ES2261962T3

ES2261962T3 - Tobera para una valvula de combustible en un motor diesel, y un metodo de fabricacion de una tobera.

Info

Publication number: ES2261962T3
Application number: ES03750383T
Authority: ES
Inventors: Harro Andreas Hoeg
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: CN100419253C; DE60304191D1; NO20052228L; JP4208836B2; WO2004031571A1; KR100994140B1; ATE321205T1; NO336864B1; KR20050053593A; DK200201498A; RU2295647C2; CN1692224A; DE60304191T2; EP1556608A1; RU2005114357A; AU2003269841A1; EP1556608B1; JP2005537438A

Abstract

Tobera para una válvula de combustible en un motor diesel, en particular un motor de cruceta de dos tiempos, que tiene un canal longitudinal central que se comunica con un número de taladros de tobera, estando compuesta la tobera por un miembro central con una sección inferior y por una camisa, estando la camisa y el miembro central retenidos juntos por cobresoldadura, encerrando la camisa al menos la sección inferior del miembro central con taladros de tobera, caracterizada porque la camisa está fabricada de una aleación resistente a la corrosión, y porque el miembro central está fabricado de una aleación basada en hierro con una resistencia a la fatiga sigma-A de al menos ñ 500 MPa.

Description

Tobera para una válvula de combustible en un motor diesel, y un método de fabricación de una tobera.

Una tobera para una válvula de combustible en un motor diesel y un método de fabricación de una tobera.

La presente invención se refiere a una tobera para una válvula de combustible en un motor diesel, en particular un motor de cruceta de dos tiempos, que tiene un canal longitudinal central que se comunica con un número de taladros de tobera, estando compuesta la tobera por un miembro central con una sección inferior y por una camisa, estando la camisa y el miembro central retenidos juntos por cobresoldadura, encerrando la camisa al menos la sección inferior del miembro central con taladros de tobera.

El documento DE 100 42 956 describe una tobera de este tipo, en la que una camisa de un material cerámico está cobresoldada o soldada por fricción sobre la superficie exterior del miembro central, que es de un material metálico. En esta tobera conocida, la camisa es una camisa de aislamiento que reduce la influencia del calor sobre el material metálico. El material cerámico de aislamiento es relativamente frágil, lo que provoca el riesgo de que piezas pequeñas de material cerámico se fragmenten en las zonas alrededor de los taladros de la tobera, donde la tobera tiene una geometría compleja.

El documento EP 0 982 493 A1 describe una válvula de combustible con una tobera que se extiende más al interior de la carcasa de la válvula más allá del asiento primario de la válvula y progresivamente más allá de la guía de corredera. Estas partes de la válvula de combustible están fabricadas de acero para lar al asiento de la válvula, etc. una dureza adecuada. La parte más baja de la tobera está provista con un revestimiento de protección contra la corrosión por medio de soldadura por láser, soldadura por plasma o pulverización de polvo, de manera que material total o parcialmente fundido se liga al acero en una zona de mezcla. El material en la zona de mezcla tiene propiedades que pueden provocar que la aleación resistente a la corrosión delamine después de un cierto periodo de funcionamiento. En funcionamiento, la tobera está expuesta a cargas cíclicas térmicas fuertes que provocan un riesgo de degradación de la adhesión de la aleación resistente a la corrosión.

En el contexto de la presente invención, las palabras cobresoldar y cobresoldadura deben entenderse en un sentido amplio para cubrir también estañar y estañado, y sin limitarse al uso de cualquier material particular de cobresoldar o de cobresoldadura. Cobresoldar y cobresoldadura no deben considerarse solamente como indicación de materiales de fundición a alta temperatura, que se activan a temperaturas por encima de 450ºC, sino que se aplican también a materiales activados por debajo de 450ºC.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una tobera con una vida útil ventajosamente larga.

A la vista de esto, la primera tobera mencionada de acuerdo con la invención se caracteriza porque la camisa está fabricada de una aleación resistente a la corrosión y porque el miembro central está fabricado de aleación a base de hierro con una resistencia a la fatiga \sigma_{A} de al menos \pm 500 MPa.

Utilizando una aleación como el material de la camisa en lugar de un material cerámico se hace posible obtener una ductilidad adecuada del material de la camisa, lo que contrarresta la delaminación del material. Además, la aleación resistente a la corrosión hace que el material de la camisa sea capaz de resistir las influencias de la temperatura. Comparado con el uso de material cerámico aislante, el uso de la aleación proporciona la ventaja de una temperatura de funcionamiento baja de la tobera sobre la superficie de la camisa. La razón es que la aleación no muy aislante conducirá una proporción mayor del calor depositado en el material de la camisa hacia el miembro central más frío, desde el que el calor es suministrado al combustible inyectad dentro de la cámara de combustión del motor.

Puesto que la camisa es fabricada como una pieza bruta separada antes de la cobresoldadura, la aleación resistente a la corrosión en la camisa tiene propiedades ventajosamente uniformes evaluadas con relación al material aplicado por soldadura, que de una manera típica tanto muestra variaciones en la composición de la aleación como también puede provocar microgrietas en la zona afectada por el calor en la soldadura. Las propiedades ventajosas de la camisa están retenidas en la cobresoldadura, que proporciona un bloqueo condicionado mecánica o geométricamente de la camisa con relación al miembro central sin cambio del material por la soldadura y/o sin influencia del calor sobre las zonas límite, que se conoce a partir de la soldadura de un revestimiento. La unión por medio de cobresoldadura contribuye por sí misma a una extensión de la vida útil de la tobera, ya que no existen microgrietas en la zona de cobresoldadura y, además, hace posible obtener una extensión adicional de la vida útil de la tobera por medio del uso de un material con una resistencia a la fatiga más fuerte. La vida útil de la tobera se extiende en una medida substancial porque el miembro central está fabricado de una aleación a base de hierro con una resistencia a la fatiga \sigma_{A} de al menos \pm 500 MPa. En general, la aleación a base de hierro utilizada para el miembro central proporciona alta resistencia en la zona de la tobera que tiene una geometría compleja debido a un número de taladros de tobera localizados dentro de una zona pequeña que ha sido cortada en el canal longitudinal central en ángulos
diferentes.

La razón por la que la resistencia a la fatiga es de particular importancia para la vida útil de la tobera es que, además de las cargas convencionales basadas térmicamente sobre la tobera, es previsible un incremento considerable de las cargas de fatiga como una consecuencia del uso de presiones de inyección más altas y de variaciones más rápidas de la presión que las aplicadas hasta ahora para obtener un control más exacto de la inyección y, por lo tanto, una combustión mejorada del combustible y una formación reducida de compuestos contaminantes.

Frente a cada taladro de tobera en el miembro central descrito en la publicación anterior, DE 100 42 956, la camisa tiene un taladro central con un diámetro substancialmente mayor que el taladro de la tobera. Esto significa que en las zonas alrededor de los taladros de la tobera, la superficie del miembro central está influenciada tanto por el calor como por los productos corrosivos de la combustión en la cámara de combustión. En la forma de realización de acuerdo con la presente invención, los taladros de la tobera en la zona de transición entre el miembro central y la camisa tienen substancialmente el mismo diámetro en la camisa que en el miembro central. Esto significa, en prime lugar, que el material en el miembro central está completamente cubierto por la aleación resistente a la corrosión de la camisa, de manera que se previene que los productos corrosivos de la combustión accedan a degradar la aleación a base de hierro del miembro central. En segundo lugar, la camisa constituye una parte real de los taladros de la tobera, de manera que el combustible frío fluye estrechamente a lo largo de la superficie del material de la camisa y lo refrigera en todo el camino hasta la superficie exterior de la camisa, donde se produce la influencia máxima del calor. Esto da como resultado una caída de la temperatura del material de la camisa alrededor de los taladros de la tobera y, por lo tanto, a una temperatura de funcionamiento substancialmente más baja en las zonas de transición sensible de los taladros de las toberas entre el miembro central y la camisa.

Con preferencia, la aleación resistente a la corrosión es una aleación a base de níquel, ya que estas aleaciones, como se muestra por la experiencia, tienen buenas propiedades en el entorno agresivo que prevalecen en las cámaras de combustión de motores diesel. Las alternativas aplicables a las aleaciones a base de níquel son aleaciones a base de cobalto, tal como Stellite.

En una forma de realización adecuada, el material de cobresoldadura localizado entre la camisa y el miembro central está fabricado de aleación a base de níquel. El material de cobresoldadura a base de níquel permite la adaptación de la temperatura de cobresoldadura a las condiciones de la temperatura que existen en el tratamiento térmico de toberas de acuerdo con la invención y que existen durante el funcionamiento del motor. Además, la aleación a base de níquel en la superficie de unión funciona bien junto con las aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel.

La camisa se puede fabricar por metalurgia del polvo, por ejemplo en forma de una pieza bruta sinterizada o a partir de polvo cobresoldado junto. En una forma de realización, toda la camisa o parte de la camisa está fabricada de material fundido o forjado, que se combina bien y que tiene propiedades uniformes del material con costes de fabricación relativamente bajos para la camisa.

La tobera está diseñada adecuadamente como una unidad separada en la válvula de combustible a continuación de una guía de husillo que contiene el asiento primario de la válvula de combustible. Con este diseño, la tobera no está influenciada o sólo hasta una extensión mínima por las tensiones más bien grandes en el asiento primario de la válvula. En el caso de sustitución de la tobera, la sustitución se limita también a una parte más pequeña que comprende principalmente la pieza de la válvula de combustible que se proyecta dentro de la cámara de combustión.

Puede ser deseable utilizar un material de cobresoldadura que contiene un componente que puede reaccionar con compuestos no deseados con los materiales adyacentes en la camisa o en el miembro central, o puede ser deseable obtener una separación más eficiente de los materiales de unión que la separación que se puede obtener con el material de cobresoldadura. En estos casos, puede ser ventajoso diseñar la tobera de tal forma que la superficie interior de la camisa y/o la superficie exterior del miembro central están provistos con una barrera a la difusión. Tal barrera a la difusión puede ser, por ejemplo, níquel, cobre, una aleación de níquel o una aleación de cobre, siendo el níquel y el cobre adecuados para formar un revestimiento denso y estable. Las alternativas pueden ser un revestimiento de cobalto, una aleación de cobalto o un revestimiento de cromo. Particularmente preferido es un níquel depositado electrolíticamente, que forma un revestimiento muy denso con buenas propiedades de resistencia y un punto de fusión relativamente alto con relación a los materiales de cobresoldadura utilizados. La barrera a la difusión previene o restringe la difusión, en particular, de elementos pequeños, tales como C, boro y silicio, para que no se difundan a partir de una aleación o un material de cobresoldadura con un elevado contenido del elemento en su forma libre dentro de una aleación con un menor contenido del elemento.

Para la mejora adicional de la vida útil de las toberas sometidas a cargas particularmente altas, el miembro central puede tener una resistencia a la fatiga \sigma_{A} de al menos \pm 750 MPa.

En una forma de realización, una pieza aislante de material cerámico está localizada dentro de la parte inferior extrema de la camisa debajo del extremo del canal longitudinal central, estando la superficie inferior de la pieza de aislamiento completamente cubierta por la aleación resistente a la corrosión de la camisa. El material cerámico aislante está encapsulado por el material de la camisa y está protegido de esta manera frente a las influencias corrosivas de la cámara de combustión. Además, el material de cerámica está localizado en la parte inferior de la camisa en una zona en la que el nivel de tensión, en general, y particularmente las cargas por fatiga son relativamente bajas. Con esta localización y aislamiento de la cámara de combustión, es posible aprovechar las ventajas de protección de las secciones superpuestas de la tobera frente a las influencias térmicas máximas sin ninguna influencia negativa substancial sobre las propiedades de la tobera causadas por el uso de un material cerámico.

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En otro aspecto, la presente invención se refiere a un método de fabricación de una tobera para una válvula de combustible en un motor diesel, particularmente un motor de cruceta de dos tiempos, que tiene un canal longitudinal central que se comunica con un número de taladros de tobera, un miembro central con una sección inferior cobresoldada junto con una camisa que encierra al menos la sección inferior del miembro central. A la vista de la obtención de una vida útil más larga de la tobera, el método de acuerdo con la invención se caracteriza porque el material de la camisa utilizado es una aleación resistente a la corrosión, porque se utiliza una aleación a base de hierro con una resistencia a la fatiga \sigma_{A} de al menos \pm 500 MPa para el miembro central, y porque el miembro central y la camisa se unen por cobresoldadura juntos por medo de cobresoldadura a vacío. Con relación a las ventajas de la utilización de una camisa de una aleación resistente a la corrosión cobresoldada a un miembro central fabricado de una aleación con una resistencia a la fatiga de al menos \pm 500 MPa, se remite a la descripción anterior en conexión con la tobera de acuerdo con el primer aspecto de la invención. El uso de cobresoldadura a vacío proporciona las ventajas suplementarias, entre otras, de que la camisa y el miembro central así como el material de cobresoldadura no se oxidan durante la cobresoldadura, no existe en riesgo de formación de bolsas de aire relevantes en el material. Además, la temperatura en el horno de vacío se pueden cambiar de una manera ventajosa rápidamente, de manera que el periodo se controlan con precisión el periodo de la temperatura de cobresoldadura y la temperatura real de cobresoldadura.

En un desarrollo adicional del método, la cobresoldadura a vacío se realiza durante un tratamiento térmico de endurecimiento. Con esta cobresoldadura y este endurecimiento combinados es posible evitar la realización de un tratamiento térmico especial para la cobresoldadura. Además, se obtiene una ventaja particular en conexión con la fabricación de toberas en series pequeñas, tales como entre 10 y 200 toberas por serie. El tratamiento térmico se realiza normalmente en talleres espaciales que tienen un programa de producción específico planificado con varias semanas de antelación. En un taller de este tipo, el endurecimiento se lleva a cabo típicamente cada día, mientras que los tratamientos térmicos especiales se llevan a cabo solamente a intervalos más bien largos. Llevando a cabo la cobresoldadura al mismo tiempo que el endurecimiento a las temperaturas usuales de endurecimiento, las series pequeñas pueden ser tratadas día a día, puesto que las toberas, debido a su tamaño pequeño, pueden encontrar espacio siempre para el tratamiento térmico en el horno junto con los otros objetos ya planificados para el tratamiento térmico.

En conexión con el tratamiento combinado, las etapas de fabricación de la tobera son planificadas de una manera preferida de tal forma que el miembro central y la camisa se colocan juntas y se fijan en relación entre sí, después de lo cual se realizan los taladros de tobera y a continuación se llevan a cabo la cobresoldadura a vacío y el endurecimiento. Aunque este método requiere fijación mutua de la camisa y el miembro central debe poder mantener la coaxialidad de los taladros en la camisa y el miembro central hasta que se ha realizado la cobresoldadura, esto será normalmente preferible a tener que realizar un maquinado por electroerosión que requiere mucho tiempo de los taladros de la tobera dentro del miembro central endurecido. La fijación mutua puede realizarse, por ejemplo, por medio de bloqueo mecánico, por ejemplo en forma de una rosca corta sobre el miembro central y la camisa, o erosionando no o más pasadores dentro del espacio entre el miembro central y la camisa o, a ser posible, encolando en puntos discretos entre la camisa y el miembro central.

Una alternativa al tratamiento combinado es una secuencia de tratamiento, en la que se lleva a cabo la cobresoldadura a vacío del miembro central y de la camisa y están previstos taladros de la tobera en la tobera cobresoldada junta, después de lo cual se endurece la tobera. En este método, la cobresoldadura se realiza como un tratamiento térmico independiente que conecta las partes de la tobera juntas en una unidad, antes de que los taladros de la tobera sean maquinados en la tobera todavía no endurecida, lo que proporciona un maquinado más rápido. Si la temperatura de cobresoldadura está por encima de la temperatura de austenitización del miembro central, la refrigeración desde la temperatura de cobresoldadura hasta la temperatura de maquinado se lleva a cabo de una manera adecuada tan lentamente que no tiene lugar ningún endurecimiento hasta una extensión aplicable en esta refrigeración. Cuando el maquinado de la tobera está acabado, el endurecimiento se realiza en un tratamiento térmico separado.

Cuando el endurecimiento se lleva a cabo en un tratamiento térmico separado después de la cobresoldadura, el material de cobresoldadura aplicado para la cobresoldadura a vacío es con preferencia un material de cobresoldadura, cuya temperatura de cobresoldadura es más alta que la temperatura de endurecimiento aplicada para el endurecimiento. Esto proporciona la ventaja de que el material de endurecimiento no se puede volver líquido durante el endurecimiento, lo que puede dar lugar, en otro caso, a una necesidad de refinado.

Después de la cobresoldadura y del endurecimiento, la atemperación se realiza de una manera preferida para ajustar las propiedades del material de la tobera, incluyendo la resistencia a la fatiga, particularmente del material a base de hierro.

Es posible utilizar material en partículas para la fabricación de la camisa, y en ese caso toda la camisa o parte del material de la camisa es provisto con preferencia colocando el miembro central con la sección inferior dirigida hacia arriba, un soporte tubular está colocado en el miembro central, el material en partículas es relleno en el soporte, el material de cobresoldadura es colocado por encima del polvo, y se lleva a cabo la cobresoldadura, de manera que la camisa es cobresoldada junta en el material de la camisa. La ventaja de esto es que se puede utilizar una sección de tubo sencilla como un soporte en lugar de una pieza bruta de camisa mecanizada en una forma similar a un manguito, con la geometría interna que coincide con la geometría externa del miembro central.

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La invención se describirá a continuación con más detalla con referencia al dibujo muy esquemático, en el que:

La figura 1 es una vista de la sección longitudinal a través de una tobera montada en un ejemplo representado en forma de esbozo del extremo inferior de una válvula de combustible.

La figura 2 es una vista en sección a través de partes de una tobera antes de la cobresoldadura.

La figura 3 muestra una sección a través de la tobera de la figura 2 después de la cobresoldadura y del maquinado de un taladro de la tobera.

La figura 4 es una vista en sección que corresponde a la de la figura 2 de otro ejemplo de partes de la tobera preparadas para la cobresoldadura.

Las figuras 5 y 6 muestran un tercer ejemplo de partes de la tobera antes y después de la cobresoldadura.

La figura 7 muestra un cuarto ejemplo de partes de la tobera antes de la cobresoldadura, y

La figura 8 muestra otra forma de realización con material de aislamiento encapsulado.

La figura 1 muestra una tobera, designada en general con 1, de una válvula de combustible en un motor de combustión interna, que puede ser un motor de cuatro tiempos, pero que es con preferencia un motor de cruceta de dos tiempos, con más que una válvula de combustible sobre cada cilindro. El último motor plantea típicamente demandas estrictas sobre la vida útil larga de la tobera, entre otras razones debido a que los motores son accionados con frecuencia con fuel oil pesado, que pueden contener incluso azufre.

La tobera se proyecta hacia fuera a través de un taladro central en el extremo de una carcasa de válvula 2, cuya superficie anular 3 puede ser presionada contra una superficie de tope correspondiente en una cubierta cilíndrica 14, de manera que la punta de la tobera con taladros de tobera 4 se proyecta dentro de la cámara de combustión 15 del cilindro y puede inyectar combustible cuando la válvula de combustible está abierta. La válvula de combustible tiene una corredera de válvula 5 con una aguja de válvula 6 y un asiento de válvula 7 localizado, en el diseño de la válvula mostrado, en el extremo inferior de una guía de corredera 8. La guía de corredera es presionada hacia abajo contra una superficie dirigida hacia arriba sobre la tobera 1. La aguja de válvula puede llevar un miembro de cierre secundario 12 en forma de un anillo que está enroscado en un taladro en el saliente de la válvula 7 a través de un vástago 13 relativamente largo y fino o que está montado allí de otra manera. Tal miembro de cierre secundario para el cierre rápido de los taladros de la tobera en el extremo de la atomización es bien conocido en conexión con toberas para motores de cruceta de dos tiempos grandes. El miembro de cierre secundario puede estar fabricado de una manera ventajosa de acero para herramientas, ya que se desliza a lo largo de la superficie interior del canal longitudinal, que se puede fabricar también de acero para herramientas. Ésta es una utilización del hecho de que dos aceros para herramientas se deslizan bien uno a lo largo del otro.

La tobera de acuerdo con la presente invención se puede utilizar también para válvulas de combustible que no tienen tal miembro de cierre secundario y para válvulas de combustible, en las que el asiento primario de la válvula está localizado abajo en la tobera, resultando un volumen mínimo en el canal de combustible debajo del asiento de la válvula. Además, es posible que los taladros de la tobera estén dirigidos no sólo a un lado de la tobera, sino en su lugar a ambos lados o estén dispersos a lo largo de toda la circunferencia de la tobera.

La tobera tiene un canal longitudinal central 9, desde el que los taladros de la tobera 4 conducen hasta la superficie exterior de la tobera. La tobera está compuesta por una camisa 10 fabricada de una aleación resistente a la corrosión y de un miembro central 11 fabricado de una aleación a base de hierro. La camisa 10 constituye al menos el área más exterior de la tobera en el área alrededor de los taladros de la tobera y se puede extender hacia arriba y constituir la superficie exterior de la tobera sobre toda la parte de la tobera que se proyecta desde la carcasa de la válvula 2.

La camisa 2 fabricada de la aleación resistente a la corrosión se puede fabricar a partir de un material de partida en partículas, pero de una manera preferida está fabricada de material fundido o forjado. Ejemplos de aleaciones aplicables para uso como material de camisa pueden ser aleaciones a base de níquel, que pueden comprender, por ejemplo, en % en peso y a parte de las impurezas que están presentes en general, entre 15 y 30% de Cr, entre 0,02 y 0,55% de C y de una manera opcional uno o más de los siguientes componentes: entre 0 y 15% de W, entre 0 y 8% de Al, entre 0 y 5% de Ti, entre 0 y 20% de Co, entre 0 y 2% de Hf, entre 0 y 5% de Nb y/o Ta, entre 0 y 35% de Mo, entre 0 y 10% de Si, entre 0 y 1,5% de Y y entre 0 y 20% de Fe. La aleación puede contener impurezas inevitables y el resto es níquel.

Un ejemplo de una aleación de este tipo es el análisis siguiente: 23% Cr, 7% de W, 5,6% de Al, 1% de Si, 0,5% de C y 0,4% de Y. Esta aleación puede tener, por ejemplo, una resistencia a la fatiga \sigma_{A} en el intervalo entre \pm 350 MPa y \pm 440 MPa.

Las aleaciones a base de níquel pueden ser también del tipo que, en % en peso y aparte de las impurezas que están presentes en general, comprende entre 35 y 60% de Cr, entre 0,02 y 0,55% y opcionalmente uno o más de los componentes: entre 0 y menos que 1,0% de Si, entre 0 y 5,0% de Mn, entre 0 y 5,0% de Mo y/o W, entre 0 y menos que 0,5% de B, entre 0 y 8,0% de Al, entre 0 y 1,5% de Ti, entre 0 y 0,2% de Zr, entre 0 y 3,0% de Nb, entre 0 y un máximo de 2% de Hf, entre 0 y un máximo de 1,5% de Y, entre 0 y 1% de N y un contenido de agregados entre 0 y un máximo de 5,0% de Co y Fe. La aleación puede contener impurezas inevitables y el resto es Ni. Este material tiene una resistencia a la fatiga alta y una resistencia extremadamente alta a la corrosión con calor y a las influencias de la erosión a partir del combustible.

Otros ejemplos de aleaciones para el material de la camisa se establecen en la Tabla 1.

TABLA 1

Aleación	Análisis aproximado (% en peso) y e impurezas que existen	Coeficiente de expansión
	generalmente	térmica (10^{-6}/ºC
Inconel 625	0,1% C, 22% Cr, 9% Mo, 3,5% Nb, 0,4% Al 0,4% Ti, resto Ni	13,9
Inconel 617	0,07% C, 22% Cr 12,5% Co 9% Mo, 1,2% Al, 0,6% Ti, resto Ni	13,8
Inconel 725	0,03% C, 21% Cr, 8% Mo, 3,5% Nb, 1,4% Ti, 9% Fe, resto Ni	14,1
Inconel 657	0,1% C, 50% Cr, 1,5% Nb, resto Ni	13,4
Hastelloy B2	0,01% C, 28% Mo, 1% Cr, 2% Fe, 1% Co, resto Ni	11,6
Hastelloy	\begin{minipage}[t]{95mm} 0,03% C, 30% Cr, 15% Fe, 5% Co, 5,5% Mo, 1,5% Nb, 2% Cu, 2,5% W, resto Ni \end{minipage}	15,2

El coeficiente de expansión térmica se establece por encima del coeficiente de expansión térmica lineal medio para calefacción entre 20ºC y 500ºC, es decir, que es relevante para 500ºC. Con preferencia, el material de la camisa tiene un coeficiente de expansión térmica más alto que el miembro central, de manera que el intersticio de cobresoldadura crece con el calentamiento. Esto da como resultado la aparición de tensiones de compresión en el miembro central en conexión con la refrigeración a partir de la temperatura de cobresoldadura hasta 20ºC. Si el material de la camisa tiene un coeficiente de expansión térmica más bajo que el material del miembro central, la camisa y el miembro central deberían adaptarse entre sí de tal forma que el intersticio entre las dos partes es mayor que 20ºC que el intersticio de cobresoldadura deseado.

También es preferible utilizar aleaciones a base de cobalto, tales como Celsit 50-P, pero tienen resistencias a la fatiga \sigma_{A} menores que \pm 150 MPa, por cuya razón no son materiales preferidos.

Los materiales de aleación que se pueden utilizar para el miembro central 11 de la tobera pueden ser aleaciones a base de hierro, con preferencia del tipo de acero para herramientas, El miembro central se puede fabricar por métodos convencionales para acero para herramientas o puede ser una refundición de ESR (Electro Slag Refined). El miembro central puede estar forjado, por ejemplo, o puede ser deformado de otra manera, tal como por extrusión. Se pueden mencionar ejemplos tales como acero para herramientas AISI H13 con el análisis 0,4% de C, 1,0% de Si, 0,4% de Mn, 5,2% de Cr, 1% de V, 1,3% de Mo y el resto e, o el acero para herramientas AISI H19 con el análisis 0,45% de C, 0,4% de Si, 0,4% de Mn, 4,5% de Co, 4,5% de Cr, 0,5% de Mo, 2% de V, 4,5% de W y el esto Fe, o aceros para herramientas CPM1V y CPM3V a partir de Crucible Research, U. S. A., fabricado por metalurgia del polvo posiblemente con extrusión o mecanizado siguiente, CPM1V que contiene 0,5% de C, 4,5% de Cr, 1% de V, 2,75% de Mo, 2% de W, 0,4% de Si, 0,5% de Mn y el resto Fe, y CPM3V que contiene 0,8% de C, 7,5% de Cr, 2,5% de V, 1,3% de Mo, ,09% de Si, 0,4% de Mn y el resto Fe.

Otros ejemplos de aleaciones para el miembro central se mencionan en la Tabla 2, en la que los coeficientes de expansión térmica se establecen de la misma manera que en la tabla 1.

TABLA 2

Aleación	Análisis aproximado (% en peso) y e impurezas que existen	Coeficiente de expansión térmica
	generalmente	(10^{-6}/ºC
AISI H11	0,4% C, 5% Cr, 1,3% Mo, 0,5% V, resto Fe	13,1
AISI H21	0,3% C, 3,5% Cr. 9,5% W, 0,5% V, resto fe	12,8
AISI AS	0,5% C, 5% Cr, 1,4% Mo, 1,2% W, resto fe	12,1
AISI M2	0,9% C, 4,3% Cr, 5% M, W, 2% V, resto Fe	12,3
AISI 01	0,9% C, 0,5% Cr, 0,5% W, resto Fe	13,3

La cobresoldadura se puede realizar, por ejemplo, como se describe a continuación. En las varias formas de realización y en los ejemplos, se utilizan los mismos números de referencia para miembros del mismo tipo. Una camisa 10 y un miembro central 11 están colocados como se muestra en la figura 2, con la camisa alrededor de la sección inferior del miembro central. La camisa 10 está configurada como un manguito y encierra toda la sección inferior 11a, que tiene un diámetro exterior menor que la sección superior 11b del miembro central. El diámetro exterior de la sección inferior 11a es entre 0 y 0,5% mm menor que el diámetro interior de la camisa, de manera que existe un intersticio dimensionado entre 0 y 0,25 mm entre las dos superficies, y los diámetros están adaptados con preferencia entre sí de tal forma que el tamaño del intersticio está en el intervalo entre 0,05 mm y 0,1 mm.

El material de cobresoldadura 14 está colocado en una trayectoria anular a lo largo del extremo superior de la camisa 10 en conexión con la interfaz o el intersticio entre la camisa y el miembro central 11. El material de cobresoldadura puede estar colocado en un receso pequeño en la interfaz o, como se muestra en la figura 2, por encima de un collar pequeño 15 en proyección en el margen superior de la camisa. El collar 15 solamente sirve para retener el material de cobresoldadura antes de la cobresoldadura y para dirigir el material de cobresoldadura en el intersticio durante la cobresoldadura. Después de la cobresoldadura, se puede retirar el collar, por ejemplo por medio de rectificación.

La pieza bruta de la tobera se coloca en un horno y se calienta hasta la temperatura de cobresoldadura, a la que el material de cobresoldadura es aspirado dentro del intersticio entre la camisa y el miembro central por medio del efecto de capilaridad y humedece sus superficies, después de lo cual el material de cobresoldadura se solidifica y bloquea las superficies entre sí, ver la figura 3. La temperatura de cobresoldadura puede estar, por ejemplo, en el intervalo entre 925ºC y 1230ºC. Cuando el endurecimiento tiene lugar en un tratamiento térmico separado, la temperatura cobresoldadura está con preferencia en el intervalo entre 1100ºC y 1230ºC.

El material de cobresoldadura puede ser, por ejemplo, cobresoldadura de níquel con n contenido de Cr, Si o B. Las cobresoldaduras de níquel relevantes contienen típicamente entre 5 y 20% de Cr, y/o entre 4 y 10% de Si y/o C, B o Cu. Ejemplos son materiales de cobresoldadura de la Firma de Wall Colmomoy Corporation, Madison Heights, Michigan U. S. A. Se pueden utilizar materiales de cobresoldadura de esta Firma en la serie Nicrobraz, que hace posible seleccionar un material de cobresoldadura con una temperatura de cobresoldadura y composición de cobresoldadura adecuada. Nicrobraz 30, por ejemplo, contiene 19% de Cr, 10,2% de Si, un máximo de 0,06% de C y el resto Ni y tiene una temperatura de cobresoldadura aproximada de 1190ºC.

Después de la cobresoldadura de la pieza bruta de tobera, se pueden acabar las geometrías externa e interna de la pieza bruta de la tobera. Esto significa particularmente que los taladros de la tobera 4 se pueden mecanizar en la pieza bruta, y la superficie exterior se puede tornear o rectificar también conforme a su forma. Con preferencia, como se muestra en la figura 3, los taladros de la tobera 4 tienen un diámetro constante desde la superficie exterior de la camisa hasta la zona del extremo interno de los taladros de la tobera en o junto al canal central 9. El diámetro de los taladros de la tobera puede estar, por ejemplo, en el intervalo entre 0,5 mm y 1,5 mm.

Cuando el maquinado geométrico ha terminado, la pieza bruta de la tobera puede ser endurecida hasta una dureza adecuada del miembro central. El endurecimiento se puede realizar, por ejemplo, a una temperatura en el intervalo entre 1000ºC y 1100ºC con u tiempo de remojo entre 10 y 40 min. Entonces se lleva a cabo un tratamiento térmico final en forma de uno o más tratamientos de atemperación, lo que es importante para la resistencia a la fatiga resultante de la tobera de acabado. La atemperación se puede realizar, por ejemplo, con un tiempo de remojo de dos horas a una temperatura en el intervalo entre 450ºC y 600ºC. Con preferencia, se lleva a cabo una atemperación doble o triple con dos o tres periodos de dos horas en un horno a vacío o en un horno a presión normal y con una atmósfera especial, tal como una atmósfera reductora o inactiva.

La figura 4 muestra una localización alternativa del material de cobresoldadura 14 antes de que se lleve a cabo la cobresoldadura. El material de cobresoldadura 14 se coloca aquí sobre la parte superior de un canal 17, que conduce a través del extremo dirigido hacia arriba de la camisa 10 hasta la interfaz entre la camisa y el miembro central. El material de cobresoldadura puede estar rodeado por una proyección anular pequeña para prevenir que el material de cobresoldadura se extiende fuera durante la cobresoldadura.

También es posible llevar a cabo la cobresoldadura al mismo tiempo que el endurecimiento y en ese caso el material de cobresoldadura tiene de una manera preferida una temperatura de cobresoldadura en el intervalo entre 825ºC y 1100ºC, y de una manera adecuada entre 1000ºC y 1100C. Después de colocar la camisa sobre el miembro central y de dispone r el material de cobresoldadura 14, se coloca la pieza bruta en un horno, que es evacuado y calentado hasta la temperatura de endurecimiento, que puede durar, por ejemplo, 30 minutos a una temperatura de 1025ºC o puede durar 15 minutos a una temperatura de 1050ºC.

Para un acero particular para herramientas, la resistencia a la fatiga se puede ajustar por medio del tratamiento térmico dado a la pieza bruta de la tobera. Los aceros para herramientas mencionados pueden tener una resistencia a la fatiga \sigma_{A} de aproximadamente \pm 500 a 900 MPa en la tobera acabada. De una manera preferida, la resistencia a la fatiga \sigma_{A} es al menos \pm 750 MPa. Al mismo tiempo, los aceros para herramientas tienen de una manera ventajosa una resistencia al desgaste y una dureza altas.

En lugar de fabricar una pieza bruta de camisa como se muestra en la figura 2, con la configuración en forma de un manguito con una geometría interna exacta, toda la camisa o parte de la camisa se puede fabricar a partir de un material de partida en partículas. Esto se puede realizar, por ejemplo, como se muestra en la figura 5, tomando una sección de tubo cortada y colocándola como un soporte 18 alrededor de la sección inferior 11a del miembro central, que ha sido vuelto hacia arriba con antelación. El material de partida en partículas 19 es rellenado en el soporte hasta que se cubre la totalidad de la sección inferior 11a, y el polvo se coloca a una altura adecuada por encima de la punta de la sección inferior 11a. El polvo se puede mezclar a partir de varios tamaños de polvo y es posible también utilizar polvo de varias aleaciones metálicas diferentes, que pueden ser de los tipos mencionados anteriormente como material de la camisa. Además, es posible mezclar polvo cerámico para obtener un efecto de aislamiento. El polvo cerámico se puede colocar, por ejemplo, en una capa a una distancia corta por encima de la punta de la sección inferior 11a y luego se puede cubrir por el polvo de las aleaciones resistentes a la corrosión. También se pueden utilizar mezclas graduadas de los varios polvos.

Por encima del polvo, se coloca el material de cobresoldadura 14 en una cantidad suficiente para adherir el polvo en una estructura densa durante la cobresoldadura. Después de la cobresoldadura, el soporte 18 es localizado sobre la superficie exterior de la camisa 10, como se muestra en la figura 6. El soporte 18 es retirado después del acabado final de la tobera.

En otro ejemplo, el soporte 18 está formado como un tubo de material de camisa y es colocado alrededor de la sección inferior 11a, como se muestra en la figura 7. El soporte es aquí una parte de la camisa, y el polvo solamente tiene que ser llenado sobre la parte superior de la sección inferior 11a. Con este diseño del soporte y la camisa, se reduce al mínimo la necesidad de refinado.

La figura 8 muestra una forma de realización, en la que la camisa contiene una pieza de aislamiento de material cerámico 20 completamente encapsulada en el material de la camisa. Puede existir, por ejemplo, al menos 1 mm de material de la camisa sobre la superficie exterior del material cerámico, de manera que no se disminuye la resistencia a la corrosión de la tobera.

Si es necesario, se puede utilizar una barrera a la difusión. La barrera puede ser un revestimiento, aplicado, por ejemplo, al miembro central o a la camisa por medio de deposición electrolítica o por medio de otros métodos de aplicación en la superficie, tales como galvanizado. La barrera se puede fabricar, por ejemplo, de níquel, cobre, cobalto o níquel-fósforo. De una manera alternativa, el revestimiento se puede aplicar por pulverización. La barrera puede tener, por ejemplo, un espesor en el intervalo entre 5 y 400 \mum, de una manera preferida entre 10 y 100 \mum.

La tobera puede tener otros diseños distintos al mostrado en la figura 1. Los detalles de las varias formas de realización y ejemplos se pueden combinar en nuevas formas de realización.

Claims

1. Tobera para una válvula de combustible en un motor diesel, en particular un motor de cruceta de dos tiempos, que tiene un canal longitudinal central que se comunica con un número de taladros de tobera, estando compuesta la tobera por un miembro central con una sección inferior y por una camisa, estando la camisa y el miembro central retenidos juntos por cobresoldadura, encerrando la camisa al menos la sección inferior del miembro central con taladros de tobera, caracterizada porque la camisa está fabricada de una aleación resistente a la corrosión, y porque el miembro central está fabricado de una aleación basada en hierro con una resistencia a la fatiga \sigma_{A} de al menos \pm
500 MPa.

2. Una tobera de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque los taladros de la tobera en el área de transición entre el miembro central y la camisa tienen substancialmente el mismo diámetro en la camisa que en el miembro central.

3. Una tobera de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la aleación resistente a la corrosión es una aleación a base de níquel.

4. Una tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el material de cobresoldadura localizado entre la camisa y el miembro central está fabricado de una aleación a base de níquel.

5. Una tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque toda la camisa o parte de la camisa está fabricada de material fundido o forjado.

6. Una tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la tobera está formada como una unidad separada localizada en la válvula de combustible a continuación de una guía de husillo que contiene el asiento de válvula primario de la válvula de combustible.

7. Una tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la superficie interior de la camisa y/o la superficie exterior del miembro central están provistos con una barrera de difusión, tal como una capa de níquel depositado electrolíticamente.

8. Una tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque tiene una resistencia a la fatiga \sigma_{A} de al menos \pm 750 MPa.

9. Una tobera de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque una pieza de aislamiento de material cerámico está localizada dentro de la parte inferior extrema de la camisa debajo del extremo del canal longitudinal central, estando la superficie inferior de la pieza de aislamiento completamente cubierta por la aleación resistente a la corrosión de la camisa.

10. Un método de fabricación de una tobera para una válvula de combustible en un motor diesel, particularmente un motor de cruceta de dos tiempos, que tiene un canal longitudinal central que se comunica con un número de taladros de tobera, estando unido un miembro central con una sección inferior por cobresoldadura con una camisa que encierra al menos la sección inferior del miembro central, caracterizado porque el material de la camisa utilizado es una aleación resistente a la corrosión, porque se utiliza una aleación a base de hierro con una resistencia a la fatiga \sigma_{A} de al menos \pm 500 MPa para el miembro central, y porque el miembro central y la camisa se unen por cobresoldadura juntos por medo de cobresoldadura a vacío.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la cobresoldadura a vacío se realiza durante un tratamiento térmico de endurecimiento.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque el miembro central y la camisa se colocan juntos y se fijan en relación entre sí, después de lo cual se proporcionan los taladros de la tobera, y después se realiza la cobresoldadura a vacío y el endurecimiento combinados.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque se lleva a cabo la cobresoldadura a vacío del miembro central y de la camisa y se proporcionan los taladros de la tobera en la tobera cobresoldada junta, después de lo cual se endurece la tobera.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el material de cobresoldadura aplicado para la cobresoldadura a vacío es con preferencia un material de cobresoldadura, cuya temperatura de cobresoldadura es más alta que la temperatura de endurecimiento aplicada para el endurecimiento.

15. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la tobera es atemperada después del cobresoldadura y el endurecimiento, con preferencia por medio de atemperación doble o triple.

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16. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque toda la camisa o parte del material de la camisa es proporcionada colocando el miembro central con la sección inferior dirigida hacia arriba, porque un soporte tubular está colocado sobre el miembro central, porque el material en partículas es relleno en el soporte, porque el material de cobresoldadura es colocado por encima del polvo, y porque se lleva a cabo la cobresoldadura, siendo cobresoldado el polvo dentro del material de la camisa.