BRMU9002656U2 - sistema de alimentaÇço de combustÍvel para a partida a frio em motores de combustço interna por mini galeria ii - Google Patents

Abstract

Sistema de alimentação de combustível para a partida a frio em motores de combustão interna por mmi galeria II. O presente modelo de utilidade refere-se a um sistema de alimentação de combustível para a partida a frio em motores de combustão interna, capaz de prover durante a partida do motor uma distribuição uniforme de gasolina entre todos os cilindros do motor. Este sistema é compreendido por uma mmi galeria (3) rígida, um reservatório de gasolina (2), uma bomba elétrica (5) de pressurização do fluxo de combustível, um injetor de combustível (6) para controle e dosagem do combustível nos quatro insertos injetores (4).

Description

Sistema de alimentação de combustível para a partida a frio em motores de combustão interna por mini galeria II.

CAMPO DA INVENÇÃO

O presente pedido de patente de modelo de utilidade se refere a um sistema de alimentação de combustível para a partida a frio em motores de combustão interna - MCI dotado de mini-galeria. ESTADO DA TÉCNICA

Os motores de combustão interna do ciclo Otto que utilizam etanol (álcool etílico hidratado combustível - AEHC) necessitam de sistema auxiliar para a partida do motor em temperaturas abaixo de 15°C, devido à baixa pressão de vaporização do etanol. Assim, uma das formas encontrada para a solução deste problema é a utilização de gasolina durante a partida do motor, em função de esta ter pressão de vaporização mais elevada que o etanol e o ponto de fulgor mais baixo.

Os sistemas com partida a frio à gasolina empregam normalmente sistemas de alimentação independente desde o reservatório até injeção da

gasolina no coletor de admissão do motor.

No pedido de patente WO 2004/090309 de IWAMOTO, o

sistema de alimentação de gasolina para partida a frio de um motor ciclo Otto pode ser simplificado com a adoção de uma única galeria que utiliza os mesmos injetores de combustível tanto para etanol quanto para a gasolina. Neste caso, acrescenta-se apenas o reservatório e a válvula de controle de fluxo, sendo os demais componentes (galeria e injetores) comuns para os dois combustíveis. Neste tipo de solução exige-se uma maior quantidade do combustível de partida para injeção na câmara de combustão do motor, ou coletor de admissão. Deste modo, existe a necessidade de um reservatório de gasolina de maior dimensão, o que propicia a formação de borra de combustível e risco de travamento do injetor no período do ano com temperaturas mais elevadas, em que o sistema fica inoperante, e também em regiões onde a estação do inverno é menos duradoura e o reservatório de gasolina permanece com o combustível por longo período ^sem a sua substituição. Outra desvantagem é o tempo necessário para que o combustível chegue até o injetor para ser injetado no coletor de admissão do motor e, por

conseqüência, um retardo na partida do motor.

Na patente brasileira Pl 0504015-9 de Márcio Turra de Ávila e Marcelo Valente Feitosa, a solução encontrada para a partida a frio foi à utilização de um sistema independente, dotado de resistência de aquecimento, e o emprego de injetor (ou bico injetor, ou atomizador) de combustível secundário. Com esta solução, o número de injetores de combustível para injeção da gasolina no coletor ou motor será sempre múltiplo do número de injetores de combustível usados para injeção do etanol. Neste tipo de solução há o problema do custo elevado do sistema em função do uso de dois injetores de combustível, um para a partida a frio a gasolina e um para o regime normal

de operação do motor, para cada cilindro do motor.

Na patente Pl 0703443 é utilizado sistema com galeria de combustível para a distribuição do combustível para a partida a frio até o injetor, sendo que há um injetor exclusivo para a partida a frio para cada cilindro do motor. Novamente, a desvantagem nesse sistema é o elevado custo em função da utilização de um injetor adicional para cada cilindro do motor dedicado apenas à partida a frio do motor em baixa temperatura.

Outros sistemas comuns de injeção compreendem um reservatório de gasolina, uma bomba elétrica, válvulas de controle e de restrição, todas comandadas por uma central eletrônica. Neste tipo de solução há a desvantagem do controle de dosagem ineficiente de gasolina durante a partida do motor, elevada dispersão na quantidade de combustível injetado em cada cilindro e o problema do acúmulo de grande quantidade de gasolina no interior do coletor e galeria, podendo

ocasionar a vaporização e risco de explosão.

O pedido de patente de invenção 012703 "Método e sistema de alimentação de combustível para a partida a frio em motores de combustão interna" de Fabiano Cardia e outros descreve os conceitos fundamentais de fluido dinâmica empregados no desenvolvimento do modelo de utilidade aqui apresentado. OBJETIVO DA INVENÇÃO

O principal objetivo, desse modelo é prover um sistema de partida a frio que seja de baixo custo e que apresente alto grau de eficiência, reduzindo o tempo de partida do motor pela distribuição uniforme do combustível (gasolina) para cada cilindro, na quantidade necessária e suficiente para início do funcionamento do MCI. Como objetivo secundário, cita-se que o sistema seja

simples e compacto, para sua a fácil acomodação e instalação no coletor de admissão do veículo, e que reduza a emissão de poluentes pela otimização da quantidade de gasolina injetada para a partida do MCI. BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO Os objetivos do presente modelo serão alcançados pela

adoção de um sistema de alimentação para a partida a frio constituído por um injetor de combustível, trabalhando como uma válvula dosadora e comandada pela central eletrônica do veículo, uma mini galeria com diâmetro do conduto interno dimensionado para a faixa de vazão requerida para operação do motor e insertos injetores com canal interno e furo calibrados.

O presente modelo apresenta inúmeras vantagens, principalmente em relação ao menor custo do sistema e à maior eficiência obtida pela capacidade de controle da quantidade de gasolina a ser injetada durante a partida a frio do motor. Além disso, há a redução de emissão de poluente devido à menor quantidade de combustível injetada para início da operação do MCI. Ainda, há a vantagem de requerer baixo tempo de resposta do sistema, referente ao tempo de injeção da gasolina, desde o injetor de dosagem até a injeção efetiva do combustível na admissão do motor e, finalmente, as dimensões reduzidas do sistema permitem fácil acomodação e instalação

no coletor de admissão do veículo.

O modelo de alimentação proposto consiste na aplicação de

princípios inventivos, de forma a reduzir o custo do sistema de partida a frio do motor. Tal fato é obtido devido à redução de massa da galeria e utilização de insertos injetores em substituição aos bicos injetores de combustível comuns. Este sistema compreende um reservatório de gasolina, uma bomba elétrica para proporcionar a vazão necessária de combustível, um injetor para o controle e dosagem do combustível a ser injetado sob a válvula de admissão, uma mini galeria de dutos rígidos e quatro insertos injetores. Com este sistema de alimentação, é resolvido o problema de elevado custo devido à utilização em duplicidade de injetores de combustível por cilindro do motor, e o problema da complexidade de controle para um sistema com uma única galeria e um único injetor por cilindro para a partida a, frio (injeção de gasolina) e regime-normal de operação com etanol. Ainda, é resolvido o problema da grande quantidade de gasolina que permanece no interior da galeria e da necessidade de reservatório de gasolina com maior capacidade.

Em substituição à utilização de um injetor de combustível

específico para a partida a frio e exclusivo para cada cilindro do motor, que é um dos

fatores que encarecem o sistema, é utilizado um inserto injetor, de baixo custo e

construção simplificada. O inserto injetor tem a função principal de pulverizar e/ou

despejar o jato de combustível sob a válvula de admissão, através de furo calibrado

especificamente para o motor.

A bomba elétrica tem a função de proporcionar vazão

adequada na linha de distribuição de combustível à jusante do injetor de dosagem,

enquanto a central eletrônica do veículo é responsável pelo controle e dosagem de

combustível a ser injetado no motor.

A mini galeria tem a função de distribuir o combustível

recebido do injetor para os dutos de alimentação até o inserto de injeção. A mini galeria é entendida como um distribuidor de combustível, com uma entrada e quatro saídas, sendo fabricada em material rígido, em que as dimensões da envolvente interna do conduto promovam a menor perda de carga possível e permitam a uniformização da distribuição da gasolina de forma igualitária para todos os insertos injetores. Esta geometria garante que o volume de gasolina injetado em cada cilindro do motor pelos insertos injetores seja uniforme. Com aplicação dos insertos injetores com furos calibrados é obtida a dispersão mínima em volume injetado em cada cilindro do motor, fazendo com que a partida do motor seja mais rápida, estável e utilizando a menor massa de gasolina.

A dispersão média obtida após simulação computacional e testes práticos para o método e sistema de alimentação proposto pela presente invenção, na qual são utilizados insertos injetores com furos calibrados e mini galeria com diâmetro do duto ajustado/calibrado à vazão requerida para o volume do motor, número de cilindros e capacidade volumétrica, é aproximadamente oito vezes menor que nos demais sistemas de partida a frio, demonstrando seu maior grau de eficiência. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A presente invenção será mais bem compreendida à luz das

figuras anexas, a seguir descritas:

- A Figura 1 refere-se ao sistema de alimentação de gasolina para a partida a frio representado de forma esquemática;

- A Figura 2 ilustra o método de alimentação proposto; - A Figura 3 ilustra o injetor de combustível;

- A Figura 4 ilustra o suporte metálico que sustenta o bico injetor e as conexões de entrada e saída;

- A Figura 5 ilustra o tubo flexível (1), a conexão de saída do injetor (2) e o conector de engate rápido (3) que liga o injetor a mini galeria;

-A Figura 6 ilustra o conector de entrada do injetor;

- A Figura 7 ilustra o conector de saída do injetor;

- A Figura 8 ilustra o conector de engate rápido;

- A Figura 9 ilustra todo o sistema por inteiro;

- A Figura 10 ilustra todo o sistema da mini galeria rígida; -A Figura 11 ilustra a mini galeria rígida;

- A Figura 12 ilustra a mini galeria rígida injetada;

- A Figura 13 ilustra o tubo de entrada de combustível na mini galeria rígida;

- A Figura 14, ilustra a tampa de fechamento da mini galeria rígida;

- A Figura 15 ilustra o conjunto inserto injetor de combustível; -A Figura 16 ilustra o inserto injetor de gasolina;

- A Figura 17 refere-se a uma representação do ângulo α formado pelo jato expelido pelo inserto injetor em relação ao seu eixo de revolução;

- A Figura 18 refere-se a uma vista em corte do injetor montado na mini-galeria; e

- A Figura 19 refere-se a um gráfico demonstrando uniformidade de massa de gasolina injetada entre os cilindros do motor, conseguida com a utilização do método e sistema

propostos.

DESCRIÇÃO DE UMA CONFIGURAÇÃO PREFERENCIAL

O presente pedido de modelo de utilidade utilizará a título de exemplo uma configuração de motor de quatro cilindros, por ser a mais usual, mas pode ser usado em motores com qualquer número de cilindros. O presente pedido de patente poderá ser mais bem entendido a partir do sistema de alimentação de combustível para a partida a frio do motor, como mostra a Figura 1.

Nela é apresentado o sistema de alimentação de gasolina

para partida a frio do motor o qual é constituído por reservatório (102), a bomba de fornecimento de combustível (105), conduto (107) de alimentação do combustível ao injetor de dosagem, um injetor para dosagem de combustível (3) registrado sob número DK.0103180, uma mini galeria (J) necessária a distribuição do combustível dosado pelo injetor para os insertos injetores, inserto injetor (8) e o coletor de admissão do MCI (1).

Dito injetor (3) é posicionado a montante da mini galeria de combustível (7), sendo ilustrado pela figura 3.

A mini galeria (7) faz a distribuição do combustível aos insertos injetores (8). Os insertos injetores (8) são localizados no coletor de admissão de tal forma que o jato de combustível esteja direcionado para as válvulas de admissão do motor.

A Figura 4 ilustra o suporte metálico '(T) registrado sob número CE.0108038 que sustenta o bico injetor (3) e as conexões de entrada (2) e saída (4). Este suporte é específico para a aplicação a qual se destina, sendo desenhado de forma a ser montado no coletor de admissão do motor. Os detalhes (12) e (13), acomodam as conexões de entrada (2) e saída (4) e possuem furos (14) para trava destes conectores (2,4), as quais garantem a estanqueidade do sistema.

O tubo flexível (5) é conectado a conexão de saída do injetor (4) e o conector de engate rápido (6) que liga o injetor a mini galeria (7), conforme ilustrado pela figura 5 e registrado sob número GC.0108594.

A Figura 6 ilustra em detalhes o conector de entrada do injetor (2) registrado sob número AD.0108036. O detalhe (21) apresenta a trava de posicionamento deste conector no suporte metálico garantindo a estanqueidade e rigidez estrutural do sistema.

A Figura 7 ilustra o conector de saída (4) do injetor

registrado sob número AD.0108037. O detalhe (41) apresenta a trava de posicionamento deste conector no suporte metálico garantindo a estanqueidade e rigidez estrutural do sistema.

A Figura 8 ilustra por sua vez o conector de engate rápido (6), que conecta o tubo flexível (5) a jusante do injetor (3) com a mini galeria (7).

A Figura 9 ilustra o sistema totalmente montado, compreendendo o suporte metálico (1), com conectores de entrada (2) e saída (4) diametralmente opostos, o injetor controlador do volume de combustível (3). O tubo flexível (5), o conector de engate rápido (6) que liga o 5o injetor (3) a mini galeria rígida (7) com diâmetro interno variável. Os insertos injetores de combustível (8), quatro no presente exemplo, são fixados a mini galeria (7) e o anel elástico (9) confere o grau de liberdade entre o inserto (8) e o coletor de admissão. Cabe ressaltar que as abas de fixação (10) são projetadas para cada aplicação, no presente exemplo sendo constituídas por duas abas. A mini-galeria possui em suas extremidades tampões de fechamento (11).

A mini galeria (7), conforme ilustrado nas figuras 1 a 9, não apresenta retenção de combustível após a partida do motor, em função de seu reduzido volume interno, da disposição de montagem do injetor (3) sobre ela e de permitir a aspiração do combustível pelo motor imediatamente após a partida. Adicionalmente, por ser compacta, possui diâmetro interno ajustado para faixa de vazão de gasolina requerida para o sistema, menor massa em relação ao estado da técnica atual e baixo custo, sendo

constituída basicamente de termoplástico.

A mini galeria tem diâmetro interno pequeno devido à

necessidade de pouco combustível injetado por ciclo.

Fazendo referência específica a mini galeria (7) ilustrada pela figura 10, esta é compreendida por um tubo de entrada (71), pelo anel elástico (72) que permite certo grau de liberdade entre o tubo de entrada (71) e o conector de engate rápido (6). A mini galeria rígida (3), possui insertos injetores de combustível (8), quatro no presente exemplo, e anéis elástico (9) que permitem certo grau de liberdade entre os insertos injetores (8) e o coletor de admissão e as tampas de fechamento da mini galeria (11). Cabe ressaltar nesta figura as abas de fixação (10) são projetadas para cada aplicação específica (duas abas nesta aplicação) desta mini galeria (7) rígida ao coletor de admissão desta aplicação. Esta montagem encontra-se registrada sob número CT.0108053

A Figura 11 ilustra a mini galeria rígida, sendo compreendida pelo tubo de entrada (71), pela mini galeria rígida (7), por quatro saídas onde são montados os insertos injetores de combustível (8), por duas abas de fixação (10) da mini galeria rígida ao coletor de admissão e duas tampas de fechamento da mini galeria (11). As abas de fixação (10) e as saídas de combustível (78) formam um bloco único com o corpo da mini galeria (7) e obtidos num único processo de injeção. O tubo de entrada de combustível (72) é soldado ao corpo da mini galeria rígida (7). As duas tampas de fechamento (11) são também soldadas por meio específico ao corpo da mini galeria rígida (7). Esta montagem encontra-se registrada sob número CU.0108047 . Em uma configuração alternativa, conforme ilustrado pela figura 12, dita mini galeria (7) rígida pode ser injetada, sendo composta pela mini galeria (7) registrado sob número CV.0108049, por quatro saídas (79) onde são montados os insertos injetores de combustível (8) e as abas de fixação (10). A Figura 13 ilustra em detalhes o tubo de entrada (71) de combustível na mini galeria rígida (7) registrado sob número AD.0099282. Este tubo de entrada (71) de combustível é soldado ao corpo da mini galeria (7) rígida garantindo a estanqueidade entre as partes. Cabe ressaltar nesta figura o alojamento do anel elástico (711) e a pista de solda (712), a qual permite a ligação entre este tubo de entrada (71) e a mini galeria (7). A pista de solda (712) é projetada para cada aplicação especifica.

A Figura 14 ilustra a tampa de fechamento (76) registrada sob número CF.0108597da mini galeria rígida (7), duas no presente exemplo. As tampas de fechamento (76) são soldadas ao corpo da mini galeria (7) rígida garantindo a estanqueidade entre as partes. O detalhe (761) mostra o indexador do tampão no interior da mini galeria, enquanto o detalhe (762) apresenta a pista de solda que permite a ligação estanque entre o tampão (76) e a mini galeria (7). A pista de solda (762) é projetada para cada aplicação especifica..

O inserto injetor (8) registrado sob número AF.0107607será melhor descrito a partir das figuras 15 a 18, detalhadas a seguir.

A Figura 15 ilustra o conjunto inserto injetor (8) de combustível que no presente exemplo emprega quatro peças. O detalhe (8) mostra o inserto total, e no detalhe (81) é mostrada à trava de fixação do inserto (8) ao corpo da mini galeria rígida (7) e o anel elástico de vedação (82) do inserto ao coletor. Os insertos (8) possuem dois elementos elásticos, sendo um deles o que promove a vedação^do inserto ao coletor e o outro que garante a vedação entre o inserto e a mini galeria.

Além de garantir a estanqueidade entre as partes (mini galeria (7) e coletor de admissão (8)), estes elementos elásticos proporcionam o grau de liberdade necessário à montagem entre mini galeria (7) e coletor de admissão (8). Este grau de liberdade é diretamente proporcional aos processos de fabricação da mini galeria (7) e do coletor de admissão (8). Este inserto (8) possui diâmetro de entrada de quatro a cinco vezes maior que o diâmetro de saída. O ressalto (83) garante a correta montagem do inserto injetor (8), impedindo montagem invertida, o que garante o correto direcionamento do jato de gasolina sobre a válvula de admissão do fluido ativo - FA. A Figura 16 ilustra uma variante do inserto injetor (8) de

gasolina que no presente exemplo emprega quatro unidades registrado sob número AF.0099294. Estes insertos (8) possuem cada um deles dois anéis elásticos que são montados na região (84). Este inserto (8) possui diâmetro de entrada de quatro a cinco vezes maior que o diâmetro de saída.. A redução do diâmetro de saída juntamente com a Equação da Continuidade da Mecânica dos Fluidos irá proporcionar aumento na velocidade do jato de gasolina, fracionando o mesmo (aumentando a área de troca de calor por convecção) e garantindo melhor distribuição e homogeneização do fluido ativo, neste caso formado pela mistura ternária, ar, gasolina e etanol. A Figura 17 mostra a uma representação do ângulo α formado pelo jato expelido pelo inserto injetor (8) em relação ao seu eixo de revolução de forma que seja atingida a válvula de admissão durante a partida a frio do motor. Este ângulo α é específico de cada forma construtiva de motor e coletor. No presente exemplo é mostrado um ângulo α é de 45 graus, mas este pode varia entre 30 e 60 graus, em função da geometria dos componentes utilizados.

Por fim a figura 18 mostra uma representação em corte do inserto injetor (8) instalado na mini galeria (7). Nesta figura temos a indicação do diâmetro calibrado do furo do inserto injetor 01 para a pulverização do jato de combustível (no presente exemplo 0,4 mm), pelo ângulo α formado pelo jato expelido pelo inserto injetor em relação ao seu eixo de revolução (no presente exemplo 45 graus), além do diâmetro do canal de alimentação do inserto injetor 02 (neste caso de 1,6 mm) e o diâmetro

interno do duto principal da mini galeria 03 de 3 mm.

Estes diâmetros e suas relações estão intrinsecamente

relacionados para se obter a uniformidade no volume de combustível injetado em cada cilindro do motor e o grau de eficiência atribuída a presente invenção, variando de motor a motor. De forma genérica, dita mini galeria. (7).possui diâmetros-01 do furo do inserto injetor de 3 a 5 vezes menor que o 02 do canal de alimentação do inserto injetor e este por sua vez de 1,5 a 3 vezes menor que o e saída 03 da mini galeria (7). Ainda nesta figura, cabe destacar o anel de vedação do

inserto ao coletor de admissão (9), o anel de vedação do inserto ao corpo da mini galeria rígida (2), a mini galeria rígida (7), o inserto injetor (8), a saída de combustível (5) e a aba de fixação da mini galeria ao coletor de admissão (10).

Esta montagem garante a uniformidade de massa de gasolina injetada entre os cilindros do motor, conseguida com a utilização do método e sistema proposto. Os diâmetros dos furos calibrados 01 e o diâmetro do duto da galeria de combustível 02 são ajustados / modelados matematicamente para a vazão de gasolina necessária e suficiente para a partida do motor. O inserto injetor (8) como mostrado em corte na Figura 18 é construído de tal maneira que o fluxo de combustível seja acelerado durante a passagem pelo furo de dimensão calibrada, capaz de pulverizar o jato na direção das válvulas de admissão do motor e permitir a uniformização do volume de combustível injetado em cada cilindro do motor.

O inserto injetor (8) apresentado nas figuras 15 a 18 é um elemento simples, de baixo custo e participa como sub montagem da mini galeria. Os elementos vedantes para o seu acoplamento na mini galeria e a montagem no coletor de admissão são fundamentais para garantir a estanqueidade do sistema, ou seja, entrada de ar ou vazamento de combustível, além de proporcionar o grau de liberdade necessário ao sistema. De forma a demonstrar a eficácia da presente solução, a figura 19 apresenta um gráfico que ilustra a uniformidade de massa de gasolina injetada entre os cilindros do motor, conseguida com a utilização do sistema proposto e, ainda, demonstra a elevada dispersão em sistemas que não utilizam insertos de injeção com os diâmetros dos furos calibrados e diâmetro do duto da galeria de combustível ajustado para a vazão de gasolina necessária e suficiente para a partida do motor.

Como se pôde verificar, a utilização da mini-galeria (7) rígida, dotada de insertos injetores (8) apresenta uma excelente relação de dispersão de combustível sobre o coletor, sendo de fácil construção devido ao uso de materiais facilmente modeláveis, tais como plásticos industriais, e permitindo sua fácil adaptação a praticamente qualquer motor existente.

Claims (5)

1.

Mini galeria em sistema de injeção de combustível, compreendida por Nela é apresentado o sistema de alimentação de gasolina para partida a frio do motor o qual é constituído por reservatório (102), a bomba de fornecimento de

combustível (105), conduto (107) de alimentação do combustível ao injetor de dosagem, um injetor para dosagem de combustível (3), uma mini galeria (7) necessária a distribuição do combustível dosado pelo injetor para os insertos injetores, inserto injetor (8) e o coletor de admissão do MCI (1), caracterizada pelo fato de ser compreendida por suporte metálico (1), com conectores de entrada (2) e saída (4) diametralmente opostos;

tubo flexível (5), o conector de engate rápido (6) que liga o injetor (3) a mini galeria rígida (7) com diâmetro interno variável, dita mini galeria (7) constituída por um tubo de entrada (71), anel elástico (72) e possuindo insertos injetores de combustível (8) dotados de anéis elástico (9) e dotada de tampas de fechamento da mini galeria (11), dita mini galeria (7) dotada de abas de fixação (10) ditas abas de fixação (10) e saídas de combustível (78)

formam um bloco único com o corpo da mini galeria (7); dito inserto injetor (8) dotado de trava de fixação (81), e anel elástico de vedação (82) e ressalto (83) de montagem, possuindo em sua parte superior região (84) para montagem dos anéis elásticos, ditõ inserto injetor possuindo um ângulo α de distribuição de combustível e dita mini galeria (7) possuindo diâmetros 01 do furo do inserto injetor de 3 a 5 vezes menor que o 02 do canal de alimentação do inserto injetor e este por sua vez de 1,5 a 3 vezes menor que o e saída 03 da mini galeria (7).