Contaminação causa danos no sistema de injeção – Parte I

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

1.1– INTRODUÇÃO

O sistema de combustível é o mais sofisticado, mais caro e mais crítico de todos os sistemas dos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T. O desempenho dos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T, a economia de combustível e a sua durabilidade dependem, fundamentalmente, do sistema de combustível.

Figuras 1 e 2 – Sistema de combustível:  custo de reparação elevado.

Utilizar combustível de alta qualidade (Óleo  Diesel Rodoviário B S500/B S10; OC A1; Óleo Diesel Marítimo DMA/DMB; OCM 120/180/380) com o Nível Geral de Limpeza adequado e filtros de combustível de elevada eficiência (Razão Beta  e Dimensão Média de Poros corretamente dimensionadas) permitirão que os componentes do sistema de combustível operem adequadamente até que o motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T alcance o final de sua vida de serviço.

Falhas em sistemas de combustível, na maioria das vezes, se devem a desgaste acelerado por abrasão ou travamento de unidades de injeção e pode ter como efeito colateral danos aos componentes do trem de válvulas. Podemos mencionar sobre esta situação:

1. Encurtamento da vida útil dos injetores devido ao excesso de material particulado sólido abrasivo presente no combustível;
2. Material particulado sólido abrasivo de dimensões microscópicas causa danos às superfícies metálicas das unidades de injeção, resulta em vazamentos nas áreas de alta pressão do sistema de combustível e perda de potência nos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T;
3. Material particulado sólido abrasivo está presente na maioria dos combustíveis utilizados em motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T. Ocorre, porém, que, em algumas situações, a quantidade de material particulado sólido abrasivo é muito elevada e extremamente crítica.

Figuras 3/4 – Modernas unidades de injeção demandam combustível com excelente Nível Geral de Limpeza:  folgas dinâmicas muito pequenas.

A intenção do presente informativo técnico é fornecer informações sobre como operam os sistemas de combustível, os danos causados pela contaminação do combustível por água, material particulado sólido abrasivo e o que se pode fazer para evitar tais danos.

1.2 – COMPOSIÇÃO BÁSICA DE UM SISTEMA DE COMBUSTÍVEL

Um sistema de combustível utilizado em motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T é composto basicamente por:

a) Bomba de transferência de combustível acionada pela árvore de manivelas do próprio motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T;

b) Sistema primário de filtração de combustível ( ex. 10 mícron );

c) Sistema secundário de filtração do combustível ( ex. 2 mícron – 4 mícron );

d) Unidades de injeção de combustível;

e) Válvula reguladora da pressão do combustível;

f) Mangueiras flexíveis;

g) Bomba manual para escorva de combustível (purga ou “sangria” de ar presente no sistema de combustível).

Figura 5 – Esquema de sistema de combustível em motor Ciclo Diesel.

A bomba de transferência de combustível acionada pela árvore de manivelas dispensa combustível para as unidades de injeção através do sistema secundário de filtração do combustível. Esta bomba é equipada com válvula de segurança de forma que o fluxo de combustível sofra variações conforme a rotação de serviço (rpm) e dados técnicos de projeto. As unidades de injeção, acionadas por meios mecânicos ou hidráulicos, combinam as funções de bombeamento, medição e injeção em uma única peça.

As unidades de injeção são localizadas próximas ao centro da câmara de combustão no cabeçote de cada cilindro, entre os braços oscilantes dos balancins. Linhas externas de distribuição conduzem o combustível dispensado pela bomba de transferência para as unidades de injeção eliminando, desta forma, a necessidade de linhas de elevada pressão.

Figuras 6/7 – Unidades de injeção: próximas ao centro da câmara de combustão.

O combustível circula continuamente através das unidades de injeção e o excedente, não utilizado no processo de combustão, servirá para refrigerar as unidades de injeção e retornará ao tanque de combustível por meio da válvula reguladora de pressão. Este excesso de combustível auxilia, ainda, na purga de ar do sistema de combustível.

A pressão na linha de combustível que alimenta as unidades de injeção é controlada por meio de válvula reguladora de pressão. A válvula reguladora de pressão deve ser ajustada conforme orientação do OEM de forma a prover pressão de combustível adequada na linha de combustível que alimenta as unidades de injeção

Figuras 8/9 – Unidades de injeção fixadas em cabeçotes individuais.

A bomba manual para escorva de combustível é recomendada se a versão elétrica  não estiver disponível. A bomba manual para escorva de combustível auxilia na purga (“sangria”) do ar existente nas linhas de combustível antes que o motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T entre em operação e após atividades de manutenção como, por exemplo, mudanças de elementos filtrantes e substituição de unidades de injeção. Costuma-se utilizar, também, filtros primários de combustível do tipo duplex antes da bomba de combustível acionada pelo motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T, instalados em ponto remoto na linha de sucção da bomba de transferência de combustível.

Figuras 10/11 – Bomba manual para escorva de ar e filtros primários duplex.

Os principais tipos de sistemas de injeção de combustível em motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T são:

1.2.1 – SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL HEUI ( HIDRAULICALLY ACTUATED ELETRONICALLY CONTROLLED UNIT INJECTORS )

Este tipo de sistema de injeção de combustível utiliza bomba hidráulica e o óleo lubrificante do motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T para gerar pressão de injeção de combustível e um ECM (Módulo de Controle Eletrônico – Electronic Control Module) para controlar a pressão e o volume de combustível injetados nos cilindros. A operação do sistema de injeção de combustível HEUI é completamente diferente de qualquer outro tipo de sistema de injeção de combustível atuado mecanicamente.

O sistema de injeção de combustível HEUI é completamente livre de ajustes visto que alterações no regime de operação de forma a se alterar o desempenho somente é possível por se instalar novo software no ECM (Módulo de Controle Eletrônico).

Figuras 12/13 – Sistema de injeção de combustível HEUI

1.2.2 – SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL MEUI ( MECHANICALLY ACTUATED ELECTRONICALLY CONTROLLED UNIT INJECTORS )

Este tipo de sistema de injeção também utiliza a árvore de comando de válvulas, tuchos,  varetas e balancins  para  gerar  pressão de injeção.  Um ECM (Módulo de Controle Eletrônico – Electronic Control Module) é empregado para controlar o volume de combustível  a ser injetado na câmara de combustão do motor Ciclo Diesel 4T.

Figuras 14/15 – Sistema de injeção MEUI.

Uma válvula solenóide existente em cada unidade de injeção receberá pulsos de tensão para tornar-se energizada e efetuará a injeção de combustível enquanto estiver energizada. O ECM ajusta o volume de combustível injetado na câmara de combustão por variar os pulsos de tensão enviados a cada unidade de injeção. Controlando-se o início e a duração dos pulsos de tensão  pode-se ajustar o início da injeção de combustível na câmara de combustão e o volume de combustível a ser injetado.

1.2.3 – SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL COMMON RAIL

Dessemelhante do sistema de injeção de combustível  MEUI (Mechanically Actuated Electronically Controled Unit Injectors) no sistema de injeção de combustível Common Rail a pressão de injeção para as unidades injetoras é gerada externamente por meio de  bomba de alta pressão acionada pelo  motor de combustão interna Ciclo  Diesel  4T. A bomba de alta pressão  pressuriza  o tubo acumulador  de combustível em alta pressão (Common Rail) localizado na(s) lateral(is) do motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T que alimenta as unidades de injeção com combustível a elevada pressão. As unidades eletrônicas de injeção em cada cilindro controlam o início e a duração da injeção de combustível. Da mesma forma que outros sistemas de injeção de combustível, o sistema de injeção  Common Rail tem a capacidade de efetuar múltiplas injeções (pré-injeção, injeção principal e injeção secundária) durante o tempo motor da combustão.

Figuras 16/17 – Sistema de injeção de combustível Common Rail.

Os principais componentes de um sistema de injeção Common Rail são o ECM (Módulo de Controle Eletrônico – Electronic Control Module), bomba de alta pressão, linhas de alta pressão, o Rail  e as unidades de injeção. Os componentes na região de baixa pressão são similares aos existentes nos sistemas individuais de injeção (HEUI; MEUI). O combustível no sistema de injeção Common Rail não circula continuamente como ocorre com os sistemas individuais de injeção (HEUI; MEUI). Ao invés disso, pequenos volumes de combustível são dispensados durante o processo de injeção.

Figuras 18/19 – Componentes do sistema de injeção Common Rail.

Em função da pressão extremamente elevada existente no Rail o combustível se encontra a temperaturas mais elevadas quando comparadas aos sistemas  individuais de injeção (HEUI, MEUI), sendo necessário que a temperatura de entrada do combustível no Rail se mantenha dentro dos parâmetros estabelecidos pelo OEM do motor Diesel. Em alguns casos torna-se necessário, até mesmo, o uso de trocador de calor para manter a temperatura de entrada do combustível no Rail dentro de limites aceitáveis.

Figuras 20/21 – O combustível é o lubrificante dos componentes móveis.

Se a temperatura de entrada de combustível no Rail não for mantida dentro de parâmetros aceitáveis ocorrerá que a Viscosidade Cinemática ficará tão baixa a ponto de não prover filme lubrificante com resistência  suficientemente adequada  para lubrificar os componentes do sistema de injeção, particularmente as unidades de injeção que, adicionalmente, são muito susceptíveis  ao desgaste abrasivo ou corrosivo causado por contaminantes (ex. água,  material particulado sólido abrasivo). Mais uma vez, destaca-se a importância de filtração adequada do combustível que será utilizado no sistemas de injeção Common Rail.

Figuras 22/23 – A viscosidade do combustível é de extrema importância na lubrificação das unidades de injeção e bomba de alta pressão.

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