BR102013004382A2 - Sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível em mototres de combustão interna - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE GERENCIAMENTO TÉRMICO DA ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL EM MOTORES DE COMBUSTAO INTERNA O sistema é aplicado a um motor (M) tendo um sistema de injeção (10), um tubo de alimentação de combustível (30) e um sistema de resfriamento (CS) , por meio de um fluido de arrefecimento circulante, por condutos de fluido quente (61a, 61b) e de fluido resfriado (62a, 62b), pelo motor (M) e por um trocador de calor (60) . O tubo de alimentação (30) compreende: um primeiro trecho (31), conectado ao sistema de injeção (10) e provido de uma primeira válvula (33), a ser fechada, quando a temperatura do combustível está abaixo de um valor máximo, e aberta quando a temperatura do combustível alcança o valor máximo; e um segundo trecho (32) derivado do primeiro e absorvendo energia térmica do conduto de fluido quente (61a, 61b) ou dos gases da combustão e provido de uma segunda válvula (34) que permanece aberta, enquanto a temperatura do combustível for inferior ao valor máximo, e que é fechada quando dita temperatura alcançar o valor máximo.

Description

"SISTEMA DE GERENCIAMENTO TÉRMICO DA ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA" Campo da invenção Refere-se a presente invenção a um sistema para permitir o aquecimento gerenciado do combustível a ser injetado em um motor de combustão interno do tipo que pode operar com mais de um combustível, cada um apresentando um respectivo ponto de fulgor ou de vaporização diferente daquele dos outros combustíveis. O sistema de gerenciamento térmico do combustível a ser alimentado ao motor, objeto da presente invenção, foi desenvolvido para operar apenas após a partida do motor ou durante e também após a partida do motor, ao longo da operação normal desse último.

Antecedentes da invenção São bem conhecidos da técnica os problemas de partida a frio de um motor de combustão interna veicular, em dias cuja temperatura é menor que 18 graus Celsius, quando o motor é alimentado com uma mistura combustível contendo mais de 85% de etanol e menos de 15% de gasolina. O etanol e o metanol, por exemplo, possuem alto ponto de fulgor e, por este motivo, estes combustíveis, ou misturas que contenham considerável porcentagem destes combustíveis, quando abaixo de determinada temperatura, não pulverizam adequadamente, dificultando ou mesmo impedindo sua explosão dentro da câmara de combustão. Este fenômeno, conhecido como "problema de partida a frio", é enfrentado por usuários de veículos que se utilizam de etanol ou metanol, quando da partida a frio do motor em dias frios, geralmente com temperatura ambiente abaixo de 18°C.

Para contornar o referido problema de partida a frio do motor do veículo, existem soluções que injetam pequena quantidade de gasolina na combustão. Sendo a gasolina mais volátil que o etanol e o metanol, ela provoca a diminuição do ponto de fulgor da mistura combustível a ser queimada na câmara de combustão, possibilitando a partida do motor.

Entretanto, a técnica de injeção de gasolina durante a partida do motor acarreta um alto índice de emissão de poluentes.

Um sistema mais recentemente desenvolvido no mercado consiste na utilização de um aquecedor para pré-aquecer o combustível, por alguns segundos, antes da partida do veículo, de modo que, quando a partida é requisitada, o combustível a ser injetado já se encontra em uma temperatura quente o bastante para ser devidamente pulverizado na câmara de combustão, permitindo uma partida satisfatória do motor do veículo, sem que seja necessária a injeção extra de gasolina. Este sistema representa uma técnica mais sofisticada e que pode diminuir o nível de poluentes produzidos durante a partida do veículo.

Um grande desafio para utilização do sistema de pré-aquecimento deve-se à necessidade do desenvolvimento de aquecedores altamente eficientes, pois, caso contrário, a elevada energia elétrica, demandada pelos aquecedores de partida a frio, poderia acarretar na descarga da bateria do veículo após algumas partidas sucessivas. Deve ser observado que, durante a partida do motor, já é demandado um enorme pico de energia para alimentar o motor de partida, mesmo sem os aquecedores de partida a frio. Assim, as soluções técnicas apresentadas até o momento estão voltadas apenas à resolução do "problema de partida a frio".

Ocorre que o "problema de partida a frio" é apenas um dos vários problemas de eficiência e de emissão de poluentes resultantes da queima do combustível frio ou não aquecido. Além da dificuldade da partida a frio, em ambientes de baixa temperatura, com o uso de um combustível contendo um alto ponto de fulgor, existe um problema adicional resultante da dificuldade natural de queima de qualquer combustível, quando este se encontra em temperatura inferiormente distante daquela de seu ponto de fulgor, ou coraumente chamado "combustível frio". Também cabe ressaltar que o ponto de vaporização de um líquido depende da pressão em que este se encontra. A pressão típica dentro de um distribuidor de combustível em veículos 1.0 L de injeção indireta é da ordem de 4.2 bar, sendo que, nesta condição, a temperatura de vaporização do combustível é maior que a temperatura de vaporização quando o combustível está sob pressão atmosférica. Para veículos de injeção direta de combustível estes valores (pressão e temperatura de vaporização) são ainda mais acentuados. O aumento de temperatura do combustível é apenas um meio para se atingir um "spray" de combustível formado por gotículas micrométricas pulverizadas, as quais queimarão mais facilmente quando em contato com a faísca da bobina de ignição na câmara de combustão ou quando o combustível for nela comprimido a uma determinada pressão (combustível diesel).

Teoricamente, um motor funcionando em regime permanente estaria aquecido o suficiente para continuar seu trabalho, mesmo que o combustível injetado na câmara de combustão esteja um tanto "frio", pois há razoável troca térmica entre o calor dissipado pelo motor (ou câmara de combustão) e o combustível, durante rápido instante. No entanto, esta não é uma condição de trabalho que apresente uma eficiência termo-energética otimizada. Não é raro detectar-se falhas de motor, trancos, lentidão na resposta do motor após acionamento do pedal de aceleração ou até mesmo alta emissividade de poluentes devido a uma queima deficiente do combustível.

Em "veículos flex" (movidos por etanol e/ou gasolina em qualquer proporção de mistura) é sabido que o rendimento do motor não é otimizado, por ser um motor que deve trabalhar razoavelmente bem com os dois tipos de combustível, porém não é o motor ideal para trabalhar com gasolina apenas e tampouco somente com etanol. Um eficaz sistema de aquecimento, com gerenciamento térmico, do combustível tende a proporcionar condições otimizadas ao levar o combustível (por exemplo, etanol ou gasolina) a melhores condições de queima (por aquecimento do combustível a temperaturas mais próximas de seu ponto de vaporização) e a um consequente melhor rendimento do motor.

Um sistema de aquecimento, com gerenciamento térmico, de combustível, para ser mantido operando durante todo tempo de funcionamento do motor, seria uma solução eficaz para se atingir alto desempenho (otimização energética) do motor, melhor dirigibilidade do veículo, com respostas rápidas ao acionamento do pedal de aceleração, com torque e potência otimizados e com redução de emissões de poluentes não só em veículos tipo "flex" (bi ou tri combustíveis) , como também em veículos providos de motor de combustão interna operando apenas com um combustível qualquer, líquido ou gasoso. O radiador de um veículo é um trocador de calor cujo objetivo é o resfriamento do motor (ou proteção contra super-aquecimento). Para troca de calor do motor e de seus componentes para o radiador, é utilizada água como fluido intermediário, servindo esta como "transportadora de calor" entre o motor e o radiador.

Atualmente, o calor transmitido para a água do radiador é uma energia perdida e até mesmo indesejada, pois se este calor fica armazenado na água, esta perde sua eficiência como fluido de troca térmica. Quanto mais fria a água do radiador, mais quantidade de calor ela será capaz de absorver do motor e em menor intervalo de tempo.

Outro ponto de troca térmica essencial para o bom funcionamento do motor do veículo é aquela que ocorre entre o óleo lubrificante e as partes do motor, tendo o óleo duas funções de vital importância: lubrificação e arrefecimento dos componentes do motor, sendo que em algumas peças, como virabrequim, mancais, árvore de carnes, hastes e pistões, a refrigeração (arrefecimento) consegue ser feita apenas pelo óleo do motor. O óleo, quando superaquecido, perde sua viscosidade, fica susceptível à deterioração e, consequentemente, perde sua propriedade de lubrificação, podendo causar desde mau funcionamento dos componentes do motor, até graves danos ou até mesmo a perda do motor do veículo. Alguns veículos atuais possuem um resfriador de óleo. Trata-se de um trocador de calor, geralmente do tipo placas, posicionado entre o bloco do motor e o filtro de óleo, ou fazendo parte do próprio módulo de óleo (neste caso, mais comumente encontrado em veículos pesados), funcionando como intensificador de troca térmica entre óleo lubrificante e água do radiador. No entanto, resfriadores de óleo atualmente utilizados não realizam troca de calor com o combustível.

Assim, passa a ser muito desejável a provisão de um sistema capaz de utilizar a energia térmica gerada pelo motor como, por exemplo, pelo resfriamento dos fluidos de arrefecimento (óleo e água) do motor do veículo ou pelos gases de combustão e, ao mesmo tempo, aquecer o combustível a temperaturas mais próximas do ponto de vaporização. Isso seria vantajoso para otimizar a eficiência energética no resfriamento do motor, além de melhorar os níveis de emissões de poluentes pela melhor queima do combustível aquecido.

Sumário da invenção Em função da pouca eficiência energética na queima de combustível em um motor de combustão interna, quando operando em determinadas condições de temperatura e de regime de rotação, a presente invenção tem, como objetivo, prover um sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível em um destes motores, de modo a utilizar, seletivamente, a energia térmica gerada pelo motor, para aquecer o combustível a ser alimentado a este último, durante sua operação. O sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível em questão é aplicado a um motor de combustão interna que compreende: um sistema de injeção de combustível associado a um tubo de alimentação de combustível; um sistema de resfriamento, utilizando pelo menos um fluido de arrefecimento que é feito circular, por condutos de fluido quente e de fluido resfriado, através de partes do motor e de um trocador de calor; e uma tubulação de descarga para os gases da combustão.

De acordo com a invenção, o tubo de alimentação de combustível compreende: um primeiro trecho conectado diretamente ao sistema de injeção e provido de uma primeira válvula que é automaticamente fechada, quando a temperatura do combustível fornecido ao sistema de injeção está abaixo de um valor máximo predeterminado, inferior à temperatura de vaporização do combustível, e aberta quando a temperatura do combustível alcança o dito valor máximo; e um segundo trecho definindo uma derivação ("by-pass") ao primeiro trecho e disposto de modo a absorver energia térmica de pelo menos uma das fontes de calor, definidas pelo fluido quente sendo conduzido ao trocador de calor e pelos gases da combustão sendo liberados pela tubulação de descarga, dito segundo trecho sendo provido de uma segunda válvula e de uma válvula unidirecional, dispostas, respectivamente, a montante e a jusante da fonte de calor, sendo a segunda válvula automaticamente aberta, enquanto a temperatura do combustível for inferior ao dito valor máximo predeterminado e fechada quando a temperatura do combustível alcançar o dito valor máximo predeterminado. A primeira e a segunda válvula podem ser termoestáticas ou eletromagnéticas, sendo que neste último caso elas devem ter seu acionamento controlado por um módulo de controle eletrônico que instrui o fechamento e a abertura das válvulas em função de parâmetros operacionais diversos, tais como temperatura e ponto de fulgor do combustível, único ou em mistura, sendo conduzido ao sistema de injeção, rotação do motor, pressão de injeção, etc . A invenção provê, portanto, um sistema automaticamente gerenciado, para a realização das seguintes trocas térmicas: Troca térmica entre o óleo de lubrificação e o combustível a ser alimentado ao motor; neste caso são obtidas as vantagens do resfriamento de óleo e do aquecimento de combustível. - Troca térmica entre o fluido (água), circulando pelo conduto de fluido (água) quente que conduz ao radiador do veículo, e o combustível a ser_alimentado ao motor; neste caso, são obtidas as vantagens do resfriamento da água do radiador, com aproveitamento energético no aquecimento do combustível a ser alimentado ao motor. - Troca térmica entre o óleo de lubrificação, a água do radiador e o combustível a ser alimentado ao motor; neste caso, com tripla troca térmica, são obtidas as vantagens do resfriamento do óleo e da água do radiador, com aproveitamento energético duplo para aquecimento do combustível a ser alimentado ao motor. -Troca térmica entre os gases da combustão, liberados pela tubulação de descarga do motor, e o combustível a ser alimentado ao motor, com aproveitamento energético do calor que é usualmente dissipado no meio ambiente. O sistema ora proposto e acima definido permite que o aquecimento do combustível, único ou em mistura, seja conduzido ao sistema de injeção do motor em uma condição de temperatura melhor para sua combustão e automaticamente gerenciada. O sistema em questão permite que o combustível seja alimentado ao motor em valores de temperatura e pressão adequados, diminuindo o consumo de combustível, reduzindo danos ao meio ambiente e melhorando a eficiência do motor e do veículo ao qual ele é associado, sendo que a energia térmica utilizada para o aquecimento seletivo do combustível é obtida da própria energia térmica dissipada pelo motor de combustão interna.

Breve descrição dos desenhos A invenção será descrita a seguir, fazendo-se referência aos desenhos anexos, dados a titulo de exemplo de possíveis configurações aplicáveis ao sistema de gerenciamento. Nos desenhos: A figura 1 representa um diagrama do sistema de gerenciamento da invenção, quando utilizando válvulas termostáticas e absorvendo energia térmica do fluxo de água quente do sistema de arrefecimento e que é conduzido do motor para um trocador de calor na forma de um radiador; A figura 2 representa um diagrama do sistema de gerenciamento da invenção, quando utilizando válvulas termostáticas e absorvendo energia térmica do fluxo de óleo de lubrificação aquecido e que é conduzido do motor para um trocador de calor na forma de um radiador de óleo ; A figura 3 representa um diagrama do sistema de gerenciamento da invenção, quando utilizando válvulas eletromagnéticas e absorvendo energia térmica tanto do fluxo de água de arrefecimento como do fluxo de óleo de lubrificação aquecidos e que são conduzidos do motor para um mesmo trocador de calor; A figura 4 representa um diagrama do sistema de gerenciamento da invenção, quando utilizando válvulas eletromagnéticas e absorvendo energia térmica do fluxo dos gases de combustão sendo liberados pela tubulação de descarga; A figura 5 representa uma vista, em corte longitudinal esquemático, de um possível arranjo construtivo para a troca de calor do fluxo aquecido de água de arrefecimento, de óleo lubrificante ou de gases da combustão, para o combustível a ser fornecido ao sistema de injeção do motor; e A figura 6 representa uma vista, em corte longitudinal esquemático, de outro possível arranjo construtivo para a troca de calor do fluxo aquecido de água de arrefecimento, de óleo lubrificante ou de gases da combustão, para o combustível a ser fornecido ao sistema de injeção do motor.

Descrição da invenção Conforme já acima mencionado e ilustrado nos desenhos anexos, a invenção é aplicada a motores de combustão interna utilizando um único combustível ou uma mistura variável de combustíveis apresentando diferentes temperaturas de vaporização, como ocorre com os motores "flex" utilizando gasolina, etanol ou uma mistura dos mesmos em diferentes proporções. O sistema de gerenciamento da invenção foi desenvolvido para atuar durante todo o funcionamento do veículo, para manter o combustível, sendo alimentado ao motor, em uma temperatura otimizada para a combustão eficiente, inferior àquela do ponto de vaporização.

Na figura 1 dos desenhos anexos é ilustrada uma possível concretização para o sistema de gerenciamento em questão, quando aplicado a um motor M de combustão interna provido de um sistema de injeção 10 que é alimentado a partir de um tanque de combustível 20, por meio de um tubo de alimentação de combustível 30, ao qual são associados uma bomba de combustível 40 e um filtro 50.

Nessa primeira construção, o motor M é provido de um sistema de resfriamento CS que utiliza um trocador de calor 60, na forma de um radiador 6 0a, e um fluido de arrefecimento definido por água e que é feito circular, por meio de um conduto de fluido quente 61a e de um conduto de fluido resfriado 62a, através de partes do motor M e do trocador de calor 60.

Na referida primeira concretização, o tubo de alimentação de combustível 30 compreende um primeiro trecho 31, diretamente conectado ao sistema de injeção 10 e provido de uma primeira válvula 33, e um segundo trecho 32 que define uma derivação ou "by-pass" ao primeiro trecho 31 e que é disposto de modo a absorver energia térmica de uma fonte de calor HS definida pelo fluido quente, na forma de água de arrefecimento aquecida, que é conduzido, pelo conduto de fluido quente 61a, ao trocador de calor 60 definido pelo radiador 60a. O segundo trecho 32 do tubo de alimentação de combustível 30 é provido de uma segunda válvula 34, disposta a montante da fonte de calor HS, e de uma válvula unidirecional 35 disposta a jusante da referida fonte de calor HS. A absorção de energia térmica da fonte de calor HS pode ser feita de diferentes maneiras como, por exemplo, através do enrolamento de uma extensão do segundo trecho 32, do tubo de alimentação de combustível 30, em torno do conduto de fluido quente 61a que conduz ao trocador de calor 60 que, na figura 1, é definido pelo radiador 60a. Esta construção está ilustrada na figura 5.

Uma outra forma de se absorver a energia térmica da fonte de calor HS está ilustrada na figura 6 e compreende a passagem de uma extensão do segundo trecho 32 do tubo de alimentação de combustível 30 pelo interior do conduto de fluido quente 61a que conduz ao trocador de calor 60. O sistema de gerenciamento em questão é construído para promover: o fechamento automático da primeira válvula 33 quando a temperatura do combustível fornecido ao sistema de injeção 10 está abaixo de um valor máximo predeterminado, inferior à temperatura de vaporização do combustível: a abertura automática da referida primeira válvula 33 quando a temperatura do combustível alcança o dito valor máximo; a abertura automática da segunda válvula 34, enquanto a temperatura do combustível for inferior ao dito valor máximo; e o fechamento da segunda válvula 34 quando a temperatura do combustível alcançar o dito valor máximo.

Na construção ilustrada na figura 1, a primeira 33 e a segunda válvula 34 têm sua operação automática realizada pelas próprias características construtivas como ocorre, por exemplo, com as válvulas termostáticas. Entretanto, deve ser entendido que estas válvulas podem ser do tipo eletromagnético, comandadas por um sistema de controle eletrônico, conforme descrito mais adiante.

Na solução construtiva da figura 1, é provido um tubo de retorno 3 6 conectando o tanque de combustível 20 a um ponto do tubo de alimentação 30, disposto a montante do segundo trecho 32, permitindo que apenas o combustível requerido pelo sistema de injeção 10 seja submetido, se necessário, à absorção de energia térmica da fonte de calor HS. O tubo de retorno 3 6 pode ser provido de uma válvula pressostática não ilustrada, para permitir o retorno do combustível em um certo nível de pressão na entrada do sistema de injeção.

Na figura 2 dos desenhos anexos é ilustrada uma segunda concretização para o sistema de gerenciamento em questão, quando aplicado a um motor M apresentando as mesmas características básicas já descritas em relação ao motor representado na figura 1 e que são apresentadas com as mesmas referências numéricas.

Na referida segunda concretização, o motor M é provido de um sistema de resfriamento CS que utiliza um trocador de calor 60, na forma de um radiador de óleo 60b, e um fluido de arrefecimento definido pelo óleo lubrificante do motor M e que é feito circular, por meio de um conduto de fluido quente 61b e de um conduto de fluido resfriado 62b, através de partes do motor M e do trocador de calor 60.

Conforme já descrito acima em relação à construção da figura 1, na construção da figura 2 o tubo de alimentação de combustível 30 compreende os mesmos primeiro e segundo trechos 31, 32 dispostos da mesma maneira e igualmente providos da uma primeira válvula 33, de uma segunda válvula 34 e de uma válvula unidirecional 35, as quais operam de acordo com a temperatura do combustível sendo alimentado ao motor M, da mesma maneira já descrita em relação à figura 1.

Entretanto, na segunda concretização o segundo trecho 32 é disposto de modo a absorver energia térmica de uma fonte de calor HS definida pelo fluido quente, na forma do óleo lubrificante aquecido, que é conduzido, pelo conduto de fluido quente 61b, ao trocador de calor 60 definido pelo radiador de óleo 60b. A absorção de energia térmica da fonte de calor HS pode ser feita de diferentes maneiras como, por exemplo, aquelas ilustradas nas figuras 5 e 6 e anteriormente descritas em relação à construção da figura 1.

Uma particularidade da construção ilustrada na figura 2, resulta do fato de a primeira 33 e a segunda válvula 34 serem do tipo eletromagnético, comandadas por uma unidade de controle eletrônico 70 que recebe diferentes parâmetros operacionais do motor M e de condições físico-quimicas do combustível (tais como temperatura do combustível sendo alimentado, características do combustível ou da mistura de diferentes combustíveis, como percentual volumétrico de cada combustível e estimativa do ponto de evaporação da mistura, pressão de injeção do combustível, perda de pressão, temperatura do motor, massa e temperatura de ar aspirado), para determinar o valor máximo da temperatura, a ser utilizado para instrução de operação da primeira e da segunda válvula 33, 34.

Na solução construtiva da figura 2, é provido um tubo de retorno 36 conectando o tanque de combustível 20 a um ponto do tubo de alimentação 30, disposto a jusante do segundo trecho 32, fazendo com que todo o combustível bombeado e filtrado, sendo conduzido pelo tubo de alimentação 30 seja submetido à absorção de energia térmica da fonte de calor HS quando da abertura da segunda válvula 34 e do fechamento da primeira válvula 33 .

Na figura 3 dos desenhos anexos é ilustrada uma terceira concretização para o sistema de gerenciamento em questão, quando aplicado a um motor M apresentando as mesmas características básicas já descritas em relação ao motor representado nas figuras 1 e 2 e que são identificadas com as mesmas referências numéricas.

Na referida terceira concretização, o motor M é provido de um sistema de resfriamento CS que utiliza um trocador de calor 60, na forma de um radiador duplo 60c, de água e de óleo, construído para receber, simultaneamente, um fluxo do óleo lubrificante do motor M, um fluxo de líquido de arrefecimento, geralmente a base de água, e ainda um fluxo de combustível a ser alimentado ao sistema de injeção 10 do motor M.

Na terceira concretização o arrefecimento do motor M é feito pela circulação de água pelo trocador de calor 60, através de um conduto de fluido quente 61a e de um conduto de fluido resfriado 62a, ambos os condutos permitindo que a água saia do motor M pelo conduto de fluido quente 61a, passe pelo radiador duplo 60c e retorne ao motor M pelo conduto de fluido resfriado 62a. O arrefecimento do motor M é ainda auxiliado por um outro fluido de arrefecimento definido pelo óleo lubrificante que é feito circular, saindo do motor M pelo conduto de fluido quente 61b, passando pelo radiador duplo 60c e retornando ao motor pelo conduto de fluido resfriado 62b. Nessa construção a fonte de calor HS é definida pelos fluidos quentes, na forma de água e de óleo lubrificante aquecidos, que são conduzidos pelos respectivos condutos de fluido quente 61a, 61b.

Conforme já descrito acima em relação â construção da figura 2, na construção da figura 3 o tubo de alimentação de combustível 30 compreende os mesmos primeiro e segundo trechos 31, 32 dispostos da mesma maneira e igualmente providos da uma primeira válvula 33, de uma segunda válvula 34 e de uma válvula unidirecional 35, as quais operam de acordo com a temperatura do combustível sendo alimentado ao motor M, da mesma maneira já descrita em relação às figuras 1 e 2.

Entretanto, na terceira concretização o segundo trecho 32 é disposto de modo a absorver energia térmica de uma fonte de calor HS definida pelos fluidos quentes, na forma de água e de óleo lubrificante aquecidos, que são conduzidos para fora do motor M, pelos condutos de fluido quente 61a e 62b, respectivamente, ao trocador de calor 60 definido pelo radiador duplo 60c. A absorção de energia térmica da fonte de calor HS pode ser feita de diferentes maneiras no interior do radiador duplo 6 0c, não sendo aqui ilustrada a construção do radiador duplo, em razão de referida construção não modificar o conceito inventivo aqui proposto.

Na construção ilustrada na figura 3, a primeira 33 e a segunda válvula 34 são do tipo eletromagnético, comandadas por uma unidade de controle eletrônico 70, da mesma maneira descrita para o controle do fluxo de combustível da segunda concretização ilustrada na figura 2, com os mesmos componentes representados pelas mesmas referencias numéricas. Deve ser entendido que as válvulas utilizadas na concretização das figuras 2 e 3, podem ser do tipo termostático, conforme concretização da figura 1. Na solução construtiva da figura 3, é provido um tubo de retorno 36 conectando o tanque de combustível 20 a um ponto do tubo de alimentação 30, disposto a jusante do segundo trecho 32, conforme ilustrado e descrito com relação à concretização da figura 2.

Na construção ilustrada na figura 4, o sistema de gerenciamento em questão apresenta os mesmos elementos básicos já descritos em relação às construções das figuras 1, 2 e 3 e identificados com os mesmos números de referência. Nessa quarta concretização, o tubo de retorno 36 está disposto conforme descrito na concretização da figura 1 e a fonte de calor HS ê definida pelos gases de descarga liberados pelo motor M através de uma tubulação de descarga 80. A absorção de energia térmica da fonte de calor HS pode ser feita de diferentes maneiras como, por exemplo, através do enrolamento de uma extensão do segundo trecho 32, do tubo de alimentação de combustível 30, em torno de certa extensão da tubulação de descarga 80 que conduz os gases de escapamento para fora do motor M. Esta construção está ilustrada na figura 5.

Outra forma de se absorver a energia térmica da fonte de calor HS está ilustrada na figura 6 e compreende a passagem de uma extensão do segundo trecho 32 do tubo de alimentação de combustível 3 0 por meio de uma camisa 3 7 envolvendo o exterior de certa extensão da tubulação de descarga 80 que conduz os gases de escapamento para fora do motor M. O sistema de gerenciamento em questão pode compreender válvulas termostáticas de funcionamento automático e mais simplificado ou ainda válvulas eletromagnéticas em montagem individual ou em bancos de válvulas e acionadas a partir de uma unidade de controle eletrônico 70 operativamente associada a múltiplos sensores conectados ao sistema de fornecimento de combustível e ao motor M para permitir que a abertura total ou parcial da ou das válvulas ocorra em função das reais necessidades de aquecimento do combustível para uma temperatura inferior àquela de vaporização do combustível único ou em mistura. O sistema de gerenciamento deverá manter a temperatura do combustível sendo alimentado ao motor M em um valor sempre inferior à temperatura de vaporização. O sistema de gerenciamento com o uso de uma unidade de controle eletrônico 70 pode apresentar diferentes níveis de sofisticação em termos de parâmetros operacionais a serem processados para a definição da condição operacional a ser instruída às válvulas 33 e 34, para se alcançar uma eficiência otimizada na queima do combustível, sem o risco de vaporiza-lo antes de sua injeção na câmara de combustão.

Sabendo-se que a injeção de combustível aquecido tem eficiência mais expressiva em determinadas rotações do motor, a sofisticação do sistema de gerenciamento torna possível incluir condições de rotação do motor nas quais o combustível não passaria pelo trocador de calor e outras condições de rotação nas quais o combustível passaria pelo trocador de calor. Ou ainda condições diferenciadas de vazão de combustível que passaria pelo trocador de calor, dependendo da rotação do motor M. Atreladas ã condição de rotação do motor, outros parâmetros (descritos mais adiante) podem servir de controle indireto da temperatura do combustível a ser injetado pelo sistema de injeção 10. Tais parâmetros podem ser monitorados por válvulas e/ou sensores cujas informações são armazenadas e calculadas no módulo de controle eletrônico 70. Este último, por sua vez, comanda a abertura/fechamento das válvulas eletromagnéticas 33 e 34 de modo a manter o combustível em uma temperatura otimizada para combustão.

Parâmetros de entrada que podem ser mensurados e serem utilizados para controle mais preciso da temperatura do combustível a ser injetado: Rotação do motor: valores de rotação do motor são atualmente já mensurados e armazenados pelo módulo eletrônico do veículo a todo momento.

Pressão de injeção de combustível: controlada atualmente por sensor de modo a manter pressão de injeção constante na linha de combustível. Existem atualmente versões de veículos em que pressão na linha é variável por comando da unidade de controle eletrônico.

Percentual de cada combustível da mistura (veículos flex) e cálculo indireto do ponto de vaporização da mistura: Esta função já é atualmente realizada em veículos atuais. Sensor sonda-lambda faz a leitura através dos gases de escape da combustão e cálculo é feito pela própria unidade de controle do veículo.

Massa e temperatura do ar aspirado: Atualmente já existe essas informações nos veículos. Leitura e cálculo realizado por sensores de pressão/temperatura (instalados geralmente no coletor de admissão ou filtro de ar) e unidade eletrônica do veículo.

Temperatura do motor: atualmente monitorada. Importante para controle de sistemas atuais de partida a frio.

Temperatura direta do combustível: atualmente não é diretamente monitorada. No entanto, pode ser monitorada por sensor de temperatura, por exemplo, o sensor St nas figuras 2, 3 e 4, e comparada com temperatura do motor. Esta comparação seria realizada pelo módulo eletrônico do veículo, o qual teria controle mais preciso do ponto de avanço/retardo de ignição da combustão (em veículos que utilizam ignição para combustão) e da temperatura ideal para injeção do combustível (controle do combustível que passa pelo trocador de calor). Neste caso, seria também uma inovação o cruzamento de dados da temperatura do motor com a temperatura do combustível para otimização mais refinada do ponto de ignição e temperatura ideal de combustão.

Claims (11)

1. Sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível em motores de combustão interna do tipo que compreende: um sistema de injeção (10) associado a um tubo de alimentação de combustível (30) ; um sistema de resfriamento (CS) , utilizando pelo menos um fluido de arrefecimento que é feito circular, por condutos de fluido quente (61a, 61b) e de fluido resfriado (62a, 62b) , através de partes do motor (M) e de um trocador de calor (60) ; e uma tubulação de descarga (80) para os gases da combustão, sendo o sistema caracterizado pelo fato de o tubo de alimentação de combustível (30) compreender: um primeiro trecho (31) que é diretamente conectado ao sistema de injeção (10) e provido de uma primeira válvula (33) , a ser automaticamente fechada quando a temperatura do combustível fornecido ao sistema de injeção (10) está abaixo de um valor máximo predeterminado, inferior â temperatura de vaporização do combustível, e aberta quando a temperatura do combustível alcança o dito valor máximo; e um segundo trecho (32) definindo uma derivação ao primeiro trecho (31) e disposto de modo a absorver energia térmica de pelo menos uma das fontes de calor (HS) , definidas pelo fluido quente sendo conduzido ao trocador de calor (60) e pelos gases da combustão sendo liberados pela tubulação de descarga (80) , dito segundo trecho (32) sendo provido de uma segunda válvula (34) e de uma válvula unidirecional (35), dispostas, respectivamente, a montante e a jusante da fonte de calor (HS) , sendo a segunda válvula (34) automaticamente aberta, enquanto a temperatura do combustível for inferior ao dito valor máximo e fechada quando a temperatura do combustível alcançar o dito valor máximo.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o trocador de calor (60) ser definido por um radiador (60a) , através do qual é feito circular, pelos condutos de fluido quente (61a) e de fluido resfriado (62a), um fluido de arrefecimento definido por água que circula pelo interior de partes do motor (M).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a fonte de calor (HS) ser definida pelo fluido quente, na forma de água de arrefecimento aquecida, que é conduzido pelo conduto de fluido quente (61a).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o trocador de calor (60) ser definido por um radiador de óleo (60b), através do qual é feito circular, pelos condutos de fluido quente (61b) e de fluido resfriado (62b), um fluido de arrefecimento definido por óleo lubrificante que circula pelo interior de partes do motor (M).

5- Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a fonte de calor (HS) ser definida pelo fluido quente, na forma de óleo lubrificante aquecido, que é conduzido pelo conduto de fluido quente (61b).

6- Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o trocador de calor (60) ser definido por na forma de um radiador duplo (60c), de água e de óleo, através do qual é feito circular, por respectivos condutos de fluido quente (61a, 61b) e de fluido resfriado (62a, 62b), um primeiro fluido de arrefecimento, definido por óleo lubrificante do motor (M) e um segundo fluido de arrefecimento definido por água que circula pelo interior de partes do motor (M).

7- Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a fonte de calor (HS) ser definida pelos fluidos quentes, na forma de água e de óleo lubrificante aquecidos, que são conduzidos pelos respectivos condutos de fluido quente (61a, 61b).

8- Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de calor (HS) ser definida pelos gases de descarga liberados pelo motor (M) através de uma tubulação de descarga (80), sendo uma extensão do segundo trecho (32) da tubulação de alimentação de combustível (30), disposto em contato externo com uma respectiva extensão da tubulação de descarga (80) .

9- Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de a primeira e a segunda válvula (33, 34) serem válvulas termostáticas.

10- Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de a primeira e a segunda válvula (33, 34) serem válvulas eletromagnéticas, operativamente associadas a uma unidade de controle eletrônico (70) que instrui a condição operacional de ditas válvulas em função de parâmetros operacionais do motor (M) e de condições físico-químicas do combustível.

11- Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10 e compreendendo um tanque de combustível (20), caracterizado pelo fato de compreender ainda um tubo de retorno (36) conectando o tanque de combustível (20) a um ponto da tubulação de alimentação (30) disposto a montante ou a jusante do segundo trecho (32) .