BR102021005988A2 - Conjunto para injeção de combustível - Google Patents

Abstract

Conjunto para injeção de combustível aquecido aplicável a um sistema de distribuição de combustível utilizado preferencialmente em motores empregados em veículos.

Description

CONJUNTO PARA INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL

[0001] A presente invenção se refere a um conjunto para injeção de combustível aquecido aplicável a um sistema de distribuição de combustível utilizado preferencialmente em motores empregados em veículos.

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 combustão interna.

[0003] 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.

[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 emissões de aldeídos, por exemplo.

[0005] 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 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 deslocamento, 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:

[0008] Admissão

[0009] Compressão

[0010] Combustão

[0011] Escape

[0012] 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).

[0013] 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).

[0014] 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 - primeiramente, 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.

[0015] 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).

[0016] Quando se fala em motores que empregam 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] No entanto, quando o motor é acionado, até que o combustível frio desse volume morto fosse meramente empurrado para fora do injetor, levaria um tempo em demasia, pois o combustível aquecido que sai da zona máxima de calor do aquecedor se desloca a uma determinada velocidade considerada baixa, fazendo com que a quantidade de movimento deslocada seja considerada baixa também. Como consequência, o número de poluentes é considerado elevado no tempo entre a partida do motor e o atingimento da temperatura de aquecimento.

[0022] 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 e fazendo com que o combustível seja plenamente aquecido e alcance mais rapidamente a região onde está o volume morto.

[0023] 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

[0024] A presente invenção tem como objetivo prover um conjunto para injeção de combustível aquecido em motores de combustão interna que integra aquecedor e injetor de combustível, de modo a garantir que o combustível aquecido que flui pelo aquecedor seja entregue na temperatura correta ao interior do injetor o mais rápido possível.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0025] Visando solucionar o problema técnico apresentado e superar os inconvenientes do estado da técnica, a presente invenção tem como objetivo prover um conjunto 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,

[0026] pelo menos um dispositivo injetor de combustível dotado de pelo menos uma entrada de injetor e pelo menos uma saída de injetor dotado de pelo menos uma entrada de canal interno e pelo menos uma saída de canal interno e pelo menos um canal interno que se propaga a partir da entrada do canal interno em direção à saída do canal interno e delimitado por uma parede interna e pelo menos um canal interno de passagem de combustível;

[0027] de modo a compreender pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível associado ao elemento adaptador, sendo o dito dispositivo aquecedor de combustível dotado de pelo menos um elemento aquecedor e pelo menos um elemento estrutural que compreende pelo menos um corpo principal dotado de uma parede externa e de pelo menos um sulco que se projeta a partir de uma porção anterior de corpo até uma porção posterior de corpo, sendo que elemento aquecedor está associado ao sulco e a parede externa está mecanicamente associada à parede interna do canal interno.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS FIGURAS

[0028] Figura 1 - Perspectiva do conjunto para injeção de combustível objeto da presente invenção.

[0029] Figura 2 - Detalhamento do dispositivo aquecedor de combustível.

[0030] Figura 3 - Esquema de uma concretização do conjunto objeto da presente invenção.

[0031] Figura 4 - Esquema de do fluxo de passagem do combustível pelo conjunto para injeção de combustível, objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0032] 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.

[0033] 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.

[0034] 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 zona de aquecimento (região equivalente a uma 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.

[0035] 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.

[0036] 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 empurre o combustível frio do volume morto para ser injetado, deslocando o combustível frio ali armazenado para fora do injetor, de modo a expulsá-lo. Como consequência, o número de poluentes é considerado elevado no tempo entre a partida do motor e o atingimento da temperatura de aquecimento.

[0037] 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 conjunto para injeção de combustível dotado de uma primeira região de entrada de combustível 11 que compreende uma primeira entrada e uma região de saída de combustível 12 que compreende uma saída,

[0038] pelo menos um dispositivo injetor de combustível 2 dotado de pelo menos uma entrada de injetor 21 e pelo menos uma saída de injetor 22 dotado de pelo menos uma entrada de canal interno 211 e pelo menos uma saída de canal interno 212 e pelo menos um canal interno 23 que se propaga a partir da entrada do canal interno 211 em direção à saída do canal interno 212 e delimitado por uma parede interna 24 e pelo menos um canal interno 23 de passagem de combustível;

[0039] de forma que o dito conjunto compreende pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível 4 associado ao canal interno 23, sendo o dito dispositivo aquecedor de combustível 4 dotado de pelo menos um elemento aquecedor 41 e pelo menos um elemento estrutural 42 que compreende pelo menos um corpo principal 421 dotado de uma parede externa 422 e de pelo menos um sulco 423 que se projeta a partir de uma porção anterior de corpo 424 até uma porção posterior de corpo 425, sendo que elemento aquecedor 41 está associado ao sulco 423 e a parede externa 422 está mecanicamente associada à parede interna 24 do canal interno 23.

[0040] Em uma concretização preferencial, o conjunto para injeção de combustível compreende um elemento aquecedor 41 associado ao corpo principal 421 do elemento estrutural 42.

[0041] Preferencialmente, elemento aquecedor 41 compreende pelo menos elemento dotado de resistência elétrica, sendo mais preferencialmente, um filamento elétrico. No entanto, admite-se perfeitamente o uso de elemento aquecedor do tipo resistência elétrica espiral ou qualquer outro tipo ou formato de elemento aquecedor que se projete no interior do reservatório anterior e produza o efeito de aquecer o combustível ali armazenado.

[0042] Nesse sentido, o efeito técnico inventivo e inovador do conjunto, objeto da presente invenção, é alcançado na integração e associação entre o dispositivo aquecedor de combustível 4 e a parede interna 24 do canal interno 23 do dispositivo injetor de combustível 2. A montagem entre o dispositivo aquecedor de combustível 4 e o canal interno 23 favorece o aumento da velocidade, pois provoca a redução da área de passagem do combustível e consequente aumento na velocidade de passagem. Como o corpo principal 421 está associado à parede interna 24 do canal interno 23 pela sua parede externa 422, o combustível é obrigado a fluir única e majoritariamente pelo interior do sulco 423, que pode ser tanto em formato helicoidal (preferencial), como retilíneo (concretização alternativa), também sendo admitidas quaisquer outras formas de sulcos ou espaços que permitam ao combustível escoar por ali. Além disso, o fato do elemento aquecedor 41 estar montado de forma que fique posicionado na região de passagem e em uma posição no interior ao sulco 423 garante que todo o combustível que escoa por ali seja aquecido por igual. Com isso, essa construtividade permite que o combustível aquecido que flui pelo aquecedor seja entregue ao interior do injetor na temperatura correta e o mais rápido possível, permitindo o uso de quaisquer dispositivos injetores de combustível 2 (popularmente conhecido como “injetores”) comuns e já consagrados no mercado atual.

[0043] Uma outra característica que é de extrema relevância é que, como o corpo principal 421 está associado à parede interna 24 do canal interno 23 pela sua parede externa 422 (tal associação pode ser por simples contato mecânico, montagem por interferência ou qualquer outra forma que propicie o contato entre as peças) evita que o dispositivo aquecedor vibre e seja afetado pela vibração do motor ou da movimentação do veículo.

[0044] Cabe ressaltar que o elemento adaptador 3 compreende quaisquer formas adaptadoras como tampas, adaptadores, dutos, tubos, mangueiras e afins.

[0045] Dessa forma, cumpre-se notar que, conforme descritivo acima, a presente invenção atinge o objetivo de prover um conjunto para 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 reduzido, levando a uma acurácia na temperatura de pré-aquecimento do combustível e, consequentemente, uma grande precisão na redução de gases poluentes.

Claims (4)

1. Conjunto para injeção de combustível dotado de uma primeira região de entrada de combustível (11) que compreende uma primeira entrada e uma região de saída de combustível (12) que compreende uma saída,

   • • pelo menos um dispositivo injetor de combustível (2) dotado de pelo menos uma entrada de injetor (21) e pelo menos uma saída de injetor (22) dotado de pelo menos uma entrada de canal interno (211) e pelo menos uma saída de canal interno (212) e pelo menos um canal interno (23) que se propaga a partir da entrada do canal interno (211) em direção à saída do canal interno (212) e delimitado por uma parede interna (24) e pelo menos um canal interno (23) de passagem de combustível;

   caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível (4) associado ao canal interno (23), sendo o dito dispositivo aquecedor de combustível (4) dotado de pelo menos um elemento aquecedor (41) e pelo menos um elemento estrutural (42) que compreende pelo menos um corpo principal (421) dotado de uma parede externa (422) e de pelo menos um sulco (423) que se projeta a partir de uma porção anterior de corpo (424) até uma porção posterior de corpo (425), sendo que elemento aquecedor (41) está associado ao sulco (423) e a parede externa (422) está mecanicamente associada à parede interna (24) do canal interno (23).
2. Conjunto para injeção de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (41) está associado ao corpo principal (421) do elemento estrutural (42).
3. Conjunto para injeção de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (41) compreende pelo menos elemento dotado de resistência elétrica.
4. Conjunto para injeção de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (41) compreende pelo menos um filamento.

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