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Este documento explica como é feito o sistema de alimentação dos motores a combustão interna do ciclo diesel e ciclo otto
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Campus Universitário de Viana Universidade Jean Piaget de Angola (Criado pelo Decreto n.º 44-A/01 de 6 de Julho de 2001)
Faculdade de Ciência e Tecnologias
Autores:
Gelson Augusto Mário Neto
Licenciatura: Engenharia Electromecânica
Docente: Msc.
Viana, Agosto de 2019
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Campus Universitário de Viana Universidade Jean Piaget de Angola (Criado pelo Decreto n.º 44-A/01 de 6 de Julho de 2001)
Faculdade de Ciência e Tecnologias
Autores:
Gelson Augusto Mário Neto
Viana, Agosto de 2019
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No ano de 1862 um pesquisador francês chamado Beau de Rochas estabeleceu princípios para o funcionamento de motores de combustão interna. Os requerimentos para o funcionamento do ciclo do motor com máxima economia eram:
A redução da perda de calor através das paredes do cilindro para um mínimo é possível através dos dois primeiros ítens. O terceiro item preconiza que mais trabalho é produzido por maior expansão.
O engenheiro alemão Nikolaus Otto construiu no ano de 1878 o primeiro motor utilizando o princípio de Beau de Rochas. O motor era de quatro tempos e utilizava faísca elétrica para iniciar a combustão, ficando conhecido como Motor de Ciclo Otto.
O primeiro motor de ciclo Otto surgiu no ano de 1889.
Em 1892 surge um tipo de motor capaz de queimar combustível sem o uso de faísca elétrica, que ficou conhecido como motor de ciclo Diesel, devido ao seu criador Rudolph Diesel. A evolução foi cada vez maior, com aperfeiçoamento de ignição de combustível, sistemas de refrigeração e superalimentação de ar por turbina e outros.
Motor é uma maquina destinada a converter qualquer forma de energia (termica, eletrica,
hidraulica, etc.) em energia mecânica, ou simplesmente é uma máquina que converte qualquer forma de energia em trabalho mecânico.
O motor de combustão interna transforma energia térmica (calorífica ou queima de combustivel) em trabalho mecânico (energia mecânica).
Os motores de combustão interna podem ser:
a. – Ciclo Otto – motor a gasolina
b. – Ciclo Diesel – motor a oléo diesel
a. - Wankel
Mas neste trabalho abordaremos com maior incidência os motores de combustão interna a Pistão onde veremos como funciona o seu sistema de alimentação e sua composição.
É o sistema que cuida do alimento do veiculo e quando se refere do alimento do veiculo estamos a tratar do combustível que pode ser (gasolina, gasóleo, álcool ou gás) é o sistema responsável por armazenar, preparar e transportar o combustivel do tanque do veiculo ate o motor.
Destaque na preparação do Carburante: quando o combustível sai do tanque ele é apenas combustível mas num determinado ponto do percursso apos saída do tanque para o
Tem a finalidade de reter todas as impurezas que circulam no sistema de alimentacao. Para os motores que utilizam dois combustiveis independentemente, foi desenvolvido um novo filtro cujas caracteristicas construtivas sao demonstradas abaixo
Fig 1 – Filtro de combustivel
2 - Bomba de gasolina ou de alcool
Conjunto destinado a transferir do tanque o combustível em quantidade suficiente para alimentar o carburador. Existem três tipos eléctrica, mecânica e vácuo.
Fig 2 – Bomba de Gasolina
3 - Carburador
Conjunto destinado a dosar ar e combustivel para o motor, possibilitando o funcionamento do mesmo em varias condicoes, tais como marcha lenta, aceleracoes rapidas e rotacao constante, etc. Os carburadores podem ser usualmente de corpo simples ou de corpo duplo e verticais ou horizontais.
Fig 3 - Carburador
Carburador de corpo simples
Fig 4 – Carburador de Corpo Simples
Descreveremos a seguir, sucintamente, as principais condicoes de funcionamento do
carburador de corpo simples:
a. Partida a frio
Nos motores a gasolina, a partida a frio deve ser dada acionando-se a borboleta do afogador (1) que, ficando praticamente fechada, criara uma depressão no carburador formando-se dessa forma uma mistura bastante rica, que assegurara a partida do motor mesmo a baixa temperatura. O acionamento da borboleta do afogador pode ser manual ou automatico (bimetalico). Nos motores a alcool, alem do uso do afogador, devese tambem acionar o sistema de injecao de gasolina no carburador, que pode ser manual ou automatico.
b. Marcha lenta
Quando o veiculo esta parado com o motor em funcionamento, o circuito que fornece
combustivel para o carburador e o de marcha lenta. O combustivel e dosado pelo gicleur de combustível de marcha lenta (2) e misturado com o ar admitido pelo gicleur de ar de marcha lenta (3), sendo essa mistura injetada no orificio situado abaixo da borboleta de aceleracao (4). Para se obter uma marcha lenta conveniente deve-se ajustar o parafuso de dosagem de mistura da marcha lenta (5).
c. Aceleracao normal
Durante a utilizacao normal do veiculo (aceleracao) sera acionado o circuito principal do carburador, composto de: gicleur principal (6), venturi (7), difusor (8) e emulsionador de ar
(9). Com a borboleta do acelerador parcialmente aberta, a depressao existente no coletor de admissão faz com que seja aspirado o ar, que ao passar pelo venturi ira arrastar uma certa quantidade de combustivel, dosada pelo gicleur principal, para dentro do cilindro.
d. Aceleracao total
Quando a borboleta do acelerador (4) esta totalmente aberta, alem do combustivel arrastado pelo fluxo do ar atraves do venturi, entra em acao o dispositivo chamado “bomba de aceleracao”, que supre uma quantidade adicional de combustivel permitindo uma pronta resposta do motor. Esse sistema e acionado mecanicamente e composto de diafragma, haste de acionamento, mola do diafragma e valvulas de retencao.
1.2 - Alimentacao por injecao de combustivel
O sistema de injecao de combustivel fornece a quantidade certa do mesmo, garantindo um rendimento optimizado do motor. No inicio uma minoria de carros utilizava esse sistema pois o seu custo ainda era elevado. As principais vantagens deste tipo de alimentacao sao: nao existem problemas de partida, principalmente a frio, a aceleracao e mais rapida, o motor e mais elástico e consome menos combustivel quando comparado com o alimentado por carburador.
1.1. - Injecção Mecanica de Combustivel
Apresentamos esquematicamente, a seguir, o principio de funcionamento dos sistemas de injeção mecanico e eletronico de combustivel.
Fig 5 - Sistema de injecção mecânica de Combustivel
a. Partida a frio
Um sensor de temperatura (5) colocado no motor faz com que o injetor suplementar (7) abra para injetar combustivel no coletor de admissão (2). Simultaneamente, o motor aspira ar frio através do regulador de mistura (10), que, passando atraves da valvula borboleta (8), chega ate
combustível emitindo gases de escape mais limpos (menor indice de poluentes), partida a frio mais rapida e menor desgaste dos componentes, reduzindo a manutencao.
Fig 6 – Sistema de Alimentação Mono Ponto
1.3.2 - Multi-point
O sistema multi-point e o mais desenvolvido. É um sistema dotado de quatro bicos injetores comandado eletronicamente, que efetua a injecao do combustivel no coletor de admissao, alimentando individualmente cada cilindro, podendo ser simultaneo ou sequencial. Neste sistema o modulo comanda o sistema de injecção e o sistema de ignição. Atraves do processamento digital de dados e do emprego de microprocessadores,e possivel converter um grande numero de dados operacionais em dados de injecao e ignicao controlados por mapeamento. Com o sistema multi-point consegue-se um melhor rendimento do motor, pois cada cilindro ira receber a quantidade exata de mistura ar/ combustivel, garantindoassim: um menor consumo de combustivel, maior potencia, aceleracao sem atraso, melhora da partida a frio e fase de aquecimento, e baixo teor de poluentes nos gases de escape.
Fig 7 – Sistema de injecção Multiplos Pontos
1.3.3 - Tecnologia
Motor 1.0 16V Turbo
O motor 1.0 16V Turbo tem um controle otimizado, atraves da utilizacao de uma Unidade de Controle Eletronico (ECU), com os melhores recursos de calibracao de injecao e ignicao existentes no mercado.
O sistema possui ainda, como diferencial, a correção dinamica para avanco de ignicao que prioriza o torque (Nm) do motor em qualquer regime. O sistema de gerenciamento do motor controla a válvula reguladora de pressao do turbo (Waste Gate). Essa valvula mantem o nivel maximo de potencia e torque independente das variacoes ambientais.
Outro componente, o HFM (Hot Film Mass) e um sensor de massa de ar que mede, direta e precisamente, a quantidade de ar admitida pelo motor e, com isso, otimiza a relacao ar/ combustivel melhorando a dirigibilidade e as emissoes de poluentes. O motor esta equipado com dois sensores de detonação localizados entre os cilindros 1 e 2, e o outro nos cilindros 3 e 4, que evitam a ocorrência de detonacao, atraves da informacao a ECU, que toma as medidas necessarias para obter a melhor performance com o menor consumo. O motor 1.0 16V Turbo recebeu as adequações tecnologicas dos motores mais modernos. Estas sao as responsaveis por fazer com que este motor desenvolva potencia e torque elevados.
Fig 8 – Motores Turbo
O sistema de alimentação esta constituído pelos seguintes elementos:
2.0.1 - Bomba de alimentacao (ou transferencia) de combustível
Pode ser de pistao ou de diafragma e serve para transferir o oleo combustivel do tanque para a
bomba injetora, fazendo-o passar por um elemento filtrante.
2.0.2 - Filtro de combustivel
Tem a finalidade de reter todas as impurezas que circulam no sistema de alimentacao. Dispoe de uma valvula cuja finalidade e manter constante a pressão do combustivel para a bomba injetora, evitando dessa maneira o borbulhamento ou a deficiência de combustivel. Em alguns motores essa valvula e colocada na bomba em vez de ser posta no filtro.
2.0.3 - Bomba injetora
Conjunto destinado a regular o debito do oleo combustível e injeta-lo, atraves dos bicos injetores, nos cilindros. Existem dois tipos: em linha e rotativa.
2.0.4 - Bomba em linha
E um mecanismo de injecao, de pistoes múltiplos e curso constante, que deve bombear a quantidade de combustivel exigida pela carga do motor, mantendo essa carga constante de ciclo para ciclo bem como de cilindro para cilindro, no tempo exato, a despeito da rotacao do motor. A quantidade de combustivel injetada e regulada pelo movimento semi-rotativo dos pistoes, os quais possuem uma ranhura em helice permitindo a passagem de maior ou menor quantidade de oleo diesel na camara de compressao da bomba. O movimento semi-rotativo dos pistoes e dado pela cremalheira que esta ligada ao regulador de rotação
Fig 13 – Compressor Volumetrico
2.3 - Turboalimentadores
Os turboalimentadores sao compostos por uma turbina e por um compressor ligados mecanicamente por um eixo. A turbina alimentada pelos gases de escape que estao a elevadas temperaturas movimenta o compressor. Este por sua vez aspira a mistura ar/combustivel ou somente ar, forcandoa dentro do cilindro. Para motores de aviacao, e para aqueles que operam em altitudes elevadas, a superalimentacao e necessaria devido a rarefacao do ar. Tendo em vista a proximidade entre a turbina e o compressor, os gases de escape a elevadas temperaturas aquecem o ar, introduzido no motor fazendo com que a sua eficiencia volumetrica diminua. Em alguns motores, para compensar essa diminuição de eficiencia volumetrica e para aumentar ainda mais a sua potencia, o ar, antes de ser introduzido no cilindro, passa atraves de um intercambiador de calor (ar/ar ou ar/agua), para diminuir a sua temperatura, aumentando assim a sua densidade. Para aplicacao veicular, o mais usual e o sistema ar/ar, enquanto que para os motores estacionarios normalmente se usa o sistema ar/agua.
Fig 13 - Turbo alimentador
3 - Injecção eletronica de combustivel
A injecao eletronica de combustivel em motores diesel tem como objetivo satisfazer as exigências muito severas de protecao do meio ambiente. Para isso foi desenvolvido um sistema eletrónico de comando de injecao. Um modulo de comando recebe sinais do pedal do acelerador e de sensores instalados no motor. Os sensores detectam as informacoes de funcionamento do motor e enviam para o modulo de comando. As unidades injetoras sao comandadas mecanicamente pela arvore de comando na cabeca dos cilindros e eletronicamente pelo modulo de comando. Com isso a injecao de combustivel e alterada de acordo com a solicitacao e a rotacao do motor.
3.1 -Bomba de alimentação
A bomba de alimentacao e movida a partir da distribuicaodo motor. Sua finalidade e fornecer a pressao e o fluxo correto para todas as unidades injetoras. O fluxo deve ser suficientemente elevado para equalizar eventuais diferencas de temperatura no combustível e no canal de combustivel na cabeca de cilindro.
3.2 - Bomba manual
A bomba manual esta montada no suporte do filtro de combustivel e usa-se para poder encher o sistema de combustivel e purgar o ar do sistema quando o motor esta parado.
3.3 - Valvula de retencao
Na saida do canal de combustivel esta montada uma valvula de retencao. A valvula de retencao mantem a pressao do sistema de combustivel. A pressao de abertura da valvula e de cerca de 3,5 bar.
4 - Common Rail
A primeira bomba injetora em linha, fabricada em serie no ano de 1927, criou as condicoes para o emprego do motor diesel de alta rotação em veiculos automotivos. Ainda hoje alguns motores utilizam a bomba injetora. O sistema de injecao de pressao modulada “Common Rail” para motores de injecao direta abre novos conceitos:
a. Grande area de aplicacao, desde motores com potencia de 30kW/cilindro ate 200kW/ cilindro. b. Alta pressao de injecao de ate cerca de 1.400 bar. c. Inicio de injecao variavel. d. Volume de injecao, pressao no “Rail” e inicio de injecao adaptada a cada regime de funcionamento.
No sistema de injecao de pressao modulada “Common Rail”, producao de pressao e injecao sao desacopladas. A pressao de injecao e produzida independente da rotacao do motor e do volume de injecao, e esta no “Rail” (acumulador de combustivel de alta pressao) pronta para a injecao. Momento e quantidade de injecao sao calculados na unidade de comando eletronica e transportados pelo injetor em cada cilindro do motor atraves de uma valvula magnética ativada. Com o injetor e a alta pressao sempre constante, obtem-se uma curva de injecao muito precisa. Com a ajuda de sensores instalados no motor, a unidade de comando capta as informacoes e tem condições de comando e regulagem sobre o veiculo e, principalmente, sobre o motor. A funcao basica e controlar a injecao do diesel no momento certo, na quantidade exata e com a maxima pressao possivel. Assegura, desta maneira, um funcionamento silencioso, económico e pobre em poluentes do motor diesel.
Fig. 15 – Sistema de injecção com common Rail
