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5/19/2018 Injector Bomba.pdf

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INSTITUTO SUPERIOR DE TRANSPORTES E COMUNICAES

Departamento de Tecnologias Mecnicas

Motores e Mecnica de Veculos

TPC2

Injector Bomba

Discente: Hermenegildo Soares.

Docente: Eng. Albino Lacita

Maputo, Outubro de 2014


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ndice

1. Introduo .................................................................................................................. 1

2. Objectivos .................................................................................................................. 13. Motor a Gasleo ......................................................................................................... 2

3.1. Fases da combusto nos motores a gasleo .......................................................... 2

3.2. Sistema de injeco ............................................................................................. 3

3.3. Injector-bomba .................................................................................................... 7

3.3.1. Fases do funcionamento do injector bomba...................................................... 8

4. Concluses ............................................................................................................... 10

5. Referncias bibliogrficas......................................................................................... 11


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Injector Bomba

1Elaborado por: Hermenegildo Soares

1. Introduo

O sector automvel desde h muito que aceitou o desafio de construir veculos amigos doambiente. Nos ltimos anos, especificamente nos motores diesel, a introduo dos sistemasde injeco electrnica, dos conversores catalticos, dos sistemas multivlvulas, darecirculao de gases de escape e da injeco directa, tm contribudo substancialmente para

o aumento deste tipo de motor nos veculos de passageiros e comerciais, tornando-osincrivelmente econmicos, muito menos poluentes e ainda capazes de performancessuperiores s dos motores de gasolina. (Silva 2006)

Silva (2006) acrescenta, a injeco directa foi o primeiro passo. Em vez de se injectar ogasleo para uma cmara de pr-combusto, passou a injectar-se directamente para a cmaraprincipal. Menores consumos e melhores performances so os resultados visveis. Destemodo, conseguiram-se presses significativamente superiores s possveis com o tradicionalsistema de pr-cmara.

Como a potncia directamente proporcional presso mdia conseguida no interior doscilindros, deste modo so conseguidas maiores potncias especficas. (Garrett 1998)

O funcionamento do sistema de injeco por injector-bomba criado pela Bosh, tem por baseum injector com uma pequena bomba acoplada para cada cilindro, sendo as bombasaccionadas pelo veio de excntricos. (Martins 2006)

2. Objectivos

O presente trabalho tem como objectivo debruar-se acerca do funcionamento do sistemade injeco por injector-bomba, apresentando-se as suas caractersticas e aspectos relevantes.


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Plano de Manuteno de Frota de Camies de Carga Internacional

Elaborado por: Hermenegildo Soares 2

3. Motor a Gasleo

A caracterstica principal do motor de ciclo de Diesel, ou, motor de ignio por compressoconsiste na combusto espontnea da mistura, ou auto-inflamao. Mas, no desenvolvimentonormal da combusto destes motores, no ocorrem as variaes de presso de elevadafrequncia prprias da combusto tipo detonante (knock) do motor a gasolina. Porm o

knock pode tambm ocorrer no motor Diesel, se o atraso de inflamao for extenso. Nosmotores a gasolina a combusto detonante destrutiva aparece no final da combusto,enquanto nos motores Diesel este tipo de combusto aparece no seu incio, quando a taxa deaumento de presso muito elevada. (Martins 2006)

Durante o tempo de compresso, ar fresco comprimido, elevando a sua presso (30-55bar) e temperatura (700-900C). Nestas circunstncias injectado combustvel para a cmarade combusto, que se auto-inflama. A injeco continua durante o movimento do pisto doPMS ao PMI (tempo de expanso), de maneira a que a presso se mantenha o mais constantepossvel. (Silva 2006)

Uma outra caracterstica bastante importante deste tipo de motores a no limitao do arde admisso. Em virtude do tipo de combusto no necessitar duma mistura prxima daestequiomtrica, a variao de carga faz-se somente pela injeco de mais ou menoscombustvel por ciclo. A quantidade de ar aspirado permanece, no havendo problemas deperdas por bombagem em carga parcial, como acontece no motor de ignio comandada. Opedal do acelerador est somente ligado bomba de injeco e no borboleta (vlvulalimitadora do ar), que geralmente no existe. Como consequncia da combusto com misturapobre, o quociente real entre os dois calores especficos () superior ao do motor a gasolina,durante o processo de expanso, originando uma converso de energia superior daquelemotor, para uma dada taxa de expanso (que no motor Diesel tambm maior). (Martins2006)

3.1.Fases da combusto nos motores a gasleo

A combusto nos motores de ignio por compresso desenrola-se durante vrias fases, mercdo seu tipo de preparao de mistura e inflamao. Pode-se dividir em quatro fases, a primeirareferente ao incio da combusto, denominada atraso da inflamao, seguida por dois tipos decombusto, a explosiva e a progressiva. Aps o trmino da injeco existe ainda combusto dasltimas pores de combustvel, no que se denomina combusto por difuso. (Martins 2006)

Figura 1. Combusto no motor a Gasleo. Fonte: (Martins 2006)


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Atraso da combusto: quando o combustvel injectado, necessrio aguardar que ele seevapore, misture como ar envolvente e reaja. Todo este processo leva um certo tempo adecorrer e por esta razo se denomina atraso. Somente depois deste lapso de tempo que seiniciar a verdadeira combusto da mistura. (Martins 2006)

Combusto explosiva (cintica): a combusto inicia-se no ponto 2 da Fig. 1, e expande-se

rapidamente a toda a cmara. A presso e temperatura sobem muito rapidamente,proporcionando a dureza da combusto deste tipo de motores. (Martins 2006)

Combusto progressiva (difusiva): a combusto continua a partir da exploso inicial, medida que o combustvel injectado no seio do ar muito quente, pelo que o atraso decombusto muito pequeno. O controlo nesta fase difusivo. necessrio que ocombustvel se espalhe por toda a cmara, ou que o ar (altamente turbulento) passe pelo decombustvel a ser injectado. (Martins 2006)

Combusto por difuso: este tipo de combusto aparece aps a interrupo da injeco, e fundamental para a emisso de partculas. uma fase relativamente longa e a temperaturados gases no baixa muito, sendo queimadas as ltimas pores de combustvel e os

resduos slidos da combusto anterior. Para que decorra idealmente, necessrio haver nacmara regies de elevada temperatura e alguma turbulncia, para que o ar ainda no usadopossa chegar aonde necessrio (Martins 2006). Segundo o mesmo autor, os novossistemas de injeco electrnica fornecem as ps injeces, de modo a que as partcul asque tenham escapado na combusto sem serem queimadas, sejam queimadas nesta fase.

3.2.Sistema de injeco

Para Silva (2006), o sistema de injeco o principal responsvel pelo bom ou maudesempenho do motor Diesel. Tem como principal papel a formao de mistura ar-combustvel, omais homogeneamente possvel e fornecer a quantidade requerida para uma certa carga.

O injector forma um spray de determinadas caractersticas, entre as quais importante referira atomizao, a penetrao, a distncia a que se d o rompimento das gotas e o ngulo do spray.

O angulo de spray , segundo Silva (2006) calculado pela equao apresentada na imagemabaixo:

Figura 2. Equao para o clculo do ngulo de spray. Fonte: (Silva 2006)


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Para Martins (2006), os sistemas de injeco podem-se dividir em injeco directa einjeco indirecta ou de cmara auxiliar.

Injeco directa: estes sistemas utilizam maiores presses de alimentao e injectoresde vrios orifcios. Apesar de haver turbulncia nas cmaras de injeco directa, amistura formada com as boas caractersticas do spray, ou seja com a optimizao da

penetrao das gotas (mostrado na Fig. 3). Este tipo de motores trabalha com elevadoexcesso de ar, por este motivo estes motores so geralmente sobrealimentados a elevadapresso.

Figura 3. Injeco Directa "O combustvel procura o ar". Fonte: (Martins 2006)

Injeco indirecta: estes sistemas utilizam menores presses de alimentao einjectores de orifcio nico com agulha. Produzem um spray mais grosseiro (de maiordimetro mdio), pois a mistura principalmente realizada pela turbulncia do ar nacmara auxiliar (Fig. 4).

Figura 4. Injeco Indirecta "O ar procura o combustvel". Fonte: (Martins 2006)

Segundo o mesmo autor, cada sistema de injeco apresenta a sua soluo para amistura ar-combustvel: O combustvel procura o ar (Fig. 3): o injector fornece o combustvel em vrias

direces, a elevada presso, com boa atomizao e penetrao ideal relativa cmara. O arpode permanecer sossegado ou ter uma certa turbulncia, mas o combustvel que deverser lanado de maneira a cobrir a maior parte do volume da cmara . Tem um bomrendimento trmico e bons consumos, mas a combusto mais dura e o sistema de injecotem de estar sempre optimamente afinado.


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O ar procura o combustvel (Fig. 4): sistema de injeco menos sofisticado, injectando amenor presso, sem haver muito problema comparativamente atomizao e penetrao dospray. Utilizam-se cmaras de turbulncia, nas quais o ar fortemente acelerado numturbilho, para o qual o combustvel injectado progressivamente. A taxa de aumento depresso relativamente baixa (o que proporciona um funcionamento suave), o sistema deinjeco menos sofisticado e mais barato que o anterior, mas o consumo e o rendimento

so mais baixos, sendo a produo de poluentes muito superior. Permite grandesvelocidades ao motor.

Segundo Lavandeira (2010), actualmente existem trs maneiras de injectar o combustvel selevadas presses necessrias para promover uma combusto relativamente limpa e suave, queso: bomba de injeco, common rail e injector bomba.

O presente apenas focar-se- no injector bomba, portanto, quanto as restantes duas maneiras deinjeco sero apresentadas apenas as caractersticas bsicas.

Bomba injectora: (em linha ou rotativa) constituda por vrios conjuntos camisa-pisto (deigual nmero ao dos cilindros do motor), ligada por meio de tubos metlicos. Este sistema

o convencional, e tem sido usado h quase um sculo com as bombas em linha que maistarde foram substitudas pelas bombas rotativas. um sistema barato, e fcil deimplementar, com liberdade total de colocao da bomba e dos injectores.

Figura 5. Esquema da bomba de injeco em linha. Fonte: (TEAM21 2005)

O movimento de vaivm do mbolo originado a partir de uma rvore de cames (Fig. 5)que roda dentro da bomba injectora e actua cada mbolo impulsionando um rolete a eleligado. A bomba de injeco tem ainda controlo de incio da injeco, que aumentado como aumento da velocidade e com baixas temperaturas do motor. A bomba de injeco roda ametade da velocidade do motor, pois trata-se de um ciclo de 4 tempos, com uma injeco emcada cilindro em cada 2 voltas da cambota. (Martins 2006)

A bomba de injeco fornece o combustvel para o motor, enquanto o regulador comanda ascompensaes de injeco (Fig. 6). A bomba injectora um sistema completamente mecnico(Fig. 5), o que varia o elemento regulador, que pode ser mecnico ou electrnico. (Silva 2006)


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Figura 6. Bomba de injeco. Fonte: (Martins 2006)

Common rail: um sistema composto por uma bomba que eleva a presso docombustvel que fornecido a todos os injectores por uma tubagem comum (da adenominao). Assim a presso contnua e independente da velocidade do motor.

Cada injector tem um sofisticado controlo de abertura (Fig. 8) que lhe permite actuar umaelevada quantidade de impulsos por ciclo. Uma injeo pode ter curta durao de dcimas demilissegundo (0.0001 s). (Martins 2006)

Figura 7. Comando do injector Common-rail. Fonte: (Martins 2006)

Os sistemas common rail de injeco diesel, dos maiores fabricantes mundiais, instaladosnas viaturas disponveis no mercado automvel (por ordem crescente do nmero de unidadesmontadas), segundo Silva (2006) so:

BOSCH; DELPHI (antiga designao CAV / LUCAS); DENSO (ligado ao construtor TOYOTA); SIEMENS.


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Figura8. Sistema geral common rail. Fonte: (Silva 2006)

3.3.Injector-bomba

Este sistema foi desenvolvido para aumentar as presses de injeco muito acima dos 1500bar em motores de injeco directa. O sistema obriga instalao de cada injector-bomba de

modo a ser actuada pela rvore de cames, ou ao uso de balancins e hastes entre estes elementos,pois ter de haver uma injector-bomba por cada cilindro e cada ter de ser actuada por um came.Este sistema proporciona as mais elevadas presses (> 2000 bar) pois o injector e a bomba estono mesmo corpo. Foi neste sistema que se iniciou o controlo electrnico da injeco, tendo sidopossvel melhorar o arranque a frio e reduzir drasticamente emisso de fumos. As elevadaspresses que estes sistemas proporcionam melhoram a preparao da mistura, reduzindodrasticamente a produo de partculas. (Silva 2006)

Figura 97. Esquema de um sistema injector-bomba. Fonte: (http://jcwinnie.biz/wordpress/imageSnag/pom1.jpg)


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3.3.1. Fases do funcionamento do injector bomba

a. Fase de abastecimento

Durante a ascenso do pisto da bomba, a ECU no acciona a vlvula solenoide (6), na Fig.9. Consequentemente, a vlvula estar aberta, permitindo a entrada de combustvel no

cilindro da bomba (16). A rvore de cames permite e a mola encarrega-se de fazer retornar opisto.

Figura 80. Injector-Bomba de alta presso na fase de abastecimento. Fonte: (Silva 2006)

b. Fase de transbordo

A rvore de cames acciona o balancim, que impulsiona o pisto da bomba para baixo. Ocombustvel retorna para a linha de baixa presso enquanto o solenide no fechar a vlvula(em regime de carga nula, o solenide nunca chega a actuar, no havendo injeco decombustvel). (Silva 2006)

Figura 91. Injector-Bomba de alta presso na fase de transbordo. Fonte: (Silva 2006)

c. Fase ou momento de injeco

O pisto contnua pressionado pela rvore de cames e o solenide alimentado com 9 voltsatravs da ECU do motor, fazendo com que a vlvula seja fechada, a presso dentro do cilindroda bomba aumente gradualmente e a agulha do injector vena a fora da mola, originando apulverizao do combustvel dentro da cmara de combusto.


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Figura 12. Injector-Bomba de alta presso no momento da injeco. Fonte: (Silva 2006)

d. Fim da injeco

O fim da injeco ocorre quando a ECU retirar a alimentao elctrica no solenide. A falta decorrente vai provocar a abertura da vlvula pela aco da sua mola de retorno. Como resultado, ocombustvel retorna para o tanque atravs dos tubos (Fig. 15). O pisto, entretanto, continua a

descer at completar o seu curso, mas a quantidade de Diesel injectado depende do tempo que osolenide permanece alimentado electricamente pela ECU do motor.

Figura 103. Injector-Bomba de alta presso no fim da injeco de combustvel. Fonte (Silva 2006)

Figura 114. Retorno de combustvel no fim da injeco de combustvel. Fonte: (Lavandeira 2010)


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4. Concluses

A bomba injetora um dos componentes mais importantes do sistema de alimentao dosveculos diesel. Ela responsvel por injetar o combustvel no motor para que ocorra acombusto.

Com o controlo electrnico de injeco, possvel melhorar o arranque a frio e reduzirdrasticamente emisso de fumos. As elevadas presses que estes sistemas proporcionammelhoram a preparao da mistura, reduzindo drasticamente a produo de partculas, que deoutra maneira iriam poluir o ambiente.

O aumento da presso de injeco do combustvel provoca o aumento da performance(potncia e binrio) do motor.

O sistema de bomba injectora tem sido abandonado por ser mais difcil a obteno doaumento da presso de injeco do gasleo. O sistema injector-bomba, por ter uma reaomais rpida na fase inicial da acelerao do motor, toma vantagem em relao a bombainjectora. Mas em relao ao sistema commom rail perde, pois, common rail tem sido muitoapreciado pela suave e fulgurante entrega de potncia do motor (sem sobressaltos)proporcionando um elevado nvel de conforto dinmico e facilidade de conduo.


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5. Referncias bibliogrficas

s.d. http://jcwinnie.biz/wordpress/imageSnag/pom1.jpg (acedido em 01 de Outubro de2014).

Garrett, T.K. Automotive Fuels And Fuel Systems: Diesel. Vol. II. London: PentechPress, 1998.

Lavandeira, Filipe. Optimizao da Gesto Electrnica de um Motor a Gasleo parao Biodiesel. Dissertao de Mestrado, Departamento de Engenharia Mecnica,

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, 2010.

Martins, Jorge.Motores de Combusto Interna. 2 . Publindstria., 2006.

Silva, Edson.Injeco Electrnica de Motores Diesel. LIDEL, 2006.

TEAM21. Tcnico em Diagnstico Toyota: Motor Diesel. Toyota, 2005.

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