BR102016018530A2

BR102016018530A2 - Conjunto aquecedor de combustível e sistema de alimentação e aquecimento de combustível

Info

Publication number: BR102016018530A2
Application number: BR102016018530-0A
Authority: BR
Inventors: Miguel Malagó Amaral Tadeu
Original assignee: Mahle Metal Leve S.A.
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-02-27
Also published as: WO2018028981A1; EP3282118A1; EP3282118B1; BR102016018530A8

Abstract

a presente invenção refere-se a um dispositivo de aquecimento de combustível que pode ser aplicado, por exemplo, para a partida a frio, melhoria de dirigibilidade, redução de emissões de gases poluentes, entre outras aplicações em veículos automotores, compreendendo um conjunto aquecedor de combustível (2) dotado de: pelo menos uma região de aquecimento (6); pelo menos um trocador de calor (5) associado à região de aquecimento (6); pelo menos um elemento de isolamento térmico (3) envolvendo o trocador de calor (5); pelo menos uma região de passagem de combustível disposta entre a superfície do trocador de calor (5) e a superfície do elemento de isolamento térmico (3); uma região de entrada de combustível (7) e uma região de saída de combustível (8) fluidicamente comunicante; e pelo menos uma região de travamento (13) capaz de conferir associação entre o conjunto aquecedor de combustível (2) e um corpo de galeria (1), sendo: a comunicação fluídica entre a entrada (7) e a saída (8) de combustível condicionada exclusivamente por meio da região de passagem de combustível; e o elemento de isolamento térmico (3) dotado de ao menos um recesso guia (71) para comunicação fluídica entre uma abertura de alimentação de combustível e uma primeira extremidade (52) do trocador de calor (5); e o elemento de isolamento térmico (3) dotado de ao menos uma abertura de saída de combustível (81) disposta próxima a uma segunda extremidade do trocador de calor (54).

Description

(54) Título: CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL E SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO E AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL (51) Int. Cl.: F02M 31/125; F02M 53/02; F02M 31/16 (73) Titular(es): MAHLE METAL LEVE S.A., MAHLE INTERNATIONAL GMBH (72) Inventor(es): TADEU MIGUEL MALAGÓ AMARAL (74) Procurador(es): CAROLINA NAKATA (57) Resumo: A presente invenção refere-se a um dispositivo de aquecimento de combustível que pode ser aplicado, por exemplo, para a partida a frio, melhoria de dirigibilidade, redução de emissões de gases poluentes, entre outras aplicações em veículos automotores, compreendendo um conjunto aquecedor de combustível (2) dotado de: pelo menos uma região de aquecimento (6); pelo menos um trocador de calor (5) associado à região de aquecimento (6); pelo menos um elemento de isolamento térmico (3) envolvendo o trocador de calor (5); pelo menos uma região de passagem de combustível disposta entre a superfície do trocador de calor (5) e a superfície do elemento de isolamento térmico (3); uma região de entrada de combustível (7) e uma região de saída de combustível (8) fluidicamente comunicante; e pelo menos uma região de travamento (13) capaz de conferir associação entre o conjunto aquecedor de combustível (2) e um corpo de galeria (1), sendo: a comunicação fluídica entre a entrada (7) e a saída (8) de combustível condicionada exclusivamente por meio da região de passagem de combustível; e o elemento de isolamento térmico (...)

1/20 “CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL E SISTEMA DE

ALIMENTAÇÃO E AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL”

Campo de Aplicação [001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de aquecimento de combustível que pode ser aplicado, por exemplo, para a partida a frio, melhoria de dirigibilidade, redução de emissões de gases poluentes, entre outras aplicações em veículos automotores.

Antecedentes da Invenção [002] Os sistemas de partida a frio são correntemente utilizados no mercado automobilístico, especialmente para veículos que utilizam combustíveis de menor volatilidade como etanol, metanol ou tecnologia bicombustível. Como é de conhecimento entre os técnicos no assunto, o álcool tem a sua combustão satisfatória condicionada à temperatura. Antigamente, era bastante comum ver motoristas terem dificuldade para ligar seus veículos movidos a álcool nos dias um pouco mais frios. A tecnologia popularmente conhecida como “tanquinho de gasolina”, baseada em injeção extra de gasolina para aumentar a volatilidade da mistura de combustível, hoje presente na maioria dos automóveis flex no Brasil, foi um enorme avanço agilizando a partida em dias mais frios, mas ainda possui diversos inconvenientes, como elevada emissão de gases poluentes, riscos elevados de segurança e vazamentos, além do incômodo de que o usuário não pode esquecer de abastecer o “tanquinho” em dias frios proporcionar a partida a frio do veículo.

[003] Desta forma, atentos a esta realidade, empresas e pesquisadores desenvolveram soluções de aquecedores elétricos para que o combustível fosse minimamente aquecido acima da temperatura de fulgor do combustível em questão e conseguisse, então, proporcionar a ignição do motor mesmo em dias de frio, eliminando a necessidade de injeção extra de gasolina ou do popularmente conhecido “tanquinho de gasolina para partida a frio”.

2/20

Exemplo de tecnologia de aquecimento utilizado é o aquecedor conhecido como “glow plug”. Provindo de aplicações de veículos diesel, este tipo de aquecedor possui forma de haste metálica e é posicionado na galeria de combustível, aquecendo combustível que por ai passa, antes de ser injetado no motor ou pórtico de admissão do motor.

[004] Apesar da evolução frente ao “tanquinho de gasolina”, esta tecnologia de aquecimento se utiliza de aquecedor de alta temperatura para um aquecimento rápido, promovendo riscos de ebulição de combustível (se isto ocorre, vapor é injetado ao invés de combustível líquido, promovendo falhas do motor), sobreaquecimento, aumento de pressões internas nos componentes, vazamentos e em casos mais extremos, até mesmo incêndio ou derretimento de peças plásticas. Outras tecnologias de aquecimento de combustível para partida a frio foram criadas, embora em construções geométricas e posicionamentos diferentes do “glow plug”, algumas, por exemplo, integradas ao bico injetor de combustível, todas até então por terem baixa área de troca de calor com combustível, trabalham em elevadas temperaturas, e, no entanto, apresentando também os riscos de sobreaquecimento e segurança do aquecedor tipo “glow plug”.

[005] Para tentar contornar o risco de sobreaquecimento de combustível, aquecedores de combustível funcionam em conjunto com uma unidade de controle de aquecimento, ou seja, um “hardware” eletrônico que monitora em o aquecimento de cada aquecedor, desligando os mesmos em caso de sobreaquecimento, trabalhando em uma malha de retro checagem em tempo real. Devido ao “hardware” de monitoramento eletrônico preciso, a tecnologia torna-se cara, de complexa implementação, exigindo tempo extra de calibração veicular para ajustes e programações de tempos de préaquecimento, além disso, deve-se ter em mente que, caso algum componente eletrônico do sistema “queime” ou perca sua junção ao longo de anos de uso,

3/20 isto pode acarretar uma tragédia devida à alta temperatura que os aquecedores podem atingir em contato com combustíveis.

[006] Para solucionar os inconvenientes e desvantagens trazidos por este sistema de partida a frio, a Depositante desenvolveu um novo sistema, no qual substitui-se o aquecedores usuais por um elemento aquecedor do tipo “termistor PTC (termistor com coeficiente de temperatura positiva) em conjunto com trocador de calor de alta eficiência. Tais desenvolvimentos são apresentados nos documentos BR102015030039-5, BR102015024209-3 e BR102015028631-7. Desta forma, por estar disposto entre a entrada e a saída do dispositivo de aquecimento, o combustível entra em contato com o trocador de calor, que emite o calor recebido de seu interior por meio do “termistor”. Por meio deste sistema, o combustível é aquecido rapidamente, utilizando o termistor PTC de baixa temperatura de superfície e que se auto-controla pela sua própria dopagem de semicondutores, impedindo que o combustível ultrapasse determinada temperatura (escolhida na dopagem e processo de fabricação) e eliminando os transtornos trazidos anteriormente. Cabe notar que, embora existam outros aquecedores tipo PTC, tais tecnologia com PTC’s por si só, sem o uso do trocadores de calor de alta eficiência, demandam também PTC de temperatura de superfície elevada, o que ainda mantém a necessidade de um “hardware” de controle eletrônico de temperatura.

[007] A solução proposta pelos documentos acima é idealizada para condições de pressão de injeção acima de 20 bar. Entretanto, devido a evolução na tecnologia de motores de combustão interna, bicos de injeção modernos são projetados para prover pressões de até 500 bar, ou seja, pressões altas que existem em motores de injeção direta de combustível. Em vista dessa realidade, o sistema de alimentação e aquecimento de combustível precisa adquirir maior robustez.

[008] O documento US2010/078,507 propõe um sistema de

4/20 alimentação e aquecimento de combustível dotado de um bico de injeção compreendendo um dispositivo de aquecimento de combustíveis com aletas longitudinais com o objetivo de aumentar a transferência de calor ao combustível que flui na parte interna das ditas aletas longitudinais. A solução proposta por US2010/078,507, no entanto, é de complexa montagem e não apresenta meios de suportar elevadas pressões, não sendo indicado para a utilização em sistema de injeção direta.

[009] O documento US6,109,543 descreve um sistema de preaquecimento de combustível compreendendo um elemento de aquecimento de combustível construído, preferencialmente, de um material PTC. Tal elemento de aquecimento é localizado na parte inferior do bico de injeção e ao entorno da válvula de agulha, A parte superior do bico de injeção é sobreinjetada na parte inferior formando todo o conjunto do bico de injeção. US6,109,543 ainda prevê que a superfície do elemento de aquecimento pode possuir ondulações e protuberâncias para maximizar a troca de calor ente o dito elemento e o combustível a ser aquecido. O documento US6,109,543 também prevê que a utilização de placas que provocam turbulência no combustível de modo a aumentar a troca de calor com o elemento de aquecimento.

[010] O documento US6,109,543, no entanto, consiste em uma construção atrelada entre o componente de aquecimento e o bico injetor, o que impede a substituição de somente um dentre esses componentes, obrigando o usuário a substituir todo o conjunto de injeção. Ainda, a solução proposta pelo US6,109,543 não contempla um sistema de isolamento, que evita perda de calor para o meio externo a partir do sistema de aquecimento, bem como revelado pela presente invenção.

[011] O documento US2015/300,300 revela um sistema de preaquecimento de combustível dotado de um corpo de aquecedor com uma

5/20 entrada e uma saída de combustível, sendo a entrada conectada a um duto distribuidor de combustível e a saída associada a um bico injetor. O corpo de aquecedor contém, em seu interior, um dissipador de calor que transfere calor ao combustível, sendo o calor fornecido através de uma placa PTC, tal placa associada a um contato elétrico, o dito contato elétrico operando em contato com um sistema elétrico. O sistema prevê que o combustível seja aquecido antes de adentrar no bico injetor e, consequentemente, antes do dito combustível ser inserido diretamente na câmara de combustão do motor de combustão interna.

[012] A solução proposta por US2015/300,300, no entanto, não apresenta um sistema de isolamento térmico para evitar perdas de calor para o meio externo, reduzindo o rendimento térmico do conjunto e aquecendo desnecessariamente a região no entorno do mesmo. Ainda, a solução proposta por US2015/300,300 não apresenta a robustez necessária para atender as altas pressões que ocorrem em motores de combustão interna com injeção direta na câmara de combustão.

[013] Assim, resta de maneira evidente a necessidade de um conjunto de aquecimento e sistema de injeção de combustível que seja capaz de prover um aquecedor eficiente, de fácil montagem e baixo custo de fabricação, além de ser capaz de operar sob elevadas pressões de injeção, em especial para motores que compreendem tecnologia de injeção direta de combustível.

Objetivos e Descrição da Invenção [014] Portanto, é objetivo da invenção prover um dispositivo de aquecimento de combustível que compreenda meios que possibilitem que o trocador de calor possa ser feito de forma mais fácil, com garantia da passagem do combustível ao menos ao longo de toda a extensão do trocador de calor, para um aquecimento efetivo do combustível.

6/20 [015] Outro objetivo da presente invenção é garantir a redução na perda de calor gerado pelo aquecedor de combustível para o meio externo à galeria de alimentação.

[016] Ainda, outro dos objetivos da presente invenção é prover um dispositivo de aquecimento de combustível que seja capaz de suportar operação sob elevadas pressões de alimentação de combustível.

[017] Um ou mais objetivos da presente invenção acima mencionados, dentre outros são atingidos por meio de um conjunto aquecedor de combustível que compreende; pelo menos uma região de aquecimento 6; pelo menos um trocador de calor 5 associado à região de aquecimento 6; pelo menos um elemento de isolamento térmico 3 envolvendo o trocador de calor 5; pelo menos uma região de passagem de combustível disposta entre a superfície do trocador de calor 5 e a superfície do elemento de isolamento térmico 3; uma região de entrada de combustível 7 e uma região de saída de combustível 8 fluidicamente comunicante; e pelo menos uma região de travamento 13 capaz de conferir associação entre o conjunto aquecedor de combustível 2 e um corpo de galeria 1.

[018] Em especial, o conjunto aquecedor de combustível da presente invenção compreende a comunicação fluídica entre a entrada 7 e a saída 8 de combustível condicionada exclusivamente por meio da região de passagem de combustível.

[019] Ainda, o conjunto aquecedor de combustível compreende o elemento de isolamento térmico 3 dotado de ao menos um recesso guia 71 para comunicação fluídica entre uma abertura de alimentação de combustível e uma primeira extremidade 52 do trocador de calor 5, e o elemento de isolamento térmico 3 dotado de ao menos uma abertura de saída de combustível 81 disposta próxima a uma segunda extremidade do trocador de calor 54.

7/20 [020] Os objetivos da presente invenção são atingidos também por meio de um sistema de alimentação e aquecimento de combustível compreendendo um conjunto aquecedor de combustível conforme definido acima, em que, em uma realização, o sistema de aquecimento compreende um bico injetor 4 alimentado a partir de uma abertura de saída de combustível 8 do conjunto aquecimento 2.

[021] Ainda, os objetivos da presente invenção são atingidos pelo fato do bico injetor ser do tipo utilizado para injeção direta de combustível.

Breve Descrição dos Desenhos [022] Esses e outros objetivos, melhorias técnicas e funcionais e vantagens do conjunto aquecedor de combustível e sistema de alimentação e aquecimento de combustível, objetos da presente invenção, serão aparentes aos técnicos no assunto, a partir das figuras esquemáticas em anexo, as quais ilustram um modo de realização preferido, e não limitado, da presente invenção.

[023] A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma primeira realização do sistema de alimentação e aquecimento de combustível, dotado de uma primeira realização do conjunto aquecedor de combustível da presente invenção.

[024] A figura 2 ilustra uma vista em detalhe, explodida, de um alojamento 9 da realização do sistema de alimentação e conjunto aquecedor de combustível ilustrado na figura 1.

[025] A figura 3 ilustra o conjunto aquecedor de combustível representado nas figura 1 e 2.

[026] A figura 4 ilustra uma vista explodida do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 3.

[027] As figuras 5A e 5B ilustram vistas em corte longitudinais, ortogonalmente opostos, do conjunto aquecedor de combustível representado

8/20 na figura 3.

[028] A figura 6 ilustra uma vista em corte do conjunto aquecedor de combustível ilustrado nas figuras 1 a 4, devidamente associado ao alojamento 9 do sistema de alimentação representado na figura 1.

[029] A figura 7 ilustra uma vista superior do conjunto aquecedor de combustível da figura 3, apresentando os terminais de alimentação 64 e 65.

[030] A figura 8 ilustra uma vista superiro do conjunto de aquecedor, sem a montagem da capa protetora 14, da carcaça do conector elétrico 11 e do componente de travamento 10, indicando o aterramento 641 do terminal 64 em contato com uma parede 501 do trocador de calor 5, e a estrutura de contato 651 do terminal 65.

[031] A figura 9 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma segunda realização do sistema de alimentação e aquecimento de combustível, dotado de uma segunda realização do conjunto aquecedor de combustível da presente invenção.

[032] A figura 10 ilustra uma vista em detalhe, explodida, de um alojamento 9 da realização do sistema de alimentação e conjunto aquecedor de combustível ilustrado na figura 9.

[033] A figura 11 ilustra o conjunto aquecedor de combustível representado nas figura 9 e 10.

[034] A figura 12 ilustra uma vista explodida do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 11.

[035] As figuras 13A e 13B ilustram vistas em corte longitudinais, ortogonalmente opostos, do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 11.

[036] A figura 14 ilustra uma vista em corte do conjunto aquecedor de combustível ilustrado nas figuras 9 a 12, devidamente associado ao alojamento 9 do sistema de alimentação representado na figura 9.

9/20 [037] A figura 15 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma terceira realização do sistema de alimentação e aquecimento de combustível, dotado de uma terceira realização do conjunto aquecedor de combustível da presente invenção.

[038] A figura 16 ilustra uma vista em detalhe, explodida, de um alojamento 9 da realização do sistema de alimentação e conjunto aquecedor de combustível ilustrado na figura 15.

[039] A figura 17 ilustra o conjunto aquecedor de combustível representado nas figura 15 e 16.

[040] A figura 18 ilustra uma vista explodida do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 17.

[041] As figuras 19A e 19B ilustram vistas em corte longitudinais, ortogonalmente opostos, do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 17.

[042] A figura 20 ilustra uma vista em corte do conjunto aquecedor de combustível ilustrado nas figuras 15 a 18, devidamente associado ao alojamento 9 do sistema de alimentação representado na figura 15.

[043] A figura 21 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma quarta realização do sistema de alimentação e aquecimento de combustível, dotado de uma quarta realização do conjunto aquecedor de combustível da presente invenção.

[044] A figura 22 ilustra uma vista em detalhe, explodida, de um alojamento 9 da realização do sistema de alimentação e conjunto aquecedor de combustível ilustrado na figura 21.

[045] A figura 23 ilustra o conjunto aquecedor de combustível representado nas figura 21 e 22 [046] A figura 24 ilustra uma vista explodida do conjunto

10/20 aquecedor de combustível representado na figura 23.

[047] As figuras 25A e 25B ilustram vistas em corte longitudinais, ortogonalmente opostos, do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 23.

[048] A figura 26 ilustra uma vista em corte do conjunto aquecedor de combustível ilustrado nas figuras 21 a 24, devidamente associado ao alojamento 9 do sistema de alimentação representado na figura 21.

[049] A figura 27 ilustra uma segunda variação do conector do terminal de alimentação do conjunto de aquecimento da presente invenção, sendo presente apenas um terminal 65, onde o aterramento se dá por meio de contato com a estrutura do corpo de galeria 1.

[050] A figura 28 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma quinta realização do sistema de alimentação e aquecimento de combustível, dotado de uma quinta realização do conjunto aquecedor de combustível da presente invenção.

[051] A figura 29 ilustra uma vista em detalhe, explodida, de um alojamento 9 da realização do sistema de alimentação e conjunto aquecedor de combustível ilustrado na figura 28.

[052] A figura 30 ilustra o conjunto aquecedor de combustível representado nas figura 28 e 29.

[053] A figura 31 ilustra uma vista explodida do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 30.

[054] As figuras 32A e 32B ilustram vistas em corte longitudinais, ortogonalmente opostos, do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 30.

[055] A figura 33 ilustra uma vista em corte do conjunto aquecedor de combustível ilustrado nas figuras 28 a 31, devidamente

11/20 associado ao alojamento 9 do sistema de alimentação representado na figura

28.

[056] A figura 34 ilustra uma sexta realização do conjunto aquecedor da presente invenção, em que a associação com o corpo de galeria 1 se dá por meio de flange parafusada.

[057] A figura 35 ilustra uma vista em perspectiva do conjunto aquecedor representado na figura 34.

[058] A figura 36 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma sétima realização do sistema de alimentação e aquecimento de combustível, dotado de uma sétima realização do conjunto aquecedor de combustível da presente invenção.

[059] A figura 37 ilustra uma vista em detalhe, explodida, de um alojamento 9 da realização do sistema de alimentação e conjunto aquecedor de combustível ilustrado na figura 36.

[060] A figura 38 ilustra o conjunto aquecedor de combustível representado nas figura 36 e 37.

[061] A figura 39 ilustra uma vista em corte do conjunto aquecedor de combustível ilustrado nas figuras 36 a 38, devidamente associado ao alojamento 9 do sistema de alimentação representado na figura 36.

[062] A figura 40 ilustra uma vista em perspectiva explodida de uma oitava realização do sistema de alimentação e aquecimento de combustível, dotado de uma oitava realização do conjunto aquecedor de combustível da presente invenção.

[063] A figura 41 ilustra uma vista em detalhe, explodida, de um alojamento 9 da realização do sistema de alimentação e conjunto aquecedor de combustível ilustrado na figura 40.

[064] A figura 42 ilustra o conjunto aquecedor de combustível

12/20 representado nas figura 40 e 41.

[065] A figura 43 ilustra uma vista explodida do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 42.

[066] As figuras 44A e 44B ilustram vistas em corte longitudinais, ortogonalmente opostos, do conjunto aquecedor de combustível representado na figura 42.

[067] A figura 45A ilustra uma vista em perspectiva de uma nona realização do sistema de alimentação e aquecimento de combustível, , em que é compreendido um elemento de fixação adicional (117).

[068] A figura 45B ilustra uma vista em perspectiva explodida do sistema de alimentação e aquecimento de combustível representado na figura 45A, dotado de uma nona realização do conjunto aquecedor de combustível da presente invenção.

[069] A figura 46 ilustra uma vista em detalhe, explodida, de um alojamento 9 da realização do sistema de alimentação e conjunto aquecedor de combustível ilustrado nas figuras 45A e 45B.

[070] A figura 47 ilustra uma vista em corte do conjunto aquecedor de combustível ilustrado nas figuras 45A, 45B e 46, devidamente associado ao alojamento 9 do sistema de alimentação, conforme representado na figura 45A.

Descrição de Realizações da Invenção [071] A invenção é agora descrita com relação às figuras anexas. Nas figuras e na descrição a seguir, partes semelhantes são marcadas com números de referência iguais. As figuras não estão, necessariamente, em escala, isto é, determinadas características da invenção podem ser mostradas com exagero de escala ou de alguma forma esquemática, assim como detalhes de elementos convencionais podem não ser mostrados no intuito de ilustrar com maior clareza e concisão esta descrição.

13/20 [072] Para fins da presente invenção, entende-se como conjunto aquecedor de combustível 2, um componente responsável por prover o aquecimento do combustível bombeado a partir do tanque do veículo, antes deste adentrar o bico injetor.

[073] Assim, para fins da presente invenção, o conjunto aquecedor de combustível 2 compreende pelo menos uma região de aquecimento 6 onde uma fonte de calor é capaz de aquecer controladamente o combustível e pelo menos um trocador de calor 5 associado à região de aquecimento 6.

[074] Na região de aquecimento, de maneira preferencial, mas não limitante, é empregado um conjunto de placa de elemento termistor 62, podendo este compreender adicionalmente folhas termocondutoras associadas entre o dito elemento termistor 62 e uma superfície do trocador de calor 5, de modo a otimizar e uniformizar a troca de calor entre o elemento termistor 62 e o trocador de calor 5.

[075] A associação da região de aquecimento 6 com o trocador de calor 5 tem por objetivo transferir o calor transferido em uma das superfícies do trocador de calor 5 a uma outra superfície do trocador de calor 5 que esteja em contato com o combustível a ser aquecido, tal região sendo definida como uma região de passagem de combustível.

[076] Ainda, um elemento de isolamento térmico 3 envolve o trocador de calor 5, com o objetivo de minimizar a perda de calor gerado na região de aquecimento 6 para o meio externo, aumentando o rendimento energético do conjunto e, ainda, com o objetivo de limitar e condicionar a região de passagem do combustível com a superfície do trocador de calor 5, condicionando, assim, o mesmo a ter um contato otimizado com a superfície aquecida do trocador de calor 5 e, dessa maneira, garantir um aquecimento efetivo do combustível, com o mínimo de energia possível.

[077] Assim, uma região de passagem de combustível se dá entre uma superfície do trocador de calor 5 e uma superfície de um elemento de

14/20 isolamento térmico 3, ou seja, o elemento de isolamento térmico 3 envolve o trocador de calor do componente de aquecimento da presente invenção.

[078] O elemento de isolamento térmico 3 é, ainda, montado de maneira justaposta a uma abertura 9 da galeria 1, de modo a impedir a passagem de combustível entre o elemento de isolamento térmico 3 e a abertura 9, e garantir que todo o combustível que der entrada na galeria 1 e atingir o bico injetor 4 flua pela região de passagem de combustível e, consequentemente, seja aquecido quando a região de aquecimento 6 estiver operando.

[079] A dita região de passagem de combustível também se limita por uma região de entrada de combustível 7 e uma região de saída de combustível 8, essas fluidicamente comunicantes entre si, ou seja, o combustível que parte de uma galeria de alimentação 1 e é condicionado a um bico injetor 4 é condicionado de maneira obrigatória a passar somente pela região de passagem de combustível.

[080] A região de entrada de combustível 7 alinha-se a uma abertura de alimentação de combustível 16 da galeria 1, formando ao menos um recesso guia 71 para comunicação fluídica entre a abertura de alimentação de combustível 16 e uma primeira extremidade 52 do trocador de calor 5, e o elemento de isolamento térmico 3 é dotado de ao menos uma abertura de saída de combustível 81 disposta próxima a uma segunda extremidade do trocador de calor 54, sendo a primeira extremidade 52 e a segunda extremidade 54 opostas entre si, de modo que o combustível admitido pelo conjunto aquecedor de combustível 2 da presente invenção, obrigatoriamente, flua ao longo de todo o comprimento da superfície do trocador de calor, visando uma otimização no aquecimento do combustível.

[081] Associada a essa característica construtiva, em uma realização da presente invenção, o elemento de isolamento térmico 3 compreende um recesso radial 31 disposto na altura da abertura de alimentação de combustível 16 da galeria 1, quando montado na abertura 9 da galeria 1. Tal recesso radial 31 se estende da altura da abertura de alimentação de combustível 16 até uma

15/20 primeira extremidade 52 do trocador de calor 5, e a extremidade oposta à de disposição do recesso radial 31 é montada de maneira justaposta à abertura 9 da galeria 1. Tal geometria direciona o combustível admitido pela abertura de alimentação 16 até uma primeira extremidade 52 do trocador de calor 5.

[082] Na extremidade em que é disposto o recesso radial 31, o elemento de isolamento térmico 3 compreende, ainda, uma pluralidade de aberturas 32 capazes de permitir a passagem de combustível.

[083] Ainda, o conjunto aquecedor de combustível 2 compreende pelo menos uma região de travamento 13 capaz de conferir associação entre o conjunto aquecedor de combustível 2 e um corpo de galeria 1, sendo tal região de travamento 13 definida por qualquer arranjo construtivo capaz de conferir rigidez na associação entre o conjunto aquecedor de combustível 2 e a abertura 9 do corpo de galeria 1 suficiente para suportar pressões de até 500 bar, possibilitando a aplicação do conjunto aquecedor e sistema de alimentação de combustível da presente invenção em associação com bicos injetores do tipo de injeção direta.

[084] A região de travamento 13 entre o conjunto aquecedor de combustível 2 e o corpo de galeria 1 pode ser definido de diversas maneiras, desde que as condições de operação definidas acima sejam atingidas. Variantes não limitantes da presente invenção definem tal região de travamento 13 sendo obtida por: união roscada a um alojamento 9 da galeria 1; união roscada de um componente de travamento 10 associado ao conjunto aquecedor de combustível 2 por meio da sobreinjeção da carcaça do conector elétrico 11; união roscada de uma porção rosqueada 53 do trocador de calor 5 com o alojamento 9 da galeria 1; um flange 107 entre o conjunto aquecedor de combustível 2 e um corpo de galeria 1; sobreinjeção direta da carcaça do conector elétrico 11 ao alojamento 9 da galeria 1; dentre outros e equivalentes, ou a combinação dos mesmos.

[085] Em uma realização alternativa da presente invenção, o componente de travamento 10 é composto de material termoplástico. Para

16/20 viabilização desta realização, um perfil diferente de rosca, ou um comprimento maior da mesma pode ser utilizado para conferir rigidez de travamento suficiente para suportar as pressões de operação, [086] Na realização em que a região de travamento 13 se dá por meio de um flange 107 entre o conjunto aquecedor de combustível 2 e um corpo de galeria 1, um flange 107 é incorporado ao conjunto aquecedor de combustível 2 e associável à uma superfie de apoio 111 disposta na galeria 1, de modo que o travamento entre o conjunto aquecedor de combustível 2 e a galeria 2 se dê por meio do parafusamento de uma pluralidade de parafusos 222 montados perifericamente à flange 107.

[087] O conjunto aquecedor de combustível 2 em uma variante construtiva compreende, ainda, um elemento de fixação adicional 117, para conferir rigidez suficiente para garantir uma operação segura do conjunto aquecedor 2 para operação sob a pressão de trabalho elevada.

[088] Tal elemento de fixação adicional 117 podendo ser definido pela associação entre um disco flangeado 147 e uma base 157.

[089] Em uma realização, o disco flangeado 147 é dotado de uma primeira abertura 127 para passagem da carcaça do conector elétrico 11, uma primeira região de pressão 187 do conjunto aquecedor 2 capaz de prover apoio e realizar pressão sobre o conjunto de aquecimento 2, contra a abertura 9 da galeria 1, e compreendendo, ainda, aberturas radiais 137 para passagem de parafusos de fixação 200.

[090] Nessa mesma realização, a base 157 é dotada de uma segunda abertura 167 para montagem na estrutura da galeria 1, uma segunda região de pressão 197 capaz de prover apoio e realizar pressão sobre a galeria 1 em direção ao disco flangeado, e aberturas radiais 177 para passagem de parafusos de fixação 200.

[091] Assim, o elemento de fixação adicional 117 confere

17/20 travamento adicional do conjunto aquecedor 2 à galeria 1 por meio do apoio conjunto da primeira região de pressão 187 sobre o conjunto aquecedor 2 e da segunda região de pressão 197 sobre a estrutura da galeria 1, sendo a base 157 e o disco flangeado 147 aproximados um contra o outro por meio do torque aplicado nos parafusos de fixação 200 dispostos radialmente.

[092] Em uma realização da presente invenção, o conjunto aquecedor de combustível 2 compreende uma abertura 51 no trocador de calor 5 para montagem de elemento de aquecimento definido por um elemento termistor 62, de modo que pelo menos um terminal de alimentação elétrica 64, 65 do dito elemento termistor 62 é montado de maneira passante pela referida abertura 51, possibilitando a conexão de cabos/chicotes em uma carcaça de conector elétrico

11. Ainda, uma capa protetora 14 é montada sobre a abertura 51, dotada de aberturas para passagem do terminal de alimentação elétrica 64, 65.

[093] Em uma realização da presente invenção, o conjunto aquecedor de combustível 2 compreende somente um terminal positivo 65, sendo o terminai negativo dado por meio de aterramento na galeria 1. Tal construção permite a redução de gastos com a preparação de cabos e chicotes e tem a vantagem de aproveitar o aterramento da própria galeria 1.

[094] O dito elemento termistor 62 pode contemplar diferentes geometrias, desde que garanta a transferência de calor com uma parede do trocador de calo 5 de maneira uniforme. Dentre geometrias de elemento termistor conhecidas do estado da técnica listam-se: placas planas (tal como representado nas figuras 31 a 35) ou semicircular (tal como representado nas figuras 4 a 6, 12 a 14, 24 a 26 e 43). Ainda, o elemento termistor, em uma variante construtiva da presente invenção, compreende uma geometria tubular, de seção transversal fechada (tal como representado nas figuras 18 a 20).

[095] Para qualquer uma das variantes construtivas do elemento termistor definidas acima, uma estrutura de montagem/guia 61 é empregada, tendo

18/20 como objetivo garantir a montagem correta do elemento termistor 62 e, ainda, a montagem associada do elemento termistor 62 com a estrutura de contato 651, essa atuando como fonte de alimentação elétrica para a geração de calor do elemento termistor e, ainda, pressionando o elemento termistor 62 contra a parede do trocador de calor 5, para uma troca mais efetiva por meio de condução térmica.

[096] Em condições onde a pressão do elemento termistor 62 não supre efetivamente a troca térmica entre o elemento termistor 62 e o trocador de calor 5, ou ainda, em condições onde se deseja amplificar a troca térmica entre esses dois componentes, uma folha termocondutiva 63 é empregada entre o elemento termistor 62 e a superfície do trocador de calor 5.

[097] Em uma realização da presente invenção, a carcaça do conector elétrico 11 é montada de maneira sobreinjetada, envolvendo a extremidade do trocador de calor disposta próxima à abertura 51, e a capa protetora

14. Tal forma de associação tem por objetivo conferir elevada rigidez do conjunto de aquecimento 2.

[098] Em uma realização da presente invenção, tal como ilustrado na figura 26, uma extremidade 551 do trocador de calor 5 é recravada, de modo a formar uma dobra para comportar o material sobreinjetado e garantir rigidez na montagem entre o trocador de calor 5 e a carcaça do conector elétrico 11.

[099] A sobreinjeção da carcaça do conector elétrico 11 pode ser realizada por meio de qualquer processo de injeção termoplástica do estado da técnica, e tem como característica construtiva determinante o fato de garantir que o material sobreinjetado envolva ao menos parte da capa protetora 14 e/ou do elemento trocador de calor 5.

[0100] Em especial, em uma realização da presente invenção, a capa protetora 14 é dotada de aberturas 141 capazes de permitir o envolvimento do material sobreinjetado da carcaça do conector elétrico 11, visando garantir maior rigidez na fixação entre os componentes.

19/20 [0101] Em uma realização da presente invenção, a região de passagem de combustível é definida por um canal helicoidal disposto ao longo da superfície do trocador de calor 5, tal canal helicoidal sendo definido por uma superfície aletada helicoidal impressa sobre a superfície de troca térmica do elemento trocador de calor 5. Tal geometria, tendo a entrada de combustível em uma primeira extremidade 52 do trocador de calor (início do canal helicoidal) e a saída do combustível próximo à segunda extremidade 54 do trocador de calor (térmico no canal helicoidal), isso associado a uma montagem justaposta do trocador de calor 5 com o elemento de isolamento térmico 3, garante que o combustível flua exclusivamente ao longo da superfície aletada, definido a região de passagem de combustível como sendo o caminho periférico ao redor do trocador de calor (5) definido pelos sulcos helicoidais, garantindo uma troca de calor efetiva e de elevado rendimento energético.

[0102] Por fim, em uma variante construtiva do conjunto de aquecimento de combustível 2 da presente invenção, um anel de vedação 15 é montado ao redor do conjunto de aquecimento de combustível 2 para impedir o vazamento de combustível, em especial devido à elevada pressão de bombeamento do mesmo.

[0103] Um outro objeto da presente invenção consiste em um sistema de alimentação e aquecimento de combustível compreendendo um conjunto aquecedor de combustível conforme definido acima, em especial, compreendendo um bico injetor 4 alimentado a partir de uma abertura de saída de combustível 8 do conjunto aquecimento 2.

[0104] Em uma realização preferencial, o sistema de alimentação e aquecimento de combustível da presente invenção faz uso de um bico injetor 4 do tipo utilizado para injeção direta de combustível.

[0105] Assim, como bem compreendem os técnicos no assunto, são possíveis numerosas modificações e variações na invenção à luz dos ensinamentos

20/20 acima, sem se afastar do seu escopo de proteção, conforme delimitado pelas reivindicações anexas.

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Claims

Reivindicações

1. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2) caracterizado pelo fato de compreender:

a. pelo menos uma região de aquecimento (6);

b. pelo menos um trocador de calor (5) associado à região de aquecimento (6);

c. pelo menos um elemento de isolamento térmico (3) envolvendo o trocador de calor (5);

d. pelo menos uma região de passagem de combustível disposta entre a superfície do trocador de calor (5) e a superfície do elemento de isolamento térmico (3);

e. uma região de entrada de combustível (7) e uma região de saída de combustível (8) fluidicamente comunicante; e

f. pelo menos uma região de travamento (13) capaz de conferir associação entre o conjunto aquecedor de combustível (2) e um corpo de galeria (1), sendo:

- a comunicação fluídica entre a entrada (7) e a saída (8) de combustível condicionada exclusivamente por meio da região de passagem de combustível; e

- o elemento de isolamento térmico (3) dotado de ao menos um recesso guia (71) para comunicação fíuídica entre uma abertura de alimentação de combustível e uma primeira extremidade (52) do trocador de calor (5); e

- o elemento de isolamento térmico (3) dotado de ao menos uma abertura de saída de combustível (81) disposta próxima a uma segunda extremidade do trocador de calor (54).
2. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de

2/5 acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender, ainda:

a. uma abertura (51) no trocador de calor (5) para montagem de elemento de aquecimento definido por um elemento termistor (62);

b. terminal de alimentação elétrica (64, 65) ao elemento termistor (62);

c. uma capa protetora (14) montada sobre a abertura (51), dotada de aberturas para passagem do terminal de alimentação elétrica (64, 65);

d. uma carcaça do conector elétrico (11) montada de maneira sobreinjetada, envolvendo a extremidade do trocador de calor disposta próxima à abertura (51), e a capa protetora (14).
3. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato da região de passagem de combustível ser definida por um canal helicoidal disposto ao longo da superfície do trocador de calor (5).
4. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato da extremidade livre da projeção helicoidal do trocador de calor (5) ser justaposta à parede do elemento de isolamento térmico (3), definido a região de passagem de combustível como sendo o caminho periférico ao redor do trocador de calor (5) definido pelos sulcos helicoidais.
5. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato da região de travamento (13) entre o conjunto aquecedor de combustível (2) e um corpo de galeria (1) ser definida por união roscada a um alojamento (9) da galeria (1).
6. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato da união roscada ser

3/5 por meio de um componente de travamento (10) associado ao conjunto aquecedor de combustível (2) por meio da sobreinjeção da carcaça do conector elétrico (11).
7. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do componente de travamento (10) ser composto de material termoplástico.
8. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato da união roscada ser por meio da associação de uma porção rosqueada (52) do trocador de calor (5) com o alojamento (9) da galeria (1).
9. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato da pelo fato da região de travamento (13) entre o conjunto aquecedor de combustível (2) e um corpo de galeria (1) ser definida por meio de um flange (107).
10. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato da região de travamento (13) entre o conjunto aquecedor de combustível (2) e o corpo de galeria (1) ser definida por meio de sobreinjeção direta da carcaça do conector elétrico (11) ao alojamento (9) da galeria (1).
11. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de compreender um elemento de fixação adicional (117), o elemento de fixação adicional (117) sendo definido por:

a. um disco flangeado (147) dotado de uma primeira abertura (127) para passagem da carcaça do conector elétrico (11), uma primeira região de pressão (187) do conjunto aquecedor (2) e aberturas radiais (137) para passagem de parafusos de fixação (200); e

4/5

b. uma base (157) dotada de uma segunda abertura (167) para montagem na estrutura da galeria (1), uma segunda região de pressão (197) e aberturas radiais (177) para passagem de parafusos de fixação (200), o elemento de fixação adicional (117) conferindo travamento adicional do conjunto aquecedor (2) à galeria (1) por meio do apoio conjunto da primeira região de pressão (187) sobre o conjunto aquecedor (2) e da segunda região de pressão (197) sobre a estrutura da galeria (1).
12. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato do elemento de isolamento térmico (3) compreender um recesso radial (31) e uma pluralidade de aberturas (32), sendo:

a. o recesso radial (31) disposto na altura da abertura de alimentação de combustível (16) da galeria (1), quando o elemento de isolamento térmico (3) está montado na abertura (9) da galeria (1);

b. o recesso radial (31) se estendendo da altura da abertura de alimentação de combustível (16) até uma primeira extremidade (52) do trocador de calor (5);

c. a extremidade do elemento de isolamento térmico (3) próxima à primeira extremidade (52) do trocador de calor (5) sendo dotada de aberturas (32) capazes de permitir a passagem de combustível; e

d. a extremidade do elemento de isolamento térmico (3) próxima à segunda extremidade (54) do trocador de calor (5) sendo montada de maneira justaposta à abertura (9).
13. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 12, caracterizado pelo fato de compreender o somente o terminal positivo (65), sendo o terminal negativo dado por meio de aterramento na galeria (1),
14. CONJUNTO AQUECEDOR DE COMBUSTÍVEL (2), de

5/5 acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 13, caracterizado pelo fato do elemento termistor (62) ser dotado de geometria tubular, de seção transversal fechada.
15. SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO E AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL caracterizado pelo fato de compreender um conjunto aquecedor de combustível conforme definido nas reivindicações 1 a 14.
16. SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO E AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender um bico injetor (4) alimentado a partir de uma abertura de saída de combustível (8) do conjunto aquecimento (2).
17. SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO E AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 16, caracterizado pelo fato do bico injetor ser do tipo utilizado para injeção direta de combustível.

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