Glauco Diniz Duarte Diretor – Quem inventou o sistema common rail diesel

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, vivemos uma nova era dos motores a combustão, devido aos avanços tecnológicos e às crescentes restrições internacionais a respeito do combate à poluição. Os motores de combustão interna afetam diretamente a qualidade do ar na atmosfera, devido à emissão dos gases provenientes da combustão. A utilização dos motores diesel Common Rail ou Common RailDirectInjection têm sido uma saída para diminuir a poluição do ar.

– Mas como?

Esse sistema de injeção calcula, através de vários sensores conectados a uma central eletrônica, a quantidade exata de combustível a ser injetada para que ocorra uma queima perfeita, tecnicamente falando, queima estequiométrica.

A tecnologia foi desenvolvida pela Fiat no final da década de 90, mas logo chamou a atenção da empresa Alemã Bosch que comprou, patenteou e aprimorou o funcionamento. Interessante ressaltar que a tecnologia tinha foco em veículos potentes utilizados para trabalho que demandavam grande força, porém os primeiros motores common rail vieram nos modelos de passeio Alfa Romeo 156 e no Mercedes Benz E 320.

Diferentemente dos motores diesel convencionais, onde a pressão para pulverizar o combustível nos cilindros é gerada individualmente a cada injeção, nos sistemas coletores (rails) armazena-se o combustível com a elevada pressão necessária para injeção, disponibilizando-o para todos (common) os cilindros.

Nesses sistemas de injeção de combustível, há uma bomba HP(High Pressure) que comprime o combustível até o Rail para distribuição, em que a pressão de trabalho varia entre 500 Bar e 2000 Bar dependendo do que é exigido ao motor.

(Pense comigo, imagine uma camionete vazia subindo uma ladeira, o motor não precisa de tanto combustível para queima, conseqüentemente menor quantidade será pulverizada, trabalhando o Rail a uma pressão de 700 Bar nos injetores.

Agora essa camionete está subindo com uma carga pesada a alta velocidade, logo uma quantidade de combustível maior é exigida, fazendo com que a pressão para pulverizar será aumentada, com o Rail agora pressurizado a 1750 Bar).

Ajuste de pressão da bomba

Esse sistema possui 2 bombas de injeção de combustível.Uma primeira que admite o combustível do tanque e transfere para uma segunda bomba de alta pressão que direciona o combustível pressurizado para os bicos injetores. O ajuste da pressão depende da rotação do motor e também de uma importante válvula de dreno no corpo da bomba de alta pressão que regula o fluxo para Rail. Essa válvula de dreno é eletromagnética e sua abertura é controlada pelos pulsos elétricos vindos da central eletrônica em formato PWM. Uma curiosidade é que o próprio diesel é o lubrificante da bomba.

Acumulador de pressão (Rail) e injetores

1- Bomba de alta pressão

2- Injetor

3- Rail ou acumulador de pressão

4- Tubos de conexão Rail -> Injetor

5- Tubos de conexão Bomba AP ->Rail

6- Central eletrônica

7- Válvula de segurança

8- Sensor de pressão

O rail disponibiliza o combustível a pressão ideal para todos os cilindros, existindo também nesse sistema, uma válvula de segurança que atua caso haja uma pressão elevada acima do limite operacional.

Os injetores são válvulas eletromagnéticas e o momento da injeção e o tempo exato é controlado eletronicamente, ou seja, não sendo necessário eixo de cames, tuchos, balancins, faina de regulagem de folga de válvulas e etc.

Assim, com esse sistema de combustível, é possível maximizar a eficiência da queima, aproveitando-se mais da energia calorífica presente no diesel. O meio ambiente “agradece” pelas queimas de combustível estequiométricas (“adeus” aquela queima rica e sua fumaça preta), menor consumo e funcionamento menos ruidoso e sem contar a rápida estabilização do motor ao partir.

Interessante notar que a central eletrônica possui vários sensores para calcular a injeção perfeita, diante de variáveis como temperatura e umidade do ar, pressão atmosférica, rotação do motor, carga exigida pelo motor, posição do pedal de aceleração e etc. Caso algum desses sensores esteja fora de operação, a central eletrônica possui uma programação padrão genérica para um funcionamento mediano.

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Explicando:

A central eletrônica tem uma memória que atua como mapa de controle para calibração dos sensores e atuadores, bem como para enviar sinais já parametrizados, caso haja perda de informação de um sensor ou perda de feedback dos atuadores. Importante ressaltar que esse tipo de memória não se apaga com o motor desligado ou com bateria desconectada, possuindo inclusive um dispositivo emergencial denominado Recovery, que permite o reestabelecimento do funcionamento do software do sistema de controle.

Como exposto anteriormente , nos anos de 1980 a 1990 foi desenvolvido o sistema de combustível common rail para os carros de passeio. Naturalmente tal tecnologia alcançou grande abrangência, devido à maior eficiência e menor emissão de gases poluentes, sendo sempre a “mola propulsora” para o desenvolvimento tecnológico, maior economia de combustível e adequação a futuras legislações de controle de poluição.

Três eram os principais grupos de sistema de injeção: (1) eletronicamente controlado com bomba distribuidora, (2) controlado eletronicamente com unidade injetora(EUI – electronically controlled unit) e (3) sistema de injeção common rail. Frente aos outros sistemas de injeção de combustível contemporâneos, o common rail destacou-se por prover maior número de vantagens e eventualmente tornou-se predominante na aplicação em veículos leves.

Dentre as vantagens pode-se citar:

-Pressão de combustível independente da velocidade ou carga do motor;

-Menor requisito de pico de esforço na bomba de comsbustível;

– Redução de ruídos e vibrações;

– Maior controle e precisão do sistema de injeção.

Com a utilização do sistema de combustível Common Rail, os processos de combustão puderam ser otimizados para alcançar menores níveis de poluição com menor consumo de combustível. Atualmente existem várias aplicações no setor naval, inclusive com um sistema de controle eletrônico, o qual garante a perfeita injeção de combustível, na quantidade e tempo exatos, independentes da rotação do motor. Sendo os pioneiros da aplicação desse tipo de sistema na indústria naval os motores MTUs.

Os sistemas Common Rail modernos garantem a temporização e atomização por um módulo de controle programável, que permite a múltipla injeção de combustível nas pressões pré-definidas e no devido tempo, provendo grande nível de flexibilização para melhoria da eficiência, diminuição do consumo e de poluentes. Por estas razões essa tecnologia ganhou grande espaço frente aos sistemas de injeção mecânicos convencionais. Os atuais motores MTUs possuem características padrões, como: linha de combustível comum, que nomeiam o próprio sistema “common rail”, abertura eletrônica dos bicos injetores específicos de cada cilindro para permitir fluxo de diesel, atomização do combustível em altas pressões e a perfeita mistura com ar.

Os componentes do sistema de injeção common rail devem possuir extrema precisão e flexibilidade na realização do controle. Por esse propósito utiliza-se as ECU(Engine Control Unit – Unidade de Controle do Motor), um sistema de gerenciamento eletrônico, o qual controla a rotação do motor, o ar fornecido para a queima através de flaps nos turbochargers, realiza o processamento de sinais analógicos e digitais, além de se comunicar com o sistema de monitoramento do navio.

 Atualmente um dos grandes desafios dos sistemas de combustível common rail é o aumento da pressão de injeção, que possui uma relação direta com a atomização, garantindo melhor eficiência na queima. Por essa razão, procura-se aumentar continuamente a pressão de operação desse tipo de motor diesel. Os primeiros modelos MTUs trabalhavam com a pressão de 1400 bar, já os atuais alcançam 1800 bar, com futuras perspectivas de significativo aumento para 2500 bar nos futuros modelos. Porém tal aumento de pressão deve ser acompanhado de um aprimoramento na durabilidade e fácil manutenção dos componentes do sistema de injeção, melhoria no sistema de filtragem e evolução gradativa dos sistemas de controle eletrônico.

O desenvolvimento desse tipo de tecnologia tem crescido de forma exponencial. Recentes motores de propulsões marítimas e de geração de energia têm aplicado o sistema common rail para injeção de combustível. Motores modernos da SULZER FLEX substituíram as tradicionais bombas de injeção de combustível individual para cada cilindro, por uma única bomba que realiza a distribuição para cada cilindro do motor, enquanto os motores MAN B&W ME já não possuem mais os tradicionais eixos de cames, porém ainda utilizam bombas individuais para cada cilindro

Os sistemas de combustível Common Rail atuais possuem ampla utilização, grande eficiência e imenso potencial, porém ainda existem inúmeros avanços a serem alcançados para gradativa diminuição de poluentes e do consumo. O aprimoramento do sistema de injeção controlado eletronicamente será utilizado cada vez mais. Novas tecnologias serão desenvolvidas como a recirculação de gás de escape que certamente abrirá espaço para o alcance de motores cada vez mais eficientes, gerando motores cada vez mais limpos e econômicos.

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