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Pg. 153-160 (originais) Reviso: 15/12/12

9:- INJEO(pg. 138161 apostila)

9.1 - Generalidades:

O primeiro motor de combusto por compresso, idealizado por Rudolph Diesel, utilizava carvo

pulverizado e era injetado na cmara de combusto por meio de um jato de ar comprimido. Este

sistema recebeu o nome de Injeo a are atualmente s usado para combustveis de grande

viscosidade e relativamente sujos, como o fuel oilou mazoutou leo combustvel residual de uso

normal em caldeiras.Os motores Diesel atuais normalmente usam a injeo mecnica do combustvel, sem usar ar

comprimido, por este motivo esta chamada, por alguns, de Injeo Mecnicaou Injeo

Slida.

9.2Objetivos:

O dispositivo de injeo de um motor diesel deve preencher os seguintes requisitos:

1. Injetar a quantidade de combustvel exigida pela carga do motor, mantendo-a constante:a)

de ciclo a ciclo.b)de cilindro para cilindro.

2. Injetar o combustvel no instante exato independente da rotao do motor.

3. Injetar o combustvel na quantidade necessria para controlar a presso da combusto, conforme

havia sido projetado.

4. Pulverizar o combustvel no grau desejado.

5. Distribuir o combustvel na cmara de combusto.

6.

Iniciar e terminar a injeo bruscamente e com preciso.

9.3Vantagens da Injeo sobre a Carburao:

1. Maior rendimento volumtrico, pois a perda de carga na tubulao de admisso menor.

2. Melhor acelerao, pois no h filme nem gotculas de leo que se atrasem em relao demanda

de ar.

3. Eliminao do gelo na tubulao de admisso. (foram utilizados motores Diesel na aviao alem

Junkers)

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4. Partida fcil, porque o combustvel pulverizado dentro do cilindro, mesmo nas baixas rotaes.

5.

Menor tendncia a detonao uma vez que a injeo de combustvel controlada6. No h retorno de chama.

7. Projeto mais compacto, porque o sistema de injeo, no exige localizao especial.

8. Possibilidade de se usar combustvel menos voltil.

9. Maior rendimento do ciclo.

9.4Desvantagens da Injeo sobre a Carburao:

1. Construo mais cara.

2. Maior peso por unidade de potncia.

3. No to simples quanto a ajustagem e manuteno.

4. Menor vida (gua, enxofre e areia).

5. Pouco tempo para o combustvel se misturar com o ar o que dificulta a combusto completa em

altas velocidades.

9.5Tipos de Sistemas de Injeo Mecnica:

Existem basicamente trs tipos de sistemas:

I - (BOSCH)

II - (Cummins)

III - (General Motors)

BPCircuito de Baixa Presso ApCircuito de Alta Presso

Tanque BP Dosador AP Pulverizao

Tanque BP Controle depresso

Dosagem AP +Pulverizao

Tanque BP Dosador AP + Pulverizao

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Os trs tipos bsicos so construdos com:

a) Bomba individuala cada cilindro corresponde um dosador e uma bomba de alta presso. (tipo

Bosch)

b) Distribuidorexiste apenas uma bomba para todos os cilindros, que tambm dosa a quantidade

de combustvel e existe ainda um distribuidor, para levar o combustvel a cada cilindro. (tipo

Cummins antigo)

c) Acumuladoro sistema tem bomba nica, para comprimir o combustvel e lev-lo aos injetores,

que dosam as quantidades e os tempos e injetam nos cilindros. (tipo Cummins moderno, Cooper

Bessmer etc.)

Os tipos de sistemas de injeo so os mais variados possveis e os fabricantes esto continuamente

pesquisando no sentido de melhorar as suas caractersticas de desempenho.

Atualmente os sistemas de injeo, tanto os mecnicos como os comandados eletronicamente,

permitem adiantar a injeo com o aumento da rotao, com isto consegue-se rotaes elevadas para

os motores diesel, principalmente nos de uso automotivo.

9.6Sistema Bosch:

Existe uma bomba de mbolos (ou de engrenagens) que traz o combustvel do tanque e leva-os at as

bombas de alta presso, as quais so individuais, isto uma bomba para cada cilindro. A dosagem

tambm feita nestas bombas.

Detalhes de funcionamento podem ser vistos na fig. 10.4 e 10.5 pg. 142 da apostila Motores de

Combusto Interna de mbolosAlfred Domschke e Francisco R. Landi.

O bombeamento feito pelo movimento do mbolo e a dosagem pela posio da ranhura em hlice do

mesmo, pois o curso constante, para qualquer carga do motor.

O injetor propriamente dito, tem a funo nica de pulverizar o combustvel que j est dosado e

pressurizado.

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9.7Sistema International Harvester:

Possui uma bomba de alta presso para 4 cilindros, ou duas bombas para 6 cilindros e a distribuio

feita por vlvulas acionadas por excntricos. Neste caso o injetor tambm s pulveriza o combustvel

que j foi previamente pressurizado.

9.8Sistema General Motors:

Uma bomba de baixa presso (60 psi) leva o combustvel aos injetores, os quais elevam a presso para

alta, dosam e injetam pulverizando o combustvel. Estes injetores so chamados injetores unitrios

e so acionados por excntricos do eixo comando de vlvulas. Nestes injetores unitrios no h

tubulaes longas sujeitas a elevadas presses e a 2100 rpm a sua presso atinge a 2700 atmosferas.

9.9Sistema Cummins P - T:

A bomba de baixa presso leva o combustvel ao sistema de medio P - T = presso, tempo que se

baseia num princpio muito simples; Num orifcio a vazo de combustvel funo da presso e do

tempo, que atuam sobre o mesmo.

Do sistema de medio, ainda em baixa presso (90 200 psi), cuja variao proporciona maior ou

menor potncia do motor, o combustvel conduzido por um tubo para a parte superior do motor onde

se bifurca em tantos tubos secundrios quantos forem os cilindros. Estes tubos secundrios vo ter aos

respectivos injetores, onde est o orifcio calibrado e onde se d a elevao da presso do combustvel

tambm para cerca de 2000 atmosferas, durante a injeo dentro do cilindro.

Neste sistema, interessante notar que o mbolo do injetor permanece erguido enquanto a parte

inferior recebe o combustvel e tambm ar quente resultante da compresso do pisto, que vaporiza o

combustvel. Portanto este injetor injeta no apenas o combustvel, mas vapores de combustvel,

misturados com ar quente. A vantagem deste sistema ter um tempo maior de mistura ar

combustvel.

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9.10Tempo de injeo:

Vamos supor um motor Diesel, trabalhando a 1800 rpm = 30 rot/s

1 rotao = 360o30

1segundo.

Admitindo-se ainda uma injeo de 36oteremos:

360o30

1

36o t

O tempo de injeo fica 0,003s300

1

30x10

1

t = 3ms

Assim pode-se ver que o tempo de mistura combustvel/ar to importante, principalmente

considerando-se que existem motores Diesel modernos que trabalham a mais de 4000 rpm.

9.11O jato de combustvel:(pg. 150 apostila)

A principal funo do bico injetor introduzir o combustvel na cmara de combusto, num jato

finamente pulverizado.

Nos motores que possuem uma pr-cmara de combusto, este jato no necessita ser to pulverizadocomo nos motores de injeo direta.

Atualmente, o estudo do jato de combustvel feito com cmaras fotogrficas ultra-rpidas,

fotografando-se atravs de uma cmara de combusto transparente, com luz estroboscpica.

Notou-se que o incio da injeo caracterizado pela formao de gotculas e depois formado o jato

propriamente dito, conforme se pode observar na figura 10.14 pg. 150 da apostila Motores de

Combusto Interna de mbolosAlfred Domschke e Francisco R. Landi.

A velocidade do jato ao sair do injetor quasi igual ao valor dado pela frmula da hidrulica

gxH2v , sendo H a diferena de presses entre o combustvel no injetor e dos gases na cmara de

combusto, em metros de coluna do combustvel

pH , sendo o peso especfico do combustvel

em apreo

pgx2v

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Observando-se os jatos normais nos injetores, temos os seguintes fatos dignos de nota:1. Existem gotculas de diversos tamanhos, sendo que a maior parte, tem o dimetro de 5 microns

2. O aumento da presso de injeo diminui o tamanho das gotculas.

3. Aumentando-se a viscosidade do leo, cresce o tamanho das gotculas.

4. Aumentando-se o orifcio do bico injetor, cresce o tamanho das gotculas.

Considerando-se ento a frmula

pgx2v podemos calcular a velocidade do jato ao sair do bico

injetor, tomando-se como referncia o que segue:p = 100 atmosferas = 100 kgf/cm2= 100 x 104kgf/m2

g = 9,81m/s2

= 800kg/m3 ento:

800

10x100x81,9x2v

4

kgfms

mkgfm22

3

m/s

s/m0,15757,1x10045,2x10010x45,2v 4

v = 157,0m/s

Se o p = 1000 atmosferas 107kgf/m2

s/m0,4955,241010x8

6,19

800

10x81,9x2v

25

7

Nas condies I.S.A.(International Standard Atmosphere)

T = 15oC p = 1.013,2mB Vsom= 340,3m/s

para p = 100 atm, V = 157m/s = 0,46 Vsom(jato subsnico)

para p = 1000 atm, V = 495m/s = 1,45 Vsom(jato supersnico)

9.12Bico injetor simples pulverizador:

Os bicos injetores do tipo simples pulverizadores, so os utilizados no sistema de injeo Bosch e

similares, tem por finalidade apenas pulverizar o combustvel que lhe entregue na sua presso de

abertura, (normalmente da ordem de centenas de atmosferas) e em quantidades dosadas pela bomba

injetora, de acordo com a carga do motor.

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Normalmente, os bicos injetores so construdos com jato nico, quando so utilizados em motores

com pr-cmara de combusto (injeo indireta) ou ento so multi-jatos, quando so utilizados emmotores de injeo direta, ou seja, o bico pulveriza diretamente na cmara de combusto do motor.

Esquematicamente, podemos representar um elemento de bico injetor, simples pulverizador, como

segue:

Jato nico Multi-jato

9.13Condio de Injeo:

Em ambos os casos consideram-se;

Ffora exercida pela mola sobre a agulha, necessria para o fechamento do bico

ppresso do combustvel, na entrada do elemento do bico injetor

Ddimetro do corpo da agulha

ddimetro da ponta da agulha

Para que ocorra a injeo do combustvel, necessrio que a fora, devida a presso do combustvel,

que atua na rea da ponta da agulha, seja maior que a dada pela ao da carga da mola sobre a agulha,

assim teremos:

pdapressoatuaodeefetivareaS

el)(combustvppressodaaoadevidaForaP

S

Pp

S = S-S

4

dS"

4

DS'

2

2

P = p x S = p x (S-S) = p x

4

d

4

D 22

P = p x 22 dD4

ento para ocorrer injeo deve-se ter PF ou FdD4

p 22

Acmaras de

presso

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Alguns autores usam fazer a rea S igual a mdia entre as reas S e S, simplificando a expresso da

condio de injeo. A atuao da presso da cmara de combusto p, sobre a rea S desprezvel

pois SS e pp assim a fora P= p x S que se somaria a P muito pequena se comparada

com os valores de F.

9.14Tipos de Sistemas de Injeo de Comando Eletrnico:

Atualmente os sistemas de injeo mecnicos esto sendo substitudos por novos sistemas que so

comandados eletronicamente e por isso so chamados de Sistemas de Injeo Eletrnicos, onde a

gerao das altas presses de injeo realizada por mbolos ou bombas de deslocamento

volumtrico, mas a dosagem dos volumes injetados realizada pelo comando de vlvulas

eletromagnticas de ao muito rpidas de tal forma que possvel modular uma nica injeo em

vrios jatos separados melhorando a eficincia da combusto, reduzindo significativamente o rudo do

motor.

Os sistemas de Injeo de Comando Eletrnico dividem-se em trs tipos, a saber:

1. Sistema de injeo de presso modulada Common Rail

2. Sistema de injeo de bombas unitrias Unit Pump SystemUPS

3. Sistema de injeo unitrio Unit Injection System UIS

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