19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: 2 23 711 1 Int. Cl. 7 : F02M /02 B23P 1/00 B23P 9/02 12 TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: 03790726.8 86 Fecha de presentación : 1.08.03 87 Número de publicación de la solicitud: 132364 87 Fecha de publicación de la solicitud: 2.0.0 4 Título: Procedimiento para la elaboración de una pieza para un acumulador de alta presión de combustible y pieza para la utilización del procedimiento. Prioridad: 2.08.02 DE 2 39 379 73 Titular/es: UMFORMTECHNIK BÄUERLE GmbH Klotzbachstrasse 2 73 Böbingen/Rems, DE 4 Fecha de publicación de la mención BOPI: 01.06.06 72 Inventor/es: Bergmann, Joachim, W. y Vieweg, Niels 4 Fecha de la publicación del folleto de la patente: 01.06.06 74 Agente: Isern Jara, Jorge ES 2 23 711 T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. Pº de la Castellana, 7 28071 Madrid
1 ES 2 23 711 T3 2 DESCRIPCIÓN 2 1 2 3 4 0 6 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- 0611. 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, como por ejemplo, del documento JP-A- 246378. Estado de la técnica 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 3 090 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 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 bar a como mínimo 00 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 4 316 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 0 6 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 0 6 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 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 estados de tensiones no suficientemente definidos y estudiados en relación con las formas de sección transversal a constituir así como posibilidades de configuración restantes para una forma de sección transversal optimizada hay todavía posibilidades para nuevos principios de soluciones. Al contrario del documento DE 0 6 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. Explicación de la invención La presente invención se propone como objetivo configurar y mejorar la geometría de las secciones transversales del orificio axial, de tal manera para la
3 ES 2 23 711 T3 4 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 0 6 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 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. Breve descripción de los dibujos En el dibujo se representa un ejemplo de realización de una pieza mecanizada según la invención para el rail en sección transversal. Mejor método para la realización de la invención 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 1 2 3 4 0 6 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 0ºC 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 3
ES 2 23 711 T3 6 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 1 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. Aplicación industrial 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. 2 3 4 0 6 4
7 ES 2 23 711 T3 8 REIVINDICACIONES 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 0ºC 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, 1 2 3 4 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.. 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 0ºC y resistencia homogénea, y - en la capa del borde del material presenta un borde creciente. 6. Pieza tubular, según la reivindicación, 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, 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 a 7, caracterizada porque la zona (1.2) está configurada cóncava. 9. Pieza tubular, según una de las reivindicaciones a 7, caracterizada porque la zona (1.2) está configurada convexa. 0 6
6 ES 2 23 711 T3