Glauco Diniz Duarte – Unidade injetora Caterpillar

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, o Diesel, usado em larga escala na área automotiva pesada, é um combustível oleoso obtido a partir do refino do petróleo e possui uma composição complexa, tendo hidrocarbonetos e compostos orgânicos como nitrogênio, oxigênio e enxofre. Dentre todos os produtos oriundos do petróleo, o Diesel é que se encontra em maior abundância.

O óleo Diesel tem aspecto límpido, sua toxicidade é considerada média e não apresenta resíduos sólidos em suspensão na sua composição. Além disso, é um líquido volátil, e inflamável.

No Brasil a utilização do óleo Diesel é direcionada em sua maioria para o transporte de carregamentos, com caminhões, ônibus, furgões, utilitários e etc. Seu uso também pode ser industrial, usado em geradores elétricos ou para caldeiras de aquecimento e pequenas embarcações.

Sistema de injeção diesel

O sistema de injeção Diesel, assim como o de gasolina, permite dosar a quantidade exata de combustível para cada momento de serviço do motor, sendo comandado por uma unidade de comando que processa diversos parâmetros do motor e do meio ambiente. Assim, o sistema garante maior eficiência, menor consumo de combustível e emissões de poluentes. Como o Diesel é mais poluente que outros combustíveis, as inovações tecnológicas são constantes a fim de se adequar as exigentes normas regulamentadoras de emissões no mundo inteiro.

O motor Diesel, comparado ao de gasolina, é mais robusto e tem maior durabilidade tornando sua manutenção mais complexa. Por isso, estes motores têm algumas diferenças comparados aos motores movidos a outros tipos de combustível:

O ar e o combustível são comprimidos na câmara de combustão a 800°C e não necessitam de centelha para a explosão, já que o diesel inflama com a pressão formada. Neste caso, é usada apenas uma vela de aquecimento.

Diferente do motor a gasolina que admite ar/combustível, o motor a Diesel admite somente ar. Na fase de compressão, o ar é comprimido e sua temperatura se eleva consideravelmente, assim quando o pistão chega quase no PMS, o Diesel é injetado a uma alta pressão (200 bar em média) e se inflama instantaneamente.

Os motores a Diesel necessitam de menos rotações do motor (RPM) do que os veículos a gasolina. Por isso, apresentam maior durabilidade. O curso dos pistões é maior e o impacto da explosão é muito menor comparado aos motores a gasolina.

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Tipos de Unidades Injetoras

Vamos entender os tipos de injetoras diesel.

UP – Unidade de Pressão

Neste sistema cada cilindro possui uma bomba de alta pressão conectada ao seu respectivo injetor. A bomba é acionada pelo eixo do comando de válvulas e tem a função de comprimir o combustível e envia-lo ao injetor, comandados pela central de injeção.

A unidade de comando calcula a quantidade e o tempo de injeção do Diesel, conforme as condições de rotação e carga exigidas, certificando-se de que o motor funcione melhor em qualquer situação.

EUI – Unidade Injetora

O sistema de unidade injetora UI consegue integrar tanto a bomba de alta pressão como o injetor em uma só unidade em cada cilindro do motor. A unidade injetora substitui os sistemas convencionais que utilizam tubos de alta pressão de combustível, possibilitando valores de pressão elevados.

As unidades são montadas no cabeçote, e a injeção do Diesel é controlada por uma eletroválvula que responde aos comandos da central de injeção (ECU), que determina o melhor momento e o volume adequado de combustível que será injetado conforme as condições de funcionamento.

HEUI – Unidade Injetora com acionamento hidráulico

Este sistema possui uma característica importante, seus injetores-bomba estão alojados no cabeçote e possuem um sistema hidráulico de acionamento que utiliza como elemento de ação o óleo do motor em uma galeria de alta pressão.

A bomba hidráulica é alimentada a uma pressão de lubrificação de aproximadamente 45 psi, podendo chegar 3700 psi de forma variável. As unidades injetoras trabalham conforma ordens diretas da ECU que recolhe os dados de sensores e dosa o volume necessário de combustível. Essa tecnologia foi criada pela Caterpillar e é utilizada em motores como o C9, C7 e 3126B.

Sistema Common Rail de Injeção eletrônica diesel

O sistema Commom Rail é o sucessor do sistema HEUI e é atualmente o sistema mais avançado de injeção eletrônica diesel. Ele funciona de forma que a geração de pressão e a injeção de combustível atuem de forma separada, ou seja, a pressão formada pela bomba está disponível para todos os injetores através de um tubo chamado Rail.

A pressão é controlada independentemente da rotação do motor pela ECU que reúne dados de diversos sensores instalados no motor, garantindo desempenho e eficiência, além de baixo ruído e menor emissão de poluentes comparada aos outros sistemas.

Como a unidade do motor controla eletronicamente a abertura dos injetores, possibilita a realização de injeções múltiplas em um mesmo ciclo, pré-injeção, injeção principal, pós-injeção. Este sistema é utilizado por praticamente todas as montadoras.

Nos manuais de injeção eletrônica Diesel, encontrados no Simplo, podemos encontrar o esquema elétrico com descrições e testes do sistema Denso i-ART Toyota, utilizado nos modelos Hilux a partir de 2012, que usaremos como demonstração para melhor entendimento.

Além disso, o manual Diesel possui quase todos os sistemas de injeção eletrônica diesel existentes no mercado, com diagramas elétricos, descrições de funcionamento e testes de sensores e atuadores.

A Hilux com sistema Denso i-ART, caracteriza-se por um conjunto de injetores complexos, onde um sensor de pressão em miniatura se encontra em cada injetor monitorando a atividade de injeção.

A injeção de Diesel ocorre até 1.000 vezes por segundo, então o sistema i-ART consegue medir com precisão a flutuação de pressão e temperatura do combustível individualmente para proporcionar um controle ideal de quantidade e sincronismo de injeção. No capítulo encontrado no manual Simplo, temos a descrição de funcionamento e operação desse sistema.

Descrição dos injetores i-ART

Este manual descreve os injetores CRS i-ART.

Tecnologia de precisão inteligente.

Novos itens que foram alterados em relação a Hilux convencional (motor KD) estão listados abaixo.

• Os recém projetados injetores piezo G3Pi com sensor de pressão embutido i-ART (e temperatura do combustível com função medidora).

• A pressão do sistema: pressão máxima aumentou de 180 Mpa a 200 Mpa

• Filtros de separação de umidade eficientes com camada dupla redundante.

• Não está mais presente o sensor de temperatura do combustível da bomba de abastecimento

• Não está mais presente o sensor de pressão do rail.

O CRS i-ART está configurado como se mostra na figura abaixo.

Retorna da bomba de alta pressão: 1,1 Mpa
Alimentação do sistema de injeção pela bomba de alta pressão: 200 Mpa

O sistema i-ART tem sensores de pressão construídos dentro dos piezo injetores. O i-ART detecta a variação de pressão e temperatura de combustível para cada cilindro, proporcionando um retorno para o ECU para controlar a taxa de injeção para o valor ideal.

O sistema de constituição dos piezo injetores pode ser visto na figura abaixo.

Operação dos injetores i-ART

Válvula injetora fechada:

Quando a tensão não é aplicada à pilha piezo elétrica, a pressão na câmara de controle e na parte inferior na agulha do bico é igual a do combustível no rail. A agulha do bico permanece fechada devido a diferença na área de superfície exposta à pressão entre a câmara de controle e na parte inferior da boca da agulha. Portanto, a injeção não é realizada.

Injeção:

Quando a tensão é aplicada à pilha piezo, a pilha se expande. A transmissão de poder de atuação do pistão de grande diâmetro ao pequeno diâmetro do êmbolo expande o deslocamento da pilha piezo e empurra a válvula de controle para baixo, abrindo o assento superior e fechando o assento inferior.

Como resultado, o combustível é descarregado a partir da câmara de controle para o trajeto de fuga através do orifício A, e a pressão da câmara de controle diminui. Uma vez que a pressão na parte inferior do bico da agulha torna-se maior do que a do controle da câmara, a agulha do bico é empurrada para cima e a injeção começa.

Injeção completa

Quando a tensão aplicada a pilha piezo elétrica é removida, a pilha encolhe, e tanto o pistão de grande e pequeno diâmetro, assim como o aumento da válvula de controle se recolhem. Além disso, o assento superior fecha. Como resultado, um caminho de combustível para a câmara de controle abre, e a pressão do combustível na câmara de controle retorna rapidamente à mesma pressão que o Rail. Portanto, a agulha do bico é empurrada para baixo, e a injeção de combustível para.

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