IT8922705A1 - Inserto per un motore diesel ad iniezione indiretta - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo;

"INSERTO PER UN MOTORE DIESEL AD INIEZIONE INDIRETTA"

R I A S S U N T O

Un inserto per un motore Diesel ad iniezione indiretta comprende un corpo dell'inserto cilindrico ( ) avente una parete superiore ed un foro (2) formato nella parete superiore attraverso il quale possono essere iniettati combustibile ed aria in una parte interna del corpo dell' inserto (1), Viene formato uno strato in lega resistente al calore, o sdvrapposizione a saldatura, (5, 6) che circonda almeno una delle estremit? superiore ed inferiore del foro (2), Circondando completamente le aperture del foro con lega, viene semplificata la lavorazione del foro,

D E S C R I Z I O N E

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un miglioramento di un inserto per un motore Diesel ad iniezione indiretta, particolarmente ad un inserto in cui uno Sitrato in lega resistente al calore, o sovrapposizipne a saldatura, avente buona lavorabilit?, elevata resistenza al calore e resistenza a fatica termica viene assicurato ad almeno una d?lie estremit? superiore ed inferiore di un foro di iniezione di combustibile,

Fusione a cera persa, lavorazione, e forgiatura venivano usati nella tecnica precedente nella preparazione;di inserti metallici,

Vengono usati acciai martensitici resistenti al calore, come SUH3 e SUH616 e acciai resistenti al supercalore, come NIMONIC8OA ed LCN-155, poich? ? richiesta elevata resistenza alla fatica termica, Negli ultimi tempi ? aumentata la domanda di rotazione ad elevata velocit?, compattezza e migliorata efficienza termica p.er i motori Diesel, Particolarmente, la temperatura e la pressione nella camera di combustione sono diventate pi? elevate a causa del favore che gode l'EGR per il suo controllo dei gas di scarico, I danni sono pi? notevoli nelle aree periferiche attorno alle aperture del foro di iniezione sull'inserto, poich? gas ad alta temperatura e ad alta pressione vengono iniettati attraverso il foro a grande velocit? e la temperatura delle aree periferiche diventa localmente pi? elevata,

I materiali summenzionati non possono essere usati per un motore con un tale elevato carico,

Inserti usati in un motore a carico elevato sono descritti nelle pubblicazioni di brevetti giapponesi Sho 62-112762 e Sho 63-47346, in cui uno strato in lega, o sovrapposizione a saldatura, resistente al confine tra il corpo dell'inserto e l'area di saldatura, ? molto difficile ottenere elevata precisione di foratura ed il trapano ? soggetto a logorio eccessivo. Inoltre, si pu? verificare la condizione pericolosa durante il funzionamento del motore in cui la sovrapposizione saldata si stacca dall'inserto.

L'oggetto principale della presente invenzione ? di fornire un inserto avente buona lavorabilit? e migliorata resistenza alla fatica termica prodotta dal flusso di gas ad alta velocit? e a temperatura e pressione elevate,

Un ulteriore oggetto dell'invenzione ? di fornire un inserto non costoso avente durata aumentata e bassa espansione termica,

Invenzione

Per raggiungere gli oggetti summenzionati, l'invenzione fornisce un inserto per un motore Diesel ad iniezione indiretta comprendente una parete cilindrica ed una parete superiore realizzate in acciaio resistente al calore con un foro attraverso di esse, almeno una delle estremit? superiore ed inferiore del foro essendo circondata da uno strato in lega, o sovrapposizione a saldatura, avente una maggiore resistenza al calore della parete superiore,

Preferibilmente, l'acciaio resistente al calore che forma la parete superiore ? acciaio martensitico come il SUSA03,

Si deve comprendere che pu? essere usata qualsiasi lega adatta avente elevata resistenza alla fatica termica per fornire lo strato in lega o la sovrapposizione saldata. Tuttavia, ? preferibile o usare una lega qui indicata come "lega A" e comprendente, in peso;

Co per la differenza, con alcune inevitabili impurit?;

oppure una lega qui indicata come "lega B" e comprendente, in peso;

Mo 3 - 7%,

W 3 - 10%,

Fe 5 - 25%, e

Ni per la d lcune inevitabili iinpurit?.

Le ragioni della proporzione dei componenti di lega resistente al calore preferiti in questa invenzione sono le segmenti;

Lega A

C; quando si formano carburi per la combinazione di C con Cr e W, la durezza della lega aumenta e diventa difficile la lavorazione. Di conseguenza il limite superiore della proporzione di C ? 0,5%.

Si; la resistenza all'ossidazione della lega migliora aggiungendo Si, Tuttavia, quando vengono aggiunte eccessive quantit? di Si, si verifica fragilit? e si abbassa la resistenza allo shock Ni; l'aggiunta di Ni rafforza la lega per soluzione solida del Ni nella base austenitica quando U coesiste con Ni, l'effetto viene ancora migliorato, Tuttavia, cuando ? presente il 5%, o meno, di Ni, l'effetto ? ridotto; oltre il 15% l'effetto non viene ulteriormente aumentato in modo sostanziale, Quando sono^presenti eccessive quantit? di Ni, la resistenza ^ll'attacco S si riduce, Di conseguenza, la proporzione dell'Ni ? limitata alla gamma del 5 -15%,

Cr: questo e un componente critico per determinare la resistenza all'ossidazione della lega alle alte temperature! Quando Cr ? presente al 10% o meno, la resistenza all'ossidazoine ? insufficiente e per proporzioni di Cr oltre il 30%, la resistenza all'ossidazione non viene ulteriormente migliorata ad un grado significativo, Quindi, la proporzione del Cr ? limitata alla gamma del 10 - 30%.

W; come per | il Ni, il W rafforza la lega per soluzione solida del W nella base austenitica. Tuttavia, quando U ? presente al 10%, o meno, l'effetto ? ridotto, e quando ? presente oltre il 20% diminuisce la lavorabilit? della lega, Inoltre, l'aggiunta di elevate quantit? di U non ? economica, ?,i conseguenza, la proporzione del U ? limitata al 10 - 20%,

Fe: l'Fe pu? costituire fino al 25% della lega senza che diminuisca la sua resistenza al danneggiamento, Tuttavia, quando la frazione di Fe ? molto inferiore, la lavorazione della lega diventa difficile. La proporzione dell'Fe ? limitata al 5 -25% in considerazione del costo.

Lega B

C; quando si formano carburi per combinazione di C con Cr, U e Ho, la durezza della lega diminuisce, quindi la proporzione di -C ? limitata alo 0,15%, o meno ,

Si; la resistenza all'ossidazione della lega migliora aggiungendo Si, Tuttavia, quando vengono aggiunte eccessive quantit? di Si, si verifica fragilit? e diminuisce la resistenza allo shock termico, Di conseguenza, la proporzione di Si ? limitata allo 0,5%, o meno,

Un; la presenza di Mn ? efficace per migliorare la resistenza allo scorrimento, Tuttavia, quando sono presenti eccessive quantit? di Mn, diminuisce la propriet? djL resistenza all'ossidazione della lega, Quindi, la proporzione dell' Un ? limitata all'.1,0%, o meno,

Cr: Cr ? un componente critico per determinare la resistenza all'ossidazione alle alte temperature. Quando Cr ? presente al 10%, o meno, la resistenza all'ossidazione ? insufficiente, e se Cr ? presente al 30%, o pi?, l'effetto sulla . resistenza all'ossidazione non migliora ulteriormente in modo particolare, La presenza di pi? del 30% di Cr non ? economica, quindi la proporzione di Cr ? limitata al 10 - 30%,

Ho; Ho rafforza la lega per soluzione solida di Mo nella base austenitica, Quando viene aggiunto il 3%, o meno, di Ho, l'effetto dell'Mo ? ridotto, e quando viene aggiunto pi? del 7% di Mo, l'effetto sulla resistenza all'ossidazione non viene ulteriormente aumentato in modo significativo, Inoltre l'aggiunta di grandi quantit? di Ho non ? economica, Quindi-, la proporzione di Mo ? limitata al 3 - 7%.

W; Come per il Ho, anche la presenza di W rafforza la lega per- soluzione solida del U nella base austenitica, Particolarmente quando W coesiste con Ho, l'effetto dell'aggiunta di U ? notevole, Tuttavia, qjjando viene aggiunto il 3% o meno, l'effetto non.? evidente e quando viene aggiunto oltre il 10% di W, diminuisce la durezza poich? vengono prodotti composti intermetallici di fase ? che sono l'origine della diminuzione della durezza,

Quindi, la proporzione del U ? limitata al 3 - 10%, F?; Fe pu? costituire fino al 25% della lega senza diminuzione della sua propriet? di resistenza al danneggiamento, Tuttavia, quando la frazione di Fe ? molto inferiore, la lavorazione della lega diventa difficile. La proporzione di Fe ? limitata a 5 - 25% in considerazione del costo,

Lo strato di lega, o sovrapposizione saldata, di questa invenzione viene assicurato all'intera area periferica che circonda le aperture del foro, Tuttavia, ? possibile posizionare lo strato della lega o, sovrapposizione a saldatura soltanto attorno all'apertura superiore o inferiore del foro, E1 anche possibile usare la lega preferita, A o B, o qualche altra lega in ognuna delle - estremit? superiore ed inferiore del foro in qualsiasi combinazione ,

Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione saranno evidenti dalla descrizione che segue, che verr? meglio compresa considerata congiuntamente agli allegati disegni,

- La figura 1 ? una sezione trasversale verticale di un inserto in accordo con l'invenzione per un motore Diesel ad iniezione indiretta,

- La figura 2 ? una vista in piano della figura 1, - La figura 3 ? una vista dal basso della figura 1, - La figura 4 ? una sezione trasversale verticale prima della saldatura dello strato in lega.

- La figura 5 ? una sezione trasversale verticale dopo la saldatura dello strato in lega,

- La figura 6 ? una vista in piano della figura 5, - La figura 7 ? una vista schematica dell'apparecchiatura di prova per la fatica termica, - La figura 8 ? una vista schematica dei porta-campioni dell'apparecchiatura di prova, che illustra il metodo di prova,

- la figura 9 ? un grafico che mostra i cicli di riscaldamento e raffreddamento del test di fatica termica ,

- La figura 10 ? una sezione trasversale verticale dell'inserto in cui lo strato di lega circonda soltanto l'estremit? superiore del foro.

- La figura 11 ? una sezione trasversale verticale dell'inserto in cui lo strato di lega circonda soltanto l'estremit? inferiore del foro,

- La figura 12 ? una vista dal basso in cui si sono sviluppate spaccature,

- La figura 13 ? una vista in piano in cui si sono sviluppate spaccature,

- La figura 14 ? una sezione trasversale verticale in cui lo strato di lega .? posto soltanto sulle parti ad angolo acuto attorno al foro, come descritto nei documenti della tecnica precedente, brevetti giapponesi 62-112762 e 63-47346,

- La figura 15 ? una vista in piano della figura 14, - La figura 16 ? una vista dal basso della figura 14,

- La figura 17 ? una sezione trasversale verticale di un motore Diesel ad iniezione indiretta comprendente un inserto in accordo con l'invenzione, - La figura 18 ? una vista schematica dell'apparecchiatura per la sovrapposizione saldata a plasma usata nella presente invenzione per ottenere lo strato in lega resistente al calore, - La figura 19 illustra una condizione di predisposizione dell'inserto nell'apparecchiatura per la sovrapposizione saldata a plasma, Come illustrato in figura* 17, un inserto 1 viene montato su una testa di cilindro 14 ed un'apertura di una camera di turbolenza 15 ? diretta verso un ugello di iniezione di combustibile 16 ed una candela di pre-riscaldamento 17.

La camera di turbolenza 15 comunica con una camera di combustione 18 attraverso un foro anulare di accensione 2,

L'aria nella camera di combustione 18 viene compressa durante una corsa di compressione del pistone 19 e l'aria compressa viene introdotta nella camera di turbolenza 15 attraverso il foro 2 in modo che nella camera di turbolenza si produca un vortice di aria compressa 14 ed il combustibile iniettato nel vortice di aria compressa nella camera di combustione venga vaporizzato.

Il combustibile, combinato con l'aria, viene automaticamente infiammato e pre-bruciato,

Come risultato, la pressione nella camera di turbolenza aumenta rapidamente e la pressione aumentata viene trasferita alla camera di combustione 18 attraverso il foro anulare di accensione 2. Ulteriore combustione di combustibile e aria si verifica nella camera di combustione ed inizia la corsa di espansione,

Poich? l'inserto 1 durante la fabbricazione e prima dell'installazione viene normalmente maneggiato nella condizione invertita rispetto a quella illustrata in figura 17, la superficie estrema che durante l'uso ? adiacente alla camera di combustione 18 viene iqui indicata come la parte superiore dell'inserto 1,

Il metodo di fabbricazione della forma di realizzazione preferita di un inserto in accordo con l'invenzione comprende le seguenti fasi;

(I) Come illustrato in figura 4, vengono formati nelle superfici superiore ed inferiore della parete superiore di un corpo di inserto 1, recessi 3 e 4, o con un procedimento di lavorazione a macchina o per forgiatura,

(II) Nei recessi 3 e 4 vengono saldate leghe resistenti al calore per formare strati in lega, o sovrapposizioni saldate 5 e 6. Gli strati, o sovrapposizioni, vengono poi finiti su superfici piatte per forgiatura e hanno l'aspetto illustrato nelle figure 5 e 6.

(III) Infilile viene ricavato il foro 2 come illustrato helle figure 1 - 3.

Possono essere eseguite prove sugli inserti per confrontare le loro propriet? di resistenza al calore, L'apparecchiatura di prova ? illustrata in figura 7,

I corpi degli inserti di prova 1 vengono fissati ai supporti 11, illustrati in maggior dettaglio in figura S, che vengono installati sulla apparecchiatura di prova 10,

Gli inserti di prova 1 vengono riscaldati dal basso con un bruciatore di gas 12 fino a circa 900?C, Dopo di ci?, 1'apparecchiatura di prova 10 viene ruotata e gli inserti vengono spostati su uno spruzzatore 13, Gli inserti vengono raffreddati fino a circa 40?C spruzzandoli con acqua, viene poi fatto seguire raffreddamento ad aria, I cicli di riscaldamento e raffreddamento, come illustrato in figura 9, vengono ripetuti 300 e 600 volte e dopo di' ci?, vengono misurate le lunghezze delle spaccature 7 e 8, mostrate nelle figure 12 e 13, che si sono sviluppate elle zone periferiche attorno al foro 2, La resist alla fatica termica viene giudicata dalla somma delle lunghezze delle spaccature,

Le lunghezze delle spaccature vengono misurate anche dopo 300 eieli per confronto,

io

Viene,usata l'apparecchiatura per la sovrapposizione saldata a pljasma per ottenere strati resistenti al calore 5 e 6 (figure 1- 3) aventi la composizione di (A ), (A2 ), (A3), (B1 ), (B2) e (B3), illustrata in tabella I, saldando i recessi 3 e 4 e vengono usate le seguenti polveri di leghe come materiali mi allici plasma,

Composizione chimica della polvere metallica plasma;

(In questa tabella, le polveri di lega (A1 ') e (B1 ') sono i materiali usati per ottenere gli strati di lega (A1 ) e (B1 ) indicati nella tabel la I . . . . 1 = 1 - 3) ,

Nell'operazione di sovrapposizione saldata, fonde pure lo stesso inserto, quindi la composizione dello, strato sovrapposto saldato ottenuta ? differente dlla composizione della polvere metallica plasma usata, poich? le polveri metalliche plasma vengono diluite con la lega fusa dall' inserto stesso ,

Quando l'operazione di sovrapposizione a saldatura viene effettuata in una volta, il 15% in peso della lega fusa dall'inserto stesso ? contenuto nello strato di lega resistente al calore.

Tuttavia, lo strato in lega di sovrapposizione a saldatura ottenuto nella prima operazione viene ancora saldato con l'operazione di sovrapposizione a saldatura qon plasma usando la stessa polvere di lega usata nella prima operazione rispetto agli strati (A2) e (B2) e si ottengono gli strati in lega come mostrato in tabella 1,

La figura 18 ? una vista schematica dell'apparecchiatura di sovrapposizione saldata a plasma usata in questo esempio, l'arco-plasma ? 20, il percorso del gas protettivo ? 21, la torcia a plasma ? 25 e l'inserto 1 ? posto sulla maschera 23 posta nel posizionatore 24. Il recesso 4 ? saldato per sovrapposizione dalle polveri metalliche a plasma 19, La corrente elettrica viene aumentata con l'alimentazione delle polveri, l'inserto viene arrotondato per evitare riscaldamento locale, e la torcia a plasma viene fatta oscillare quando viene saldato, La corrente elettrica viene inviata senza diminuire la corrente quando l'alimentazione delle polvejri ? terminata per ottenere l'inserimento tra lo strato sovrapposto saldato e l'inserto, Le condizioni operative usate in questo esempio sono le seguenti';

gas plasma: 2,5 l /min

gas proiettivo: 15 l/min

gas di trasporto; 5 l/min

oscillazione: larghezza 12 mm, 1 secondo/l percorso

circolare

centro della torcia; 4 mm dal centro del recesso posizionatore ; 25 r,p,m,

velocit? di alimentazione delle polveri; 0,3 g/sec corrente elettrica; 140 A

voltaggio elettrico; 35 V

Per confronto, sqno stati pure realizzati inserti

usando la lega C della tabella I, mediante un processo di forgiatura a freddo, usando la lega E della tabella I mediante un processo di fusione a cera perduta, ed usando la lega 0,

Questi inserti sono stati provati come descritto in precedenza,

I risultati dopo 300 cicli di riscaldamento erano;

Tabella 1

Esempio 2

Un inserto avente lo strato 6 di lega resistente al calore di A1 e lo strato 5 di lega resistente al calore di B1 ? stato preparato con il metodo summenzionaLo,ed test di fatica termica sono stati effettuati usando C,D ed E come controlli, I risultatiIdei test erano;

Spaccature dome illustrato in figura 12 Cmm)

Spaccature cime illustrato in figura 13 Cmm)

300 cicli 60C i cicli

Esempio 3

Sono stati 1 realizzati inserti secondo la tecnica precedente, in cui le parti ad angolo acuto (5') e (6') attorno al foro 2 nelle figure 14 - 16 sono stati fabbricati con leghe Ai e Bi come illustrato in gabella 1, Sono stati pure fabbricati inserii in accordo con la presente invenzione in cui le aperture dell'intera area circondante il foro 2 sono state realizzate con Ai e Bi come nell'esempio 2, Quindi, sono stati effettuate prove di fatica termica come menzionato in precedenza.

I risultati erano;

Dopo 300 cicli; non si erano formate spaccature, Dopo 600 cicli;

Conclusioni

Da questi risultati si pu? dedurre che le leghe resistenti al calore preferite delle composizioni A e B sono molto meno suscettibili a spaccature, indicative di fatica termica di quanto non lo siano le leghe note C, D ed E, quando sottoposte a ripetuto riscaldamento e raffreddamento,

Inoltre, l'esempio 3 dimostra che gli inserti in cui la lega resistente al calore circonda le aperture del foro 2 non vengono maggiormente degradati in modo significativo dalla fatica termica degli inserti della tecnica precedente, in cui la lega resistente al calore circonda soltanto gli angoli acuti,

Pertanto, gli inserti della presente invenzione sono vantaggiosi poich? forniscono un materiale superficiale uniforme quando viene perforato il foro 2, il che risulta in maggiore precisione.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1, Inserto' per un motore Diesel ad iniezione indiretta caratterizzato dal fatto di comprendere una parete cilindrica ed una parete superiore formata di acciaio resistente al calore con un foro attraverso di. essa, almeno una delle estremit? superiore ed inferiore del foro essendo circondata da uno str;ato in lega, o sovrapposizione a saldatura, avente una maggiore resistenza al calore della parete superiore, 2, Inserto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ognuna delle estremit? superiore ediinferiore del foro ? circondata dallo strato in lega, o sovrapposizione saldata, 3, Inserto :secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazio ne 2, caratterizzato dal fatto che lo strato in lega resistente al calore, o sovrapposizi?ne saldata, comprende in peso;

   4, Inserto secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che lo strato di lega resistente al calore, o sovrapposizione saldata, comprende in peso:

   5. Inserto per un motore Diesel ad iniezione indiretta, sostanzialmente come qui descritto, con riferimento ai disegni.