ES2229794T3 - Valvula de inyeccion de carburante para motores de combustion interna. - Google Patents
Valvula de inyeccion de carburante para motores de combustion interna.Info
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Abstract
Válvula de inyección de carburante para motores de combustión interna, con un elemento de válvula (7) axialmente deslizable en un taladro guía (5) de un cuerpo de válvula (1), que presenta en su extremo situado en el lado de la cámara de combustión una superficie de obturación (9) de válvula con la que coopera con una superficie de asiento (11) de válvula, estacionaria, así como con al menos un orificio de inyección (13) dispuesto a continuación, corriente abajo, de la sección de obturación entre la superficie de asiento (11) de válvula y la superficie de obturación (9) de válvula, a la cámara de combustión del motor de combustión interna que ha de alimentarse, presentando el elemento de válvula (7) dos zonas de guiado con las que está guiado de forma deslizable en el taladro de guiado (5), estando prevista una primera zona de guiado (15) superior en el extremo del elemento de válvula (7) opuesto a la cámara de combustión, y una segunda zona de guiado (25) inferior en una zona del elementode válvula (7), que mira hacia la cámara de combustión, en donde la zona de guiado (25) inferior separa una hendidura anular (29) formada entre el vástago (19) del elemento de válvula y la pared del taladro guía (5) y conectada a un canal de entrada (23) de alta presión de carburante, de una cámara de presión (31) situada abajo, que desemboca en la superficie de asiento (11) de válvula, estando cerrada la válvula de inyección de carburante, abriendo dicha unión durante el movimiento de carrera de apertura del elemento de válvula (7), así como con una sección de unión de estrangulación entre la hendidura anular (29) y la cámara de presión (31) situada abajo, estando realizada la sección de estrangulación como taladro de estrangulación (41) dispuesto en la zona de guiado (25) inferior.
Description
Válvula de inyección de carburante para motores
de combustión interna.
La invención parte de una válvula de inyección de
carburante para motores de combustión interna según el género del
preámbulo de la reivindicación 1. En una válvula de inyección de
carburante de este tipo, conocida por el documento
US-4,987,887, un elemento de válvula en forma de
émbolo está guiado de forma axialmente deslizable en un taladro guía
de un cuerpo de válvula. El elemento de válvula presenta en su
extremo inferior, situado en el lado de la cámara de combustión,
una superficie cónica de obturación de válvula, con el que coopera
con una superficie estacionaria de asiento de válvula en el extremo
cerrado del taladro guía. En la válvula de inyección de carburante
conocida, después de la superficie de asiento de válvula, corriente
abajo, están dispuestos dos orificios de inyección que, partiendo
del extremo cerrado del taladro guía, desembocan en la cámara de
combustión del motor de combustión interna. La afluencia de
carburante hacia estos orificios de inyección es controlada por la
sección transversal de obturación entre la superficie del asiento de
válvula y la superficie de obturación de válvula. El elemento de
válvula de la válvula de inyección de carburante conocida presenta
dos zonas de guiado con las que está guiada de forma deslizable en
la pared del taladro guía. Una primera zona guía está prevista en
el extremo del elemento de válvula, opuesto a la cámara de
combustión, que se extiende por encima de una cámara de presión de
carburante que está formado por un ensanchamiento de sección
transversal del taladro guía y en el que desemboca un canal de
entrada de alta presión de carburante. La zona de guiado superior
asume, además del guiado seguro del elemento de válvula, también la
estanqueización de la cámara de presión respecto a una cámara de
resorte en la que está alojado un resorte de válvula solicitado en
el sentido de cierre. Adicionalmente a esta primera zona de guiado
superior, el elemento de válvula presenta una segunda zona de
guiado inferior en una zona que mira hacia la cámara de combustión
y que está realizada como reborde anular, con el que el elemento de
válvula coopera con una reducción de diámetro del taladro guía. La
zona de guiado inferior, realizada como reborde anular separa una
hendidura anular formada entre el vástago del elemento de válvula y
la pared del taladro de guiado, partiendo desde la cámara de
presión, de una cámara de presión inferior, situada abajo, que
desemboca en la superficie de asiento de válvula, estando cerrada
la válvula de inyección de carburante. Durante el movimiento de
carrera de apertura, orientado hacia arriba, del elemento de
válvula, el reborde anular de la zona de guiado inferior del
elemento de válvula emerge del recubrimiento con la reducción de
diámetro del taladro guía, abriendo de esta manera una sección
transversal de paso no estrangulada entre la hendidura anular y la
cámara de presión inferior.
Para la alimentación de carburante a la cámara de
presión inferior, estando cerrada la válvula de inyección de
carburante, es decir estando el elemento de válvula en contacto con
el asiento de válvula, está prevista una sección de paso de
estrangulación entre la hendidura anular y la cámara de presión
inferior, a través de la cual el carburante pueda entrar en la
cámara de presión inferior. Dicha sección transversal de
estrangulación está configurada, en la válvula de inyección de
carburante conocida, como hendidura de estrangulación anular entre
el reborde anular de la zona de guiado inferior y la reducción de
diámetro del taladro guía.
Sin embargo, en la válvula de inyección de
carburante conocida para motores de combustión interna, esta
configuración de la sección transversal de unión de estrangulación
entre la hendidura anular y la cámara de presión inferior tiene el
inconveniente de que, debido a tolerancias superficiales en el
reborde anular y en la pared del taladro guía, resulta difícil
ajustar de forma reproducible una sección transversal de
estrangulación correcta en diferentes válvulas de inyección de
carburante. Este tipo de realización de una hendidura de
estrangulación correcta requiere mucho trabajo especialmente en
cuanto a la precisión de elaboración y, por tanto, se puede
conseguir sólo con mucho trabajo y altos gastos. Sin embargo,
debido a que el ajuste exacto de la sección de estrangulación
tiene una gran importancia en cuanto al funcionamiento correcto de
la válvula de inyección de carburante, especialmente en cuanto al
ajuste de la inyección previa, la posibilidad del ajuste a través
de la hendidura anular de estrangulación entre el reborde guía y la
pared del taladro guía no es suficiente.
Además, por el documento US5769319 se conoce una
válvula de inyección de carburante, en la que el elemento de
válvula presenta dos zonas guía que presentan el mismo diámetro. El
carburante que se introduce entre las dos zonas de guiado circula
por un taladro de estrangulación realizado en el elemento de
válvula, en dirección hacia una cámara de presión de la que salen
los orificios de inyección. La inyección se realiza por un
establecimiento lento de presión en la cámara de presión, de forma
que hasta la emersión de la zona de guiado inferior de un tramo de
guiado correspondiente, lo que se produce sólo con una carrera
determinada del elemento de válvula, se ajuste sólo un pequeño grado
de inyección.
La válvula de inyección de carburante según la
invención para motores de combustión interna con las propiedades
caracterizadoras de la reivindicación 1, en cambio, tiene la
ventaja de que la sección de unión de estrangulación entre la
hendidura anular y la cámara de presión inferior en la válvula de
inyección de carburante se puede realizar de manera sencilla y de
forma reproducible con una alta precisión. Esto se consigue
mediante la configuración según la invención de la sección de unión
de estrangulación como taladro de estrangulación que atraviesa el
elemento de válvula de forma oblicua, estando dispuestos el
orificio de entrada del taladro de estrangulación en la zona de la
hendidura anular y el orificio de salida en la zona de la cámara de
presión inferior. Un taladro de estrangulación de este tipo se
puede realizar con un reducido aparato técnico, pudiendo
reproducirse, en particular, también unas dispersiones muy pequeñas
con una fabricación en serie. Resulta especialmente ventajoso que
un taladro de estrangulación de este tipo, en comparación con el
estado de la técnica, es independiente de las tolerancias de ajuste
entre el elemento de válvula y la geometría del taladro guía. El
taladro de estrangulación en el elemento de válvula puede
presentar de forma continua la misma sección de estrangulación,
pero también es posible realizar el taladro de estrangulación con
dos o varias etapas, en cuyo caso es el menor diámetro del taladro
el que determina la sección de paso de estrangulación. Esta menor
sección del taladro de estrangulación puede estar prevista en la
entrada del taladro de estrangulación, en su zona central o en la
salida del taladro de estrangulación (tal como está representado en
el ejemplo de realización). La realización del taladro de
estrangulación como taladro de dos o varias etapas ofrece la
ventaja de que se consigue una buena circulación con un efecto de
estrangulación suficiente, pudiendo ajustarse de una manera sencilla
a nivel constructivo el efecto de estrangulación deseado para cada
tipo de válvula de inyección de carburante, a través de la
diferencia de diámetro entre el mayor y el menor diámetro de
estrangulación del taladro, así como mediante las longitudes
correspondientes del taladro entre la parte más grande del taladro y
la sección de estrangulación.
Por lo tanto, con la válvula de inyección de
carburante según la invención, de una manera sencilla a nivel
constructivo es posible ajustar de forma precisa y reproducible la
sección de estrangulación, importante para la configuración del
desarrollo de inyección en la válvula de inyección, entre la
hendidura anular y la cámara de presión situada por debajo.
Otra ventaja de la válvula de inyección de
carburante según la invención se consigue previendo una ranura
anular en la transición entre el reborde anular que forma la zona
de guiado inferior y una zona de sección transversal reducida del
elemento de válvula, dispuesta a continuación. Dicha ranura anular
tiene la ventaja de que el canto inferior del reborde anular que
forma un canto de control, está realizada con una arista más viva,
de modo que se pueda lograr un control preciso en cooperación con
el talón correspondiente del taladro guía.
Otra ventaja de la válvula de inyección de
carburante según la invención se consigue previendo cavidades en el
elemento de válvula en la zona de la cámara de presión inferior,
permitiendo estas cavidades configuradas preferentemente como
secciones de superficie lijadas, después de la emersión del reborde
anular de la superficie del talón del taladro, un mejor paso libre
desde la hendidura anular a la cámara de presión situada por
debajo, de forma que el carburante que se encuentra bajo una alta
presión, pueda circular desde el canal de entrada de carburante, a
través de la hendidura anular y la cámara de presión situada por
debajo, a ser posible de forma homogénea, hacia los orificios de
inyección.
Otras ventajas y formas de realización ventajosas
del objeto de la invención figuran en la descripción, en el dibujo
y en las reivindicaciones.
Un ejemplo de realización de la válvula de
inyección de carburante según la invención para motores de
combustión interna está representado en el dibujo y se describe más
detalladamente a continuación. Muestran:
la figura 1 un primer ejemplo de realización de
la válvula de inyección de carburante en un corte longitudinal a
través del cuerpo de válvula y el elemento de válvula guiado en
éste, y
la figura 2 un detalle ampliado de la figura 1 en
la zona del cuerpo de válvula, que mira hacia la cámara de
combustión y que es esencial según la invención, estando
representada la geometría del elemento de válvula guiado en éste,
situado en su extremo que mira hacia la cámara de combustión.
El ejemplo de realización de la válvula de
inyección de carburante según la invención para motores de
combustión interna, que está representado con un corte simplificado
en la figura 1, presenta un cuerpo de válvula 1 que se asoma con su
extremo inferior libre, de una manera no representada en detalle, a
la cámara de combustión del motor de combustión interna que ha de
alimentarse, estando atirantado con su lado frontal superior,
opuesto a la cámara de combustión, contra un cuerpo de sujeción de
válvula, que tampoco está representado en detalle. El cuerpo de
válvula 1 presenta un taladro guía 5 configurado como taladro ciego
axial, que sale de su superficie frontal superior 3. En dicho
taladro guía 5 está guiado de forma axialmente deslizable un
elemento de válvula 7 en forma de émbolo que presenta en su extremo
inferior, situado en el lado de la cámara de combustión, una
superficie cónica de obturación 9 de válvula con la que coopera
con una superficie de asiento 11 de válvula, estacionaria, formada
en el extremo cerrado del taladro guía 5. Desde esta superficie de
asiento 11 de válvula, corriente abajo de la sección de obturación
formada entre la línea de contacto entre la superficie de asiento 11
de válvula y la superficie de obturación 9 de válvula, sale un
orificio de inyección 13 que desemboca en la cámara de combustión
del motor de combustión interna que ha de alimentarse. El ejemplo
de realización presenta tan sólo un orificio de inyección, aunque,
alternativamente, también es posible prever una multitud de
orificios de inyección, pudiendo salir éstos, alternativamente, del
agujero ciego del taladro guía 5, realizado por debajo del elemento
de válvula 7.
El elemento de válvula 7 en forma de émbolo
presenta dos zonas de guiado con las que está guiado de forma
deslizable en la pared del taladro guía 5. Una primera zona de
guiado 15 superior está prevista en el extremo del elemento de
válvula 7, opuesto a la cámara de combustión, que está guiado en la
zona superior, opuesta a la cámara de combustión, del taladro guía
5. La zona de guiado 15 superior del elemento de válvula 7 se
convierte, a través de un talón que forma un hombro de presión 17,
en una parte 19 de vástago de diámetro reducido del elemento de
válvula. El hombro de presión 17 está dispuesto en una cámara de
presión 21 situada arriba, que está formada por un ensanchamiento de
sección del taladro guía 5 y que desemboca en un canal de entrada
23 de alta presión de carburante. Este canal de entrada 23 de alta
presión de carburante está conectado, de una manera no representada
en detalle, a un conducto de inyección de alta presión que, por
otra parte, sale de una bomba de alta presión de carburante, a
través de la cual se suministra carburante desde un depósito, bajo
alta presión, a las distintas válvulas de inyección de
carburante.
Una segunda zona de guiado inferior en el extremo
del elemento de válvula 7, situado cerca de la cámara de
combustión, está realizada como reborde anular 25 que con su
superficie de pared exterior cilíndrica coopera con la pared del
talón 27 del taladro guía 5. El reborde anular 25 del elemento de
válvula 7, que constituye la segunda zona de guiado inferior,
separa una hendidura anular 29 formada entre la parte de vástago 19
del elemento de válvula y la pared del taladro guía 5, de una
cámara de presión 31 que desemboca, corriente abajo, en una
superficie de asiento 11 de válvula, inferior, dispuesta por debajo
del reborde anular 25, estando cerrada la válvula de inyección de
carburante.
Según está representado de forma ampliada en la
figura 2, el reborde anular 25 forma con su canto de delimitación
inferior que mira hacia la cámara de combustión, un canto de
control 33 con el que coopera con un canto 35, opuesto a la cámara
de combustión, del talón 27 del taladro. El canto de control 33 y
el canto 35 del talón del taladro están dispuestos de tal forma que
el canto de control 33 en el reborde anular 25 del elemento de
válvula 7, pase durante su movimiento de carrera de apertura
orientado hacia arriba, por encima del tanto 35 superior del talón
del taladro, liberando así una sección de paso entre la hendidura
anular 29 y la cámara de presión 31 inferior. El elemento de
válvula 7 presenta, para una realización más precisa del canto de
control 33 en el reborde anular 25, entre la transición del reborde
anular 25 hacia el vástago del elemento de válvula, en la cámara de
presión 31 inferior, una ranura anular 37. Además, en el elemento
de válvula 7, en la zona de la cámara de presión 31 inferior, están
realizadas cavidades en forma de secciones de superficie lijada 39,
a través de las cuales se vuelve a aumentar la sección de paso en
dicha zona.
Para el llenado de carburante de la cámara de
presión 31 situada por debajo, estando el elemento de válvula 7 en
contacto con la superficie de asiento 11 de la válvula, está
previsto además un taladro de estrangulación 41 en el elemento de
válvula 7. El taladro de estrangulación 41 está dispuesto de forma
tan oblicua que su orificio de entrada desemboque en la hendidura
anular 29 y que su orificio de salida desemboque en la cámara de
presión 31 situada abajo. Además, el taladro de estrangulación 41
está configurado como taladro de dos etapas, desembocando la
sección de diámetro más grande del taladro en la hendidura anular 29
y la sección de diámetro más pequeño del taladro en la cámara de
presión 31 dispuesta debajo. Además, el taladro de estrangulación 41
está realizado como taladro de dos etapas, desembocando la sección
de diámetro más grande del taladro en la hendidura anular 29 y la
sección de diámetro más pequeño del taladro en la cámara de presión
31 situada abajo. Mediante el pequeño diámetro de estrangulación y
su disposición dentro del taladro de estrangulación 41 se puede
ajustar fácilmente el efecto de estrangulación en el paso de
carburante.
La válvula de inyección de carburante según la
invención para motores de combustión interna trabaja de la
siguiente manera.
Estando cerrada la válvula de inyección, un
resorte de válvula 45 mantiene el elemento de válvula 15, a través
de un plato de válvula 43, con su superficie de obturación 9 de
válvula en contacto con la superficie de asiento 11 de válvula, de
modo que quede cerrada una sección de paso hacia el orificio de
inyección 13. Al mismo tiempo, el reborde anular 25 en el elemento
de válvula 7 está sumergido en el talón 27 del taladro separando de
esta forma la cámara de presión 31 situada debajo de la hendidura
anular 29 que, por otra parte, desemboca en la cámara de presión 21
situada arriba. La presión del carburante, existente en el canal de
entrada 23 de alta presión de carburante, en la cámara de presión
21 situada arriba y en la hendidura anular 29 se establece a través
del taladro de estrangulación 41 también en la cámara de presión 31
situada abajo.
La inyección de alta presión de carburante en la
válvula de inyección es iniciada por la alimentación de carburante
que se encuentra bajo alta presión, desde la bomba de inyección,
pasando por el canal de entrada 23 de alta presión de carburante, a
la cámara de presión 21 situada arriba. Durante ello, ahora, la
presión de alta presión del carburante, que actúa en el hombro de
presión 17 en el sentido de apertura, empuja el elemento de válvula
7 en contra de la fuerza de cierre del resorte de válvula 45, en el
sentido de la carrera de apertura. Como consecuencia, la superficie
de obturación 9 de válvula se levanta del asiento de válvula 11
liberando la sección de paso hacia el orificio de inyección 13, de
modo que el carburante presente en la cámara de presión 31 situada
abajo sea inyectada, a través del orificio de inyección 13, a la
cámara de combustión del motor de combustión interna. Durante ello,
la presión de carburante en la cámara de presión 31 situada abajo
se derrumba muy rápidamente, porque la sección de inyección en el
orificio de inyección 13 está realizada más grande que el menor
diámetro del taladro de estrangulación 41. En esta primera fase de
carrera de apertura del elemento de válvula 7, por tanto, sale más
carburante de la cámara de presión 31 situada abajo por el orificio
de inyección 13 del que pueda volver a entrar por el taladro de
estrangulación 41. De este modo, ahora, en el reborde anular 25 se
produce una caída de presión que hace que la alta presión de
carburante, existente en la hendidura anular 29, ejerza una fuerza
de cierre adicional sobre la transición de la sección hacia el
reborde anular 25. A consecuencia de esta presión de cierre
adicional, el movimiento de carrera de apertura del elemento de
válvula queda frenado hasta que la alta presión de carburante que
se sigue estableciendo en la cámara de presión 21 sea suficiente
como para superar dicha fuerza de cierre adicional y desplazar el
elemento de válvula 7 más hacia arriba hasta su tope de la carrera
de apertura. Durante este siguiente recorrido de la carrera de
apertura del elemento de válvula 7, el reborde anular 25 emerge del
recubrimiento con el talón 27 de taladro, libreando así una sección
de paso no estrangulada entre la hendidura anular 29 y la cámara de
presión 31 situada abajo, de forma que continúe la inyección de
alta presión de carburante en el orificio de inyección 13 de la
válvula de inyección de carburante. El momento de la apertura de
esta sección de unión está determinado por el paso del canto de
control 33 en el reborde anular 25 por encima del canto 35 del
talón del taladro. Mediante la configuración del reborde anular 25
y, en especial, mediante la distancia axial h entre el canto de
control 33 y el canto 35 del talón del taladro se puede ajustar de
una manera sencilla el momento de apertura de la circulación no
estrangulada entre la hendidura anular 29 y la cámara de presión 31
situada abajo y, por consiguiente, de la primera fase de la carrera
de apertura. Además, a través de la sección de estrangulación del
taladro de estrangulación 41 también se puede ajustar gradualmente
la configuración del desarrollo de la inyección.
Con la emersión del reborde anular 25 del
recubrimiento con el talón 27 del taladro se produce ahora la
apertura total de la válvula de inyección de carburante, de la
manera conocida, hasta el contacto del elemento de válvula 7 con un
tope de carrera de apertura.
El cierre de la válvula de inyección de
carburante se produce de la manera conocida por la interrupción de
la alimentación de alta presión de carburante a la cámara de
presión 21 situada arriba, a consecuencia de lo cual la presión
existente en la válvula de inyección vuelve a bajar por debajo de la
presión de apertura necesaria, de forma que ahora el resorte 45 de
válvula vuelve a poner el elemento de válvula 7 en contacto con la
superficie de asiento 11 de válvula, volviendo a realizarse ahora,
por el taladro de estrangulación 41, el establecimiento de presión
que se ha descrito al principio.
Con la válvula de inyección de carburante según
la invención, es posible de una manera sencilla a nivel
constructivo, poder ajustar un desarrollo de dos etapas de la
carrera de apertura del elemento de válvula 7, sin tener que
recurrir a un segundo resorte de cierre de válvula adicional.
Claims (8)
1. Válvula de inyección de carburante para
motores de combustión interna, con un elemento de válvula (7)
axialmente deslizable en un taladro guía (5) de un cuerpo de
válvula (1), que presenta en su extremo situado en el lado de la
cámara de combustión una superficie de obturación (9) de válvula con
la que coopera con una superficie de asiento (11) de válvula,
estacionaria, así como con al menos un orificio de inyección (13)
dispuesto a continuación, corriente abajo, de la sección de
obturación entre la superficie de asiento (11) de válvula y la
superficie de obturación (9) de válvula, a la cámara de combustión
del motor de combustión interna que ha de alimentarse, presentando
el elemento de válvula (7) dos zonas de guiado con las que está
guiado de forma deslizable en el taladro de guiado (5), estando
prevista una primera zona de guiado (15) superior en el extremo del
elemento de válvula (7) opuesto a la cámara de combustión, y una
segunda zona de guiado (25) inferior en una zona del elemento de
válvula (7), que mira hacia la cámara de combustión, en donde la
zona de guiado (25) inferior separa una hendidura anular (29)
formada entre el vástago (19) del elemento de válvula y la pared
del taladro guía (5) y conectada a un canal de entrada (23) de alta
presión de carburante, de una cámara de presión (31) situada abajo,
que desemboca en la superficie de asiento (11) de válvula, estando
cerrada la válvula de inyección de carburante, abriendo dicha unión
durante el movimiento de carrera de apertura del elemento de válvula
(7), así como con una sección de unión de estrangulación entre la
hendidura anular (29) y la cámara de presión (31) situada abajo,
estando realizada la sección de estrangulación como taladro de
estrangulación (41) dispuesto en la zona de guiado (25) inferior,
caracterizada porque la zona de guiado (15) superior y la
zona de guiado (25) inferior están configuradas de tal forma que por
la presión de carburante en la hendidura anular (29) se produzca
una fuerza resultante sobre el elemento de válvula (7), orientada
en sentido contrario al asiento de válvula (11).
2. Válvula de inyección de carburante según la
reivindicación 1, caracterizada porque el taladro de
estrangulación (41) está configurado como taladro oblicuo en el
elemento de válvula (7), cuyo orificio de entrada desemboca por
encima de la segunda zona de guiado (25), a la hendidura anular
(29), y cuyo orificio de salida desemboca por debajo de la segunda
zona de guiado (25), a la cámara de presión (31) situada abajo.
3. Válvula de inyección de carburante según la
reivindicación 1, caracterizada porque el taladro de
estrangulación (41) está configurado como taladro escalonado,
preferentemente, con dos diámetros diferentes.
4. Válvula de inyección de carburante según la
reivindicación 1, caracterizada porque la segunda zona de
guiado (25) en el elemento de válvula (7) está realizada como
reborde anular (25).
5. Válvula de inyección de carburante según la
reivindicación 4, caracterizada porque en la transición
entre el reborde anular (25) y la parte del vástago del elemento de
válvula que se asoma a la cámara de presión (31) situada abajo
está prevista una ranura anular (37).
6. Válvula de inyección de carburante según la
reivindicación 4, caracterizada porque el reborde anular
(25) forma, con su canto inferior que mira hacia la cámara de
combustión, un canto de control (33) que coopera con un talón (27)
realizado en una reducción de diámetro del taladro guía (5).
7. Válvula de inyección de carburante según la
reivindicación 1, caracterizada porque en el vástago del
elemento de válvula, en la zona de la cámara de presión (31)
situada abajo, está prevista una reducción de diámetro.
8. Válvula de inyección de carburante según la
reivindicación 1, caracterizada porque en el vástago del
elemento de válvula, en la zona de la cámara de presión (31)
situada abajo, está prevista una cavidad, preferentemente una
sección de superficie lijada (39).
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