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Departamento de Engenharia Mecânica ANÁLISE DA FORMAÇÃO DE DEPÓSITOS INORGÂNICOS EM BICOS INJETORES DE UM MOTOR COM INJEÇÃO DIRETA DE GASOLINA Aluno: Lucas Almeida Orientador: Sergio L. Braga Co-orientador: Leonardo C. Braga Introdução O sistema de injeção de combustível utilizado em veículos sofre constantes modificações, sempre visando uma melhor eficiência da combustão. O aumento desta eficiência tem como consequências um menor consumo de combustível, uma redução nas emissões de poluentes e um melhor desempenho do veiculo. Visando aproveitar as melhores características do motor ciclo Otto e do motor ciclo Diesel, foi desenvolvido o sistema de injeção direta de gasolina (GDI). A grande diferença deste sistema é a localização dos bicos injetores, que estão fixados no cabeçote do motor e injetam combustível diretamente nos cilindros. Seu objetivo é combinar a força do motor ciclo Otto com a grande eficiência do motor ciclo Diesel. Entretanto, tal tecnologia ainda possui limitações, como maior emissão de particulados, maior custo, durabilidade, entre outros. Pesquisas relacionadas à formação de depósitos em motores de injeção direta e em seus injetores é de grande interesse para montadoras. Objetivos O presente trabalho, tem como objetivos pesquisar sobre a formação de depósitos em bicos injetores de motores GDI e a influência da composição de gasolina na formação de tais depósitos. Metodologia Dinamômetro de Chassis Os testes em veículo foram desenvolvidos em dinamômetro de chassis utilizando um piloto robô no Laboratório de Engenharia Veicular da PUC-Rio. Tais testes foram realizados com um sistema de abastecimento de combustível, composto por dois tanques suspensos com capacidade de 1500 litros, uma bomba de combustível e um módulo de fornecimento automático de gasolina. Os testes foram realizados utilizando gasolina com diferentes formulações, alterando- se apenas a concentração de sulfato. Para cada combustível utilizado, o veiculo rodou a quilometragem necessária para atingir o valor máximo do fator de correção do tempo de injeção (FRA) de 1.3 ou ate rodar 10000 km. Para manter um padrão, os bicos injetores, o combustível, o óleo e o filtro de ar foram trocados antes de cada teste ser realizado. Caracterização dos Depósitos Para podermos caracterizar os produtos formados na superfície do injetor durante o processo de combustão, as amostras foram analisadas utilizando um microscópio eletrônico de varredura (MEV), utilizando microanálise por EDS (Espectroscopia de Energia Dispersiva). Algumas amostras de injetores foram cortadas longitudinalmente para análise da superfície interna na região do buraco por onde o combustível passa. O secionamento foi realizado utilizando uma maquina de corte de pequenas dimensões (ISOMET) sem adição

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Page 1: ANÁLISE DA FORMAÇÃO DE DEPÓSITOS INORGÂNICOS EM BICOS INJETORES … · Diesel, foi desenvolvido o sistema de injeção direta de gasolina (GDI). A grande diferença A grande

Departamento de Engenharia Mecânica

ANÁLISE DA FORMAÇÃO DE DEPÓSITOS INORGÂNICOS EM BICOS INJETORES DE UM MOTOR COM INJEÇÃO DIRETA DE

GASOLINA

Aluno: Lucas Almeida Orientador: Sergio L. Braga

Co-orientador: Leonardo C. Braga

Introdução O sistema de injeção de combustível utilizado em veículos sofre constantes modificações, sempre visando uma melhor eficiência da combustão. O aumento desta eficiência tem como consequências um menor consumo de combustível, uma redução nas emissões de poluentes e um melhor desempenho do veiculo.

Visando aproveitar as melhores características do motor ciclo Otto e do motor ciclo Diesel, foi desenvolvido o sistema de injeção direta de gasolina (GDI). A grande diferença deste sistema é a localização dos bicos injetores, que estão fixados no cabeçote do motor e injetam combustível diretamente nos cilindros. Seu objetivo é combinar a força do motor ciclo Otto com a grande eficiência do motor ciclo Diesel. Entretanto, tal tecnologia ainda possui limitações, como maior emissão de particulados, maior custo, durabilidade, entre outros.

Pesquisas relacionadas à formação de depósitos em motores de injeção direta e em seus injetores é de grande interesse para montadoras.

Objetivos O presente trabalho, tem como objetivos pesquisar sobre a formação de depósitos em bicos injetores de motores GDI e a influência da composição de gasolina na formação de tais depósitos.

Metodologia

• Dinamômetro de Chassis Os testes em veículo foram desenvolvidos em dinamômetro de chassis utilizando um piloto robô no Laboratório de Engenharia Veicular da PUC-Rio. Tais testes foram realizados com um sistema de abastecimento de combustível, composto por dois tanques suspensos com capacidade de 1500 litros, uma bomba de combustível e um módulo de fornecimento automático de gasolina. Os testes foram realizados utilizando gasolina com diferentes formulações, alterando-se apenas a concentração de sulfato. Para cada combustível utilizado, o veiculo rodou a quilometragem necessária para atingir o valor máximo do fator de correção do tempo de injeção (FRA) de 1.3 ou ate rodar 10000 km. Para manter um padrão, os bicos injetores, o combustível, o óleo e o filtro de ar foram trocados antes de cada teste ser realizado.

• Caracterização dos Depósitos Para podermos caracterizar os produtos formados na superfície do injetor durante o

processo de combustão, as amostras foram analisadas utilizando um microscópio eletrônico de varredura (MEV), utilizando microanálise por EDS (Espectroscopia de Energia Dispersiva).

Algumas amostras de injetores foram cortadas longitudinalmente para análise da superfície interna na região do buraco por onde o combustível passa. O secionamento foi realizado utilizando uma maquina de corte de pequenas dimensões (ISOMET) sem adição

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Departamento de Engenharia Mecânica

de liquido de resfriamento, para evitar contaminação do deposito, e utilizando uma baixa velocidade para prevenir o aquecimento da peca. Estas regiões foram analisadas, posteriormente, no MEV. • Caracterização da Gasolina

Para caracterização da gasolina utilizada nos testes, amostras de dois combustíveis foram analisadas para verificar se respeitavam a regulamentação técnica da ANP (ANP No 05 de 2011). Os testes foram conduzidos com base nas especificações técnicas da ASTM e da ABNT.

As gasolinas, identificadas como C1 e C2, foram adquiridas pela PUC-Rio em um centro de distribuição. A concentração de sulfato nas mesmas é de 0,79 ppm e 0,91 ppm, respectivamente. • Testes de Vazão

A bancada de testes desenvolvida para medir a vazão dos bicos injetores conta com componentes originais do veículo testado, reduzindo, assim, as margens de erro.

A metodologia utilizada nos testes foi baseada na pressão e nos valores do tempo de injeção obtidos a partir da aquisição de dados gravados durante o teste de rua do veiculo.

A pressão de referência utilizada para os testes foi de 111 bar. Uma caracterização foi feita em um bico injetor novo, para esta pressão de referência, o tempo de injeção variava de 2,5 ms até 5,5 ms, acrescentando sempre 1,0 ms.

Com isto, foi possível analisar quantitativamente a perda de vazão nos bicos, através da comparação entre as medidas de fluxo dos bicos utilizados no carro e do bico novo (referência).

Resultados • Caracterização dos depósitos

Foi possível observar a presença de produtos formados na superfície e dentro dos buracos. Através da análise das substâncias, observa-se que os compostos tem, basicamente, duas composições distintas, carbono e enxofre. • Dinamômetro de Chassis

Os resultados dos testes mostram que, utilizando gasolina C1, o veículo rodou 7370 km até alcançar o valor máximo do FRA, da ordem de 1.3. Utilizando gasolina C2, o veiculo rodou, apenas, 4205 km para atingir o mesmo valor. • Teste de Vazão

Utilizando gasolina C1, a perda de fluxo observada foi menor do que a esperada, mesmo o FRA tendo alcançado seu valor limite. O cilindro que apresentou a maior redução no fluxo, devido ao acúmulo de depósitos, foi o quarto cilindro, que alcançou 17%, aproximadamente.

Para um valor de FRA próximo à 1.3, é esperada uma perda de fluxo próxima a 30%. Pôde-se observar que os injetores referentes aos cilindros 1, 2 e 3 apresentaram uma perda próxima à esperada.

Conclusões A análise para caracterização dos depósitos nos buracos dos injetores indicaram a

presença de um composto rico em enxofre, para testes realizados em dinamômetro de chassis. Os testes indicam que a distância percorrida pelo carro no dinamômetro de chassis, até o FRA atingir o valor de 1.3, é diretamente proporcional à concentração de sulfato da amostra de combustível. Analogamente, pôde-se observar tal dependência nos testes de vazão, onde os bicos utilizados no carro rodando com gasolina C1 obtiveram uma menor perda de vazão quando comparados aos que foram utilizados no carro rodando com gasolina C2.