BRPI0805484A2 - galeria de combustÍvel dotada de dispositivo de aquecimento com instalaÇço axial para sistema de partida a frio com etanol - Google Patents
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Abstract
O presente pedido de patente refere-se a uma forma de instalação axial de dispositivos de aquecimento, em uma galeria primária de suprimento de combustivel do tipo sem retorno, que aumenta a homogeneidade do fluxo de calor em um sistema de partida a frio com etanol (ECS).
Description
Galeria de combustível dotada de dispositivo de aquecimento com instalação axialpara sistema de partida a frio com etanol.
O presente pedido de patente refere-se a uma forma deinstalação axial de dispositivos de aquecimento, em uma galeria prijnária desuprimentode combustível do tipo sem retorno, que aumenta a homogeneidade do fluxo de calor emum sistema de partida a frio com etanol (ECS).
ESTADO DA TÉCNICA
É bem conhecido o fato de que, quando do uso ^decombustíveis diferentes da gasolina clássica em motores de combustão interna (IC),diversas funções do motor podem ser afetadas.^
Em um moderno motor de combustão interna (figura 1),compreendendo uma câmara de combustão (1) com um dispositivo de ignição decentelha (2), coletores de exaustão (3) e admissão (4) equipado com um regulador defluxo de ar tipo válvula borboleta (5) e um sistema de preparação de misturaeletronicamente controlado (6) com injetores de combustível PFI (7), o clássicocombustível gasolina, com uma estrutura química típica CeH18, possibilita um bomdesempenho na partida do motor a frio, o que permite que o motor dê a partida e seaqueça a temperaturas de até -30°C, sem o uso de qualquer dispositivo auxiliar.
A figura 1 mostra uma configuração de motor com controlede velocidade (rotação) e densidade do fluxo de ar (sensor de pressão absoluta docoletor - MAP e sensor de giro do motor), mas esta configuração não é obrigatória. Omotor pode ter qualquer configuração desde que, ela forneça os dados necessários parapermitir que a Unidade.de Controle do Motor (ECU) processe os dados relevantes para ocontrole do injetor e da ignição.
No caso do uso de um combustível diferente da gasolina, debaixa vaporização, tal como o etanol (C2H5OH) ou uma mistura entre a gasolina e oetanol (por exemplo, E22 ou E85), o desempenho de partida a frio é fortemente afetadopelos parâmetros de vaporização e de tensão superficial do componente etanol, os quaissão notavelmente diferentes dos da gasolina pura. Alimentar o motor com etanol puro criacondição mais difícil. Nesse caso a partida a frio e o aquecimento do motor tornam-semuito delicados em temperaturas ambientes abaixo ou em torno de 10° a 12° C.
A principal razão para a qual não apenas a partida a frio,mas também a fase de aquecimento do motor é de amplo interesse é que, para ocontrole de poluentes (principalmente o conteúdo de hidrocarbonetos (HC) nos gases deexaustão) no período de tempo durante o qual o sensor de oxigênio (sonda lambda) nãoestá funcionando (estratégia de controle de circuito-aberto), o controle muito preciso doinjetor permitirá um decréscimo na emissão de HC não queimado.
Nos últimos anos vários dispositivos adicionais que visamminimizar os problemas de partida a frio quando da utilização do etanol foram sugeridos,tais como a introdução de um combustível de maior vaporização (gasolina) durante apartida; ou a adição de um ou mais dispositivos de aquecimento do combustível, que nãosão posicionados na galeria de suprimento de combustível, antes dos injetores, conformea presente invenção. As duas soluções apresentam grandes inconvenientes.
A primeira opção, mesmo apresentando um bomdesempenho na partida a frio, apresenta custo elevado devido à necessidade de umtanque de combustível adicional e os seus respectivos dutos de combustível e, como ovolume desse tanque adicional é limitado para permitir sua instalação no veículo(geralmente na região do compartimento do motor), sua capacidade é pequena para autilização durante o período de aquecimento do motor.
A segunda solução pode ser utilizada para a partida a frio,mas, soluções que não seguem a configuração definida por esta invenção tornam-se nãoconfiáveis para o período de aquecimento do motor, devido à possibilidade de ocorrênciade cavitação do combustível, induzida pelo calor gerado pela instalação aleatória defontes de calor de alta potência antes dos injetores, na galeria de suprimento decombustível.
O injetor de combustível é projetado para enviar umaquantidade controlada de combustível líquido no sistema de admissão. Infelizmente, aocorrência de cavitação, induzida pelo calor, introduz bolhas de gás no combustívellíquido e assim altera o seu estado físico de incompressível para compressível. Afluidodinâmica básica de um líquido compressível é totalmente diferente da de um líquidoincompressível e, assim, a função de dosar um combustível líquido, atribuída ao injetor,não é mais controlável quando um combustível compressível passa pela área interna dedosagem do injetor.
A própria depositante fez um pedido de patente (PI0705422-0) de uma invenção que possibilita por um simples meio mecânico, sem umcomplicado controle eletrônico de temperatura, promover a estabilização assintótica datemperatura do combustível dentro da galeria de suprimento de combustível durante afase de partida a frio.
OBJETO DA INVENÇÃO
A invenção adiciona ao volume interno de uma galeria decombustível comum um ou mais elementos de aquecimento eletricamente controlados.Os elementos de aquecimento são localizados de tal maneira que sua parte deaquecimento ativa é orientada ao longo ou paralelamente ao eixo principal da galeria decombustível.
A distribuição de superfície de aquecimento ativa ao longodo eixo de simetria da cavidade da galeria é favorecida pela sua particular configuraçãoaxial, o que aumenta significativamente a homogeneidade do fluxo de calor efetivo nadireção lateral da cavidade e desta forma diminui a diferença de temperatura docombustível quente entre os injetores de combustível conectados a galeria.
O presente pedido de patente apresenta ainda outrasparticulares configurações diferentes de instalação dos elementos de aquecimento,localizados na galeria de suprimento de combustível, no sistema de partida a frio cometanol (ECS).
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
O objeto do presente pedido será mais bem compreendido aluz das figuras anexas, dadas a mero título de exemplo sem, no entanto, limitar o escopoda presente invenção, nas quais:
- Figura 1 é uma vista de um sistema de injeção convencional em um motor decombustão interna;
- Figura 2 é uma vista de uma galeria de injeção de combustível, com os injetores em suaparte inferior e com os elementos de aquecimento em suas extremidades;
- Figuras 3a e 3b são vistas em corte da galeria, mostrando os injetores, os elementos deaquecimento e em detalhe o elemento de aquecimento;
- Figuras 4a, 4b, 4c, 4d e 4e são vistas em corte de galerias de combustível comvariantes do sistema;
- Figura 5 é um gráfico de temperatura mostrando a distribuição da temperatura docombustível nos injetores ao longo do tempo para os sistemas de aquecimento objeto dainvenção.
CONFIGURAÇÃO PREFERENCIAL
De conformidade com as figuras apresentadas,particularmente os figuras 2 e 3a, a invenção adiciona ao volume interno de uma galeriade suprimento de combustível comum um ou mais elementos de aquecimentoeletricamente controlados. /
A figura 2 ilustra o principio da invenção.
A galeria de suprimento de combustível (10) comum suprecombustível pressurizado a um número de injetores de combustível (11a a 11 d) e comono exemplo, dois elementos de aquecimento (12a e 12b) são localizados um em cadalado da galeria de combustível. Cada elemento de aquecimento é um dispositivo deatuação rápida com uma razão típica de aumento da temperatura de aproximadamente70°C/s (medido em ar parado a 1 mm da superfície de aquecimento). O número total dedispositivos de aquecimento irá absorver aproximadamente 800 W a 10 Volts. Atemperatura máxima de aquecimento será tipicamente obtida após aproximadamente 6segundos. Os valores indicados de forma numérica acima não são limitativos. A figura 3amostra um exemplo da configuração interna do sistema. As partes ativas dos elementosde aquecimento (12a e 12b) são localizadas em posição axial ou co-axial com relação aoeixo principal (14) da galeria de suprimento de combustível. O exemplo mostra aconfiguração com apenas um duto de entrada do combustível (13) que conecta a galeriade combustível com a bomba de combustível.
A figura 3b mostra detalhes dos elementos de aquecimento.
Um elemento é composto de uma unidade que é axialmentelocalizada na galeria. Esta unidade é dividida em duas partes, a parte de aquecimentoativa (100) de comprimento "La" (tipicamente entre 35 e 70 mm) e um suporte inativo(101) de comprimento "X" (tipicamente entre 0 e 35 mm). A parte axial é conectada aocorpo do elemento de aquecimento (102) e a um conector elétrico (103). Para cumprircom um grande número de configurações de montagem, o conector elétrico pode serposicionado em um ângulo α (entre 0 e 90 °) com relação às partes axiais (100 e 101).Como sugerido no pedido de patente Pl 0705422-0 as partes axiais dos dois elementosde aquecimento podem ser conectadas a um dissipador de calor mecânico tubular.
As figuras 4a, 4b, 4c, 4d e 4e mostram outras variantes daconfiguração de montagem dos elementos de aquecimento axiais.
A figura 4a mostra uma variante com dois dutos de entradade combustível (201 e 202) que suprem o combustível frio em posições simétricas nasproximidades dos elementos de aquecimento axial. A posição precisa dos dutos deentrada assim como os tamanhos X e La são ajustados para prover o máximo equilibrode fluxo de calor através dos injetores de combustível.
A figura 4b mostra uma variante na qual o efeito dahomogeneidade de fluxo de calor é obtido com apenas um duto de entrada (203) decombustível frio que é conectado a um canal de distribuição (204), localizado dentro dagaleria de combustível, com as saídas nas proximidades dos elementos de aquecimento.
A figura 4c mostra outra variante que adiciona umcompartimento separado (300) que permite a introdução de um terceiro elemento deaquecimento (301) co-axial para prover um fluxo de calor suplementar diretamenteatravés dos injetores de combustível localizados no centro. Os três elementos deaquecimento são tipicamente adaptados para um consumo total de aproximadamente800 W a 10V, mas este valor não é limitativo. O combustível é suprido dentro docompartimento separado através de canais de transferência (302) e o combustívelaquecido é suprido aos injetores de combustível centrais através de furos de saída (303).Para evitar efeitos de bombeamento, e desta forma a não homogênea distribuição defluxo de calor, pela seqüência intermitente de ciclos de trabalho do injetor, o diâmetro doscanais de transferência (302) são tipicamente limitados a 50 % dos furos de saída (303).
A figura 4d mostra mais uma variante no qual a cavidade da galeria, por quaisquer meios mecânicos apropriados (400) é dividida em duas cavidadesseparadas a esquerda (401) e a direita (402). Cada cavidade, equipada com dutos deentrada (403) e (404) individuais, supre combustível quente aos injetores à esquerda e adireita, respectivamente. As oscilações da distribuição do fluxo de calor devido asseqüência intermitente de ciclos de trabalho do injetor são desta forma significantementereduzidas.
A figura 4e mostra uma configuração onde um único duto deentrada (503) é conectado a um canal de distribuição (504) que alimenta uma galeriaque, por quaisquer meios mecânicos apropriados (500) é dividida em duas cavidadesseparadas a esquerda (501) e a direita (502). Cada cavidade supre combustível quenteaos injetores à esquerda e a direita, respectivamente.
Por conveniência, as figuras de 3 a 4e mostram osdiferentes elementos constituintes tais como os dutos de entrada do combustível (13, 201e 202, 203) e a localização do compartimento de aquecimento separado (300) no mesmoplano de corte da galeria principal de combustível. Contudo isto não é mandatório desdeque todos os elementos de aquecimento ativos mantenham uma posição axial paralelaou sobre o eixo principal (14) da galeria de combustível.
Para cumprir da melhor forma com os requerimentos deinstalação, os dutos de entrada e a cavidade do 3o elementos de aquecimento podem serajustados no sentido horário ou anti-horário em torno do eixo principal da galeria decombustível (14).
EXEMPLO
A figura 5 mostra um exemplo da evolução da temperaturamédia do combustível, nos dutos de conexão entre a galeria de suprimento decombustível e seus injetores, durante a fase de partida a frio de um motor abastecidocom 100 % de etanol a uma temperatura ambiente de -5o C.
O exemplo demonstra que quando todas as orientações edimensões são corretamente adaptadas, conforme proposto pela invenção, o perfil deevolução da temperatura do combustível nos dutos de conexão entre a galeria desuprimento de combustível e seus injetores permanece abaixo da temperatura limite decavitação espontânea (flash-boiling).
A presente invenção demonstra ser um sistema eficaz e debaixo custo, que permite à partida e o aquecimento do combustível a baixa temperaturasem ocasionar grandes alterações na configuração geométrica dos dutos de um motor esem acrescentar sistemas auxiliares caros tais como um tanque auxiliar de combustível.
Claims (6)
1. Galeria de combustível dotada de dispositivo deaquecimento com instalação axial para sistema de partida a frio com etanol caracterizadapelo fato de ter instalada um ou mais elementos de aquecimento (12a, 12b) de modo quea parte ativa de aquecimento de cada elemento seja orientada axialmente ouparalelamente ou eixo de simetria da cavidade principal da dita galeria de suprimento decombustível, sendo cada elemento de aquecimento é composto de duas partes, umaparte de suporte inativa (101) e uma parte de aquecimento ativa (100), as quais possuemcomprimentos que podem ser individualmente ajustados (La, X) para obter a máximahomogeneidade do fluxo de calor ao longo e através da galeria de suprimento decombustível até os injetores.
2. Galeria, conforme a reivindicação 1, caracterizada pelofato que o conector elétrico e o corpo de cada um dos elementos de aquecimento podeser orientado de forma a estar alinhada com a parte orientada axialmente ouparalelamente ao eixo de simetria principal da galeria de suprimento de combustível ouinclinados em um ângulo entre 1o e 90 em relação à parte orientada axialmente.
3. Galeria, conforme as reivindicações 1 ou 2 caracterizadapelo fato que um ou mais dutos de entrada de combustível frio são posicionados econectados a cavidade principal da galeria de tal maneira que o combustível frio cheguesimetricamente em relação aos elementos de aquecimento (12a, 12b).
4. Galeria, conforme qualquer uma das reivindicações 1 a 3caracterizada pelo fato que um elemento de aquecimento axial e central é inserido emuma cavidade em separado, co-axial com o eixo da galeria de suprimento de combustívelpara suprir com combustível aquecido os injetores de combustível centrais.
5. Galeria, conforme a reivindicação 4 caracterizada pelofato de a cavidade central comunicar-se com as cavidades a esquerda e a direita atravésde dois canais de entrada e com os injetores de combustível centrais através de umnúmero de canais de saída iguais ao número de injetores centrais e para o qual razãoentre o diâmetro dos canais de entrada e saída é igual ou menor que 0,5.
6. Galeria, conforme qualquer uma das reivindicações 1 a 3caracterizada pelo fato de a cavidade principal da galeria de suprimento de combustívelpossuir elementos de aquecimento ativos axialmente inseridos em cada uma das suasextremidades e ser separada em duas cavidades simétricas que dividem a cavidadeprincipal em parte direita e esquerda, cada uma suprindo um número igual de injetorescom combustível aquecido.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B11D | Dismissal acc. art. 38, par 2 of ipl - failure to pay fee after grant in time |