A injeção de combustível é tão antiga quanto o próprio motor de combustão interna. No entanto, muitos dos primeiros sistemas provaram ser um tanto problemáticos e peculiares. O carburador, em comparação, era simples e confiável e, portanto, o sistema de combustível preferido para a maioria dos veículos produzidos em massa durante a maior parte do século XX.
Para aqueles que entraram na indústria automotiva durante o reinado do carburador, a injeção de combustível era tão incomum que, quando começou a retornar durante a década de 1980, foi amplamente mal compreendida e rotulada com o termo nada cativante de “infecção de combustível”. ”
Com a ajuda da eletrônica e do controle computacional, os sistemas de injeção de combustível começaram a melhorar rapidamente e seguiram um curso de evolução que introduziu muitos designs de sistemas diferentes. De repente, fomos bombardeados com termos e siglas incomuns como Jetronic, Motronic, TBI, MFI, GDI, TDI e muitos mais. Embora possa ter parecido confuso no início com tantos termos cunhados de tantos fabricantes diferentes, em última análise, existem apenas dois tipos básicos de injeção de combustível.
Por que injeção de combustível?
Para que ocorra uma combustão eficiente, o combustível deve ser primeiro atomizado (dividido nas menores partículas possíveis) para que possa se misturar com o ar e vaporizar. Só então ele queimará adequadamente dentro do cilindro.
A função de um carburador era simplesmente permitir que o ar que fluía através dele atomizasse o combustível à medida que o retirava dos vários circuitos. Os carburadores funcionam muito bem para fazer isto, mas também são ineficientes em muitos aspectos, impedindo-os de se aproximarem remotamente da eficiência exigida pelas regulamentações de emissões mais rigorosas da época.
Foi aqui que a injeção de combustível provou ser um método superior de medição de combustível. A injeção de combustível atomiza o combustível à medida que sai da ponta do injetor. Mas ainda mais importante, com o avanço combinado na eletrônica e nos controles informáticos, também proporciona um controlo preciso da quantidade de combustível – um aspecto crítico para a economia de combustível e o controlo de emissões.
Injeção indireta de combustível
Indireto significa que o combustível é injetado e atomizado antes de entrar na câmara de combustão. A injeção no corpo do acelerador (TBI), às vezes chamada de injeção de ponto único, é um tipo de injeção indireta em que o injetor está localizado no corpo do acelerador antes do coletor de admissão. O corpo do acelerador é semelhante a um carburador e usa muitos componentes semelhantes, como o coletor de admissão e o filtro de ar.
Isto foi feito intencionalmente, pois era a maneira mais eficiente e rápida para os fabricantes de automóveis fazerem a mudança para a injeção de combustível, utilizando muitos dos mesmos componentes. A injeção portuária ou multiponto injeta combustível no canal de admissão logo antes da válvula de admissão de cada cilindro. Ainda uma forma de injeção indireta porque ocorre antes de entrar na câmara de combustão, a vantagem é a capacidade de controlar com precisão o fornecimento de combustível e equilibrar o fluxo de ar em cada cilindro, levando ao aumento da potência e à economia de combustível.
Quer o motor seja carburado ou com injeção de combustível, a atomização do combustível é crítica para a combustão. Muitas variáveis afetam a atomização e, mesmo que um injetor de combustível inicie o processo, o fluxo de ar e outros objetos ao seu redor afetarão o quão bem o combustível atomizado se mistura com o ar e vaporiza. A localização do injetor, bem como o projeto dos componentes adjacentes, são aspectos críticos do projeto do motor.
O TBI está em desvantagem porque o fluxo de ar é interrompido pelo injetor – outra razão pela qual a injeção por porta tem vantagem e tornou o TBI obsoleto em veículos mais novos.
Os motores diesel são injetados porque o combustível diesel não atomiza e evapora como a gasolina. Deve ser injetado em uma corrente de ar em alta pressão para atomizar, e a turbulência do ar é um fator importante para fazer com que o ar e o combustível se misturem.
No início, devido às dificuldades de criação de um sistema de injeção direta eficiente, muitos motores diesel utilizavam uma câmara de pré-combustão que criava a turbulência necessária para a atomização adequada do combustível. O combustível foi injetado nesta câmara de pré-combustão, formando também esses sistemas de injeção indireta de combustível.
Injeção direta de combustível
Direto significa que o combustível é injetado diretamente na câmara de combustão. O desafio deste tipo de injeção é que a pressão dentro da câmara de combustão é muito maior do que a pressão no coletor de admissão de um sistema de injeção indireta.
Para que o combustível seja empurrado para fora do injetor e atomizado, ele deve superar a alta pressão no cilindro. Os sistemas indiretos possuem uma única bomba de combustível no tanque que fornece pressão adequada para o funcionamento do sistema, geralmente de 40 a 65 libras por polegada quadrada (psi). Os sistemas diretos utilizam uma bomba semelhante para fornecer combustível ao trilho, mas requerem uma bomba extra de alta pressão acionada mecanicamente que lhes permite superar a pressão do cilindro. Esses sistemas operam geralmente a 2.000 psi ou mais.
Os sistemas de injeção direta podem ser facilmente identificados pela localização dos injetores que vão diretamente para o cabeçote do cilindro, bem como pelas linhas adicionais e pela bomba mecânica, geralmente visíveis acima da tampa da válvula.
A principal vantagem da injeção direta é que há menos tempo para a mistura ar/combustível aquecer, uma vez que o combustível só é injetado no cilindro imediatamente antes da combustão. Isso reduz a chance de detonação ou de ignição do combustível devido ao calor e à pressão no cilindro. Isso permite que um motor de injeção direta tenha maior compressão, o que por si só proporciona maior desempenho.
Outra vantagem é a redução das emissões e do consumo de combustível. Com a injeção indireta, o combustível pode se acumular no coletor de admissão ou nas portas de admissão, enquanto com a injeção direta, toda a quantidade de combustível pulverizado do injetor é a quantidade exata que será queimada, levando a um controle mais preciso sobre o processo de combustão.
O desempenho geral e a eficiência da injeção direta não podem ser igualados. No entanto, ainda existem algumas desvantagens quando comparado com a injeção indireta. Um dos mais divulgados é o acúmulo de carbono na parte traseira das válvulas de admissão. O combustível é um ótimo limpador e o spray de combustível de um motor com injeção direta mantém a parte traseira das válvulas limpa. Sem ele, ocorre um acúmulo excessivo de carbono, levando à interrupção do fluxo de ar no motor, à redução do desempenho e a um reparo caro.
Embora não seja um problema para a condução diária típica, a injeção indireta é limitada em altas rotações do motor porque simplesmente não há tempo suficiente para o injetor liberar o combustível e atomizar adequadamente. Como os motores com injeção direta pulverizam combustível antes ou quando a válvula de admissão se abre e ocorre a vaporização completa e o ar é puxado para dentro do cilindro, não há limite de rpm com injeção indireta.
Pré-ignição de baixa velocidade (LSPI) é um termo comum que você já deve ter ouvido, e é um problema que expõe outra fenda na armadura da injeção direta. O projeto do pistão e da câmara de combustão de um motor de injeção direta é muito específico para criar a turbulência de ar adequada para vaporizar completamente o combustível para combustão. Em baixas rotações, o pistão não é capaz de criar a turbulência adequada, deixando bolsas de combustível não vaporizadas que se combinam com contaminantes de vapor de óleo e acúmulo de carbono, levando à pré-ignição.
Embora este problema ocorra especificamente em motores de injeção direta, pode piorar com alguns óleos de motor, dependendo dos aditivos que contêm.
À medida que a tecnologia dos motores avançava, os motores diesel sofreram mudanças no design do pistão e da câmara de combustão que lhes permitiram mudar para a injeção direta e obter os mesmos benefícios de desempenho.
Portanto, seus dois tipos básicos de injeção de combustível são a indireta e a direta. Existem vantagens e desvantagens em ambos. Qual é o próximo? A solução mais simples do livro: injeção dupla. Agora os fabricantes estão construindo carros com ambos. O controle por computador utiliza ambos os sistemas para eliminar os pontos fracos e explorar os pontos fortes de cada tipo de sistema. É o melhor dos dois mundos.