BRPI1005341A2

BRPI1005341A2 - galeria de combustÍvel de material plÁstico com sistema de aquecimento

Info

Publication number: BRPI1005341A2
Application number: BRPI1005341-7A
Authority: BR
Inventors: Tulio Italico Moreira Coletto; Fernando Lepsch; Alvaro Augusto Vasconcelos
Original assignee: Bosch Do Brasil
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2013-03-26
Also published as: EP2646675A1; WO2012071637A1; BRPI1005341B1; US20140109881A1; US9303606B2; JP2013544333A; CN103492700A; EP2646675B1; JP5950927B2; CN103492700B

Abstract

GALERIA DE COMBUSTÍVEL DE MATERIAL PLÁSTICO COM SISTEMA DE AQUECIMENTO. A presente invenção refere-se a uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento (10,100). A dita galeria é aplicada, principalmente, em forma de dispositivos de auxílio de partida a frio em motores que consomem combustíveis cujo calor específico de vaporização é alto, por exemplo, álcool. A galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento apresenta custo e peso reduzidos e as mesmas características funcionais se comparadas com as galerias de combustível conhecidas pelo estado da técnica, que são usualmente feitas de metal. Além disso, a dita galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento apresenta compartimentos internos configurados de tal maneira que as gavetas contendo machos (51, 52, 53) do molde de injeção podem ser retiradas facilmente, pois não há formação de faces negativas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "GALERIA DE COMBUSTÍVEL DE MATERIAL PLÁSTICO COM SISTEMA DE AQUECI- MENTO".

A presente invenção refere-se a um conjunto que constitui uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento. A dita galeria é empregada em dispositivos de auxílio de partida a frio em mo- tores de combustão interna que consomem combustíveis com calor específi- co de vaporização elevado, por exemplo, álcool. Descrição do estado da técnica Nos últimos anos ocorreu uma grande popularização de veículos

que utilizam bicombustíveis, por exemplo, gasolina e álcool. Estes veículos, quando operam com álcool como combustível, necessitam para sua partida em climas frios, usualmente de um tanque de combustível adicional dedica- do para uma injeção inicial de gasolina. Isso se dá pelo fato do álcool apre- sentar um alto calor específico de vaporização quando comparado com a gasolina. Com base nessa limitação físico-química do álcool e com o intuito de eliminar o tanque de gasolina adicional, os fabricantes de veículos de- senvolveram dispositivos de partida a frio do álcool que auxiliam o processo de combustão através do preaquecimento do combustível. Um dispositivo de partida a frio é geralmente fixado em uma re-

gião superior do bloco do motor e é constituído em regra por uma galeria de combustível que possui válvulas de injeção, elementos para o aquecimento do combustível, dutos para a passagem de combustível e seus respectivos acoplamentos. Os ditos dutos da galeria, já conhecidos pelo estado da téc- nica, são constituídos de aço, especialmente de aço inoxidável. Isto se deve ao fato do álcool ser altamente corrosivo. O fato dos dutos serem de metal eleva os custos de fabricação do conjunto, além de contribuir para o aumen- to de peso do veículo. Uma galeria de combustível com aquecimento do es- tado da técnica pode ser verificada, por exemplo, a partir do documento WO 2006/130938.

Devido ao problema de custo e peso citado acima, surgiu a ne- cessidade do desenvolvimento de materiais alternativos para a confecção de dutos para a dita galeria com sistema de aquecimento. Uma das alternativas é o emprego de material plástico no lugar de metal, tendo em vista a redu- ção significativa do custo e do peso total do dispositivo associado a tal mu- dança.

Esta mudança apresenta, contudo, algumas dificuldades de im-

plementação. A primeira delas está relacionada ao emprego de elementos de aquecimento que atingem em regra temperaturas que podem danificar o material plástico. Já uma segunda dificuldade está ligada à confecção da ga- leria como peça única de material plástico com um molde que permita man- ter a sua geometria complexa resultante de suas características funcionais conhecidas pelo estado da técnica e que, ao mesmo tempo, permita um pro- cesso de injeção de plástico rápido e econômico.

No estado da técnica não existem galerias que agreguem ao mesmo tempo por um lado o baixo custo e peso reduzido de uma galeria de material plástico e por outro lado que consiga promover o adequado aque- cimento do combustível.

Cabe observar que o processo de fabricação de elementos de material plástico deve ser feito, preferencialmente, em uma única etapa de injeção. Caso contrário deverá posteriormente ser realizado um encaixe de diversos componentes, o que pode resultar em uma perda de confiabilidade da galeria. Observe-se que quanto menor a quantidade de componentes, maior será a segurança, pois as chances de vazamento de combustível se- rão menores.

A formação de uma galeria de material plástico, preferencial- mente, em uma peça única e que atenda à complexidade geométrica neces- sária para alcançar um aquecimento ideal do combustível é o objetivo da presente invenção. Nas galerias de metal do estado da técnica, o que au- menta seu custo total é a junção de seus elementos principais externos, constituídos por um tubo principal e por dois dutos secundários. Esta junção é feita, geralmente, através de um processo de soldagem, onde elementos metálicos inteiriços, de formatos variados, são unidos por um cordão de sol- da. É interessante observar que na galeria de metal do estado da técnica para que haja um fluxo correto de combustível com o devido aquecimento, é necessário que o tubo principal seja posicionado em uma parte substancial- mente inferior do conjunto. O formato da galeria aquecida do estado da téc- nica pode, assim, interferir no Iayout padrão do motor, criando eventualmen- te empecilhos para sua instalação na linha de montagem em função de difi- culdade de acesso de ferramentas. Breve descrição da invenção

A presente invenção refere-se a um conjunto que constitui uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento. A dita galeria é aplicada, principalmente, em dispositivos de auxílio de partida a frio em motores que consomem combustíveis, cujo calor específico de va- porização é alto, por exemplo, álcool. A galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento apresenta custo reduzido e as mes- mas características funcionais se comparadas com as galerias de combustí- vel de metal com sistema de aquecimento conhecidas pelo estado da técni- ca. Além disso, a dita galeria de combustível de material plástico com siste- ma de aquecimento apresenta uma disposição espacial de seus elementos aprimorada, onde o seu formato externo e os compartimentos internos são configurados de tal maneira, que machos empregados no processo de inje- ção de plástico possam facilmente ser retirados em função da ausência de faces negativas.

Descrição resumida dos desenhos

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descri- ta com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

figura 1 - é uma vista em corte de uma galeria de combustível fabricada de metal conhecida pelo estado da técnica;

figura 2 - é uma vista em perspectiva da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento da presente invenção; figura 3 - é uma vista lateral esquerda da galeria de combustível

de material plástico com sistema de aquecimento da presente invenção;

figura 4 - é uma vista em corte da galeria de combustível de ma- terial plástico com sistema de aquecimento da presente invenção;

figura 5 - é uma figura esquemática em corte da galeria de com- bustível de material plástico com sistema de aquecimento da presente in- venção, mostrando a direção de retirada das gavetas contendo os machos no processo de injeção de plástico;

figura 6 - é uma vista da galeria de combustível de material plás- tico com sistema de aquecimento com ênfase no duto secundário superior;

figura 7 - é uma vista de uma modalidade opcional da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento com ênfase no duto secundário superior.

Descrição detalhada das figuras

Uma galeria de combustível 1 de metal conhecida pelo estado da técnica é mostrada na figura 1 com o intuito de ilustrar as principais dife- renças entre a dita galeria e a galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10 da presente invenção mostrada na figura 2 e especialmente na figura 4. Na galeria 1, nota-se que um tubo principal 2 se apresenta disposto em uma porção inferior de um duto secundário superior 5. Esta disposição geométrica é necessária para o funcionamento correto da dita galeria 1, resulta, porém, em um comprometimento do espaço útil do co- fre do motor. Isso se deve ao fato de que para a instalação dos componen- tes do motor, é necessária a entrada de ferramentas. Assim, estando o tubo principal 2 na posição mostrada, o manuseio das ferramentas é dificultado. Caso o tubo principal 2 estivesse em uma posição superior mais próxima da extremidade superior do duto secundário superior 5, por exemplo, para facili- tar a montagem, o processo de aquecimento do combustível seria compro- metido devido a um necessário reposicionamento do orifício 8 que conecta o tubo principal 2 com o duto secundário superior 5. O orifício 8 estando muito próximo à entrada do elemento pescador 9 prejudica a transferência de ca- lor, uma vez que o combustível não percorreria um trajeto suficientemente longo exposto ao aquecimento da lança 4. Outro problema do estado da técnica que pode ser observado na figura 1 é o fato de que na fase de prea- quecimento, onde a vazão de combustível é substancialmente baixa, o com- bustível aquecido pode realizar uma trajetória de retorno ao orifício 8, visto que sua temperatura elevada acarreta em uma densidade inferior ao com- bustível não aquecido, o que ocasionaria a permanência de combustível a- quecido em uma porção superior do duto secundário superior 5. Outro problema mostrado na figura 1 está no formato e no posicionamento do ele- mento pescador 9. Esta configuração de elemento pescador 9 usado para galerias feitas de metal leva ao surgimento de faces negativas 7, em um molde para injeção, o que inviabiliza a produção de uma galeria de combus- tível de material plástico com sistema de aquecimento 10, em função da im- possibilidade de retirada da gaveta contendo o macho.

A presente invenção, por sua vez, pode ser visualizada primei- ramente na figura 2, onde é mostrado um tubo principal 11 da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10. O tubo 11 possui a função de distribuir o combustível ao longo de seu comprimento e sustentar os suportes de fixação 14 e os dutos secundários que serão abor- dados a seguir. Nota-se que o tubo 11 possui uma série de conexões com dutos secundários superiores 13 que abrigam elementos de aquecimento 16. Os ditos elementos de aquecimento 16 são responsáveis por exercer a função de aquecimento do combustível na galeria 10. Os elementos 16, que podem ser mais bem visualizados nas figuras 3 e 4, possuem uma lança 4 que inclui uma resistência interna que dissipa energia elétrica em forma de calor. Além disso, existe uma base que serve não só para vedar o duto se- cundário superior 13, mas também para conectar a fonte de energia elétrica, sendo esta conexão feita em uma extremidade inferior do dito elemento 16 externa à galeria 10. É possível visualizar também os grampos de fixação 15 que possuem formato compatível para a sua respectiva aplicação nas fen- das 18 dispostas espaçadamente ao longo de toda a região radial das ex- tremidades inferiores dos dutos secundários superiores 13. Estes grampos têm como função principal permitir a fixação dos elementos de aqueci- mento 16 nos dutos secundários superiores 13.

Os suportes de fixação 14 da galeria 10 são dispostos espaça- damente ao longo do comprimento longitudinal do tubo principal 11. Estes suportes 14 podem ser fixados através de elementos de fixação, por exem- plo, parafusos, (não mostrados na figura) aplicados em aberturas na sua ba- se, de tal maneira que a galeria 10 se encontre fixa a uma região superior do bloco do motor do veículo. O número de elementos de fixação 14 pode vari- ar de acordo com o comprimento total da galeria 10, este depende por sua vez do espaçamento e do número de dutos secundários superior e inferior 13 e 19 aplicados. Esta variação pode ocorrer também de acordo com a de- terminação de limites de vibração toleráveis para a galeria 10.

Na figura 2, pode ainda ser visto o fechamento 12 do tubo prin- cipal 11. Por este fechamento é retirado o varão do processo de injeção da galeria. O fechamento 12 é realizado em uma etapa posterior à injeção da galeria.

A figura 3 apresenta uma vista lateral esquerda da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10, na qual alguns importantes elementos que compõem à dita galeria 10 podem ser mais bem visualizados.

Esses elementos são os dutos secundários superiores 13 e os dutos secundários inferiores 19. Os ditos dutos inferiores 19 abrigam válvu- las de injeção de combustível 22 que irão receber o combustível aquecido e injetá-lo, de forma pulverizada, em uma câmara de combustão.

Os dutos secundários superiores 13 por sua vez possuem ele- mentos de aquecimento 16 que são responsáveis por exercer a função prin- cipal da galeria 10, que é a de aquecer adequadamente o combustível e fa- cilitar a partida do motor. O duto de admissão de combustível 17 é disposto de tal forma

que acompanha o ângulo de inclinação do tubo principal 11 e com isso, faci- lita o futuro encaixe da galeria 10 a outros componentes do motor.

Existe ainda um conector 23 que serve para a conexão de ener- gia elétrica para a válvula de injeção de combustível 22. A figura 4 apresenta uma vista em corte da galeria de combustí-

vel de material plástico com sistema de aquecimento 10, em que os compar- timentos internos da mesma podem ser visualizados com mais detalhe. A- lém disso, o duto secundário superior 13, o duto secundário inferior 19, um duto interno 38, o elemento de aquecimento 16 e a válvula de injeção 22 po- dem ser vistos permitindo o entendimento do funcionamento da galeria 10 e do percurso realizado pelo combustível. Este percurso se inicia no duto de admissão de combustível 17 (mostrado na figura 3), logo após, ocorre a dis- tribuição do combustível sob pressão ao longo de todo o comprimento do tubo principal 11. Este combustível flui pelo orifício 34 para o duto interno 38 e é transportado assim para o duto secundário superior 13. A desembocadu- ra do duto 38 conduz o combustível até a base do elemento de aquecimento 16. No final deste duto 38 pode opcionalmente existir uma reentrância 72 (visualizada na figura 7) que faz com que o fluxo de combustível seja dire- cionado para uma região inferior da lança 4 oposta ao duto 38. Graças a es- se direcionamento adicional, o combustível é aquecido de forma otimizada através do contato com a lança 4 até alcançar um elemento pescador 33. Ao passar pelo elemento pescador 33, o combustível flui para a válvula de inje- ção 22 que injeta o combustível pulverizado na câmara de combustão.

É importante notar que o elemento pescador 33, de acordo com a presente invenção, não apresenta faces negativas, como pode ser visuali- zado no esquema da figura 5, visto que é delimitado pelas próprias paredes internas do duto secundário superior 13. Outro detalhe a ser notado é que o ângulo que o elemento pescador 33 faz com a parede interna 37 da galeria possui como limite máximo o eixo de centro da válvula de injeção 22. Es- te limite ocorre devido à configuração dos machos, já que estes devem po- der ser retirados por onde entraram durante o processo de injeção. O duto interno 38 possui como função principal o aprimoramento

da condução do fluxo de combustível em relação ao que já é conhecido do estado da técnica, por exemplo, como mostrado na figura 1. O fluxo de com- bustível proveniente do tubo principal 11, em função do duto 38, incide dire- tamente na base da lança 4, responsável pela transmissão de calor ao com- bustível. Este duto 38, que fica disposto internamente no duto secundário superior 13, se inicia em uma parede interna 37 do duto secundário superior e se estende até um ponto próximo à base do elemento de aquecimento 16. Pode eventualmente ser usado mais de um duto interno 38 para a condução do fluido para a base da lança 4 do elemento de aquecimento 16. O formato do duto interno 38 pode ser circular ou em forma de segmento circular.

A válvula de injeção 22, que já é em si conhecida do estado da técnica e pode assumir formatos diversos, também é mostrada em detalhes na figura 4. O corpo da válvula 39 é disposto de modo concêntrico ao duto secundário inferior 19.

A figura 5 mostra de forma esquemática a direção de movimento das principais gavetas contendo machos do molde de injeção responsável pela formação da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10 durante o processo de extração da peça. Cabe lembrar que por razões econômicas a injeção da galeria 10 deve ocorrer em uma única etapa, sendo, portanto, o respectivo molde de injeção correspondentemente complexo.

A gaveta com o macho 51 do molde é responsável pela forma-

ção do duto secundário inferior 19 e a sua retirada da peça injetada ocorre em uma direção indicada pela seta 55 na figura 5. Esta seta 55 tem direção oposta no fechamento do molde com a inserção da respectiva gaveta com o macho 51 quando da preparação do molde para a injeção. É importante no- tar que o elemento pescador 33 é configurado geometricamente de uma forma que permita a retirada da gaveta com o macho 51. Isso se torna pos- sível através da concentricidade existente entre os eixos do elemento pes- cador 33 e do duto secundário inferior 19 na galeria da presente invenção.

A gaveta com o macho 53 é responsável pela formação do tubo principal 11 e é retirada em uma direção 56. A gaveta contendo o macho 52 do molde é responsável pela formação do duto secundário superior 13 e é retirada na direção 54 durante o processo para a abertura do molde e cor- respondente extração da peça injetada.

A galeria da presente invenção pode ser confeccionada em um único material, por exemplo, um termoplástico da família da poliamida, (por exemplo, PA66), com ou sem o emprego de material de reforço, como fibra de vidro, em quantidades de 15 a 40%. Pode ser também realizada com uma blenda de materiais termoplásticos ou em coinjeção com o emprego de diversos termoplásticos (por exemplo, PA, POM1 PEEK1 etc.), sempre que por razões de resistência mecânica ou térmica isso for necessário.

A figura 6 apresenta uma vista da galeria de combustível de ma- terial plástico com sistema de aquecimento 10 que mostra com detalhes o duto secundário superior 13. Em uma primeira concretização da presente invenção, a superfície 61, onde ocorre a saída do duto interno 38 ou dutos internos 38, se apresenta plana, isto é, o fluxo de combustível ao chegar ao fim do duto interno 38 irá se distribuir de uma maneira uniforme por toda a base do elemento de aquecimento 16.

A figura 7 apresenta uma vista de uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 100 que mostra com detalhes o duto secundário superior 13. Em uma segunda concretização da presente invenção, a superfície 71, onde ocorre a saída do duto interno 38, apresenta um rebaixo 72, que permite que o fluxo de combustível 75 ao chegar ao fim do duto interno 38 seja direcionado, através do dito rebaixo 72, a uma por- ção inferior da base do elemento de aquecimento 16. Isto faz com que o processo de aquecimento do combustível se torne otimizado, visto que o mesmo envolve a lança 4 do elemento de aquecimento 16, percorrendo um trajeto maior e aumentando desta forma o tempo de contato entre o combus- tível e a dita lança 4, que é responsável pela transmissão de calor. O rebaixo 72 pode também existir nos dois lados da superfície 71, ou seja, nos lados direito e esquerdo a fim de otimizar ainda mais a trajetória do fluxo de com- bustível.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, de-

ve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possí- veis variações, sendo limitados tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

1. Galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento (10; 100) para motores de combustão interna com sistema de partida a frio, compreendendo: um tubo principal (11); pelo menos um orifício (34) que conecta o tubo principal (11) a pelo menos um duto secundário superior (13); pelo menos um duto secundário superior (13) incluindo um ele- mento de aquecimento (16); o elemento de aquecimento (16) incluindo uma lança (4) para a transmissão de calor ao combustível e uma base para a vedação do dito pe- lo menos um duto secundário superior (13); pelo menos um duto secundário inferior (19) que possui um ele- mento pescador (33) que se localiza em uma região substancialmente supe- rior da parte interna do duto secundário superior (13), caracterizada pelo fato de que o tubo principal (11) está localiza- do em uma região próxima à extremidade superior do duto secundário supe- rior (13), o duto secundário superior (13) contém pelo menos um duto interno r (38), sendo que o pelo menos um duto interno (38) conduz o combustível do tubo principal (11) para a extremidade inferior do duto secundário superior (13).

2. Galeria, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que apresenta uma superfície (71) localizada em uma região de saí- da do pelo menos um duto interno (38), sendo que esta superfície (71) inclui pelo menos uma reentrância (72).

3. Galeria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de apresentar suportes de fixação (14) dispostos ao longo do com- primento longitudinal de um tubo principal (11).

4. Galeria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de possuir um duto de admissão (17) localizado em uma face supe- rior do tubo principal (11).

5. Galeria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato do pelo menos um duto secundário superior (13) possuir pelo me- nos um grampo (15) para a fixação dos elementos de aquecimento (16).

6. Galeria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de possuir um fechamento (2), disposto em uma das extremidades do tubo principal (11).

7. Galeria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que é fabricada por processo de injeção de plástico.

8. Galeria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que é fabricada em um termoplástico ou blenda de termoplásticos, com ou sem a adição de cargas e matérias de reforço.

9. Galeria, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o plástico é uma poliamida do tipo PA66.

10. Galeria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o molde empregado no processo de inje- ção é isento de superfícies negativas.