Injeção de combustível em motores a gasolina. Vantagens, desvantagens e possíveis problemas

O tipo de sistema de injeção determina os parâmetros do motor e os custos operacionais. Afeta a dinâmica, o consumo de combustível, as emissões de escape e os custos de manutenção do carro.

A história da aplicação prática da injeção de gasolina em um motor de combustão interna no transporte remonta ao período anterior à Primeira Guerra Mundial. Mesmo assim, a aviação buscava urgentemente novas soluções que pudessem melhorar a eficiência dos motores e superar os problemas de potência em várias posições da aeronave. A injeção de combustível, que apareceu pela primeira vez no motor de avião V8 francês de 1903, provou ser útil. Não foi até 1930 que o Mercedes 1951 SL com injeção de combustível estreou, amplamente considerado como um precursor no campo. No entanto, na versão esportiva, foi o primeiro carro com injeção direta de gasolina.

A injeção eletrônica de combustível foi usada pela primeira vez no 300 em um motor Chrysler de 1958. A injeção de gasolina multiponto começou a aparecer em carros na década de 1981, mas foi usada principalmente em modelos de luxo. Bombas elétricas de alta pressão já estavam em uso para garantir a pressão adequada, mas o controle ainda era responsabilidade dos mecânicos, que só caíram no esquecimento em 600 com o fim da produção da Mercedes. Os sistemas de injeção ainda eram caros e não mudaram para carros baratos e populares. Mas quando se tornou necessário nos XNUMXs instalar conversores catalíticos em todos os carros, independentemente de sua classe, um tipo de injeção mais barato teve que ser desenvolvido.

A presença de um catalisador exigia um controle mais preciso da composição da mistura do que os carburadores poderiam fornecer. Assim foi criada a injeção de ponto único, uma versão escassa do “multi-ponto”, mas suficiente para as necessidades dos carros baratos. A partir do final dos anos 1996, começou a desaparecer do mercado, substituído pelos injetores multiponto, que atualmente são o sistema de combustível mais popular em motores automotivos. Em XNUMX, a injeção direta de combustível fez sua estréia padrão no Mitsubishi Carisma. A nova tecnologia precisava de melhorias sérias e a princípio encontrou poucos seguidores.

No entanto, diante dos padrões de gases de escape cada vez mais rigorosos, que desde o início tiveram uma forte influência no progresso dos sistemas de combustível automotivo, os projetistas acabaram tendo que mudar para a injeção direta de gasolina. Nas soluções mais recentes, até agora poucas em número, eles combinam dois tipos de injeção de gasolina - multiponto indireto e direto.    

Injeção de ponto único indireta

Nos sistemas de injeção de ponto único, o motor é alimentado por um único injetor. Ele é instalado na entrada do coletor de admissão. O combustível é fornecido sob pressão de cerca de 1 bar. O combustível atomizado se mistura com o ar na frente das portas de admissão dos canais que levam aos cilindros individuais.

A mistura ar-combustível é sugada pelos canais sem dosagem precisa da mistura para cada cilindro. Devido às diferenças no comprimento dos canais e na qualidade de seus acabamentos, a alimentação dos cilindros é irregular. Mas também há benefícios. Como o caminho da mistura de combustível com ar do bico até a câmara de combustão é longo, o combustível pode evaporar bem quando o motor aquece adequadamente. Em clima frio, o combustível não evapora, as cerdas se condensam nas paredes do coletor e entram parcialmente na câmara de combustão na forma de gotas. Nesta forma, não pode queimar completamente no ciclo de trabalho, o que leva a uma baixa eficiência do motor na fase de aquecimento.

A consequência disso é o aumento do consumo de combustível e a alta toxicidade dos gases de escape. A injeção de ponto único é simples e barata, não requer muitas peças, bicos complexos e sistemas de controle avançados. Os baixos custos de produção resultam em um preço mais baixo do veículo e os reparos com injeção de ponto único são fáceis. Este tipo de injeção não é usado em motores de automóveis de passageiros modernos. Só pode ser encontrado em modelos com design invertido, embora produzidos fora da Europa. Um exemplo é o iraniano Samand.

privilégios

- Design simples

– Baixos custos de produção e manutenção

– Baixa toxicidade dos gases de escape quando o motor está quente

defeitos

– Baixa precisão de dosagem de combustível

– Consumo de combustível relativamente alto

– Alta toxicidade dos gases de escape na fase de aquecimento do motor

– Mau desempenho em termos de dinâmica do motor

Injeção multiponto indireta

Uma extensão da injeção indireta de ponto único é a injeção indireta multiponto com um injetor em cada porta de entrada. O combustível é fornecido após o acelerador, pouco antes da válvula de admissão.Os injetores estão mais próximos dos cilindros, mas o caminho da mistura ar/combustível ainda é longo o suficiente para que o combustível vaporize em um motor quente. Por outro lado, a fase de aquecimento tem menor tendência a condensar nas paredes da entrada de aspiração, pois a distância entre o bico e o cilindro é menor. Em sistemas multiponto, o combustível é fornecido a uma pressão de 2 a 4 bar.

Um injetor separado para cada cilindro oferece aos projetistas possibilidades completamente novas em termos de aumentar a dinâmica do motor, reduzir o consumo de combustível e reduzir as emissões de escape. Inicialmente, nenhum sistema de controle avançado foi usado e todos os bicos mediram o combustível ao mesmo tempo. Esta solução não foi a ideal, pois o momento de injeção não ocorreu em todos os cilindros no momento mais vantajoso (quando atingiu a válvula de admissão fechada). Somente o desenvolvimento da eletrônica possibilitou a construção de sistemas de controle mais avançados, graças aos quais a injeção começou a funcionar com mais precisão.

Inicialmente, os bicos eram abertos aos pares, depois foi desenvolvido um sistema de injeção de combustível sequencial, no qual cada bico abre separadamente, no momento ótimo para um determinado cilindro. Esta solução permite selecionar com precisão a dose de combustível para cada curso. Um sistema multiponto serial é muito mais complexo do que um sistema de ponto único, mais caro para fabricar e mais caro para manter. No entanto, permite aumentar significativamente a eficiência do motor com menor consumo de combustível e menor toxicidade dos gases de escape.

privilégios

– Alta precisão de dosagem de combustível

- Baixo consumo de combustível

– Muitas possibilidades em termos de dinâmica do motor

– Baixa toxicidade dos gases de escape

defeitos

- Complexidade de design significativa

– Custos de produção e manutenção relativamente altos

Injeção direta

Nesta solução, o injetor é instalado no cilindro e injeta o combustível diretamente na câmara de combustão. Por um lado, isso é muito benéfico, pois permite substituir muito rapidamente a carga ar-combustível acima do pistão. Além disso, o combustível relativamente frio resfria bem a coroa do pistão e as paredes do cilindro, de modo que é possível aumentar a taxa de compressão e obter maior eficiência do motor sem medo de detonação de combustão adversa.

Os motores de injeção direta são projetados para queimar misturas de ar/combustível muito pobres em baixas cargas do motor para atingir um consumo de combustível extremamente baixo. No entanto, verificou-se que isso causa problemas com excesso de óxidos de nitrogênio nos gases de escape, para eliminá-los é necessário instalar sistemas de limpeza adequados. Os projetistas lidam com os óxidos de nitrogênio de duas maneiras: adicionando reforço e reduzindo o tamanho, ou instalando um sistema complexo de bicos de duas fases. A prática também mostra que, com injeção direta de combustível, o fenômeno desfavorável de depósitos de carbono nos dutos de admissão dos cilindros e nas hastes das válvulas de admissão (diminuição da dinâmica do motor, aumento do consumo de combustível).

Isso se deve ao fato de que tanto as portas de admissão quanto as válvulas de admissão não são lavadas com a mistura ar-combustível, como na injeção indireta. Portanto, eles não são lavados por partículas finas de óleo que entram no sistema de sucção do sistema de ventilação do cárter. As impurezas do óleo endurecem sob a influência da temperatura, criando uma camada cada vez mais espessa de sedimentos indesejados.

privilégios

– Precisão de dosagem de combustível muito alta

– Possibilidade de queima de misturas magras

– Muito boa dinâmica do motor com baixo consumo de combustível

defeitos

- Desenho extremamente complexo

– Custos de produção e manutenção muito altos

– Problemas com excesso de óxidos de nitrogênio nos gases de escape

- Depósitos de carbono no sistema de admissão

Injeção dupla - direta e indireta

O projeto do sistema de injeção mista aproveita a injeção direta e indireta. A injeção direta funciona com o motor frio. A mistura ar-combustível flui diretamente sobre o pistão e a condensação é excluída. Quando o motor está quente e funcionando sob carga leve (condução em velocidade constante, aceleração suave), a injeção direta para de funcionar e a injeção indireta multiponto assume seu papel. O combustível evapora melhor, os injetores do sistema de injeção direta muito caros não funcionam e não se desgastam, as válvulas de admissão são lavadas pela mistura ar-combustível, para que não se formem depósitos nelas. Em altas cargas do motor (fortes acelerações, condução rápida), a injeção direta é ligada novamente, o que garante um enchimento muito rápido dos cilindros.

privilégios

- Dosagem de combustível muito precisa

– Entrega ideal do motor em todas as condições

– Muito boa dinâmica do motor com baixo consumo de combustível

– Sem depósitos de carbono no sistema de admissão

defeitos

- Enorme complexidade de design

– Custos de produção e manutenção extremamente elevados