WO2022226612A1

WO2022226612A1 - Dispositivo para aquecimento de combustível e conjunto para injeção de combustível

Info

Publication number: WO2022226612A1
Application number: PCT/BR2022/050136
Authority: WO
Inventors: Fernando Lepsch; Tulio Italico Moreira Coletto; Renato DE BRITO DUENHAS; Erika KAJINO LOSANO; Raul PIMENTEL MAIA; Rohit LENGADE; Victor CERQUEIRA FERNANDES
Original assignee: Robert Bosch Limitada
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2022-11-03
Also published as: DE112022002361T5; BR102021008389A2

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo para aquecimento de combustível e um conjunto para injeção de combustível aquecido dotado do referido dispositivo aplicável a um sistema de distribuição de combustível utilizado em motores empregados em veículos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL E CONJUNTO PARA INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL".

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para aque cimento e um conjunto para injeção de combustível aquecido dotado do referido dispositivo aplicável a um sistema de distribuição de com bustível utilizado preferencialmente em motores empregados em veí culos.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Nos últimos anos, problemas com a quantidades de poluen tes emitidos (HC, CO, CO2 e particulados, entre outros) principalmente pelos motores dos carros, tem sido um grande problema para as gran des cidades. Dessa forma, novas tecnologias têm sido desenvolvidas para auxiliar na redução de poluentes emitidos pelos motores de com bustão 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 0 impacto ambi ental das emissões de carbono do combustível durante todo 0 seu ci clo 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 0 diferencia de outros mercados globais e justifica uma abordagem única para a redução de emissões de aldeí dos, por exemplo.

[005] 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 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 represen ta 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 pon to 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 combus tão tenha 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).

[009] Motores a gasolina costumam usar razões de compressão menores (normalmente entre 8:1 e 12:1), enquanto os motores movi dos 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 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 empregam o ciclo Otto (motores tradicionalmente utilizados nos automóveis), tanto os que uti lizam Port Fuel Injection ( PFI ) como os que funcionam com injeção di reta (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 Gasoli- ne Particulate Filter) tem sido recomendada para atender às novas le gislações 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 de pendem, 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 com bustão previamente aquecido.

[0015] O aquecimento do combustível é realizado por meio de aquecedores posicionados o mais próximo possível de cada injetor de combustível (forma mais eficiente), podendo estar integrado a ele ou montado de forma imediatamente anterior ao injetor, de modo a entre gar ao dito injetor o combustível que escoa pela galeria devidamente aquecido.

[0016] A galeria consiste basicamente em um duto com a finalida de de permitir o escoamento e distribuição do combustível para cada cilindro, de modo que os injetores estejam associados à galeria. As formas construtivas das galerias variam de acordo com o espaço dis ponível sob o capô do veículo, fazendo com que os injetores e os aquecedores possam ser montados diretamente no duto principal da galeria, ou em ramificações específicas para que o combustível seja entregue ao cilindro.

[0017] Nas concretizações de galerias que apresentam ramifica ções, normalmente o aquecedor possui uma câmara de aquecimento (local onde o combustível é aquecido até a temperatura desejada) que se comunica com o injetor de combustível.

[0018] Já nas concretizações que demandam uma montagem do conjunto aquecedor e injetor montados diretamente no duto principal da galeria, os conjuntos (em número de 3, 4, 6 ou mais, dependendo do número de cilindros do motor) são montados de forma que pelo menos dois conjuntos fiquem posicionados em série.

[0019] Nesse sentido, o documento de patente US7942136 apre senta soluções para distribuir e injetar combustível aquecido em moto res onde o espaço disponível é substancialmente grande, não sendo aplicável ou até inviável a sua montagem e instalação em motores al tamente compactos e sem muita disponibilidade de espaço.

[0020] Tendo como ponto de partida o documento de patente em questão, motores altamente compactos e sem muita disponibilidade de espaço demandariam o desenvolvimento de novas galerias, novos in jetores e aquecedores, encarecendo ainda mais o custo de desenvol vimento e fabricação do veículo, uma vez que são necessários novos itens, ferramentas, ensaios e testes de desempenho, entre outros fato res.

[0021] Dessa forma, a presente invenção se propõe a solucionar o problema do estado da técnica de uma forma muito mais eficiente, vi abilizando o uso de aquecedores e injetores já existentes e consagra dos no mercado automotivo, visando um aquecimento eficiente, balan ceado e, consequentemente, uma melhor atomização do combustível, sem acrescer custos exorbitantes às montadoras.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0022] A presente invenção tem como objetivo prover um dispositi vo para aquecimento e um conjunto para injeção de combustível aquecido dotado do referido dispositivo aplicável a um sistema de dis tribuição de combustível que possibilita o uso de aquecedores e injeto res já existentes e consagrados no mercado automotivo, tornando o desenvolvimento e fabricação dos ditos dispositivos e conjuntos mais simples e mais baratos em motores sem disponibilidade de espaço adicional sob o capô, garantindo o uso da tecnologia de aquecimento de combustível como forma de melhorar a atomização do combustível e reduzir a emissão de poluentes.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0023] Visando solucionar o problema técnico apresentado e supe rar os inconvenientes do estado da técnica, a presente invenção tem como objetivo prover um dispositivo para aquecimento de combustível dotado de

• pelo menos um elemento aquecedor;

• pelo menos uma base dotada de uma parede frontal, sendo a dita base associada ao elemento aquecedor;

• pelo menos uma parede lateral externa;

• pelo menos um conector elétrico; de modo que a base compreende pelo menos um canal dotado de pe- lo menos uma entrada de combustível e pelo menos uma de saída de combustível.

[0024] Também é objeto da presente invenção prover um conjunto para injeção de combustível dotado de

• pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível conforme previamente descrito;

• pelo menos um dispositivo injetor;

• pelo menos um elemento adaptador; sendo o elemento adaptador dotado de uma abertura de entrada de combustível que coopera com pelo menos uma entrada de combustí vel do dispositivo aquecedor.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Figura 1 - Concretização do sistema para injeção de combustível do tado da presente invenção.

Figura 2 - Detalhamento do sistema para injeção de combustível do tado da presente invenção.

Figura 3 - Esquema de uma concretização do dispositivo para aque cimento de combustível descrito pela presente invenção.

Figura 4 - Detalhamento do dispositivo para aquecimento de combus tível descrito pela presente invenção.

Figura 5 - Detalhamento do elemento adaptador.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0025] 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 homogénea, o que acarretará na diminuição da quanti dade de combustível injetada e diminuindo, assim, a quantidade de gases e particulados emitidos.

[0026] O funcionamento do sistema de aquecimento se dá desde a partida do motor. O 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 combus tível.

[0027] 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 calcula do 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.

[0028] Para que os objetivos sejam alcançados, a presente inven ção revela um dispositivo para aquecimento de combustível 1 dotado de

• pelo menos um elemento aquecedor 11 ;

• pelo menos uma base 12 dotada de uma parede frontal 121 , sendo a dita base associada ao elemento aquecedor 11 ;

• pelo menos uma parede lateral externa 13;

• pelo menos conector elétrico 14; de modo que a base 12 compreende pelo menos um canal 15 dotado de pelo menos uma entrada de combustível 151 e pelo menos uma de saída de combustível 152.

[0029] Entende-se por elemento aquecedor 11 um aquecedor em si para aquecimento de combustível, podendo ser do tipo glow plug, do tipo resistência elétrica espiral ou qualquer outro tipo de elemento aquecedor convencional, também sendo admitido perfeitamente o uso de qualquer elemento aquecedor que produza o efeito de aquecer o combustível que flui por ali.

[0030] Preferencialmente, mas não obrigatoriamente, a presente invenção contempla um dispositivo para aquecimento de combustível onde o canal 15 está associado à parede lateral externa 13. No entan to, a invenção pode contemplar configurações onde o canal 15 está posicionado na região interna da base 12.

[0031] Em uma concretização, a presente invenção descreve um dispositivo para aquecimento de combustível onde o canal 15 se proje ta a partir da parede frontal 121 da base 12 no sentido do conector elé trico 14.

[0032] Em uma concretização, a presente invenção descreve um dispositivo para aquecimento de combustível onde a entrada de com bustível 151 do canal 15 está associada à parede lateral 13 e da saída de combustível 152 do canal estar associado à parede frontal 121 da base 12.

[0033] A presente invenção também descreve um conjunto para injeção de combustível dotado de

• pelo menos um dispositivo para aquecimento de combus tível 1 conforme todas as concretizações preferenciais e alternativas acima descritas;

• pelo menos um dispositivo injetor 2;

• pelo menos um elemento adaptador 3; de modo que o elemento adaptador 3 é dotado de pelo menos uma abertura de entrada de combustível 31 que coopera com pelo menos uma entrada de combustível 151 de pelo menos um canal 15 do dis positivo para aquecimento 1.

[0034] Entende-se por elemento injetor um injetor de combustível, preferencialmente de modelos convencionais já consagrados no mer cado. [0035] Em uma concretização, a presente invenção descreve um conjunto para injeção de combustível, onde o elemento adaptador 3 é dotado de pelo menos uma porção interna de adaptador 32 delimitada lateralmente por uma parede de adaptador 33 dotada de uma face ex- terna de parede de adaptador 331 e uma face interna de parede de adaptador 332, de modo que a abertura de entrada de combustível 31 se projeta a partir da face externa de parede de adaptador 331 até a face interna de parede de adaptador 332 e de modo que a abertura de entrada de combustível 31 coopera com a porção interna de adaptador 32.

[0036] Como pode ser visto no conjunto de figuras que represen tam a presente invenção, o elemento adaptador 3 está associado à galeria de distribuição de combustível 4, beneficiando também uma montagem mais compacta. Sendo assim, de modo adicional, a abertu- ra de entrada de combustível 31 do elemento adaptador 3 coopera com a saída de combustível da galeria 4.

[0037] Em mais uma concretização, a presente invenção descreve um conjunto para injeção de combustível, onde a porção interna de adaptador 32 do elemento adaptador 3 compreende · pelo menos uma primeira porção interna de adaptador

321 delimitada lateralmente por uma primeira porção de parede interna de adaptador 332 e delimitada longitudinalmente por uma primeira pa rede de assentamento 341 que coopera com o dispositivo para aque cimento 1; · pelo menos uma segunda porção interna de adaptador

322 delimitada lateralmente por uma segunda porção de parede inter na de adaptador 333 e delimitada longitudinalmente por uma segunda parede de assentamento 342 que coopera com o dispositivo injetor 2, de modo que a segunda porção interna de adaptador 322 coopera com a primeira porção interna de adaptador 321. [0038] O elemento adaptador 3 está associado ao dispositivo para aquecimento de combustível 1 e ao injetor 2 e por meio de elementos de travamento como grampos de fixação 51, clips 52 ou quaisquer ou tros elementos e formas de fixação e travamento. [0039] Conforme o acima descrito, é possível afirmar que o objeti vo da presente invenção de prover um dispositivo para aquecimento e um conjunto para injeção de combustível aquecido dotado do referido dispositivo aplicável a um sistema de distribuição de combustível que possibilita o uso de aquecedores e injetores já existentes e consagra- dos no mercado automotivo é alcançado, de modo a tornar o desen volvimento e fabricação dos ditos dispositivos e conjuntos mais sim ples e mais baratos em motores sem disponibilidade de espaço adici onal sob o capô, garantindo o uso da tecnologia de aquecimento de combustível como forma de melhorar a atomização do combustível e reduzir a emissão de gases poluentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para aquecimento de combustível (1) dotado de

• pelo menos um elemento aquecedor (11);

• pelo menos uma base (12) dotada de uma parede frontal (121), sendo a dita base associada ao elemento aquecedor (11);

• pelo menos uma parede lateral externa (13);

• pelo menos conector elétrico (14); caracterizado pelo fato da base (12) compreender pelo me nos um canal (15) dotado de pelo menos uma entrada de combustível (151) e pelo menos uma de saída de combustível (152).

2. Dispositivo para aquecimento de combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do canal (15) estar as sociado à parede lateral externa (13).

3. Dispositivo para aquecimento de combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do canal (15) se projetar a partir da parede frontal (121) da base (12) no sentido do conector elétrico (14).

4. Dispositivo para aquecimento de combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da entrada de combus tível (151) do canal (15) estar associada à parede lateral (13) e da saí da de combustível (152) do canal estar associado à parede frontal (121) da base (12).

5. Conjunto para injeção de combustível dotado de

• pelo menos um dispositivo para aquecimento de combus tível (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3;

• pelo menos um dispositivo injetor (2);

• pelo menos um elemento adaptador (3); caracterizado pelo fato do elemento adaptador (3) ser dota do de pelo menos uma abertura de entrada de combustível (31) que coopera com pelo menos uma entrada de combustível (151) de pelo menos um canal (15) do dispositivo para aquecimento de combustível (1)·

6. Conjunto para injeção de combustível, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do elemento adaptador (3) ser dotado de pelo menos uma porção interna de adaptador (32) delimita da lateralmente por uma parede de adaptador (33) dotada de uma face externa de parede de adaptador (331) e uma face interna de parede de adaptador (332), de modo que a abertura de entrada de combustí- vel (31) se projeta a partir da face externa de parede de adaptador (331) até a face interna de parede de adaptador (332) e de modo que a abertura de entrada de combustível (31) coopera com a porção in terna de adaptador (32).

7. Conjunto para injeção de combustível, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato da porção interna de adaptador

(32) do elemento adaptador (3) compreender

• pelo menos uma primeira porção interna de adaptador

(321) delimitada lateralmente por uma primeira porção de parede in terna de adaptador (332) e delimitada longitudinalmente por uma pri- meira parede de assentamento (341) que coopera com o dispositivo para aquecimento de combustível (1);

• pelo menos uma segunda porção interna de adaptador

(322) delimitada lateralmente por uma segunda porção de parede in terna de adaptador (333) e delimitada longitudinalmente por uma se- gunda parede de assentamento (342) que coopera com o dispositivo injetor (2), de modo que a segunda porção interna de adaptador (322) coopera com a primeira porção interna de adaptador (321).