Glauco Diniz Duarte Tbic – Injeção diesel common rail
Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, antes de entendermos o funcionamento do sistema de injeção eletrônica diesel, vamos falar sobre o seu principal componente: o óleo diesel.
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.
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.
Componentes do sistema
Bomba de óleo
Unidade injetora eletrônica hidráulica
Filtro de óleo
Arrefecedor de óleo
Óleo de alta pressão
Combustível
Conector para a Válvula de Controle da Pressão de Ativação da Injeção (IAPCV)
Bomba hidráulica da unidade injetora
Sensor para a Pressão de Comando da Injeção (IAP)
Filtro de combustível
Filtro primário do combustível e separador de água
Tanque de combustível
Engrenagem do eixo-comando
Sensores de distribuição/rotação
Módulo de Controle Eletrônico (ECM)
Bateria
Regulador de pressão do combustível
Sensor de pressão no coletor de admissão
Sensor de pressão do óleo
Sensor de temperatura do líquido arrefecedor
Sensor de posição do acelerador
Sensor de temperatura do ar de admissão
Sensor de pressão atmosférica
Aquecedor da admissão de ar
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 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.
