BR102021001793A2 - Dispositivo para aquecimento de combustível - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo para aque-cimento de combustível aplicável em sistemas de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão que permite 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.

Description

DISPOSITIVO PARA AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para aque-cimento de combustível aplicável em sistemas de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão que permite a redução da quantidade de combustível injetado em motores que podem ser propelidos tanto com gasolina pura quanto com etanol ou qualquer mistura bicombustível através do controle preciso da quantidade de calor fornecida ao combustível.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] 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 com-bustão interna.

[0003] A fim de mitigar a e missão 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 m atriz energética, sua legislação de e missões e o impacto ambi-ental das e missões de carbono do combustível durante todo o seu ciclo de vida.

[0004] 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 e missões de aldeídos, por exemplo.

[0005] No entanto, observa-se algumas limitações no uso de moto-res 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 intermediária, uma vez que o dimensionamento de motores monocombustíveis 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).

[0006] Em seu curso, o pistão atinge um ponto mais alto e outro mais baixo em seu desloca mento, chamados respectivamente de ponto morto superior (PMS) e ponto morto inferior (PMI).

[0007] Usualmente, o funcionamento do motor de um veículo de passeio possui quatro tempos:

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

[0008] O efeito da taxa de compressão evidencia-se no segundo tempo - as válvulas de admissão se fecha m após a injeção da mistura ar/combustível e esta é comprimida para que o processo de co mbustãotenha início. Dessa forma, obtém-se a razão de compressão geo-métrica 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).

[0009] Motores a gasolina costumam usar razões de compressão menores (normalmente entre 8:1 e 12:1), enquanto os motores movi-dos a etanol funciona m 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 transporta m o combustível - primeiram ente, 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 onde 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 com-bustível em zonas frias do motor pode resultar em combustões incom-pletas gerando hidrocarbonetos e monóxido de carbono (HC e CO).

[0012] Quando se fala em motores que usam o ciclo Otto (motores tradicionalmente utilizados nos automóveis), tanto os que utiliza m Port Fuel Injection (PFI) como os que funciona m com injeção direta (Dl - 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 e missões de partículas que entrara m 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 e missões de poluentes depende m, também, do comportamento dos motoristas quanto à forma como dirige m 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 com-bustão previa mente aquecido.

[0015] No entanto, a forma construtiva dos aquecedores que utilizam câmara de aquecimento onde o combustível adentra à região in-terna da câmara de aquecimento através abertura de entrada de com-bustível 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 com-bustível, 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 com -bustível 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 aumentar a velocidade em que o combustível aquecido chegue ao volume morto, fazendo com que ele seja aquecido o mais rapidamente possível.

[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, consequente m ente, uma melhor atomização do combustível.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0020] A presente invenção tem como objetivo prover um dispositivo para aquecimento de combustível injetado em motores de co mbustão interna que garante que o combustível aquecido que flui pela saída da câmara de aquecimento 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, garantindo que somente o combustível de maior temperatura seja injetado, levando a uma acurácia na temperatura de pré-aquecimento do combustível e, consequente m ente, uma grande precisão na redução de gases poluentes.

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 aquecimento de combustível dotado de

• • pelo menos uma região de interface;
• • pelo menos uma abertura de entrada de combustível;
• • pelo menos uma abertura de saída de combustível;
• • pelo menos uma porção de saída de combustível;
• • pelo menos uma câmara de aquecimento dotada de
• • uma primeira região interna delimitada por uma primeira porção de parede interna, dotada de uma primeira área transversal e cooperante com a abertura de saída de combustível e
• • uma segunda região interna delimitada por uma segunda porção de parede interna, dotada de uma segunda área transversal e opostamente posicionada em relação à primeira porção de parede interna, cooperante com a região de interface que se projeta a partir da região de interface;
• • pelo menos um elemento aquecedor dotado de pelo menos uma haste associada à região de interface, que se projeta a partir da região de interface, fluidamente associado à câmara de aquecimento;

de modo que a primeira área transversal da primeira região interna da câmara de aquecimento ser menor do que a segunda área transversal da segunda região interna da câmara de aquecimento.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
Figura 1 - Esquema de uma modalidade do dispositivo de aquecimento de combustivel.
Figura 2 - Esque ma de uma modalidade do dispositivo de aquecimento de combustível montado na galeria de distribuição de combustível. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0022] 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 aqueci-mento 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.

[0023] O funcionamento do sistema de aquecimento se dá desde a partida do motor. 0 gerenciamento do sistema tem como objetivo man-ter 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.

[0024] 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.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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 aquecimento de co mbustível dotado de

• • pelo menos uma região de interface;
• • pelo menos uma abertura de entrada de combustível;
• • pelo menos uma abertura de saída de combustível;
• • pelo menos uma porção de saída de combustível;
• • pelo menos uma câmara de aquecimento dotada de
• • uma primeira região interna delimitada por uma primeira porção de parede interna, dotada de uma primeira área transversal e cooperante com a abertura de saída de combustível e
• • uma segunda região interna delimitada por uma segunda porção de parede interna, dotada de uma segunda área transversal e opostamente posicionada em relação à primeira porção de parede interna, cooperante com a região de interface que se projeta a partir da região de interface;
• • pelo menos um elemento aquecedor dotado de pelo menos uma haste associada à região de interface, que se projeta a partir da região de interface, fluida mente associado à câmara de aque-cimento;

de modo que a primeira área transversal da primeira região interna da câmara de aquecimento ser menor do que a segunda área transversal da segunda região interna da câmara de aquecimento.

[0028] Cumpre-se notar que a redução da seção de passage m do combustível faz com que a sua velocidade de escoa mento aumente, reduzindo o tempo para que o combustível aquecido alcance o volume morto existente no injetor.

[0029] Dessa forma, conform e a descrição acima, a presente invenção atinge o objetivo de prover um dispositivo para aquecimento de combustível injetado em motores de combustão interna que garante que o combustível aquecido que flui pela saída da câmara de aqueci-mento alcance o volume morto do injetor em um tempo reduzido, levando a uma acurácia na temperatura de pré-aquecimento do combustível e, consequente m ente, uma grande precisão na redução de gases poluentes.

Claims (1)

1. Dispositivo para aquecimento de combustível dotado de

   • • pelo menos uma região de interface;
   • • pelo menos uma abertura de entrada de combustível;
   • • pelo menos uma abertura de saída de combustível;
   • • pelo menos uma porção de saída de combustível;
   • • pelo menos uma câmara de aquecimento dotada de
   • • uma primeira região interna delimitada por uma primeira porção de parede interna, dotada de uma primeira área transversal e cooperante com a abertura de saída de combustível e
   • • uma segunda região interna delimitada por uma segunda porção de parede interna, dotada de uma segunda área transversal e opostamente posicionada em relação à primeira porção de parede interna, cooperante com a região de interface que se projeta a partir da região de interface;
   • • pelo menos um elemento aquecedor dotado de pelo menos uma haste associada à região de interface, que se projeta a partir da região de interface, fluidamente associado à câmara de aquecimento;

   caracterizado pelo fato da primeira área transversal da primeira região interna da câmara de aquecimento ser menor do que a segunda área transversal da segunda região interna da câmara de aquecimento.

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