Injeção direta

Diferentes formatos de tigela para pistões de motor diesel

A injeção direta é um método de injeção de combustível para motores a diesel e motores a gasolina . O combustível é injetado diretamente no cilindro ou na câmara de combustão por um bico injetor .

Injeção direta em motores diesel

As características da injeção direta em motores a diesel são a câmara de combustão indivisa e a superfície da câmara de combustão menor em comparação com a pré - câmara e o motor com câmara de turbulência . Isso resulta em menores perdas de calor e fluxo e, portanto, menor consumo específico e maior eficiência . No entanto, a pressão de injeção deve ser maior para distribuir o combustível com precisão suficiente.

história

Herbert Akroyd Stuart projetou o motor de bulbo quente em 1886 , no qual o combustível era injetado através da câmara do cilindro no bulbo quente. Em motores de cabeça quente, os requisitos de pressão e tempo de injeção são baixos. Rudolf Diesel tentou a injeção direta, mas não conseguiu construir uma bomba que, por um lado, pudesse fornecer a alta pressão necessária e, por outro lado, pudesse ser regulada com suficiente precisão. Portanto, ele usou uma bomba dosadora de baixa pressão e um compressor de ar ( injeção de ar ) para distribuir finamente o combustível na câmara de combustão com ar comprimido. Esses motores foram comprovados em acionamentos estacionários, a partir de 1903 na navegação interior e a partir de 1910 em navios oceânicos.

Prosper L'Orange recebeu uma patente ( DRP 230 517 ) em 14 de março de 1909 para o processo de pré-câmara com bico injetor de agulha e uma bomba injetora controlável . O pesado e frágil compressor de ar foi eliminado e, após a Primeira Guerra Mundial, motores a diesel mais leves puderam ser instalados em caminhões.

Em 1920, o engenheiro sueco Jonas Hesselman patenteou um motor multicombustível, o motor Hesselman , com injeção direta e ignição externa por meio de velas de ignição . Os fabricantes suecos Scania-Vabis, Tidaholms Bruk e Volvo construíram caminhões com motores Hesselman. Esses motores eram acionados com gasolina e podiam ser trocados por petróleo ou diesel após o aquecimento . A Scania os usou até 1936, a Volvo até 1947. Eles foram substituídos por motores a diesel.

Em 1931, Harry Ricardo desenvolveu o processo de câmara de turbulência, que tornava os motores ainda mais rápidos e leves.

Em motores a diesel com antecâmara ou câmara de redemoinho, o início da combustão conduz a mistura combustível-ar através de um estreito canal de queima para dentro do cilindro, onde continua a queimar (menor aumento de pressão e maior tempo de queima, portanto menor velocidade máxima e mais suave motor funcionando).

No início da década de 1940, a MAN desenvolveu o motor de veículo D 0534 G com injeção direta contra a coroa do pistão em um recesso do pistão aproximadamente esférico. Este motor de 4,5 litros tem uma potência de 51,5 kW e um consumo específico de combustível de 218 g / kWh, um valor extremamente baixo para os anos 1940. Os temores iniciais de que o copo esférico do pistão selecionado para injeção direta encorajasse os anéis de compressão a grudar ou derreter o material do pistão se revelaram infundados.

Nestes motores esféricos médios da MAN , parte do combustível foi depositado na parede do recesso quase esférico do pistão, apenas evaporou durante a combustão e foi levado pelo vórtice de ar (injeção "distribuidora de parede"). Apenas uma pequena parte queimou repentinamente e, portanto, acendeu o resto de maneira controlada.O vórtice de ar já foi gerado ao ser sugado através de canais de entrada adequadamente projetados (em forma de espiral).

Nos motores a diesel modernos com injeção direta, o oposto é verdadeiro: o combustível é injetado no centro de um vórtice de ar em um recesso plano do pistão e queima a caminho de sua borda. Para minimizar o ruído, ele é injetado em momentos diferentes. A pré-injeção ou quantidade piloto é uma quantidade muito pequena no início para iniciar uma combustão “suave”. Só então vem a injeção principal. Ao otimizar a forma da calha (em comparação com os motores dos caminhões), a geração de ruído pode ser reduzida ainda mais.

O motor do Saurer MH4 tem injeção direta e um bloco de motor de alumínio, 1945

Depois que a injeção direta prevaleceu nos motores a diesel de caminhões pesados, a Ford e a Fiat lançaram a pedra fundamental em 1984 para a introdução dos chamados motores a diesel de alta velocidade com injeção direta. Os modelos Ford Transit e Fiat Ducato foram oferecidos inicialmente com injeção direta como padrão. Você deve levar em consideração que se trata de veículos comerciais ou caminhões leves. Porém, foi a introdução da injeção direta de diesel neste segmento de veículos na produção em larga escala. Aqui, é importante que os motores sejam especificamente motores de automóveis. As velocidades nominais desses motores são superiores a 4000 rpm, cerca de duas vezes mais altas que as dos motores de caminhão.

Um motor diesel com injeção direta common rail foi testado com sucesso em 1985 na RDA em um caminhão W50 modificado em tráfego rodoviário contínuo, mas o desenvolvimento foi interrompido em 1987 devido à falta de capacidade para iniciar a produção. O protótipo do motor pode ser visto hoje no Museu Industrial de Chemnitz .

Antes de 1987, os motores diesel com injeção direta estavam disponíveis apenas em veículos comerciais ou como motores de grande porte. Eles não eram usados ​​em carros porque seu funcionamento irregular (“ pregar ”) contradizia os requisitos de conforto e este último era visto como mais importante do que o menor consumo específico. Os motores a diesel com injeção direta não ganharam aceitação nos automóveis de passageiros até a década de 1990.

Um motor diesel de injeção direta foi usado pela primeira vez em alto volume automotivo a partir da primavera de 1987 na Fiat oferecida pelo Fiat Croma TD id usado. O motor foi desenvolvido em um centro de pesquisas da Fiat em Nápoles . O motor conhecido do veículo comercial Ducato era equipado com um controle de injeção eletrônica, o que aumentava a suavidade a um nível utilizável nas condições do carro. O Fiat Croma estava inicialmente disponível apenas no mercado italiano, já que a Fiat queria se manter baixo nos mercados estrangeiros com o novo desenvolvimento relacionado a possíveis despesas de reparo.

O segundo carro desse tipo foi o (Austin) Rover Montego em 1988 , cujo motor foi desenvolvido pela Rover em cooperação com a Perkins Engines . Esses motores desenvolveram um alto torque mesmo em baixas rotações e, portanto, possibilitaram um bom desempenho de direção e baixo consumo.

Em 1990, chegou ao mercado o Audi 100 C3 2,5 litros TDI, o primeiro automóvel de passageiros a diesel de um fabricante alemão com injeção direta. Como um cilindro de cinco cilindros, funcionava com mais suavidade do que um cilindro de quatro cilindros. O motor (1T) também foi usado no Audi 100 C4 (que apareceu no final de 1990 e foi construído até julho de 1994).

Ford, Fiat, Austin / Perkins e Audi / VW forneceram a primeira geração de motores diesel de injeção direta para automóveis de passageiros. Eles trabalhavam com uma bomba injetora distribuidora, o que significa que um elemento da bomba (pistão e cilindro) abastecia todos os cilindros. A Ford Transit e o Fiat Ducato ainda não estavam sobrealimentados, o Fiat Croma, o Audi 100 e o Audi 80 posteriores tinham turboalimentadores e intercoolers . A bomba injetora do distribuidor do Audi 100 ainda funcionava com pressão de até 800 bar.

Em 1997, o grupo Fiat lançou o Alfa Romeo 156 JTD, o primeiro carro de produção com injeção common rail . Nesse sistema, a geração de pressão e o processo de injeção são separados espacialmente. Uma bomba de alta pressão cria permanentemente a pressão quase constante e alimenta a linha comum a todos os cilindros (portanto, common rail), que armazena o combustível. Os processos de injeção são acionados pela eletrônica do motor. Para fazer isso, ele aciona as válvulas que são atribuídas aos cilindros. Existem também várias gerações dessa tecnologia. O sistema common rail trabalha com pressões de até 2.000 bar e, entretanto, até cinco processos de injeção por processo de combustão. Ocasionalmente, com motores BMW e Mercedes-Benz , havia sérios problemas de produção em série com os bicos injetores de válvula dos sistemas common rail. Às vezes, o processo de desligamento da válvula não funcionava; o common rail se esvaziou em um cilindro por meio da válvula com defeito. No entanto, a partir de 2011, esses problemas são coisa do passado.

Em 1998, a VW lançou motores a diesel sobrealimentados com injeção direta e sistemas de bocal de bomba no VW Passat B5 . Cada cilindro tem sua própria unidade composta por uma bomba injetora e um bocal na cabeça do cilindro. Isso tornou possível aumentar as pressões de injeção novamente; o sistema bomba-bico trabalha com pressão de até 2500 bar. No entanto, um máximo de três processos de injeção por combustão podem ser implementados aqui porque o controle da injeção não é independente do aumento de pressão devido ao sistema. As unidades bomba-bico são controladas por meio do eixo de comando , que também controla o trem de válvulas. Este projeto é comum em motores diesel maiores desde a década de 1930. A vantagem dos bicos das bombas era inicialmente a maior pressão possível e, portanto, menor consumo em comparação com as bombas distribuidoras e os primeiros sistemas common rail. As desvantagens foram sempre a geração de ruído e os altos custos de construção na cabeça do cilindro e nos elementos bocal da bomba, acompanhados de desvantagens de custo. Finalmente, os dois eixos de comando controlavam quatro válvulas por cilindro e a bomba. Com o aumento das pressões do sistema common rail, o sistema bomba-bico perdeu suas vantagens. Além disso, os maiores requisitos de proteção ambiental só poderiam ser atendidos com injeções ainda mais parciais - um desenvolvimento com o qual a tecnologia de bico injetor não conseguia mais acompanhar. Nesse ínterim, a Audi e a VW afastaram-se do princípio da bomba-bico no final de 2007 e adaptaram seus motores a diesel para common rail, modelo por modelo.

Status técnico

Motores desse tipo são fabricados com pressões de injeção de até 2.500 bar desde 2010. A tecnologia common rail consolidou-se devido à sua estrutura simples, aos custos mais baixos e ao cumprimento da norma Euro 5 .

Uma vantagem importante do método common rail é a possibilidade de injeção pré (ou piloto). Depois que uma pequena quantidade de combustível foi injetada, o bico fecha novamente para dar tempo ao combustível para inflamar. Só então a quantidade principal é injetada. No momento da ignição, há apenas uma pequena quantidade de combustível na câmara de combustão, que queima repentinamente. O funcionamento irregular típico dos motores a diesel devido ao atraso na ignição pode, portanto, ser amplamente evitado e os motores às vezes funcionam quase tão suavemente quanto os motores a gasolina .

Além disso, a injeção principal pode ser dividida em vários processos de injeção a fim de retardar a combustão (especialmente em baixas e médias rotações do motor) e, assim, reduzir o aumento de pressão e o pico de pressão. Isso diminui o ruído e o estresse mecânico do motor. Uma pós-injeção pode aumentar a temperatura final da combustão e, portanto, a temperatura dos gases de escape; isso é necessário para regenerar um filtro de partículas de diesel , mas mesmo sem um filtro, menos fuligem é formada no motor.

distribuição

Motores turboalimentados com injeção direta são oferecidos por muitos fabricantes. Todo mundo tem sua própria abreviatura, principalmente protegida por marca registrada. No entanto, suas propostas geralmente não são protegidas e nem sempre são usadas de forma consistente:

  • CDI (Common Rail Direct Injection): Daimler, Mercedes-Benz
  • CDTI (Common Rail Diesel Turbo Injection): Opel
  • CRD (Common Rail Direct Injection): Jeep
  • CRDi (Common Rail Direct Injection): Hyundai, Kia
  • d (Diesel) : BMW, Jaguar, Rover, Infiniti, Mercedes
  • D ou SD (Diesel ou SportDiesel): Mini, Subaru, Volvo
  • dCi (injeção diesel Common-Rail): Dacia, Nissan, Renault
  • DDiS (Sistema de injeção direta de diesel): Suzuki (Common Rail)
  • DI-D (injeção direta de diesel): Mitsubishi (Common Rail)
  • DiTD (turbo diesel de injeção direta) : Mazda
  • dTI (injeção turbo direta): Renault
  • DTI (injeção turbo direta): Opel
  • D-4D (Diesel de Injeção Direta 4 tempos): Toyota (Common-Rail)
  • EDIT (Ecotec Direct Injection Turbo): Opel
  • HDi (injeção direta de alta pressão): Citroën, Peugeot, DS (Common Rail)
  • i-CTDi (injeção inteligente Common Rail Turbo Diesel): Honda
  • i-DTEC (Controle Eletrônico de Tecnologia de Diesel Inteligente): Honda
  • JTD ou JTDM (Jet Turbo Diesel Multijet) ou somente Multijet : Alfa-Romeo, Fiat, Lancia, Jeep (Common-Rail)
  • SD4 / TD4 / eD4 , TD6 / SDV6 / TDV6 , SDV8 : LandRover
  • SIDI (Injeção direta de ignição por centelha): Opel
  • SKYACTIV-D : Mazda
  • TDCi (Turbodiesel Common Rail Injection): Ford
  • TDDI (Injeção Direta Turbo Diesel): Ford
  • TDI (Turbodiesel Direct Injection): Audi, Seat, Škoda, Volkswagen
  • XDi ou e-XDi : Ssangyong

Os motores de injeção direta têm sido o padrão na fabricação de motores a diesel para automóveis de passageiros desde o final da década de 1990.

O I no nome significa a palavra inglesa “injeção”. O D introduzido significa “Direto” e indica que a injeção ocorre diretamente no cilindro, sem antecâmara ou câmara de turbulência . Um segundo D significa "Diesel". Os motores a diesel sem sobrealimentação são usados ​​apenas ocasionalmente em automóveis de passageiros, por exemplo, os motores SDI da Volkswagen. Todo motor a diesel possui uma bomba injetora , seja ela uma bomba distribuidora, uma unidade bomba-bico ou a bomba de alta pressão do sistema common rail.

Aumento de pressão, desenvolvimento de ruído, riscos à saúde

Os motores diesel antigos com injeção direta emitem um forte ruído de combustão, conhecido como pinning, devido ao aumento acentuado da pressão durante a ignição. Os motores a diesel modernos possuem injeção piloto que evita o travamento de forma que praticamente não ocorra mais.

É feita uma distinção entre a conformação do perfil de injeção das injeções diretas mais antigas com bomba de injeção distribuidora e bocal de injeção correspondente com contra-cone e pré-injeção real, injeção principal e pós-injeção com common rail ou bocal de bomba . Isso torna o aumento da pressão mais suave, o motor funciona mais silenciosamente e com menos vibrações. Uma pós-injeção realizada, se necessário, aumenta brevemente a temperatura de fim de combustão e, portanto, a temperatura dos gases de escape, por meio da qual o filtro de partículas de diesel é regenerado (em detrimento da eficiência ) .

Injeção direta em motores a gasolina

Vista em corte de um motor a gasolina com injeção direta

Os motores Otto com injeção direta podem ser operados como os motores Otto convencionais com mistura homogênea, mas também como motores a diesel com mistura não homogênea, sendo a mistura estratificada . O estrangulamento da mistura não é mais necessário ou apenas parcialmente necessário, o torque é então ajustado apenas através da quantidade de combustível injetado. A gasolina pode ser injetada no recesso do pistão (guiada pela parede), guiada por um fluxo de ar (guiada por ar) ou apenas determinada pela pressão de injeção (guiada por jato). Como a gasolina não evapora no coletor de admissão, mas no cilindro, mais ar é aspirado e a temperatura no final da compressão é ligeiramente mais baixa. Isso reduz a tendência de bater e a gasolina não acende de maneira descontrolada. A compressão pode ser aumentada em cerca de 1 a 2 unidades; Comparado aos motores com carburador e motores de injeção múltipla , a eficiência é melhorada e a potência aumentada, mas a proporção de óxidos de nitrogênio no gás de escapamento aumenta, especialmente na operação de carga estratificada.

No início da Primeira Guerra Mundial, a injeção direta foi testada pela primeira vez em motores a gasolina e foi produzida em massa pela primeira vez na década de 1930 para uso em aeronaves; em automóveis de passageiros, havia injeção direta em motores de dois tempos e de alto desempenho nos anos 1950 . Eles não podiam prevalecer. Enquanto a injeção do coletor de admissão foi o sistema de formação de mistura predominante do início dos anos 1980 aos 1990, a injeção direta de gasolina foi usada novamente para motores de automóveis de passageiros desde 1995. Os primeiros motores com injeção direta de gasolina tinham bombas injetoras mecânicas em linha, os motores modernos costumam ter injeção common rail. Enquanto ainda se tentavam nos anos 1990 operar motores a gasolina com uma mistura estratificada, uma mudança para operação homogênea foi feita devido à desintoxicação dos gases de escape, especialmente em plena carga ou também na faixa de carga parcial.

literatura

  • Van Basshuysen (Ed.): Motor Otto com injeção direta. Livro ATZ / MTZ, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0202-6
  • Hütten, Helmut: Motores - Tecnologia, Prática, História . Motorbuch Verlag, Stuttgart 1982, ISBN 3879433267

Veja também

Evidência individual

  1. ↑ Patente DE230517 : Motor de combustão interna para combustíveis líquidos. Registrado em 14 de março de 1909 , requerente: Benz & Cie, Rheinische Gasmotorenfabrik AG, inventor: Prosper L'Orange. ‌
  2. ↑ Engenheiro automotivo : Jonas Hesselman desenvolveu injeção direta de gasolina para ajudar a melhorar seu motor bicombustível ( Memento de 5 de julho de 2015 no Internet Archive ), 29 de julho de 2011
  3. ↑ H. Kremser: A estrutura dos motores de combustão interna de alta velocidade para veículos motorizados e vagões ferroviários . In: Hans List (Ed.): O motor de combustão interna . fita 11 . Springer, Vienna 1942, ISBN 978-3-7091-5016-0 , p. 135–136 , doi : 10.1007 / 978-3-7091-5016-0 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
  4. ↑ Brochura para o TDI da Volkswagen 1995
  5. ↑ Museu Industrial de Chemnitz: motor de teste a diesel de seis cilindros restaurado com sistema de injeção common rail de um veículo de teste IFA W50 L / S. Empréstimo do Museu August Horch, Zwickau
  6. ↑ Fiat Croma TDi de 1987  ( página não disponível , pesquisa nos arquivos da web )  Info: O link foi automaticamente marcado como defeituoso. Verifique o link de acordo com as instruções e, em seguida, remova este aviso.@ 1@ 2Modelo: Toter Link / www.fiat.de  
  7. ↑ Mecanismos sucessores , veja aqui
  8. ^ Robert Bosch (ed.): Gerenciamento de motor diesel: Sistemas e componentes , 4ª edição, Springer, Wiesbaden, 2004, ISBN 9783528238735 , p. 33
  9. ↑ Richard van Basshuysen (Ed.): Motor Otto com injeção direta e injeção direta: Combustíveis Otto, gás natural, metano, hidrogênio, 4ª edição, Springer, Wiesbaden, 2017. ISBN 9783658122157 , p. 178
  10. ↑ Richard van Basshuysen (ed.): Motor Otto com injeção direta - potencial de desenvolvimento de sistemas de processo , 3ª edição, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2013, ISBN 9783658014087

Links da web