4.1 injecção_mecânica

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0 INTRODUOAs novas Tcnicas e processos vo-se impondo pouco a pouco no j complexo mundo mecnico do automvel. Lenta, mas seguramente, os automveis modernos vo incorporando todos os aperfeioamentos conseguidos por outros sectores industriais, sobretudo se tiverem alguma coisa que ver com a economia de consumo e com a diminuio atmosfrica, a primeira exigida cada vez mais pelo comprador e a segunda pela legislao dos diversos estados. Desde os anos setenta assiste-se a um importante progresso quando foram incorporados no automvel todas as tcnicas, entre as quais a electrnica tem um papel muito destacado e da mesma forma, combinado com ela na grande maioria dos casos, com sistemas de injeco de gasolina, os quais, concebidos originariamente para os grandes motores de aviao, depressa mostram a eficincia que poderiam trazer aos pequenos motores a gasolina dos automveis. A injeco a gasolina comeou a aplicar-se com excelentes resultados nos motores de competio, passou rapidamente para os motores dos automveis desportivos de srie e, logo a seguir, foi incorporado nos veculos da gama alta de algumas marcas de automveis como Mercedes, BMW, Lotus, etc...

1 INJECO DE GASOLINA

1.1 ESQUEMA GERAL DE UM SISTEMA DE INJECO DE GASOLINATemos de nos remontar ao ano de 1876 para encontrar as origens do carburador, quando Eugen Langen apresentou o seu primeiro sistema de alimentao para um motor a gasolina. Desde essa altura at aos nossos dias, a tcnica de alimentao dos motores de combusto evoluiu de forma imparvel e, desde a chegada da injeco e das normas anti-poluio, o carbu- rador tradicional parece estar a ponto de desaparecer como sistema de alimentao para os automveis de srie. Para alcanar o rendimento mximo de um catalisador necessrio um controlo muito preciso da mistura de ar gasolina que se fornece na cmara de combusto, e neste caso a relao tem de ser de 14,7 partes de ar para uma de gasolina. Para alcanar essa preciso, o carburador tradicional mostra-se muito limitado, o que deu lugar injeco electrnica como soluo mais adequada. Os carburadores mais modernos sofreram uma srie de modificaes, sendo todos os ajustes mecnicos de regulao de mistura e borboleta do acelerador, substitudos por controlos electrnicos, para que sejam compatveis com uso do catalisador dos gases de escape que requer uma mistura exacta e precisa. Com base em conhecimentos adquiridos nos motores dos avies da segunda grande guerra, tentou-se empregar as tcnicas de injeco de combustvel nos motores de automveis. Com o objectivo de aumentar o rendimento e a performance destes motores, verifica-se uma evoluo constante nos sistemas de

injeco de gasolina. A Bosch tem sido a principal responsvel por esta evoluo, por forma que nos vamos preocupar sobretudo com o estudo dos sistemas desenvolvidos por esta empresa, considerando que todos os outros sistemas existentes se baseiam no mesmo principio tendo algumas variantes implementadas pelas marcas que as conceberam. Tal como o carburador, o objectivo fundamental de um sistema de injeco de gasolina fornecer ao motor uma mistura de ar e gasolina em condies perfeitas para que a combusto se realize rapidamente com a queima completa de todo o combustvel introduzido e por conseguinte com a libertao de toda a energia calorfica que esse combustvel deve fornecer. Este objectivo , evidentemente, comum a todos os sistemas de carburador, mas o que acontece que os requisitos do motor de automvel so muito variados e nem sempre o mesmo sistema pode satisfazer todos estes requisitos. Assim, o sistema de alimentao dever ajustar a qualidade e a quantidade da mistura ar/combustvel aos diferentes modos e condies de funcionamento do motor, tais como: Regime de rotao constatada; Regime varivel de rotao (acelerao e desacelerao); Momento de arranque (a frio e a quente); Cargas parciais e carga total.

Estes so factores que separadamente ou em simultneo, fazem com que as condies de combusto se modifiquem devendo a mistura ser a apropriada, por forma a garantir o mximo rendimento com o mnimo de poluio. A injeco de gasolina persegue os mesmos objectivos que a alimentao por meio de carburador, se bem que utilizando processos bastante diferentes. Nas figuras 1.2 e 1.3 apresentamos os esquemas comparativos dos dois sistemas de alimentao com o intuito de mostrar as bases que os distinguem. Por um lado temos, na primeira figura, o caso da alimentao pelo sistema de carburador. Em linhas muito gerais podemos resumir o funcionamento deste dispositivo dizendo que capaz de elaborar uma mistura explosiva a partir dos valores de depresso que existem no interior dos tubos que alimentam cada um dos cilindros e que constituem o colector de admisso (1). Com efeito, quando uma das vlvulas de admisso (2) se abre, pe o interior do cilindro em comunicao com a atmosfera, criando-se dentro do cilindro uma depresso, que provoca uma corrente de ar no corpo do carburador (4). Devido forma do corpo do carburador, do tipo tubeira convergente divergente (fig. 1.1), o ar acelera ainda mais na zona estreita, onde est instalado o canal de alimentao de gasolina. Desta forma, a presso junto sada da gasolina diminui, provocando a reaco desta e a consequente mistura com o ar. Esta mistura entra em seguida no interior do cilindro (3), na qual se far a combusto, depois de comprimida e em presena de uma fonte de ignio (fasca da vela) que a iniciar. Neste momento convm sublinhar que, no

sistema de alimentao por carburador, a gasolina arrastada pelo prprio ar; portanto o ar que entra que determina a quantidade de gasolina que o vai acompanhar dentro da cmara de combusto do cilindro.

F i g . 1.1 Esquema com a disposio clssica da montagem de um carburador no motor

Na figura 1.2 mostra-se, esquematicamente, um sistema de injeco de gasolina. Em primeiro lugar vemos que cada cilindro dispe do respectivo injector (1). Assim, no motor esquematizado, que de quatro cilindros, existem quatro injectores. Isto quer dizer que a alimentao de cada cilindro se faz individualmente e no em conjunto, como acontecia no esquema da figura anterior. H tambm que ter em conta que a quantidade de gasolina fornecida por cada um dos injectores no est dependente da depresso existente no colector de admisso (2), uma vez que o mecanismo que determina esta quantidade no trabalha por depresso. Por outro lado, os injectores podem ser concebidos com suficiente preciso para conseguir uma pulverizao muito mais fina em todas as condies de funcionamento do que pelo sistema que vimos da conduta nos carburadores, o que permite obter uma mistura gasosa muito mais exacta, e por sua vez com maior possibilidade de rpida oxidao, precisamente pela vaporizao mais acentuada do combustvel. Isto facilita a rapidez de combusto, que por sua vez se ir reflectir no nmero de rotaes do motor. A quantidade de combustvel injectado deve estar, naturalmente, relacionado com o ar admitido no colector de admisso. Por isso, o sistema de injeco de gasolina deve dispor sempre de um dispositivo de controlo da quantidade de ar na entrada do colector, isto , um controlador de fluxo (3). A informao do fluxo de ar a entrar na cmara de combusto passa a um distribuidor de combustvel (4) atravs do qual se determina a quantidade que necessrio juntar ao ar para conseguir uma mistura explosiva capaz de realizar uma combusto completa em todas as solicitaes do motor.

Fig. 1.2 Esquema com a disposio de um sistema de injeco de gasolina

1.2 INJECO INDIRECTA E DIRECTA, CONTNUA E DESCONTNUATal como acontece nos sistemas de injeco Diesel, a injeco de gasolina tambm pode ser directa, embora s a Mitsubishi seja pioneira com o sistema de alimentao GDI, (Gasoline Direct Injection), se o injector estiver em contacto com a prpria cmara de combusto, lanando o combustvel onde se produz a mistura ar/gasolina, ou indirecta se, como mostra a figura 1.3, o lanamento se efectua numa posio anterior vlvula de admisso. Neste caso, a mistura ar/gasolina produzida no colector de admisso. O sistema de injeco indirecta actualmente o mais comum, entre os sistemas de alimentao que conhecemos.

Fig. 1.3 Injeco contnua indirecta. Mesmo com a vlvula de admisso fechada o injector continua a fornecer combustvel

Fig. 1.4 Injeco descontnua indirecta. Quando a vlvula de admisso se fecha, o injector no fornece combustvel

Neste caso, os injectores esto situados muito perto da vlvula de admisso e alm disso numa posio favorvel para que o jacto entre com mais facilidade pelo orifcio da vlvula.

Fig. 1.5 Injeco indirecta. O injector pulveriza o combustvel no colector de admisso, onde produzida a mistura ar/combustvel

A passagem do ar, ao abrir-se a vlvula de admisso, arrasta a fina neblina de combustvel que o injector lana. Existe tambm a possibilidade de o combustvel fluir constantemente enquanto o motor est em funcionamento, tal como est representado na figura 1.3. Neste caso toma o nome de injeco contnua. Existe a injeco descontnua (figura 1.4), no qual a injeco se d no momento de abertura da vlvula de admisso. A quantidade de combustvel fornecido com este sistema muito precisa e est relacionada com a quantidade de ar que entrou pela admisso. O injector regula a quantidade de gasolina pelo tempo que permanece aberto. Assim, quando o motor trabalha em baixo regime e portanto precisa de pouco combustvel, o injector abre e fecha rapidamente e vai abrandando medida que as necessidades de fornecimento de combustvel so maiores, por aumento do nmero de rotaes do motor ou maior carga. Hoje pode dizer-se que o mais normal nos sistemas de injeco de gasolina actuais a injeco indirecta e descontnua, que pode ser muito

precisa no caso de ser dirigida por uma unidade electrnica de controlo. Este dispositivo pode receber muita informao por meio de sensores e determinar assim a mistura adequada, graas ao seu programa est capaz para transmitir ordens elctricas muito precisas, qu