BR102021001788A2 - Dispositivo para injeção de combustível - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo para injeção de combustível injetado de forma aquecida em motores de combustão interna que integra um dispositivo de aquecimento para garantir que o combustível seja aquecido até a temperatura correta e utilizado pelo injetor o mais rápido possível.

Description

DISPOSITIVO PARA INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para injeção de combustível aquecido aplicável a um sistema de distribuição de combustível utilizado preferencialmente em motores utilizados em veículos.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Nos últimos anos, problemas com a quantidades de poluentes emitidos (HC, CO, CO2 e particulados, entre outros) principalmente pelos motores dos carros, tem sido um grande problema para as grandes cidades. Dessa forma, novas tecnologias têm sido desenvolvidas para auxiliar na redução de poluentes emitidos pelos motores de combustão interna.

[003] A fim de mitigar a emissão de gases de efeito estufa dos automóveis e reduzir a dependência de combustíveis fósseis, várias alternativas para a substituição do motor de combustão interna estão disponíveis. No entanto, a melhor solução para esse dilema deve levar em conta as características geográficas e socioeconômicas do país, sua matriz energética, sua legislação de emissões e o impacto ambiental das emissões de carbono do combustível durante todo o seu ciclo de vida.

[004] O Brasil tem uma forte reputação por sua frota de veículos bicombustíveis, longa experiência no uso de etanol combustível e sua rede de distribuição. Isso o diferencia de outros mercados globais e justifica uma abordagem única para a redução de emissões de aldeídos, por exemplo.

[005] No entanto, observa-se algumas limitações no uso de motores bicombustíveis (popularmente conhecidos como motores "flex"). Para atender à demanda de utilização de dois combustíveis em um único tanque, o dimensionamento de um motor flex tende a ser inter-mediária, uma vez que o dimensionamento de motores monocombus-tíveis é diferente, dependendo do combustível etanol ou gasolina. Isso se dá porque a grande maioria dos motores bicombustíveis costumam apresentar uma única razão de compressão geométrica, que representa a proporção entre o volume aspirado somado ao volume da câmara de combustão em relação ao volume da câmara de combustão).

[006] Em seu curso, o pistão atinge um ponto mais alto e outro mais baixo em seu deslocamento, chamados respectivamente de ponto morto superior (PMS) e ponto morto inferior (PMI).

[007] Usualmente, o funcionamento do motor de um veículo de passeio possui quatro tempos:

• • Admissão
• • Compressão
• • Combustão
• • Escape

[008] O efeito da taxa de compressão evidencia-se no segundo tempo - as válvulas de admissão se fecham após a injeção da mistura ar/combustível e esta é comprimida para que o processo de combustão tenha início. Dessa forma, obtém-se a razão de compressão geométrica do motor: a razão entre o volume da câmara de combustão do pistão em seu ponto morto inferior PMI (maior volume) e seu ponto morto superior PMS (menor volume).

[009] Motores a gasolina costumam usar razões de compressão menores (normalmente entre 8:1 e 12:1), enquanto os motores movidos a etanol funcionam melhor com razões mais altas (12:1 ou até 14:1).

[0010] No entanto, antes do combustível chegar à câmara de combustão, ele percorre um caminho a partir do tanque do veículo. Esse combustível é movimentado por uma bomba de combustível e flui por dentro de dutos que transportam o combustível - primeiramen-te, uma mangueira e, posteriormente, um duto mais rígido e ramificado chamado galeria. As ramificações levam o combustível a ser injetado aos respectivos cilindros e é na saída dessas ramificações aonde estão posicionados os injetores de combustível.

[0011] Além disso, o impingimento de combustível na superfície do pistão ou nas paredes dos dutos de admissão podem contribuir para o aumento de partículas emitidas. Além disso, a condensação de combustível em zonas frias do motor pode resultar em combustões incompletas gerando hidrocarbonetos e monóxido de carbono (HC e CO).

[0012] Quando se fala em motores que utilizam o ciclo Otto (motores tradicionalmente utilizados nos automóveis), tanto os que utilizam Port Fuel Injection (PFI) como os que funcionam com injeção direta (DI - do inglês, Direct Injection) emitem particulados acima dos limites permitidos. Dessa forma, a utilização de um filtro de partícula para motores à gasolina (cuja sigla é GPF, pois vem do inglês Gasoline Particulate Filter) tem sido recomendada para atender às novas legislações de emissões de partículas que entraram em vigor.

[0013] No entanto, mesmo com a utilização do GPF, os motores ainda podem gerar particulados acima dos limites determinados pelos órgãos oficiais de saúde, uma vez que as emissões de poluentes dependem, também, do comportamento dos motoristas quanto à forma como dirigem e da manutenção adequada dos veículos.

[0014] Isto posto, uma das técnicas mais eficazes de se obter uma queima mais correta do combustível é entregá-lo à câmara de combustão previamente aquecido.

[0015] No entanto, a forma construtiva dos aquecedores que utilizam câmara de aquecimento onde o combustível adentra à região interna da câmara de aquecimento através abertura de entrada de combustível posicionada em sua região inferior, passando integralmente pelo elemento aquecedor - efetuando a troca térmica - e sai aquecido pela abertura de saída de combustível posicionada em uma região superior apesar de proporcionar um aquecimento homogêneo do combustível, gera uma zona de maior temperatura de combustível, onde o combustível ali presente está em sua máxima temperatura.

[0016] Todavia, como a forma construtiva dos injetores de combustível atuais possui uma cavidade interna capaz de armazenar um volume de combustível (chamado "volume morto"), a partir do momento em que o motor é desligado. Quando é dada a partida do motor, esse volume é injetado na câmara de combustão.

[0017] No entanto, quando o motor é acionado, até que esse volume morto seja aquecido, leva-se um tempo, pois é necessário que o combustível aquecido que sai da zona máxima de calor saia do aquecedor a uma determinada velocidade e, por convecção, transfira o calor ao combustível do volume morto do injetor. Como consequência, o número de poluentes é considerado elevado no tempo entre a partida do motor e o atingimento da temperatura de aquecimento.

[0018] Nesse sentido, deve-se reduzir o tempo de aquecimento do combustível presente no volume morto, encurtando ao máximo a distância entre a zona máxima de aquecimento e a entrada do injetor.

[0019] Dessa forma, a presente invenção se propõe a solucionar o problema do estado da técnica de uma forma muito mais eficiente, visando um aquecimento mais rápido e, consequentemente, uma melhor atomização do combustível.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0020] A presente invenção tem como objetivo prover um dispositivo para injeção de combustível injetado de forma aquecida em motores de combustão interna que garante que o combustível aquecido que flui pela saída da câmara de aquecimento do aquecedor seja entregue na temperatura correta ao interior do injetor o mais rápido possível.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0021] Visando solucionar o problema técnico apresentado e superar os inconvenientes do estado da técnica, a presente invenção tem como objetivo prover um dispositivo para injeção de combustível dotado de uma primeira região de entrada de combustível que compreende uma primeira entrada e uma região de saída de combustível que compreende uma saída, sendo que o dito dispositivo compreende:
• um corpo externo dotado de uma parede externa de corpo externo, uma cavidade interna delimitada por uma parede interna de corpo externo, pelo menos uma entrada principal de combustível e pelo menos uma saída principal de combustível, o dito corpo se propaga a partir de uma primeira extremidade associada à região de entrada de combustível até região de saída de combustível;
• pelo menos um corpo interno dotado de uma parede externa de corpo interno e uma parede interna de corpo interno internamente associado ao corpo externo;
• pelo menos um primeiro reservatório delimitado pela parede interna de corpo interno;
• pelo menos um conjunto de acionamento dotado de pelo menos uma mola, pelo menos um elemento limitador de curso de mola mecanicamente associado à mola;
• um gerador de campo magnético;
de modo a compreender:

• • pelo menos um reservatório anterior dotado de pelo menos uma entrada de reservatório anterior e pelo menos uma saída de reservatório anterior, sendo o dito reservatório anterior posicionado antes da entrada principal de combustível, de modo que que a saída de reservatório anterior coopera com a entrada principal de combustível;
• • pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível associado, o dito dispositivo aquecedor de combustível dotado de um elemento aquecedor que se projeta a partir da entrada de reservatório anterior, de modo a cooperar com o reservatório anterior.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0022] Figura 1 - Esquema de uma concretização do dispositivo de injeção de combustível do estado da técnica.

[0023] Figura 2 - Esquema de uma concretização do dispositivo de injeção de combustível, objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0024] O sistema de aquecimento de combustível e gerenciamento do aquecimento é responsável por aquecer o combustível que será injetado no motor até uma temperatura pré-determinada. O aquecimento do combustível tem como objetivo melhorar a atomização do spray do combustível injetado, reduzindo seu tamanho de gotas, o que significa melhor preparação da mistura ar-combustível, levando a uma mistura mais homogênea, o que acarretará na diminuição da quantidade de combustível injetada e diminuindo, assim, a quantidade de gases e particulados emitidos.

[0025] O funcionamento do sistema de aquecimento se dá desde a partida do motor. O gerenciamento do sistema tem como objetivo manter a temperatura do combustível injetado sempre na temperatura alvo. Para isso o sistema determina a quantidade de energia que deve ser fornecida ao combustível, baseado na temperatura de entrada do combustível na galeria, na vazão de combustível e no tipo de combustível.

[0026] Quando o sistema de gerenciamento de temperatura do combustível consegue, com exatidão, entregar o combustível com a maior temperatura, de fato, o valor de temperatura medido ou calculado do combustível que sai da câmara de aquecimento é aquele para o qual a quantidade de energia foi disponibilizada e fornecida, evitando desperdício de energia. Além disso, a atomização do combustível se torna maior, melhorando a queima durante a combustão.

[0027] Dessa forma, como a forma construtiva dos injetores de combustível atuais possui uma cavidade interna capaz de armazenar um volume de combustível (chamado "volume morto"), a partir do momento em que o motor é desligado. Quando é dada a partida do motor, esse volume é injetado na câmara de combustão.

[0028] No entanto, até que esse volume morto seja aquecido, leva-se um tempo, pois é necessário que o combustível aquecido que sai da zona máxima de calor saia do aquecedor a uma determinada velocidade e, por convecção, transfira o calor ao combustível do volume morto do injetor. Como consequência, o número de poluentes é considerado elevado no tempo entre a partida do motor e o atingimento da temperatura de aquecimento.

[0029] Nesse sentido, para se aumentar a velocidade de transporte do combustível entre o aquecedor e o volume morto, para que o combustível aquecido chegue ao volume morto em menor tempo, a presente invenção revela um dispositivo para injeção de combustível dotado de uma primeira região de entrada de combustível 1 que compreende uma primeira entrada e uma região de saída de combustível 2 que compreende uma saída, sendo que o dito dispositivo compreende:
• um corpo externo 10 dotado de uma parede externa de corpo externo 101, uma cavidade interna delimitada por uma parede interna de corpo externo 102, pelo menos uma entrada principal de combustível 103 e pelo menos uma saída principal de combustível 104, o dito corpo se propaga a partir de uma primeira extremidade associada à região de entrada de combustível 1 até região de saída de combustível 2;
• pelo menos um corpo interno 11 dotado de uma parede externa de corpo interno 111 e uma parede interna de corpo interno 112 internamente associado ao corpo externo 10;
• pelo menos um reservatório 12 delimitado pela parede interna de corpo interno 112;
• pelo menos um conjunto de acionamento dotado de pelo menos uma mola 31, pelo menos um elemento limitador de curso de mola 32 mecanicamente associado à mola 31;
• um gerador de campo magnético 4;
que compreende

• • pelo menos um reservatório anterior 51 dotado de pelo menos uma entrada de reservatório anterior 511 e pelo menos uma saída de reservatório anterior 512, sendo o dito reservatório anterior 51 posicionado antes da entrada principal de combustível 103, de modo que que a saída de reservatório anterior 512 coopera com a entrada principal de combustível 103;
• • pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível 6 associado, o dito dispositivo aquecedor de combustível 6 dotado de um elemento aquecedor 61 que se projeta a partir da entrada de reservatório anterior 511, de modo a cooperar com o reservatório anterior 51.

[0030] Preferencialmente, o dispositivo aquecedor 6 compreende um elemento aquecedor 61 do tipo glow plug ou vela, dotado de uma lança que aquece o combustível. No entanto, admite-se perfeitamente o uso de elemento aquecedor do tipo resistência elétrica espiral ou qualquer outro tipo de elemento aquecedor que se projete no interior do reservatório anterior e produza o efeito de aquecer o combustível ali armazenado.

[0031] Dessa forma, cumpre-se notar que, conforme descritivo acima, a presente invenção atinge o objetivo de prover um dispositivo injeção de combustível aquecido em motores de combustão interna que garante que o combustível aquecido que flui pela saída da câmara de aquecimento alcance o volume morto do injetor em um tempo redu-zido, levando a uma acurácia na temperatura de pré-aquecimento do combustível e, consequentemente, uma grande precisão na redução de gases poluentes.

Claims (1)

1. Dispositivo para injeção de combustível dotado de uma primeira região de entrada de combustível (1) que compreende uma primeira entrada e uma região de saída de combustível (2) que compreende uma saída, em que o dito dispositivo compreende:

   • • um corpo externo (10) dotado de uma parede externa de corpo externo (101), uma cavidade interna delimitada por uma parede interna de corpo externo (102), pelo menos uma entrada principal de combustível (103) e pelo menos uma saída principal de combustível (104), o dito corpo se propaga a partir de uma primeira extremidade associada à região de entrada de combustível (1) até região de saída de combustível (2);
   • • pelo menos um corpo interno (11) dotado de uma parede externa de corpo interno (111) e uma parede interna de corpo interno (112) internamente associado ao corpo externo (10);
   • • pelo menos um primeiro reservatório (12) delimitado pela parede interna de corpo interno (112);
   • • pelo menos um conjunto de acionamento dotado de pelo menos uma mola (31), pelo menos um elemento limitador de curso de mola (32) mecanicamente associado à mola (31);
   • • um gerador de campo magnético (4); caracterizado por compreender:
   • • pelo menos um reservatório anterior (51) dotado de pelo menos uma entrada de reservatório anterior (511) e pelo menos uma saída de reservatório anterior (512), sendo o dito reservatório anterior (51) posicionado antes da entrada principal de combustível (103), de modo que que a saída de reservatório anterior (512) coopera com a entrada principal de combustível (103);
   • • pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível (6) associado, o dito dispositivo aquecedor de combustível (6) dotado de um elemento aquecedor (61) que se projeta a partir da entrada de reservatório anterior (511), de modo a cooperar com o reservatório anterior (51).

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