ES2253711T3 - Procedimiento para la elaboracion de una pieza para un acumulador de alta presion de combustible y pieza para la utilizacion del procedimiento. - Google Patents
Procedimiento para la elaboracion de una pieza para un acumulador de alta presion de combustible y pieza para la utilizacion del procedimiento.Info
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Abstract
Procedimiento para el mecanizado de una pieza tubular de un material ferrítico-perlítico, endurecible que - está destinado a un acumulador de alta presión de combustible (rail) de un sistema de inyección de combustible Common Rail de motores de combustión interna, - presenta una cámara interior axial (1) y orificios transversales ininterrumpidos (2) que discurren desde la periferia del rail con intersecciones (3) a la cámara interior (1) - en los sitios de empalme axiales y los sitios de
Description
Procedimiento para la elaboración de una pieza
para un acumulador de alta presión de combustible y pieza para la
utilización del procedimiento.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la elaboración de una pieza para un acumulador de
alta presión de combustible ("Rail") de un sistema de
inyección de combustible "Common Rail" (conducto común) para
motores de combustión interna, según el preámbulo de la
reivindicación 1, como se conoce, por ejemplo, por el documento
US-A-6050611. La invención se
refiere, además, a una pieza para la aplicación del procedimiento,
presentando la pieza una cámara interior axial para el rail y desde
la periferia del rail orificios transversales ininterrumpidos con
intersecciones para la cámara interior, y medios de empalme
previstos para el sistema, según el preámbulo de la reivindicación
5, como por ejemplo, del documento
JP-A-10 246378.
Tales sistemas se describen, por ejemplo, en los
documentos DE 197 44 762 A1 y DE 199 48 338 A1. Así en los motores
diesel modernos se lleva a cabo la distribución de la presión de
inyección a los cilindros por los citados sistemas de inyección
Common Rail. El sistema comprende un aparato de mando (centralita),
una bomba de alta presión, conductos de alta presión, inyectores y
el raíl, como se describe en el documento DE 1998 53 090 A1.
El rail se puede configurar, de forma
convencional, como pieza tubular por estirado o laminado (véase DE
197 44 762) así como forjado en caliente o en frío y mecanizado
posterior. En su función se ha configurado como depósito. Este
depósito se encuentra siempre a alta presión. Hasta ahora se han
alcanzado las características de resistencia exigidas, entre otros,
mediante un enfriado controlado desde el calor de la forja. Por
ello, debía fabricarse la pieza clave de este rail, por ejemplo, de
un material bonificado 43CrMo4, lo que lleva a costes muy elevados.
Era también desventajoso que con los raíles conocidos sólo se podía
conseguir una presión de aproximadamente 1400 bar. Típicamente se
llega siempre durante la inyección a una ligera caída de presión. A
continuación tiene lugar nuevamente un establecimiento de la
presión. Estas tensiones alternas frecuentes en el rail exigen una
elevada calidad correspondiente del material.
Para hacer frente al requerimiento actual de
continuar reduciendo el ruido de los motores diesel y a consumos
más bajos, debe incrementarse la presión de inyección de los
convencionales 1400 bar a como mínimo 2000 bar y debido a los
esfuerzos alternativos todavía más.
Para incrementar la resistencia a la alta presión
de un rail, según el documento DE 199 45 316 A1, con el cuerpo base
tubular, cuya cámara interior está unida con varias aberturas de
empalme, esta cámara interior, referida al eje longitudinal, se
configura excéntrica, desembocando las aberturas de empalme, por
ejemplo, tangencialmente de la cámara interior.
Para la misma finalidad el documento ya citado DE
199 48 338 A1 da a conocer un procedimiento con el cual el cuerpo
base se deforma en la zona de las aberturas de empalme para
incrementar la resistencia a la alta presión durante el
funcionamiento.
Finalmente, de acuerdo con el documento DE 100 56
405 A1, la resistencia a la presión elevada de tales acumuladores
de alta presión de carburante, especialmente, con requerimiento de
presión límite, que la pared interior en la zona de la intersección
de la pared interior y del orificio de unión están configurados
esencialmente lisos.
Para ello, según las figuras 1 a 9, se da a
conocer varios de formas de sección transversal para la cámara
interior, para hacer frente a la carga de presión límite y alta
durante el funcionamiento. De este modo, se consigue,
aparentemente, resolver el problema citado al principio.
En suma, ha resultado que el problema del
incremento de la resistencia a la presión, especialmente en la zona
de la intersección del orificio axial o de la cámara interior reside
en las aberturas de empalme como orificios transversales, porque
allí se encuentran los lugares críticos para los daños.
En la explicación del documento DE 100 56 405 A1
se indica como ventaja para la solución de allí, que mediante las
variantes de las configuraciones de la pared interior, según la
invención, en la zona de la intersección con el orificio de unión,
como consecuencia de la deformación del depósito de alta presión de
carburante a presión se inducen tensiones de presión en la zona de
la intersección, que una parte de las tensiones de tracción
resultantes de la presión interior e igualan las puntas de presión
en la zona de intersección. La resistencia a la presión de este
depósito de alta presión de carburante, especialmente con su
solicitación de presión límite, se debe incrementar en consecuencia
por las formas de sección propuestas.
Este método de solución parece ser problemático.
Hay que suponer que las formas de sección transversal allí
mostradas, no en último lugar, debido a los riesgos restantes por
las transiciones con cantos vivos de las formas de sección
transversal correspondiente, no están en condiciones de realizar las
ventajas previstas -como la inducción de las tensiones de presión a
causa de la deformación del rail bajo presión- en la zona de
intersección. Además, hay que añadir que las formas de sección
transversal propuestas se pueden fabricar por un conformado con
arranque de viruta, lo que en un principio no proporciona una
resistencia distribuida homogéneamente en el material en relación
con el problema a solucionar.
Debido a los riesgos restantes, tales como
\sqbullet procedimiento de mecanizado no
definido y sus efectos en los conformados y el desarrollo de la
tensión en el material de la pieza aquí existente y
\sqbullet estados de tensiones no
suficientemente definidos y estudiados en relación con las formas
de sección transversal a constituir así como
\sqbullet posibilidades de configuración
restantes para una forma de sección transversal optimizada
hay todavía posibilidades para nuevos principios
de soluciones.
Al contrario del documento DE 100 56 405 A1 no se
persigue el objetivo de inducir tensiones de presión como
consecuencia de la deformación del rail a presión en la zona de
intersección.
Así, por último, con una pieza para un rail con
el contorno de cámara interior de sección transversal circular
mantiene, como máximo, las solicitaciones desventajosas que
determinan la resistencia.
La presente invención se propone como objetivo
configurar y mejorar la geometría de las secciones transversales
del orificio axial, de tal manera para la cámara interior del rail,
de acuerdo con el procedimiento, que con una pieza fabricada según
el mismo, se reduzcan las solicitaciones de vibración del rail con
la carga de presión interior dada, especialmente en la zona de
intersección critica, para incrementar la duración o la resistencia
a lo largo del tiempo y del funcionamiento del acumulador de alta
presión de combustible.
De acuerdo con ello, la solución, según la
invención, no debe provocar los efectos indicados en el documento
DE 100 56 405 A1.
De acuerdo con la invención, este problema se
soluciona con las fases del procedimiento según las reivindicaciones
1 a 4. La pieza mecanizada de acuerdo con el procedimiento presenta
las características según las reivindicaciones 5 a 9.
En total, se consigue como nuevo y sorprendente
efecto con relación al estado de técnica que mediante el contorno
de la sección transversal, con un desarrollo de la curvatura
permanente variable y la disposición de la intersección del
orificio transversal que la zona con curvatura reducida, se reduzcan
las solicitaciones en las intersecciones a aproximadamente a la
mitad.
En el dibujo se representa un ejemplo de
realización de una pieza mecanizada según la invención para el rail
en sección transversal.
El acumulador común, como pieza principal de un
sistema de inyección de combustible Common Rail, se llamará a
continuación rail, en el ejemplo de realización. En el caso estándar
este rail es, como pieza de partida, un cuerpo tubular, con una
cámara interior axial 1 y extremos abiertos para los sitios de
empalme axiales hacia el sistema. Los orificios transversales 2
unen la cámara interior axial 1 con los sitios de empalme
periféricos 2.3 para el sistema. En el rail se han conectado, a
través de estos sitios de empalme (no representados en el dibujo)
el conducto de bomba a la alimentación diesel, los conductos de
inyección, que conducen a los inyectores y, en general, un sensor
de presión y una válvula de regulación.
El rail aparece concretamente como un cuerpo
geométrico simple, pero se solicitan de éste, requerimientos de
resistencia descritos al principio extraordinariamente elevados.
Zonas críticas especiales son las intersecciones 3, de la cámara
axial 1 y de los orificios transversales 2, pero también los sitios
de empalme 2.3 con las conexiones no representadas para los
conductos de inyección y elementos de regulación, así como los
sitios de empalme en los extremos de la cámara axial interior 1.
Estos últimos se deben cerrar de forma estanca a la presión con
tapones o piezas de empalme. En el sentido del objetivo citado al
principio, no sólo se deben configurar duraderas las intersecciones
3 en el propio rail, sino también las zonas de empalme axiales y
periféricas.
Mediante la conformación según la invención de la
pieza tubular y alrededor de una espiga interior se consigue
primeramente una optimización de la construcción geométrica de la
cámara interior axial 1 y un estado de material de más resistencia,
al configurar la sección transversal de la cámara interior axial con
contorno, con un desarrollo variable permanente en la curvatura 1.1
y con ello se conforma en esta zona contornos con reducida
curvatura 1.2. En estas zonas, con reducida curvatura 1.2 se colocan
a continuación los orificios transversales 2.
En el resultado de este mecanizado, en las zonas
de las intersecciones 3, se reduce a la mitad las solicitaciones
con relación a una pieza con contorno circular de la cámara interior
o frente a las realizaciones del estado actual de la técnica,
cuando se encuentra a presión de servicio un rail.
Según sea la disposición o la posición del rail
en el sistema, se pueden realizar los orificios transversales 2
como orificios transversales radiales 2.1 y/o como orificio
transversal con desplazamiento 2.2. Se recomienda con ello
mecanizar, por ejemplo, sacando las rebabas, las intersecciones 3
originadas en bordes comprendidos en la cámara interior 1 y los
orificios transversales 2, así como los bordes de los sitios de
empalme 2.3 y de los extremos de la cámara interior 1.
El contorno 1.1 representado en el dibujo se
pueden fabricar por martillado o modelado, alrededor de una espiga
interior. Para ello se ajusta la resistencia del material en función
de las temperaturas y del grado de conformación conseguido para
temperaturas de hasta 300ºC aproximadamente. El modelado o
martillado alrededor de una espiga interior abre la posibilidad de
configurar tanto la cámara interior, axial, difiriendo de la
geometría circular la sección transversal, según la invención, y
como se representa en la figura, y concretamente con transiciones
que estabilizan la resistencia, así como sin cantos vivos ni efectos
de cizalla desfavorables, como también realizar una consolidación
distribuida homogéneamente del material.
Finalmente se puede generar sólo con las fases
del procedimiento según la reivindicación 1 pieza trabajo que
reduce a la mitad las solicitaciones en las zonas de las
intersecciones 3 en un rail con una presión interior elevada en
funcionamiento y así incrementan la duración.
Para una solicitación extremadamente elevada del
rail durante el funcionamiento basada en una fase del procedimiento
anteriormente descrito se somete a una segunda secuencia de fases
una pieza en la zona próxima a la superficie de una compactación de
la capa del margen mediante nitrurado o cementación. Para ello, en
toda la zona próxima a la superficie se producen tensiones propias
de presión.
La pieza así tratada a presenta ahora otra
ventaja, un así llamado material de gradiente: en el interior tiene
el material que resulta de la aleación, un tratamiento térmico y
conformación en frío, resistencia distribuida homogéneamente y en
la capa del borde de, por ejemplo, 0,4 mm espesor una resistencia
creciente hacia el borde. Los valores de resistencia se consiguen
por modelado del material, así como el desarrollo de la dureza en
la pieza conseguido por el nitrurado o la cimentación se fusionan
funcionalmente en un efecto común. El incremento en la resistencia
permanente perseguido por el objetivo según la invención se realiza
así maximalizado y no se inducen precisamente ninguna tensión de
presión en la zona de las intersecciones 3. Es ventajoso para la
aplicación en la práctica, que la dureza se puede deducir la
resistencia a la tracción local a su vez la amplitud de las
oscilaciones de tensión con las solicitaciones límite de tracción
para el diseño del rail.
Con esta combinación ventajosa según el proceso,
se pueden determinar los valores relevantes para el diseño de la
pieza por la resistencia del material del núcleo modelado y la
acuñación de tensiones propias de presión con la presión interior
dominante durante el servicio por el efecto de la nitruración o de
la cementación en la zona próxima a la superficie.
En suma, de acuerdo con el procedimiento, por
ejemplo, de acuerdo con la primera y segunda fases combinadas se
puede producir una pieza para un rail que (en comparación con una
pieza con contorno de cámara interior esencialmente circular, en el
que resulta la intersección del orificio transversal con la cámara
interior de la solicitación máxima que determinan la resistencia)
un contorno un desarrollo de la curva 1.1 variable permanente y
presenta una embocadura de los orificios transversales 2 en las
zonas con una curvatura reducida 1.2, con lo cual las
solicitaciones a las intersecciones 3 se reducen aproximadamente a
la mitad.
Un efecto adicional resulta todavía debido a que
en los sitios de empalme 2.3 periféricos, como consecuencia de la
resistencia de la capa del borde, se alcanza una obturación mejorada
con relación a los medios de empalme para el sistema.
De acuerdo con ejemplos de realización
comprobados con ensayos y cálculos, se demuestra la solución según
la invención del problema propuesto, de tal manera que es posible
una utilización industrial del procedimiento y fabricación de la
pieza para la utilización como rail con las características de uso
mejoradas perseguidas.
Claims (9)
1. Procedimiento para el mecanizado de una pieza
tubular de un material ferrítico-perlítico,
endurecible que
- está destinado a un acumulador de alta presión
de combustible (rail) de un sistema de inyección de combustible
Common Rail de motores de combustión interna,
- presenta una cámara interior axial (1) y
orificios transversales ininterrumpidos (2) que discurren desde la
periferia del rail con intersecciones (3) a la cámara interior
(1)
- en los sitios de empalme axiales y los sitios
de empalme (2.3) del rail se pueden dotar de medios de empalme al
sistema
para la reducción de los requerimientos de
vibraciones e incremento de la resistencia permanente del rail,
caracterizado porque
a) conformación de la pieza alrededor de una
espiga interior con temperaturas de hasta 300ºC para la fijación
del material y para la formación de la cámara interior (1),
- la resistencia del material se ajusta en
función de la temperaturas y el grado de conformación
conseguido,
- la sección transversal de la cámara interior
(1) se configura en un contorno con un desarrollo de curvatura
variable permanente (1.1) y
- en el contorno (1.1) se ha conformado por lo
menos una zona con curvatura reducida (1.2).
b) colocación de los orificios transversales (2)
de tal manera que estos desembocan en la zona con curvatura
reducida (1.2), y
c) actuación para incrementar la resistencia del
material en las zonas de la superficie del material para generar
tensiones propias de la presión.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la conformación tiene lugar por
martillado o modelado.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque los bordes de las intersecciones (3)
originadas entre la cámara interior (1) y los orificios
transversales (2), así como los cantos de los extremos periféricos
de los orificios transversales (2), y los extremos de la cámara
interior (1) se desbarban.
4. Procedimiento, según la reivindicación 1 a 3,
caracterizado porque tiene lugar otro incremento de la
resistencia del material en las zonas próximas a la superficie de
trabajo mediante la fijación de la capa de los bordes por nitrurado
o cementación.
5. Pieza tubular de un acero
ferrítico-perlítico de templado por precipitación,
que
- está destinado a un acumulador de alta presión
de combustible (rail) de un sistema de inyección de combustible
Common Rail de motores de combustión interna;
- presenta una cámara interior axial (1) y
orificios transversales ininterrumpidos (2) que discurren desde la
periferia del rail con intersecciones (3) hacia la cámara interior
(1), y
- en los lugares de empalme axiales y los sitios
de empalme periféricos (2.3) del rail se pueden dotar medios de
empalme al sistema,
mecanizado según el procedimiento de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 4, presentando la sección
transversal de la cámara interior (1) un contorno con un desarrollo
de curvatura variable permanente (1.1), y que por lo menos existe
una zona con curvatura reducida (1.2), que los orificios
transversales (2) desembocan radialmente, inclinado y/o
desplazados, caracterizada porque
- un material de gradiente,
- en el interior del material presenta una
resistencia que resulta de una conformación alrededor de una espiga
interior con temperaturas de hasta 300ºC y resistencia homogénea,
y
- en la capa del borde del material presenta un
borde creciente.
6. Pieza tubular, según la reivindicación 5,
caracterizada porque, referido a la sección transversal de la
pieza (1), se han previsto varias zonas con curvatura reducida
(1.2), en la que desembocan los orificios transversales (2).
7. Pieza tubular, según la reivindicación 5,
caracterizada porque los orificios transversales (2.1, 2.1)
desembocan en una de estas zonas (1.2) radialmente y en otras zonas
(1.3) inclinados o desplazados.
8. Pieza tubular, según las reivindicaciones 5 a
7, caracterizada porque la zona (1.2) está configurada
cóncava.
9. Pieza tubular, según una de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque la zona (1.2)
está configurada convexa.
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