BRPI1005341B1

BRPI1005341B1 - galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento

Info

Publication number: BRPI1005341B1
Application number: BRPI1005341A
Authority: BR
Inventors: Alvaro Augusto Vasconcelos; Fernando Lepsch; Tulio Italico Moreira Coletto
Original assignee: Bosch Do Brasil
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2016-12-20
Also published as: EP2646675B1; JP5950927B2; CN103492700B; US20140109881A1; CN103492700A; US9303606B2; BRPI1005341A2; EP2646675A1; JP2013544333A; WO2012071637A1

Abstract

galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento. a presente invenção refere-se a uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento (10,100). a dita galeria é aplicada, principalmente, em forma de dispositivos de auxílio de partida a frio em motores que consomem combustíveis cujo calor específico de vaporização é alto, por exemplo, álcool. a galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento apresenta custo e peso reduzidos e as mesmas características funcionais se comparadas com as galerias de combustível conhecidas pelo estado da técnica, que são usualmente feitas de metal. além disso, a dita galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento apresenta compartimentos internos configurados de tal maneira que as gavetas contendo machos (51, 52, 53) do molde de injeção podem ser retiradas facilmente, pois não há formação de faces negativas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "GALERIA DE COMBUSTÍVEL DE MATERIAL PLÁSTICO COM SISTEMA DE AQUECIMENTO".

[001] A presente invenção refere-se a um conjunto que constitui uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento. A dita galeria é empregada em dispositivos de auxílio de partida a frio em motores de combustão interna que consomem combustíveis com calor específico de vaporização elevado, por exemplo, álcool. Descrição do estado da técnica [002] Nos últimos anos ocorreu uma grande popularização de veículos que utilizam bicombustíveis, por exemplo, gasolina e álcool. Estes veículos, quando operam com álcool como combustível, necessitam para sua partida em climas frios, usualmente de um tanque de combustível adicional dedicado para uma injeção inicial de gasolina. Isso se dá pelo fato do álcool apresentar um alto calor específico de vaporização quando comparado com a gasolina. Com base nessa limitação físico-química do álcool e com o intuito de eliminar o tanque de gasolina adicional, os fabricantes de veículos desenvolveram dispositivos de partida a frio do álcool que auxiliam o processo de combustão através do preaquecimento do combustível.

[003] Um dispositivo de partida a frio é geralmente fixado em uma região superior do bloco do motor e é constituído em regra por uma galeria de combustível que possui válvulas de injeção, elementos para o aquecimento do combustível, dutos para a passagem de combustível e seus respectivos acoplamentos. Os ditos dutos da galeria, já conhecidos pelo estado da técnica, são constituídos de aço, especialmente de aço inoxidável. Isto se deve ao fato do álcool ser altamente corrosivo. O fato dos dutos serem de metal eleva os custos de fabricação do conjunto, além de contribuir para o aumento de peso do veículo. Uma galeria de combustível com aquecimento do estado da técnica pode ser verificada, por exemplo, a partir do documento WO 2006/130938.

[004] Devido ao problema de custo e peso citado acima, surgiu a necessidade do desenvolvimento de materiais alternativos para a confecção de dutos para a dita galeria com sistema de aquecimento. Uma das alternativas é o emprego de material plástico no lugar de metal, tendo em vista a redução significativa do custo e do peso total do dispositivo associado a tal mudança.

[005] Esta mudança apresenta, contudo, algumas dificuldades de implementação. A primeira delas está relacionada ao emprego de elementos de aquecimento que atingem em regra temperaturas que podem danificar o material plástico. Já uma segunda dificuldade está ligada à confecção da galeria como peça única de material plástico com um molde que permita manter a sua geometria complexa resultante de suas características funcionais conhecidas pelo estado da técnica e que, ao mesmo tempo, permita um processo de injeção de plástico rápido e econômico.

[006] No estado da técnica não existem galerias que agreguem ao mesmo tempo por um lado o baixo custo e peso reduzido de uma galeria de material plástico e por outro lado que consiga promover o adequado aquecimento do combustível.

[007] Cabe observar que o processo de fabricação de elementos de material plástico deve ser feito, preferencialmente, em uma única etapa de injeção. Caso contrário deverá posteriormente ser realizado um encaixe de diversos componentes, o que pode resultar em uma perda de confiabilidade da galeria. Observe-se que quanto menor a quantidade de componentes, maior será a segurança, pois as chances de vazamento de combustível serão menores.

[008] A formação de uma galeria de material plástico, preferencialmente, em uma peça única e que atenda à complexidade geométrica necessária para alcançar um aquecimento ideal do combustível é o objetivo da presente invenção. Nas galerias de metal do estado da técnica, o que aumenta seu custo total é a junção de seus elementos principais externos, constituídos por um tubo principal e por dois dutos secundários. Esta junção é feita, geralmente, através de um processo de soldagem, onde elementos metálicos inteiriços, de formatos variados, são unidos por um cordão de solda. É interessante observar que na galeria de metal do estado da técnica para que haja um fluxo correto de combustível com o devido aquecimento, é necessário que o tubo principal seja posicionado em uma parte substancialmente inferior do conjunto. O formato da galeria aquecida do estado da técnica pode, assim, interferir no layout padrão do motor, criando eventualmente empecilhos para sua instalação na linha de montagem em função de dificuldade de acesso de ferramentas.

Breve descrição da invenção [009] A presente invenção refere-se a um conjunto que constitui uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento. A dita galeria é aplicada, principalmente, em dispositivos de auxílio de partida a frio em motores que consomem combustíveis, cujo calor específico de vaporização é alto, por exemplo, álcool. A galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento apresenta custo reduzido e as mesmas características funcionais se comparadas com as galerias de combustível de metal com sistema de aquecimento conhecidas pelo estado da técnica. Além disso, a dita galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento apresenta uma disposição espacial de seus elementos aprimorada, onde o seu formato externo e os compartimentos internos são configurados de tal maneira, que machos empregados no processo de injeção de plástico possam facilmente ser retirados em função da ausência de faces negativas.

Descrição resumida dos desenhos [0010] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: [0011] figura 1 - é uma vista em corte de uma galeria de combustível fabricada de metal conhecida pelo estado da técnica;

[0012] figura 2 - é uma vista em perspectiva da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento da presente invenção;

[0013] figura 3 - é uma vista lateral esquerda da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento da presente invenção;

[0014] figura 4 - é uma vista em corte da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento da presente invenção;

[0015] figura 5 - é uma figura esquemática em corte da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento da presente invenção, mostrando a direção de retirada das gavetas contendo os machos no processo de injeção de plástico;

[0016] figura 6 - é uma vista da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento com ênfase no duto secundário superior;

[0017] figura 7 - é uma vista de uma modalidade opcional da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento com ênfase no duto secundário superior.

Descrição detalhada das figuras [0018] Uma galeria de combustível 1 de metal conhecida pelo estado da técnica é mostrada na figura 1 com o intuito de ilustrar as principais diferenças entre a dita galeria e a galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10 da presente invenção mostrada na figura 2 e especialmente na figura 4. Na galeria 1, nota-se que um tubo principal 2 se apresenta disposto em uma porção inferior de um duto secundário superior 5. Esta disposição geométrica é necessária para o funcionamento correto da dita galeria 1, resulta, porém, em um comprometimento do espaço útil do cofre do motor. Isso se deve ao fato de que para a instalação dos componentes do motor, é necessária a entrada de ferramentas. Assim, estando o tubo principal 2 na posição mostrada, o manuseio das ferramentas é dificultado. Caso o tubo principal 2 estivesse em uma posição superior mais próxima da extremidade superior do duto secundário superior 5, por exemplo, para facilitar a montagem, o processo de aquecimento do combustível seria comprometido devido a um necessário reposicionamento do orifício 8 que conecta o tubo principal 2 com o duto secundário superior 5. O orifício 8 estando muito próximo à entrada do elemento pescador 9 prejudica a transferência de calor, uma vez que o combustível não percorrería um trajeto suficientemente longo exposto ao aquecimento da lança 4. Outro problema do estado da técnica que pode ser observado na figura 1 é o fato de que na fase de preaquecimento, onde a vazão de combustível é substancialmente baixa, o combustível aquecido pode realizar uma trajetória de retorno ao orifício 8, visto que sua temperatura elevada acarreta em uma densidade inferior ao combustível não aquecido, o que ocasionaria a permanência de combustível aquecido em uma porção superior do duto secundário superior 5.

Outro problema mostrado na figura 1 está no formato e no posicionamento do elemento pescador 9. Esta configuração de elemento pescador 9 usado para galerias feitas de metal leva ao surgimento de faces negativas 7, em um molde para injeção, o que inviabiliza a produção de uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10, em função da impossibilidade de retirada da gaveta contendo o macho.

[0019] A presente invenção, por sua vez, pode ser visualizada primeiramente na figura 2, onde é mostrado um tubo principal 11 da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10. O tubo 11 possui a função de distribuir o combustível ao longo de seu comprimento e sustentar os suportes de fixação 14 e os dutos secundários que serão abordados a seguir. Nota-se que o tubo 11 possui uma série de conexões com dutos secundários superiores 13 que abrigam elementos de aquecimento 16. Os ditos elementos de aquecimento 16 são responsáveis por exercer a função de aquecimento do combustível na galeria 10. Os elementos 16, que podem ser mais bem visualizados nas figuras 3 e 4, possuem uma lança 4 que inclui uma resistência interna que dissipa energia elétrica em forma de calor. Além disso, existe uma base que serve não só para vedar o duto secundário superior 13, mas também para conectar a fonte de energia elétrica, sendo esta conexão feita em uma extremidade inferior do dito elemento 16 externa à galeria 10. É possível visualizar também os grampos de fixação 15 que possuem formato compatível para a sua respectiva aplicação nas fendas 18 dispostas espaçadamente ao longo de toda a região radial das extremidades inferiores dos dutos secundários superiores 13. Estes grampos 15 têm como função principal permitir a fixação dos elementos de aquecimento 16 nos dutos secundários superiores 13.

[0020] Os suportes de fixação 14 da galeria 10 são dispostos espaçadamente ao longo do comprimento longitudinal do tubo principal 11. Estes suportes 14 podem ser fixados através de elementos de fixação, por exemplo, parafusos, (não mostrados na figura) aplicados em aberturas na sua base, de tal maneira que a galeria 10 se encontre fixa a uma região superior do bloco do motor do veículo. O número de elementos de fixação 14 pode variar de acordo com o comprimento total da galeria 10, este depende por sua vez do espaçamento e do número de dutos secundários superior e inferior 13 e 19 aplicados. Esta variação pode ocorrer também de acordo com a determinação de limites de vibração toleráveis para a galeria 10.

[0021] Na figura 2, pode ainda ser visto o fechamento 12 do tubo principal 11. Por este fechamento é retirado o varão do processo de injeção da galeria. O fechamento 12 é realizado em uma etapa posterior à injeção da galeria.

[0022] A figura 3 apresenta uma vista lateral esquerda da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10, na qual alguns importantes elementos que compõem à dita galeria 10 podem ser mais bem visualizados.

[0023] Esses elementos são os dutos secundários superiores 13 e os dutos secundários inferiores 19. Os ditos dutos inferiores 19 abrigam válvulas de injeção de combustível 22 que irão receber o combustível aquecido e injetá-lo, de forma pulverizada, em uma câmara de combustão.

[0024] Os dutos secundários superiores 13 por sua vez possuem elementos de aquecimento 16 que são responsáveis por exercer a função principal da galeria 10, que é a de aquecer adequadamente o combustível e facilitar a partida do motor.

[0025] O duto de admissão de combustível 17 é disposto de tal forma que acompanha o ângulo de inclinação do tubo principal 11 e com isso, facilita o futuro encaixe da galeria 10 a outros componentes do motor.

[0026] Existe ainda um conector 23 que serve para a conexão de energia elétrica para a válvula de injeção de combustível 22.

[0027] A figura 4 apresenta uma vista em corte da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10, em que os compartimentos internos da mesma podem ser visualizados com mais detalhe. Além disso, o duto secundário superior 13, o duto secundário inferior 19, um duto interno 38, o elemento de aquecimento 16 e a válvula de injeção 22 podem ser vistos permitindo o entendimento do funcionamento da galeria 10 e do percurso realizado pelo combustível. Este percurso se inicia no duto de admissão de combustível 17 (mostrado na figura 3), logo após, ocorre a distribuição do combustível sob pressão ao longo de todo o comprimento do tubo principal 11. Este combustível flui pelo orifício 34 para o duto interno 38 e é transportado assim para o duto secundário superior 13. A desembocadura do duto 38 conduz o combustível até a base do elemento de aquecimento 16. No final deste duto 38 pode opcionalmente existir uma reentrância 72 (visualizada na figura 7) que faz com que o fluxo de combustível seja direcionado para uma região inferior da lança 4 oposta ao duto 38. Graças a esse direcionamento adicional, o combustível é aquecido de forma otimizada através do contato com a lança 4 até alcançar um elemento pescador 33. Ao passar pelo elemento pescador 33, o combustível flui para a válvula de injeção 22 que injeta o combustível pulverizado na câmara de combustão.

[0028] É importante notar que o elemento pescador 33, de acordo com a presente invenção, não apresenta faces negativas, como pode ser visualizado no esquema da figura 5, visto que é delimitado pelas próprias paredes internas do duto secundário superior 13. Outro detalhe a ser notado é que o ângulo que o elemento pescador 33 faz com a parede interna 37 da galeria 10 possui como limite máximo o eixo de centro da válvula de injeção 22. Este limite ocorre devido à configuração dos machos, já que estes devem poder ser retirados por onde entraram durante o processo de injeção.

[0029] O duto interno 38 possui como função principal o aprimoramento da condução do fluxo de combustível em relação ao que já é conhecido do estado da técnica, por exemplo, como mostrado na figura 1. O fluxo de combustível proveniente do tubo principal 11, em função do duto 38, incide diretamente na base da lança 4, responsável pela transmissão de calor ao combustível. Este duto 38, que fica disposto internamente no duto secundário superior 13, se inicia em uma parede interna 37 do duto secundário superior e se estende até um ponto próximo à base do elemento de aquecimento 16. Pode eventualmente ser usado mais de um duto interno 38 para a condução do fluido para a base da lança 4 do elemento de aquecimento 16. O formato do duto interno 38 pode ser circular ou em forma de segmento circular.

[0030] A válvula de injeção 22, que já é em si conhecida do estado da técnica e pode assumir formatos diversos, também é mostrada em detalhes na figura 4. O corpo da válvula 39 é disposto de modo concêntrico ao duto secundário inferior 19.

[0031] A figura 5 mostra de forma esquemática a direção de movimento das principais gavetas contendo machos do molde de injeção responsável pela formação da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10 durante o processo de extração da peça. Cabe lembrar que por razões econômicas a injeção da galeria 10 deve ocorrer em uma única etapa, sendo, portanto, o respectivo molde de injeção correspondentemente complexo.

[0032] A gaveta com o macho 51 do molde é responsável pela formação do duto secundário inferior 19 e a sua retirada da peça injetada ocorre em uma direção indicada pela seta 55 na figura 5. Esta seta 55 tem direção oposta no fechamento do molde com a inserção da respectiva gaveta com o macho 51 quando da preparação do molde para a injeção. É importante notar que o elemento pescador 33 é configurado geometricamente de uma forma que permita a retirada da gaveta com o macho 51. Isso se torna possível através da concentricida-de existente entre os eixos do elemento pescador 33 e do duto secundário inferior 19 na galeria da presente invenção.

[0033] A gaveta com o macho 53 é responsável pela formação do tubo principal 11 e é retirada em uma direção 56. A gaveta contendo o macho 52 do molde é responsável pela formação do duto secundário superior 13 e é retirada na direção 54 durante o processo para a abertura do molde e correspondente extração da peça injetada.

[0034] A galeria da presente invenção pode ser confeccionada em um único material, por exemplo, um termoplástico da família da polia-mida, (por exemplo, PA66), com ou sem o emprego de material de reforço, como fibra de vidro, em quantidades de 15 a 40%. Pode ser também realizada com uma blenda de materiais termoplásticos ou em coinjeção com o emprego de diversos termoplásticos (por exemplo, PA, POM, PEEK, etc.), sempre que por razões de resistência mecânica ou térmica isso for necessário.

[0035] A figura 6 apresenta uma vista da galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 10 que mostra com detalhes o duto secundário superior 13. Em uma primeira concretização da presente invenção, a superfície 61, onde ocorre a saída do duto interno 38 ou dutos internos 38, se apresenta plana, isto é, o fluxo de combustível ao chegar ao fim do duto interno 38 irá se distribuir de uma maneira uniforme por toda a base do elemento de aquecimento 16.

[0036] A figura 7 apresenta uma vista de uma galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento 100 que mostra com detalhes o duto secundário superior 13. Em uma segunda concretização da presente invenção, a superfície 71, onde ocorre a saída do duto interno 38, apresenta um rebaixo 72, que permite que o fluxo de combustível 75 ao chegar ao fim do duto interno 38 seja direcionado, através do dito rebaixo 72, a uma porção inferior da base do elemento de aquecimento 16. Isto faz com que o processo de aquecimento do combustível se torne otimizado, visto que o mesmo envolve a lança 4 do elemento de aquecimento 16, percorrendo um trajeto maior e aumentando desta forma o tempo de contato entre o combustível e a dita lança 4, que é responsável pela transmissão de calor. O rebaixo 72 pode também existir nos dois lados da superfície 71, ou seja, nos lados direito e esquerdo a fim de otimizar ainda mais a trajetória do fluxo de combustível.

[0037] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitados tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Galeria de combustível de material plástico com sistema de aquecimento (10; 100) para motores de combustão interna com sistema de partida a frio, compreendendo: um tubo principal (11); pelo menos um orifício (34) que conecta o tubo principal (11) a pelo menos um duto secundário superior (13); pelo menos um duto secundário superior (13) incluindo um elemento de aquecimento (16); o elemento de aquecimento (16) incluindo uma lança (4) para a transmissão de calor ao combustível e uma base para a vedação do dito pelo menos um duto secundário superior (13); pelo menos um duto secundário inferior (19) que possui um elemento pescador (33) que se localiza em uma região substancialmente superior da parte interna do duto secundário superior (13), caracterizada pelo fato de que o tubo principal (11) está localizado em uma região próxima à extremidade superior do duto secundário superior (13), o duto secundário superior (13) contém pelo menos um duto interno (38), sendo que o pelo menos um duto interno (38) conduz o combustível do tubo principal (11) para a extremidade inferior do duto secundário superior (13).

2. Galeria, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que apresenta uma superfície (71) localizada em uma região de saída do pelo menos um duto interno (38), sendo que esta superfície (71) inclui pelo menos uma reentrância (72).

3. Galeria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de apresentar suportes de fixação (14) dispostos ao longo do comprimento longitudinal de um tubo principal (11).

4. Galeria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de possuir um duto de admissão (17) localizado em uma face superior do tubo principal (11).

5. Galeria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato do pelo menos um duto secundário superior (13) possuir pelo menos um grampo (15) para a fixação dos elementos de aquecimento (16).

6. Galeria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de possuir um fechamento (2), disposto em uma das extremidades do tubo principal (11).

7. Galeria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que é fabricada por processo de injeção de plástico.

8. Galeria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que é fabricada em um termoplástico ou blenda de termoplásticos, com ou sem a adição de cargas e matérias de reforço.

9. Galeria, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o plástico é uma poliamida do tipo PA66.

10. Galeria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o molde empregado no processo de injeção é isento de superfícies negativas.