GLAUCO DINIZ DUARTE – Tecnologias de alimentação no Ciclo Diesel: Funcionamento do Sistema Common Rail

Tecnologias de alimentação no Ciclo Diesel: Funcionamento do Sistema Common Rail. A injeção múltipla é um mecanismo utilizado para aumentar a eficiência de combustão e diminuir as emissões. A figura 1a ilustra este conceito. Salienta o fato que a combustão (tempo Tc) começa com certo atraso após o início da injeção, e finaliza depois de cessar a entrada de combustível.

Injeção “piloto”: Denominada também de “pré-injeção”. É um processo no qual uma pequena parte do combustível é injetada e entra em combustão, antes de ocorrer a fase de injeção principal.

Esta “pré-combustão” acelera e regula o processo de combustão principal, o que resulta num gradual aumento da temperatura e da pressão com valores máximos menores. Como resultado, verifica-se uma diminuição do ruído e da geração de NOx e material particulado (fumaça).

A eventual perda de potência específica, provocada pela pressão máxima menor, é compensada com o aumento da pressão de injeção e com a sobre-alimentação.

Por outro lado, se verifica um aumento de HC e CO devido ao esfriamento do combustível da injeção piloto em contato com a parede do cilindro. Este problema é contornado utilizando o mecanismo de “injeção principal múltipla”, analisado a seguir.

Injeção Principal Múltipla: É uma estratégia onde o combustível correspondente à injeção principal é injetado em 2 ou mais eventos. A figura 1b ilustra de forma esquemática este processo. Neste caso, 50% do combustível é injetado com o primeiro pulso e os outros 50% com o segundo, separados por um intervalo de 4 graus de giro do virabrequim sem injeção.

Dosando a mesma quantidade que aquela da figura 1a, em 2 ciclos separados de injeção, o combustível se mistura com uma quantidade maior de oxigênio o que resulta numa combustão mais completa com o consequente aumento da eficiência de combustão.

Como resultado verifica-se a redução simultânea de HC, CO, NOx e material particulado. Como consequência, há também uma diminuição do consumo.

A injeção principal múltipla exige injetores de acionamento rápido pelo que este mecanismo é aplicado, principalmente em sistemas de rampa comum com piezo-injetores.

Assim, sistemas common rail com piezo-injetores, como o utilizado, por exemplo, no Audi V8 TDi, possibilitam até 5 pulsos de injeção a cada ciclo de compressão. A 4.000 rpm isto representa 20.000 injeções por minuto ou 330 por segundo.

Pós-injeção: É um processo através do qual uma pequena quantidade de combustível é injetada durante o ciclo de expansão e que resulta numa combustão incompleta com o aumento das emissões de HC e CO. A combustão destes componentes será completada no catalisador oxidante presente obrigatoriamente nestes sistemas e que promove o aumento da temperatura dos gases de escape, aumento este, necessário à regeneração do filtro de particulado.

A figura 2 mostra o exemplo de uma onda de corrente de injeção múltipla correspondente a um injetor acionado por solenoide. Reparar na característica “peak-and-hold” (pico e manutenção) do pulso de corrente da injeção principal. Inicialmente, é aplicada uma tensão entre 60 e 80V para provocar a abertura rápida do injetor. Como mostra a figura, isto resulta num pico de corrente de 10A. A seguir, com o injetor aberto, a tensão é diminuída para o nível de bateria. Como resultado, a corrente também diminui para um valor em torno de 6A. Com este procedimento consegue-se a redução da dissipação de potência na resistência do solenoide de acionamento.

CONTROLE DA INJEÇÃO PILOTO

Um sensor de aceleração (acelerômetro), posicionado convenientemente no bloco do motor, detecta as acelerações instantâneas (vibrações) provocadas nos cilindros a cada ciclo de combustão. Esta informação é utilizada pela UC, para ajustar o avanço e o tempo da injeção piloto, de forma a gerar o mínimo de ruído e vibração, compatível com a potência requerida. Através desta informação, a UC pode compensar o desgaste de alguns componentes como, por exemplo, injetores. Este sensor desempenha uma função similar àquela do sensor de detonação no motor de ciclo Otto.

CONTROLE DA INJEÇÃO EM MALHA FECHADA

No motor diesel, o controle em malha fechada implica no ajuste preciso do avanço da injeção às condições de funcionamento pelo que, a UC deve conhecer como evolui a pressão dentro da câmara. Para este fim, o dispositivo utilizado é um sensor de pressão integrado à vela de pré-aquecimento de cada cilindro (figura 3). Como mostra a figura, o aquecedor se movimenta em função da variação da pressão dentro do cilindro e aciona um diafragma piezo-resistivo que cumpre a função de sensor de pressão. No controle do avanço da injeção, o sensor de pressão cumpre uma função similar àquela do sensor de oxigênio no controle da mistura admitida no motor ciclo Otto.

Características Funcionais

1. A informação do sensor permite determinar, em tempo real (constantemente), o ângulo de giro para o qual a pressão de combustão atinge o máximo e assim, estabelecer uma malha de realimentação para o ajuste do avanço de injeção e da quantidade de combustível injetada, o que permite compensar variações no índice cetano do combustível e na calibração/desgaste de injetores.

Ou seja, possibilita controlar a injeção de combustível (avanço e volume) em malha fechada.

Por outro lado, e em função da pressão no cilindro estar diretamente relacionada com a temperatura, a injeção pode ser ajustada para limitar a pressão e temperatura máximas e com isto, a emissão de NOx.

2. A informação do sensor possibilita a detecção de falhas de combustão. Como resultado disto, o monitor de falhas de combustão é executado ao longo de toda a faixa de operação do motor.

Nos motores que não possuem sensor de pressão, o monitoramento de falhas é feito utilizando a informação do sensor de rotação (CKP), mas, na maior parte dos casos, só na condição de marcha lenta ou pouco acima; por exemplo, entre 500 RPM e 1000 RPM.

3. A presença do sensor permite realizar o teste de compressão de cilindro através do “scanner”.