Contaminação causa danos no sistema de injeção – Parte II

Marcos Thadeu Lobo

Engenheiro Mecânico Graduado pela Universidade Estadual de Campinas ( Unicamp ). Exerce, atualmente, a função de Consultor Associado na empresa QU4TTUOR CONSULTORIA.

Sistema de injeção

1.3 – PROCESSO DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL

O desempenho dos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T é influenciado sobremaneira pelo projeto do sistema de injeção de combustível. De fato, os mais notáveis avanços obtidos em motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T foi resultado direto dos grandes avanços técnicos alcançados pelos sistemas de injeção de combustível. Ao passo que a função principal do sistema de injeção de combustível é dispensar combustível aos cilindros dos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T, a forma como o combustível é dispensado faz muita diferença no desempenho, nas emissões poluentes e nas características do ruído de operação.

Figuras 1/2 – Sistema de injeção de combustível: grandes avanços

Dessemelhante dos sistemas de injeção de combustível e ignição por centelha presentes em motores de combustão interna Ciclo Otto 4T, os sistemas de injeção de combustível nos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T dispensam combustível nos cilindros a pressões extremamente elevadas.

Figuras 3/4 – Estresse térmico e folgas dinâmicas muito pequenas

Esta particularidade demanda que os projetos e materiais dos componentes do sistema de injeção sejam selecionados de forma a resistir a maiores estresses  térmicos de forma a satisfazer os alvos de vida de serviço e desempenho dos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T. Extrema precisão de fabricação, tolerâncias dinâmicas muito apertadas são exigidos para se obter a máxima eficiência dos modernos sistemas de injeção em motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T, o que demanda o uso de controles de fabricação mais complexos, materiais mais caros e custos de fabricação mais elevados. Estas demandas respondem por, até, 30% do custo do motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T.

Figuras 5/6 – Sistema de injeção: até 30% do custo do motor Ciclo Diesel 4T

1.4 – PROCESSO DA COMBUSTÃO

Nos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T, o combustível é injetado nos cilindros ao final do tempo motor da Compressão. Durante o período conhecido como “retardo da ignição”, o spray de combustível é nebulizado em diminutas gotículas que se vaporizam e se misturam com o ar.

Figuras 7/8 – Motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T: combustível injetado é nebulizado no cilindro próximo ao término do tempo motor da Compressão

À medida que o pistão continua a mover-se em direção ao PMS ( Ponto Morto Superior ) a temperatura da mistura ar-combustível atinge o Ponto de Ignição do combustível,  o que provoca a ignição instantânea de parte do volume pré-misturado de ar e combustível. O combustível que não participou da combustão na pré-mistura ar-combustível será consumido na fase da combustão à taxa controlada, também conhecida como difusão da combustão.

Figura 9 – Ciclos do motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T

A interface entre o sistema de injeção de combustível e o processo de combustão se dá na forma de combustível nebulizado. Pode-se dizer que a extrema sofisticação do controle do sistema de injeção de combustível se deve, principalmente, à necessidade de se realizar uma nebulização adequada do combustível na câmara de combustão.

Figuras 10/11 – Nebulização de combustível pela unidade de injeção

A nebulização do combustível é realizada com o auxílio de diferencial de pressão através dos orifícios da unidade de injeção. O combustível é finamente dividido em gotículas de diferentes concentrações e dimensões no spray formado. O processo de combustão no sistema de ignição por compressão depende, em grande parte, da adequada nebulização do combustível no início da ignição, mesmo antes que o spray de combustível tenha se formado completamente.

Figuras 12/13 – O combustível é transforma em spray por diferencial de pressão na unidade de injeção, sendo composto por gotículas de diferentes dimensões

O comportamento do spray é de fundamental importância para a adequada homogeneização da mistura ar-combustível e do início da ignição. Adicionalmente, podemos mencionar que o comportamento do spray de combustível na câmara de combustão após o término da injeção é extremamente crítico na questão da formação de emissões poluentes.

Figuras 14/15 – O comportamento do spray de combustível influencia na formação de emissões poluentes