Common rail - Common rail

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Injetor de combustível diesel instalado em um motor MAN V8 Diesel

A injeção direta de combustível common rail é um sistema de injeção direta de combustível construído em torno de válvulas solenóides de alimentação de trilho de combustível de alta pressão (mais de 2.000  bar ou 200  MPa ou 29.000  psi ) , em oposição a uma bomba de combustível de baixa pressão alimentando os injetores da unidade (ou bicos da bomba ) A injeção de alta pressão oferece benefícios de potência e consumo de combustível em relação à injeção anterior de combustível de pressão mais baixa, ao injetar combustível como um número maior de gotas menores, proporcionando uma proporção muito maior de área de superfície para volume. Isso fornece vaporização aprimorada da superfície das gotículas de combustível e, portanto, uma combinação mais eficiente do oxigênio atmosférico com o combustível vaporizado, proporcionando uma combustão mais completa.

A injeção common rail é amplamente utilizada em motores diesel . É também a base dos sistemas de injeção direta de gasolina usados ​​em motores a gasolina .

História

Sistema de combustível common rail em um motor de caminhão Volvo

A Vickers foi pioneira no uso de injeção common rail em motores submarinos. Vickers motores com o sistema de combustível common rail foram utilizados pela primeira vez em 1916 nos submarinos G-classe . Ele usou quatro bombas de êmbolo para fornecer uma pressão de até 3.000 libras por polegada quadrada (210 bar; 21 MPa) a cada 90 ° de rotação para manter a pressão do combustível adequadamente constante no trilho. O fornecimento de combustível para cilindros individuais pode ser interrompido por válvulas nas linhas do injetor. A Doxford Engines usou um sistema common rail em seus motores marítimos de pistão oposto de 1921 a 1980, onde uma bomba de combustível recíproca multicilindro gerou uma pressão de cerca de 600 bar (60 MPa; 8.700 psi), com o combustível sendo armazenado em garrafas de acumulador. O controle da pressão foi obtido por um curso de descarga da bomba ajustável e uma "válvula de derramamento". Válvulas sincronizadoras mecânicas operadas por eixo de comando foram usadas para alimentar os injetores de mola Brice / CAV / Lucas, que injetavam através da lateral do cilindro na câmara formada entre os pistões. Os primeiros motores tinham um par de cames de temporização, um para funcionamento à frente e outro para a popa. Os motores posteriores tinham dois injetores por cilindro, e a série final de motores turboalimentados de pressão constante foi equipada com quatro injetores por cilindro. Este sistema foi usado para a injeção de óleo diesel e óleo combustível pesado (600cSt aquecido a uma temperatura próxima a 130 ° C).

Os motores common rail têm sido usados ​​em aplicações marítimas e locomotivas há algum tempo. O Cooper-Bessemer GN-8 (por volta de 1942) é um exemplo de motor diesel common rail operado hidraulicamente, também conhecido como common rail modificado.

O protótipo do sistema common rail para motores automotivos foi desenvolvido no final dos anos 1960 por Robert Huber da Suíça, e a tecnologia foi desenvolvida pelo Dr. Marco Ganser no Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique, mais tarde na Ganser-Hydromag AG (est. 1995) em Oberägeri.

O primeiro uso bem-sucedido em um veículo de produção começou no Japão em meados da década de 1990. Dr. Shohei Itoh e Masahiko Miyaki da Denso Corporation , um fabricante japonês de peças automotivas, desenvolveram o sistema de combustível common rail para veículos pesados ​​e o transformaram em uso prático em seu sistema common rail ECD-U2 montado no caminhão Hino Ranger e vendido para uso geral em 1995. A Denso reivindica o primeiro sistema common rail de alta pressão comercial em 1995.

Os modernos sistemas common rail, embora trabalhem com o mesmo princípio, são governados por uma unidade de controle do motor , que abre cada injetor eletricamente em vez de mecanicamente. Isso foi extensivamente prototipado na década de 1990 com a colaboração entre a Magneti Marelli , o Centro Ricerche Fiat e a Elasis. Após pesquisa e desenvolvimento pelo Grupo Fiat , o projeto foi adquirido pela empresa alemã Robert Bosch GmbH para conclusão do desenvolvimento e refinamento para produção em massa. Em retrospectiva, a venda parecia ser um erro estratégico para a Fiat, já que a nova tecnologia provou ser altamente lucrativa. A empresa não teve outra escolha a não ser vender uma licença para a Bosch, pois ela estava em uma situação financeira ruim na época e não tinha recursos para concluir o desenvolvimento por conta própria. Em 1997, eles estenderam seu uso para automóveis de passageiros. O primeiro carro de passageiros a usar o sistema common rail foi o modelo Alfa Romeo 156 de 1997 com um motor JTD 2.4-L e, mais tarde naquele mesmo ano, a Mercedes-Benz o introduziu em seu modelo W202 .

Formulários

O sistema common rail é adequado para todos os tipos de carros rodoviários com motores a diesel, desde carros urbanos (como o Fiat Panda ) a carros executivos (como o Audi A8 ). Os principais fornecedores de sistemas de trilhos comuns modernos são Robert Bosch GmbH, Delphi , Denso e Siemens VDO (agora de propriedade da Continental AG ).

Siglas e branding usados

Injetor de combustível diesel common rail da Bosch a partir de um motor de caminhão Volvo

Os fabricantes automotivos referem-se aos seus motores common rail por suas próprias marcas :

Princípios

Diagrama do sistema common rail

Válvulas solenóides ou piezoelétricas possibilitam um controle eletrônico preciso sobre o tempo e a quantidade de injeção de combustível, e a pressão mais alta que a tecnologia common rail disponibiliza fornece melhor atomização do combustível . Para diminuir o ruído do motor, a unidade de controle eletrônico do motor pode injetar uma pequena quantidade de diesel pouco antes do evento de injeção principal (injeção "piloto"), reduzindo assim sua explosividade e vibração, bem como otimizando o tempo e quantidade de injeção para variações na qualidade do combustível , inicialização a frio e assim por diante. Alguns sistemas avançados de combustível common rail realizam até cinco injeções por curso.

Os motores common rail requerem um tempo de aquecimento muito curto ou nenhum, dependendo da temperatura ambiente, e produzem menos ruído do motor e emissões do que os sistemas mais antigos.

Os motores a diesel têm usado historicamente várias formas de injeção de combustível. Dois tipos comuns incluem o sistema de unidade de injeção e os sistemas de distribuidor / bomba em linha . Embora esses sistemas mais antigos forneçam quantidade precisa de combustível e controle de tempo de injeção, eles são limitados por vários fatores:

  • Eles são acionados por came e a pressão de injeção é proporcional à velocidade do motor. Isso normalmente significa que a pressão de injeção mais alta só pode ser alcançada na rotação do motor mais alta e a pressão de injeção máxima atingível diminui à medida que a rotação do motor diminui. Essa relação é verdadeira com todas as bombas, mesmo aquelas usadas em sistemas common rail. Com sistemas de unidades ou distribuidores, a pressão de injeção está ligada à pressão instantânea de um único evento de bombeamento sem acumulador, portanto, a relação é mais proeminente e problemática.
  • Eles são limitados no número e no tempo de eventos de injeção que podem ser comandados durante um único evento de combustão. Embora vários eventos de injeção sejam possíveis com esses sistemas mais antigos, é muito mais difícil e caro de se conseguir.
  • Para o sistema distribuidor / em linha típico, o início da injeção ocorre em uma pressão predeterminada (muitas vezes referida como pressão pop) e termina em uma pressão predeterminada. Esta característica resulta de injetores "burros" na cabeça do cilindro que abrem e fecham a pressões determinadas pela pré-carga da mola aplicada ao êmbolo do injetor. Uma vez que a pressão no injetor atinge um nível predeterminado, o êmbolo se levanta e a injeção começa.

Em sistemas common rail, uma bomba de alta pressão armazena um reservatório de combustível em alta pressão - até e acima de 2.000 bar (200 MPa; 29.000 psi). O termo "common rail" refere-se ao fato de que todos os injetores de combustível são alimentados por um common fuel rail que nada mais é do que um acumulador de pressão onde o combustível é armazenado em alta pressão. Este acumulador fornece vários injetores de combustível com combustível de alta pressão. Isso simplifica o propósito da bomba de alta pressão, pois ela só precisa manter uma pressão alvo (controlada mecanicamente ou eletronicamente). Os injetores de combustível são normalmente controlados pela unidade de controle do motor (ECU). Quando os injetores de combustível são ativados eletricamente, uma válvula hidráulica (consistindo em um bico e um êmbolo) é aberta mecânica ou hidraulicamente e o combustível é pulverizado nos cilindros na pressão desejada. Como a energia da pressão do combustível é armazenada remotamente e os injetores são acionados eletricamente, a pressão de injeção no início e no final da injeção está muito próxima da pressão no acumulador (rail), produzindo assim uma taxa de injeção quadrada. Se o acumulador, a bomba e o encanamento forem dimensionados corretamente, a pressão e a taxa de injeção serão as mesmas para cada um dos eventos de injeção múltipla.

A diesel common rail de terceira geração agora apresenta injetores piezoelétricos para maior precisão, com pressões de combustível de até 2.500 bar (250 MPa; 36.000 psi).

Veja também

Referências

links externos