环形部分62大致被构造为容纳内密封元件54。图6-8中图示环形部分62与内密封元件54之间的关系。根据本发明的一方面，环形部分62可以具有从平坦基面60在远离外密封元件52的基部56的方向上延伸的柱形侧壁63。在本发明的一方面中，柱形侧壁63可以垂直于平坦基面60。
[0041]外密封元件52的总体尺寸通常可以取决于冷却剂通道22的尺寸。较大的冷却剂通道22例如可以要求较大的外密封元件52。较小的冷却剂通道22可以要求较小的外密封元件52。在本发明的一些方面中，外密封元件52的形状可以是柱形，并且外密封元件52的环形部分62可以具有一致的圆形截面。
[0042]在本发明的一些方面中，排气塞组件50的外密封元件52可以包括至少一个凹陷部分66，图9和10中示出凹陷部分66。图9图示排气塞组件50的前视图。图10图示没有内密封元件54的外密封元件52的前视图。如图所示，外密封元件52可以包括彼此相隔180度定位的两个凹陷部分66。但是，附加凹陷部分66可以设置在外密封元件52上。
[0043]凹陷部分66可以由外密封元件52的环形部分62的柱形侧壁63的内表面65限定。凹陷部分66可以沿着外密封元件52的纵向轴线延伸。在本发明的一些方面中，凹陷部分66可以横过外密封元件52的内螺纹部分64并且沿着外密封元件52的纵向轴线延伸。
[0044]凹陷部分66可以提供从冷却剂通道22排气的附加通路。例如，空气可以从冷却剂通道22行经上述开孔58并经过凹陷部分66。较快的冷却剂再填充和有效的排气可以部分地通过在外密封元件52上设置凹陷部分66来实现。
[0045]图11-14图示根据本发明的一方面的内密封元件54。特别地，图11图示内密封元件54的前视图，图12图示内密封元件54的后视图。根据本发明的一方面，内密封元件54可以具有柱形主体。但是，只要内密封元件54被构造为密封在外密封元件52的环形部分62内，内密封元件54可以是任何形状。例如，内密封元件54可以适配在环形部分62内侧，使得在内密封元件54与平坦基面60之间形成密封。
[0046]内密封元件54被构造为相对于外密封元件52运动，以允许通过外密封元件52从冷却剂通道22排气。内密封元件54相对于外密封元件52的运动可以使内密封元件54从外密封元件52的环形部分62开封，使得可以通过外密封元件52排气。内密封元件54可以从外密封元件52松开或从外密封元件52部分地移开，以允许在不完全移开内密封元件54的情况下出现排气。内密封元件54也可以从外密封元件52完全移开，以允许出现排气。但是，更快且更有效的是，将内密封元件54从外密封元件52松开足够多，以允许在不从环形部分62完全移开内密封元件54的情况下出现排气。
[0047]在本发明的一方面中，外密封元件52的环形部分62可以包括内螺纹部分64。内螺纹部分64可以沿着环形部分62的内表面61布置。内螺纹部分64可以沿着环形部分62的柱形侧壁63的内表面65布置。内螺纹部分64可以被构造为与外螺纹部分70适配。内螺纹部分64和外螺纹部分70可以使内密封元件54能够相对于环形部分62运动以允许通过外密封元件52从冷却剂通道22排气。例如，当内螺纹部分64和外螺纹部分70适配在一起且在一个方向上旋转时，内密封元件54可以与外密封元件52的环形部分62紧密接合或密封至环形部分62。在相反方向上旋转可以将内密封元件54从环形部分62松开或者将内密封元件54从环形部分62移开。
[0048]在发动机10冷却剂再填充过程中，内密封元件54可以在一个方向上旋转以将内密封元件54从外密封元件52的环形部分62松开以允许出现排气。内密封元件54相对于外密封元件52的环形部分62的旋转可以被调节以允许通过外密封元件52从冷却剂通道22的更多或更少的排气。一旦不再需要排气和/或冷却剂再填充完成，可以通过以相反方向旋转内密封元件54而将内密封元件54重新密封在外密封元件52的环形部分62内。
[0049 ]现在参照图13和14，根据本发明的一方面设有内密封元件54。具体地，图13图示内密封元件54的侧视图，图14图示内密封元件54的局部剖视图。如图13和14中所示，O型环面密封件72可以安装在内密封元件54上。O型环面密封件72可以在内密封元件54的远端76与外密封元件52的平坦基面60之间形成密封。也可以使用其它类型的机械密封件和垫圈以在内密封元件54与外密封元件52的平坦基面60之间形成密封。
[0050]在本发明的一些方面中，将内密封元件54安装至环形部分62和/或从环形部分62移开内密封元件54可以手动地执行。替代地，凹窝80可以形成在内密封元件54的远端76上，靠近冷却剂通道22的开口部分23。凹窝80可以被构造为接收工具，其接合凹窝80并且传递周向或旋转力以上紧内密封元件54或将内密封元件54从环形部分62松开。
[0051]通过提供具有环形部分62的外密封元件52并且将外密封元件52密封在冷却剂通道22的开口部分23内，排气塞组件50可以安装在发动机10的冷却剂通道22中。安装还可以包括提供内密封元件54并且将内密封元件54密封在外密封元件52的环形部分62中。内密封元件54可以被构造为相对于外密封元件52的环形部分62运动以允许从冷却剂通道22排气。
[0052]将外密封元件52密封在冷却剂通道22的开口部分23内包括在外密封元件52的外表面69与冷却剂通道22的侧壁21之间形成密封。通过手动地将外密封元件52压入冷却剂通道22的开口部分23内，可以将外密封元件52密封在冷却剂通道22的开口部分23内。密封剂材料或粘合剂可以用以将外密封元件52密封在冷却剂通道22的开口部分23内。
[0053]将内密封元件54密封在外密封元件52的环形部分62内包括在内密封元件54与环形部分62的平坦基面60之间形成密封。通过在外密封元件52的环形部分62的内表面61上提供内螺纹部分64、在内密封元件54的外表面53上提供外螺纹部分70、并且将内螺纹部分64与外螺纹部分70配合在一起，可以将内密封元件54密封至外密封元件52的环形部分62。
[0054]在根据本发明的一些方面中，安装排气塞组件50可以包括在将外密封元件52密封在冷却剂通道22的开口部分23内之前从冷却剂通道22移开使用过的或用旧的防冻塞。在本发明的其它方面中，空气可以在内密封元件54密封在外密封元件52的环形部分62内之前从冷却剂通道22排出。发动机的冷却系统20可以在密封内密封元件54之前填充冷却剂。
[0055]工业实用性
[0056]本发明可以应用于在给多种内燃发动机10的冷却系统20再填充冷却剂之后使冷却系统20排气。例如，该过程可以用在具有冷却系统20的任何发动机10或机器中。该过程可以例如用在执行与诸如采矿、建筑、农业、运输等产业或本领域已知的任何其它产业相关的一些类型的操作的任何发动机10或机器中。
[0057]这里公开的过程可以用在诸如机动车辆、机器、机车、船用发动机、发电机、小型机械发动机、作业机具、栗等的应用中。排气塞组件50可以用作作为新的发动机10的一部分制造的原始设备，或者排气塞组件50可以作为替换部件安装以替换用旧的防冻塞。该过程可以例如用以再制造发动机10或机体12中的使用过的或用旧的气缸盖46。再制造过程的一部分可以包括移除用旧的防冻塞以暴露冷却剂通道22并且安装排气塞50。
[0058]在冷却剂再填充过程中，废弃的冷却剂被从发动机的冷却系统20移除。冷却剂可以通过任何适当的方式移除。一旦已经移除废弃的冷却剂，新的冷却剂添加至发动机的冷却系统20。在添加新的冷却剂的同时，可以从外密封元件52的环形部分62移除内密封元件54以从冷却剂通道22排气。该排气也可以通过部分地移开或松开内密封元件54发生。
[0059]排气塞组件50将允许在确保冷却剂通道22中存在的任何空气被适当排气的同时冷却剂再填充更迅速地发生，由此降低损坏机体12和气缸盖46的风险。另外，本发明的排气塞组件50和过程可以产生更有效率的操作机器和发动机10，因为用于发动机10的冷却系统20中的冷却剂能够被更有效的替换。这将最终总地改进发动机10的可靠性，因为改变发动机10中的冷却剂会是发动机10的常规维护的重要部分。
[0060]将理解的是前述说明提供了本发明的系统和技术的例子。但是，可以设想，本发明的其它执行方式可与前述例子在细节上不同。对本发明或其例子的任何引用都意于引用在那点讨论的具体例子并且不意于暗示对本发明的范围更广义的任何限制。关于特定特征的区别和歧视的所有言语意于指明这些特征不是优选的，而不是将其从本发明的范围整体排除，除非另外指明。
【主权项】
1.一种用于密封冷却剂通道并且从其排气的排气塞组件，冷却剂通道限定开口部分以接收排气塞组件，排气塞组件包括: 具有环形部分的外密封元件，其被构造用于与冷却剂通道的开口部分密封接合;和 内密封元件，其被构造用于与外密封元件的环形部分密封接合，其中内密封元件被构造为相对于外密封元件的环形部分运动以允许通过外密封元件从冷却剂通道排气。2.根据权利要求1所述的排气塞组件，还包括设置在环形部分的内表面上的内螺纹部分和设置在内密封元件的外表面上的外螺纹部分，其中内螺纹部分和外螺纹部分被构造为配合在一起。3.根据权利要求1所述的排气塞组件，其中，外密封元件包括: 基部，其限定沿着外密封元件的纵向轴线延伸通过基部的开孔;和 平坦基面，其垂直于开孔的外径的纵向轴线延伸，其中外密封元件的环形部分由从平坦基面远离基部延伸的柱形侧壁限定。4.根据权利要求3所述的排气塞组件，还包括设置在环形部分的柱形侧壁的内表面上的内螺纹部分和设置在内密封元件的外表面上的外螺纹部分，其中内螺纹部分和外螺纹部分被构造为配合在一起。5.根据权利要求3所述的排气塞组件，还包括安装在内密封元件上的O型环面密封件，O型环面密封件被构造为在内密封元件的远端与外密封元件的平坦基面之间提供密封。6.根据权利要求3所述的排气塞组件，还包括在环形部分的柱形侧壁的内表面上的至少一个凹陷部分，至少一个凹陷部分沿着外密封元件的纵向轴线延伸。7.根据权利要求3所述的排气塞组件，还包括围绕外密封元件的外表面设置的凹槽和在凹槽内被构造为在外密封元件的外表面与冷却剂通道的侧壁之间提供密封的O型环。8.根据权利要求3所述的排气塞组件，还包括靠近冷却剂通道的开口部分形成在内密封元件的远端上的凹窝，其中凹窝被构造为接收工具以使内密封元件与外密封元件的环形部分接合和使内密封元件从外密封元件的环形部分脱离接合。9.一种用于将排气塞组件安装在冷却剂通道中的过程，冷却剂通道限定开口部分以接收排气塞组件，该过程包括: 提供具有环形部分的外密封元件； 将外密封元件密封在冷却剂通道的开口部分内； 提供内密封元件;和 将内密封元件密封在外密封元件的环形部分内， 其中，内密封元件被构造为相对于外密封元件的环形部分运动以允许通过外密封元件从冷却剂通道排气。10.—种发动机，包括: 具有多个气缸的机体，冷却剂通道限定开口部分以接收用于密封冷却剂通道并且在发动机中从其排气的排气塞组件，其中排气塞组件包括: 外密封元件，其具有密封在冷却剂通道的开口部分内的环形部分;和 内密封元件，其密封在外密封元件的环形部分内，其中内密封元件被构造为相对于外密封元件的环形部分运动以允许通过外密封元件从冷却剂通道排气。
【文档编号】F01P11/02GK105986876SQ201610166410
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】C·格拉哈姆, J·埃格梅耶, T·扬
【申请人】卡特彼勒公司