BR0205866B1

BR0205866B1 - válvula de injeção de combustìvel para máquinas de combustão interna e um processo para o endurecimento da mesma.

Info

Publication number: BR0205866B1
Application number: BRPI0205866-9A
Authority: BR
Inventors: Dieter Liedtke; Alfred Hoch; Franz Wolf
Priority date: 2001-08-11
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2011-02-08
Also published as: DE50210282D1; US7419553B2; EP1419314B1; BR0205866A; WO2003016708A1; EP1419314A1; DE10139620A1; US20040050456A1; JP2004538423A; CN1464942A; CN100365268C

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VÁLVULA DEINJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL PARA MÁQUINAS DE COMBUSTÃO IN-TERNA E UM PROCESSO PARA O ENDURECIMENTO DA MESMA".

ESTADO DA TÉCNICA

Do estado da técnica são conhecidos diversos processos para oendurecimento de aço. Desta maneira, deve ser influenciada a resistência aodesgaste e a resistência do material e sua maquinabilidade. Um exemplopara isto é a chamada carburação, quando o carbono é introduzido nas ca-madas próximas à superfície da peça a ser trabalhada. Um destes proces-sos é descrito, por exemplo, na publicação US 4 836 864. Outras possibili-dades são a nitruração de aços, quando nitrogênio é introduzido nas cama-das próximas à superfície da peça a ser trabalhada. Também no caso deválvulas de injeção de combustível, como são utilizadas de preferência paramáquinas de combustão interna de ignição espontânea, e como são descri-tas, por exemplo, na DE 196 18 650 A1, é conhecida a utilização de açosendurecidos e tratados desta maneira, com o intuito de prolongar a vida útildos aços. No âmbito do desenvolvimento dos motores, em conseqüência doaumento da potência ou do aumento do desempenho de frenagem especi-almente no caso de veículos utilitários, vai aumentar ainda mais a solicitaçãopor temperatura das válvulas de injeção de combustível, e com isso da sededa agulha no corpo da válvula. Os aços cementados utilizados até agora, eos métodos de endurecimento utilizados para isso, não são mais suficientespara estas utilizações.

VANTAGENS DA INVENÇÃO

A válvula de injeção de combustível de acordo com a invenção,para máquinas de combustão interna de acordo com o gênero da reivindica-ção de patente 1, em contrapartida apresenta a vantagem, que o corpo daválvula é resistente a deformações e ao desgaste até temperaturas altas, edeste modo é apropriado para a utilização no caso de todos os pontos deoperação de uma máquina de combustão interna. O corpo da válvula con-siste em um aço para trabalho a quente de alto teor de liga, o qual foi endu-recido por um processo de carburação. Pela combinação do aço para traba-Iho a quente com um processo de carburação apropriado, as vantagens domaterial e do processo de endurecimento somam-se de maneira positiva.Obtém-se um aumento nítido da resistência aos esforços alternados do açode alto teor de liga, através de um efeito de entalhe reduzido quando da utili-zação, uma redução da remoção do metal quando do processamento poresmerilhamento nas geometrias de função, e uma redução da dureza desaída do corpo da válvula, e com isso uma possibilidade de processamentomelhorada, assim como uma redução da sensibilidade de cavitação no corpoda válvula, especialmente na região da sede da válvula.

Em um aperfeiçoamento vantajoso do objeto da invenção, o açopara trabalho a quente é resistente a deformações e ao desgaste até umatemperatura de 450°. Deste modo, a válvula de injeção de combustível éapropriada para uma utilização quando de todos os possíveis pontos de ope-ração da máquina de combustão interna.

Em um aperfeiçoamento vantajoso da invenção, o aço para tra-balho a quente de alto teor de liga consiste pelo menos aproximadamenteem 0,4% de carbono, 5% de cromo, 1% de molibdênio e outros elementosmetálicos e não-metálicos em traços de em sua totalidade menos que 1%,sendo que a proporção que falta para 100% é o ferro. Aços deste gênero,como por exemplo X 40 CrMo V 51, são disponíveis no comércio, e podemser utilizados sem outro dispêndio.

Em um outro aperfeiçoamento vantajoso, o processo de carbu-ração é um processo de carburação por gás. Pela carburação, o processa-mento posterior normalmente necessário, torna-se desnecessário.

O processo de acordo com a invenção para o endurecimento deum corpo da válvula, o qual é parte de uma válvula de injeção de combustí-vel para máquinas de combustão interna, apresenta a vantagem, que o cor-po da válvula apresenta pelo tratamento a resistência ao calor, necessáriapara a utilização dentro da câmara de combustão de uma máquina de com-bustão interna. Para isso, o corpo da válvula é carburado em uma atmosferade gás, que contém um hidrocarboneto, e em seguida é submetido a umtratamento térmico, com uma temperatura de aproximadamente 900°C novácuo, no entanto com uma pressão máxima de 100 Pa. Pela combinaçãodestas duas etapas de processo, no caso de um aço para trabalho a quentede alto teor de liga, pode ser obtido um endurecimento ótimo e resistência aodesgaste do aço para trabalho a quente de alto teor de liga, assim que estepermanece utilizável também com temperaturas, como estas ocorrem comsolicitações extremas dentro da câmara de combustão de uma máquina decombustão interna com ignição espontânea.

Em um aperfeiçoamento vantajoso do processo, a carburaçãoacontece com uma pressão de menos que 100 kPa. Através deste processode carburação de subpressão, obtém-se especialmente reduções de oxida-ções de borda, as quais diminuem a resistência.

DESENHO

No desenho está representada uma válvula de injeção de com-bustível em corte longitudinal, como exemplo de um corpo da válvula endu-recido.

DESCRIÇÃO DE UM EXEMPLO DE EXECUÇÃO

A válvula de injeção de combustível, representada na figura 1,apresenta um corpo da válvula 1, no qual, em um furo 3, uma agulha da vál-vula 5, está disposta de maneira deslocável em termos longitudinais. Na ex-tremidade no lado da câmara de combustão do furo 3, está configurada umasede da válvula 9, em essência cônica, na qual está configurada pelo menosuma abertura de injeção 11, a qual liga o furo 3, com a câmara de combus-tão da máquina de combustão interna. A agulha da válvula 5, apresenta umaseção de guia 15, com a qual esta é guiada de maneira vedante dentro deuma seção de guia 23, do furo 3. Em direção da sede da válvula 9, a agulhada válvula 5, adelgaça-se sob formação de um rebaixo de pressão 13, etransforma-se em uma seção de fuste 17, reduzida em seu diâmetro. Emsua extremidade, na agulha da válvula 5, está configurada uma superfície devedação da válvula 7, em essência cônica, a qual coopera com a sede daválvula 9, e desta maneira, quando encosta na sede da válvula 9, fecha aabertura de injeção 11, pelo menos uma, em relação ao furo 3.

Na altura do rebaixo de pressão 13, está configurado, medianteum alargamento radial do furo 3, um espaço de pressão 19, o qual, atravésde um canal de entrada 25, pode ser enchido com combustível sob pressãoalta. Em direção à sede da válvula 9, o espaço de pressão 19, continuacomo canal anelar 21, o qual circunda a seção de fuste 17, da agulha daválvula 3. Deste modo, o combustível corre do canal de entrada 25, atravésdo espaço de pressão 19, e do canal anelar 21, até a sede da válvula 9, ecaso a superfície de vedação da válvula 7, está levantada da sede da vál-vula 9, através das aberturas de injeção 11, para dentro da câmara de com-bustão da máquina de combustão interna.

A agulha da válvula 5, é controlada por um lado pela relação dasforças hidráulicas sobre o rebaixo de pressão 13, e a superfície de vedaçãoda válvula 7, e por outro lado por uma força de fechamento, a qual atua so-bre a extremidade da agulha da válvula 5, afastada da câmara de combus-tão, e que solicita a agulha da válvula 5, em direção à sede da válvula 9. Umestado de operação possível da válvula de injeção de combustível é aquele,quando a força de fechamento sobre a agulha da válvula 5, permanececonstante, enquanto a pressão de combustível no espaço de pressão 19, eno canal anelar 21, muda, devido ao combustível vindo do canal de entrada25. Devido à pressão de combustível no espaço de pressão 19, e na regiãoda sede da válvula 9, a agulha da válvula 5, sofre uma força hidráulica, aqual é direcionada para fora da sede da válvula 9. Caso esta força hidráulicaseja maior que a força de fechamento sobre a agulha da válvula 5, entãoesta movimenta-se para fora da sede da válvula 9, e desta maneira levantacom a superfície de vedação da válvula 7, da sede da válvula 9. Caso apressão no espaço de pressão 19 ultrapasse o limite inferior de uma deter-minada pressão limiar, prepondera a força de fechamento sobre a agulha daválvula 5, e esta movimenta-se outra vez em direção à sede da válvula 9, atéque a superfície de vedação da válvula 7, feche outra vez a abertura de inje-ção 11, pelo menos uma.

Devido ao movimento longitudinal da agulha da válvula 5, e pelotoque relativamente duro da agulha da válvula 5, sobre a sede da válvula 9,na região da válvula 9, resultam forças altas sobre o corpo da válvula 1.Além disso, devido ao movimento longitudinal da agulha da válvula 5, dentroda seção de guia 23, do furo 3, criam-se perdas por fricção entre a agulha daválvula 5, e da parede do furo 3, o que, quando de um material mole do cor-po da válvula 1, pode levar a um desgaste inadmissivelmente alto. Com ointuito de aumentar a dureza e com isso a resistência ao desgaste, utiliza-separa o corpo da válvula 1, um chamado aço para trabalho a quente, que fazparte dos aços para ferramenta 5. Mostrou-se especialmente vantajosa autilização de aços para trabalho a quente de alto teor de liga, como porexemplo do aço X 40 CrMoV 51. Este aço para trabalho a quente de alto teorde liga pode ser exposto a temperaturas de até a 450°C, sem perder nestecaso em termos de dureza e com isso em resistência ao desgaste. No en-tanto, para atender às exigências de qualidade necessárias para válvulas deinjeção de combustível, a superfície do corpo da válvula 1, tem que ser en-durecida adicionalmente. Para isso, nas camadas próximas à superfície docorpo da válvula 1, é introduzido carbono em um chamado processo de car-buração, pelo qual a superfície torna-se endurecível. Um processo de carbu-ração possível é o processo de carburação por gás, no caso do qual o aço,com uma temperatura de 900°C a 1000°C, é exposto a uma atmosfera dehidrocarbonetos e gases quimicamente inertes, como por exemplo, nitrogê-nio (N2). Neste caso, o carbono difunde-se nas camadas próximas à superfí-cie do corpo da válvula 1, assim que nestas aumenta o teor de carbono.Neste caso, as profundidades de penetração de têmpera ficam em 0,3 a 4,0mm. Pela carburação, o material torna-se endurecível, o que é executadoem seguida por aquecimento no forno de vácuo. Neste caso, a peça a sertrabalhada, no presente caso o corpo da válvula 1, é aquecida a aproxima-damente 800°C, sendo que dentro do forno de temperar tem pela maiorparte vácuo, em todo o caso uma pressão de menos que 100 Pa.

A vantagem deste processo de endurecimento do corpo da vál-vula 1, consiste na combinação de um aço para trabalho a quente de altoteor de liga, com um processo de carburação por gás, o qual trabalha comsubpressão, por conseguinte com uma pressão de menos que 100 kPa.Deste modo, somam-se as vantagens do aço para trabalho a quente comaquelas do processo de carburação e de endurecimento. Obtém-se um au-mento nítido da resistência aos esforços alternados do aço de alto teor deliga, através de um efeito de entalhe reduzido quando da utilização do pro-cesso de carburação de subpressão, uma vez que são evitadas as oxida-ções de borda. Ao mesmo tempo, obtém-se uma redução das remoções demetal quando do seguinte processamento por esmerilhamento nas geome-trias de função, uma vez que as aberturas de injeção 11, são processadasposteriormente por meio de esmerilhamento hidroerosivo.

Uma outra vantagem é a redução da dureza de saída necessáriada válvula de injeção de combustível, e com isso uma possibilidade de pro-cessamento melhorada depois do tratamento térmico do corpo da válvula 1.Obtém-se também uma redução da sensibilidade de cavitação das superfí-cies especialmente na região do furo de entrada e da sede da agulha docorpo da válvula 1.

Além do aço para trabalho a quente de alto teor de liga X 40CrMoV 51, também outros aços para trabalho a quente de alto teor de ligapodem ser utilizados, os quais apresentam um teor de carbono de 0,3 a0,5%.

Claims

1. Válvula de injeção de combustível para máquinas de com-bustão interna, com um corpo da válvula (1), e pelo menos uma abertura deinjeção (11), configurada neste, através da qual, controlado por uma agulhada válvula (5), a qual coopera com uma sede da válvula (9), configurada nocorpo da válvula (1), combustível pode ser injetado para dentro da câmarade combustão da máquina de combustão interna, sendo que o corpo da vál-vula (1), consiste em um aço, caracterizada pelo fato de o aço ser um açopara trabalho a quente de alto teor de liga, o qual foi endurecido por meio deum processo de carburação.

2. Válvula de injeção de combustível, de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de o aço para trabalho a quente ser resis-tente a deformações e ao desgaste até uma temperatura de 450°C.

3. Válvula de injeção de combustível, de acordo com a reivindi-cação 2, caracterizada pelo fato de o aço para trabalho a quente, conter pelomenos aproximadamente 0,4% de carbono, 5% de cromo, 1% de molibdênioe outros elementos metálicos e não-metálicos em traços de em sua totalida-de menos que 1%, sendo que a proporção que falta para 100% é ferro.

4. Válvula de injeção de combustível, de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizada pelo fato de o processo de carburação ser um pro-cesso de carburação por gás.

5. Processo para o endurecimento de um corpo da válvula (1), oqual é parte de uma válvula de injeção de combustível para máquinas decombustão interna, e que é fabricado de um aço para trabalho a quente dealto teor de liga, caracterizado pelas seguintes etapas de processo:- carburação do corpo da válvula em uma atmosfera de gás,que contém um hidrocarboneto,- tratamento térmico do corpo da válvula, com uma temperatu-ra de 900 a 1000°C, com uma pressão de menos que 100 Pa.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de a carburação efetuar-se com uma pressão de menos que 100 kPa.