Sistemas de Injeção Diesel

Motores Alternativos
INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA
ÁREA DEPARTAMENTAL DE ENGENHARIA MECÂNICA
SISTEMAS DE INJECÇÃO
DIESEL
ELABORADO POR
ENG. MANUEL MARTINS
Reprodução proibida
SISTEMAS DE INJECÇÃO DIESEL - Resumos Página 1

ÍNDICE
0. Introdução ....................................................................................................... 4
1. Funcionamento do motor Diesel ..................................................................... 5
1.1. Sistema de alimentação do Motor Diesel ................................................. 5
2. Bombas injectoras .......................................................................................... 6
2.1. Bomba em linha ....................................................................................... 7
2.2. Bomba distribuidora rotativa VE .............................................................. 7
2.2.1. Filtro de combustível separador de água .......................................... 8
2.2.2. Bomba de alimentação ...................................................................... 8
2.2.3. Bomba manual .................................................................................. 9
2.2.4. Filtro de combustível Primário e secundário ..................................... 9
2.2.5. Conjunto Porta injector ...................................................................... 9
2.2.6. Elemento ......................................................................................... 10
2.2.7. Válvula ............................................................................................ 10
2.2.8. Tubos de pressão............................................................................ 10
2.2.9. Bico dos injectores .......................................................................... 11
2.2.10. Bomba alimentadora de palhetas .................................................. 11
3. Vela incandescente ...................................................................................... 12
3.1.1. Filamentos com sistema patenteado Bosch Duraterm .................... 12
3.1.2. Dupla vedação aumenta a durabilidade .......................................... 12
3.1.3. Ligações precisas............................................................................ 12
3.1.4. Camada isolante mais segura ......................................................... 12
3.2. Processo de combustão mais estável e seguro ..................................... 13
3.3. Arranques mais rápidos e melhor desempenho do motor ..................... 13
4. Processo de injecção ................................................................................... 13
4.1. Ignição ................................................................................................... 14
4.2. Atraso da Injecção ................................................................................. 15
5. Tipos de Injecção ......................................................................................... 15
5.1. Injecção indirecta ................................................................................... 16
5.2. Injecção Directa ..................................................................................... 17
5.2.1. Sistemas de injecção directa ........................................................... 18
5.3. Sistema bomba injecção+tubos+injectores ............................................ 19
5.3.1. Sistema injector ............................................................................... 19
6. Sistema de injecção ..................................................................................... 20
6.1. Bomba injectora: .................................................................................... 23
7. Regulação da velocidade ............................................................................. 24
7.1. Governadores mecânicos ...................................................................... 25
7.2. Governadores hidráulicos ...................................................................... 26
7.3. Governadores electrónicos .................................................................... 27
7.4. Governadores Digitais ........................................................................... 27
8. Sistema Common Rail .................................................................................. 28
8.1. O Circuito de combustível Common Rail ............................................... 29
8.2. Variação de pressão no sistema Common Rail ..................................... 31
8.2.1. Princípio básico de controlo ............................................................ 32
8.3. Componentes do Common Rail ............................................................. 33
8.3.1. Medidor de massa de ar .................................................................. 33
8.3.2. Unidade de comando electrónico (ECU) ......................................... 33
8.3.3. Bomba de alta pressão ................................................................... 33

8.3.4. Common Rail .................................................................................. 34
8.3.5. Injectores ......................................................................................... 34
8.3.6. Sensor de velocidade do motor ....................................................... 34
8.3.7. Sensor de temperatura do líquido refrigerante ................................ 35
8.3.8. Filtro de combustível ....................................................................... 35
8.3.9. Sensor do pedal de acelerador ....................................................... 35
9. Funcionamento ............................................................................................. 36
9.1. Estrutura do sistema common-rail. ........................................................ 38
9.2. Circuito baixa pressão ........................................................................... 39
9.3. Circuito alta pressão .............................................................................. 40
9.4. Sistema electrónico ............................................................................... 46
10. Bibliografia .................................................................................................. 47

0. Introdução
A história do motor a Diesel - encontrar um motor que utilizasse totalmente a
energia do combustível consumido, tema proposto pelo físico francês Sadi
Carnot, era a ideia de Rudolf Diesel, criador do motor que leva seu nome.
Rudolf Diesel, cujo nome completo era Rudolf Christian Karl Diesel, nasceu
em Paris, no dia 18 de Março de 1858, numa família de imigrantes alemães, e
ali viveu até 1870. Aos 12 anos, foi deportado para o Reino Unido, devido à
eclosão da guerra franco-prussiana. A partir de Londres, Diesel viajou para
Augsburgo na Alemanha, onde prosseguiu os seus estudos na Universidade
Técnica de Munique. Depois de desenvolver vários projectos, Diesel conseguiu
patentear a sua ideia em 23 de Fevereiro de 1893. Após correcções e ajustes,
o motor foi oficialmente apresentado ao mercado em 1898 com 10cv de
potência, com uma eficiência de 26,2%, com base no seu consumo específico,
contra 16,6% alcançados na primeira versão. O motor foi denominado
carinhosamente de MINHA PRETINHA pelo seu inventor.
Rapidamente esse motor ficou conhecido e começou a ser fabricado em toda a
Alemanha. As primeiras aplicações desses motores ficaram restritas às
centrais geradoras de energia eléctrica.
Uma das primeiras empresas a produzir motores Diesel estacionários foi a
Benz & Cia, que anos mais tarde viria a dividir-se em duas, formando a MWM
(Motoren Werke Manheim AG), que ficou com a produção de motores
estacionários de grande porte, e a Daimler-Benz AG, que passou a produzir
motores de pequeno porte e também automóveis.
Os sistemas de injecção Diesel têm como objectivo proporcionar uma boa
mistura ar/combustível de forma a optimizar a combustão, para tal devem
satisfazer várias condições. Uma boa pulverização é uma das condições mais
importantes, uma vez que quanto mais pequenas forem as gotas mais
facilmente estas se misturam com o ar, e quanto melhor for a mistura melhor
será a combustão. Uma boa pulverização depende da pressão de injecção e da
dimensão dos orifícios dos injectores. A penetração do combustível na câmara
de combustão também é um factor muito importante, o combustível deve ter
uma boa distribuição para chegar a todas as zonas da câmara de combustão,
de forma a aproveitar todo o ar disponível para poder reagir. Assim convém
que algumas gotas sejam maiores que outras, porque as gotas mais pequenas

vaporizam perto do bico injector e as gotas maiores vaporizam mais junto às
paredes câmara de combustão.
Os sistemas de injecção Diesel podem-se dividir, primeiramente, em dois tipos
de sistemas, injecção directa e injecção indirecta.
1. Funcionamento do motor Diesel
Os motores ciclo Diesel de quatro tempos possuem uma forma de
funcionamento até certo ponto parecida com a dos motores a explosão.
Primeiro, o ar é aspirado pelo turbo compressor. Após ser comprimido, o ar é
direccionado para o intercooler, para ser arrefecido e adquirir a densidade
correcta. Posteriormente, o ar encaminha-se para o colector de admissão e
entra para o interior das câmaras, conforme o tempo de abertura das válvulas
de admissão. O sistema Diesel utiliza os quatro tempos à semelhança do ciclo
Otto (Admissão – Compressão – Combustão – Escape). A maior diferença
ocorre no terceiro tempo, o de combustão. Nos motores de ciclo Otto é
necessária a presença de uma faísca para inflamar a mistura ar/combustível,
pronta e comprimida. Já no Diesel, a compressão não é de uma mistura pronta,
mas sim de ar puro, que se torna altamente aquecido pela elevada compressão
que sofre dentro do cilindro. A inflamação ocorre pela injecção de combustível
sobre o ar aquecido.
1.1. Sistema de alimentação do Motor Diesel
O combustível é aspirado do depósito até a bomba injectora pela acção
positiva de uma bomba de transferência (Alimentação). Em seguida, passa por
um pré-filtro para remover as partículas contaminantes. A bomba de
transferência fornece, então, à bomba injectora o combustível em baixa
pressão. O gasóleo passa pelo filtro de combustível antes de chegar à bomba
que comprime o combustível, enviando-o por linhas individuais a cada injector
onde se atingem altas pressões, necessárias à atomização e queima nas
câmaras de combustão. Ao alcançar o injector, o combustível comprimido
provoca o accionamento da agulha que veda os orifícios do injector com a
câmara de combustão, vencendo a carga de uma mola e calços que
determinam a pressão de abertura e possibilita a entrada do gasóleo de forma
optimizada. A fuga de combustível em redor da agulha para refrigeração é

recolhida pelo colector de retorno, que o envia por uma ligação e pela tubagem
de retorno ao depósito.
2. Bombas injectoras
A bomba injectora é um dos componentes mais importantes do sistema de
alimentação dos veículos Diesel. Ela é responsável por injectar o combustível
no motor para que ocorra a combustão. Esse trabalho é realizado em conjunto
com o regulador de rotação, que controla todas as faixas de rotação de acordo
com a carga aplicada ao motor e o seu funcionamento, doseando a quantidade
de gasóleo injectado e o início de injecção correcto para a melhor combustão.
Nos motores electrónicos esse processo é gerido pelas unidades electrónicas
de comando. Mas, nos modelos mecânicos, a bomba é regulada manualmente
por profissionais especializados com o auxílio de ferramentas específicas, além
de diversos testes realizados em equipamento apropriado. Quando a bomba
está regulada e o motor em bom estado, o funcionamento é perfeito e respeita
as leis de emissão de poluentes, proporcionando desempenho e consumo
estabelecidos pela montadora.
Apesar das diferenças entre fabricantes e sistemas de bombas injectoras, a
alimentação dos motores movidos a Diesel é praticamente a mesma para todos
os veículos.
Existem inúmeros modelos e tipos de bombas injectoras. A diferença entre elas
está na aplicação quanto à potência do motor que vai equipar. Algumas
aplicações foram projectadas para ser instaladas na parte traseira do motor,
com o objectivo de reduzir ruídos, devido à maior carga aplicada nos motores
modernos.
As bombas podem ser classificadas nos modelos em linha ou rotativas
(distribuidora), sendo que os portes são divididos por potência de saída, da
seguinte maneira: M, A, MW, P, R, H e VE. A bomba em linha possui as saídas
dispostas em linha e a colocação dos tubos de pressão é sequencial. Nas
bombas rotativas há que ter atenção, no momento de encaixar os tubos de
pressão, pois deve-se verificar a saída que vai para o primeiro cilindro do
motor, e depois, identificar o sentido de rotação da bomba. Os tubos devem ser
encaixados nessa ordem. É importante lembrar que cada motor tem a sua
sequência.

2.1. Bomba em linha
O bombeamento é accionado por cames de um comando. Equipam grandes e
pequenos motores de baixa rotação. A sua lubrificação é executada pelo
mesmo óleo do motor, o que garante sua confiança.
Figura 1 – Bomba injectora em linha
2.2. Bomba distribuidora rotativa VE
Como o nome indica o seu bombeamento é feito de forma rotativa. Essa
característica é importante, pois os motores Diesel tiveram grandes evoluções
e, à medida que houve um aumento da tecnologia aplicada na sua construção,
as rotações do motor subiram e praticamente igualaram as rotações dos
motores a gasolina.
Cumulativamente, as bombas rotativas são mais apelativas em termos
tecnológicos, mostrando eficiência e economia, sendo mais compactas que as
bombas em linha o que facilita a aplicação de motores maiores em pequenos
utilitários.
A sua lubrificação é feita pelo próprio combustível o que a torna um tanto
vulnerável, pois a contaminação do combustível com água pode comprometer
a sua durabilidade.

Figura 2 – Bomba injectora rotativa
Para além das bombas injectoras, o sistema é composto de uma série de
elementos, sem os quais o sistema não funciona.
2.2.1. Filtro de combustível separador de água
Os filtros separadores de água além de eliminar impurezas contidas no
combustível, também são responsáveis pela separação da água que poderia
comprometer os componentes do sistema de injecção. Por ser mais pesada
que o combustível Diesel, a água fica acumulada na cavidade inferior existente
no filtro, devendo ser drenada periodicamente
Figura 3 – Filtro de combustível
2.2.2. Bomba de alimentação
Accionada pelo eixo de comando da bomba injectora, a sua função é aspirar o
combustível do depósito e enviá-lo sob pressão através do filtro de combustível
para o interior da câmara de aspiração da bomba injectora.
Figura 4 - Bomba de alimentação
A bomba de alimentação, juntamente com a bomba injectora, trabalha durante
todo o tempo de funcionamento do motor Diesel. Isso significa que os seus
componentes sofrem desgaste e precisam de substituição.
Componentes submetidos a desgaste:

Rolete;
Pistão;
Mola do pistão;
Válvulas;
Filtro
2.2.3. Bomba manual
Integrada na bomba de alimentação, a bomba manual serve para bombear o
combustível para os sistemas após uma desmontagem da bomba injectora ou
troca de filtro de combustível, para realizar a sangria do sistema, eliminando
possíveis bolhas de ar.
Figura 5 - Bomba manual
2.2.4. Filtro de combustível Primário e secundário
Retêm as impurezas menores contidas no combustível, impedindo que os
componentes do sistema de injecção sejam danificados.
Figura 6 – Filtro de combustível primário
2.2.5. Conjunto Porta injector
O conjunto porta injector forma o elo de ligação entre a bomba injectora e o
motor.

Figura 7 – Conjunto Porta injector
2.2.6. Elemento
Por cada cilindro do motor existe um elemento que é formado por um pistão e
um cilindro dispostos em linha. A sua função é dosear, para os diversos
regimes de funcionamento do motor, o correcto volume de combustível.
Figura 8 – Elemento
2.2.7. Válvula
Localizada entre a câmara de alta pressão da bomba e o início do tubo de
pressão, a válvula tem como função evitar o descarregamento do tubo de
pressão após a injecção do combustível mantendo-o sempre cheio
Figura 9 – Válvula
2.2.8. Tubos de pressão
Responsável pela condução do combustível sob alta pressão da bomba
injectora para os bicos dos injectores. Os tubos de alta pressão são fabricados

em aço e recebem tratamento superficial especial para assegurar maior
resistência à corrosão, além de minimizar o efeito de cavitação gerado pelo
fluxo de combustível, impedindo a entrada de possíveis partículas de metal nos
bicos dos injectores.
Figura 10 – Tubos de pressão
2.2.9. Bico dos injectores
Os bicos injectores estão alojados na cabeça do motor e são fundamentais
para concluir o processo de alimentação de um motor a Diesel. A sua
construção é precisa e rigorosamente calibrada, para que aconteça a
inflamação correcta do combustível dentro da câmara no cilindro dos motores
térmicos. Tem a sua abertura calibrada com pressões que variam em torno de
200 bar, dependendo do projecto do motor.
Pulverizam o combustível, que é doseado sob alta pressão pela bomba
injectora, na câmara de combustão do motor. É fundamental a utilização de
combustível não adulterado, pois as impurezas diminuem sensivelmente a vida
dos bicos dos injectores.
Figura 11 – Bico dos injectores
2.2.10. Bomba alimentadora de palhetas
A sua função é aspirar o combustível do depósito, produzindo uma pressão
suficiente na câmara interna da bomba alimentadora

Figura 12 – Bomba alimentadora de palhetas
3. Vela incandescente
Componente que embora não faça parte do sistema de injecção, funciona
como sistema auxiliar de arranque do motor, assegurando uma temperatura
limite na câmara de combustão, necessária de acordo com as características
do motor.
Figura 14 – Vela incandescente
3.1.1. Filamentos com sistema patenteado Bosch Duraterm
Rápido aquecimento reduz em 50% o tempo de arranque do motor. Após o
arranque, os filamentos têm a capacidade de regular e manter a temperatura
ideal na câmara de combustão, optimizado o funcionamento do motor,
reduzindo os ruídos e a emissão de gases poluentes.
3.1.2. Dupla vedação aumenta a durabilidade
Vedação de material especial (Viton) protege os filamentos contra danos
causados por gases, prolongando ainda mais a vida útil da Vela Incandescente.
3.1.3. Ligações precisas
Desenho e acabamento dos conectores tornam a instalação simples e o ajuste
perfeito.
3.1.4. Camada isolante mais segura
Pó cerâmico compactado garante alta condutividade térmica e ao mesmo
tempo segurança total no isolamento

3.2. Processo de combustão mais estável e seguro
Nos motores Diesel a ignição espontânea acontece quando o combustível é
pulverizado dentro da câmara de combustão e se auto-inflama, ao entrar em
contacto com o ar que foi super aquecido pela compressão dos pistões.
É nesse momento que a Vela Aquecedora é essencial: garante que a
temperatura dentro da câmara de combustão atinja cerca de 850°C com total
segurança, mesmo em circunstâncias críticas como motor em marcha lenta,
temperatura externa baixa e motor frio.
Isso acontece porque os filamentos da Vela Aquecedora são fabricados com
uma liga especial de cobalto ferro, patenteada pela Bosch.
Esses filamentos são fixados com pó compactado de óxido de magnésio,
electricamente isolante e resistente a vibrações, eliminando a possibilidade de
curtos circuitos que poderiam destruir a vela.
Após o arranque, as Velas Aquecedoras continuam a regular a temperatura,
permitindo o funcionamento óptimo do motor e diminuindo a emissão de
substâncias contaminantes procedentes dos gases de escape.
Motor com antecâmara
Motor com câmara de
turbilhonamento
Motor de injecção
directa
Figura 15 – Vários tipos de câmaras de combustão
3.3. Arranques mais rápidos e melhor desempenho do motor
Com velas de incandescência a temperatura na câmara de combustão atinge
850 °C em menos de quatro segundos. Como resultado, o tempo da partida é
reduzido a metade. Devido à tecnologia que mantém a temperatura correcta
após a partida, a Vela incandescente reduz os ruídos e a emissão de
substâncias nocivas pelo motor.
4. Processo de injecção
O gás de combustão aspirado (ar) ou induzido sob pressão é tão comprimido
(temperatura entre 550 e 600° C), que se dá a auto- ignição. Uma parte do

combustível, injectado em primeiro lugar, queima rapidamente e o que é
injectado em seguida, em maior quantidade, queima a pressão
aproximadamente constante.
A combustão não ocorre inteiramente, caso não se sucedam no tempo certo o
aquecimento do combustível e a ignição. A injecção começa antes do pistão
atingir o PMS, no tempo de compressão. Só se consegue uma boa combustão,
quando há a melhor mistura possível entre as gotículas de combustível e o ar
necessário à combustão. Para tanto, torna-se necessário, entre outras coisas,
a adequação do jacto de combustível à forma da câmara de combustão (com
ou sem repartições). Outras possibilidades: um ou mais jactos; disposição dos
jactos; comprimento dos jactos; sua força; tamanho das gotículas, turbilhão
mais intenso do ar de combustão. Forma do pistão; câmara de combustão
repartida, com câmaras-de-ar, pré-câmaras, ou câmaras de turbilhão e também
fluxo de ar tangencial.
4.1. Ignição
Pode não se dar uma sensível vaporização do combustível Diesel, de elevado
ponto de ebulição, devido à rapidez do processo. As gotículas de combustível
que são injectadas inflamam-se após terem sido levadas à temperatura de
auto-ignição, pelo ar pré-aquecido e comprimido, no cilindro. O intervalo de
tempo entre a injecção e a ignição deve estar sincronizado com a rotação da
cambota, correspondente à elevação adequada de pressão. O atraso da
ignição deve ser o mínimo possível; caso contrário, chega à câmara de
combustão, uma quantidade excessiva de combustível não queimado, que irá
produzir aumento de pressão no próximo tempo de compressão e reduzir a
lubrificação entre as camisas dos cilindros e os segmentos, resultando, com a
continuidade do processo, em desgaste, que num primeiro momento, é
conhecido como "Vidrado" das camisas dos cilindros. Combustíveis Diesel com
boa ignição, têm um pequeno atraso; proporcionam compressão uniforme para
a combustão e operação suave do motor. O atraso da ignição depende do tipo
de combustível, pressão e temperatura na câmara de combustão.

4.2. Atraso da Injecção
Medido pelo ângulo da cambota, é o intervalo de tempo necessário ao pistão
da bomba de injecção, para levar a quantidade de combustível situada entre a
tubagem da bomba e o assento da válvula de injecção (bico injector), à pressão
de injecção. Infelizmente é quase impossível, especialmente nos motores de
funcionamento rápido, controlar de maneira satisfatória o programa de
combustão ("Lei de aquecimento") e a variação da pressão durante a
combustão mediante o início e o desenvolvimento da injecção, a não ser com
baixa compressão, que por outro lado diminui o rendimento e se opõe
frontalmente ao princípio do motor Diesel. No tempo de alguns centésimos de
segundo entre o começo da injecção e a ignição, uma parte importante da
quantidade injectada penetra na câmara de combustão e inflama-se rápida e
simultaneamente com o imprevisto aumento de pressão. Além disto, durante a
ignição na fase fluida formam-se peróxidos com um indesejável carácter
explosivo. Estas "batidas" dão aos carburantes um maior atraso de ignição
impróprio para motores Diesel.
A temperatura dos gases tem como limite superior a resistência das peças à
alta temperatura e a qualidade do lubrificante e como limite inferior, a
temperatura da atmosfera. O limite superior de pressão é dado pelo facto de
que um aumento de compressão, mesmo que pequeno, acarreta um aumento
nas forças do motor e no seu peso. O limite inferior é o da pressão atmosférica.
As limitações de volume são consequência da necessidade de se evitar
expansões demasiado grandes, pois só se consegue uma pequena vantagem
de potência com a desvantagem de um motor muito grande.
Para avaliar o nível de conversão de energia no motor, há processos de cálculo
que permitem determinar as limitações acima descritas.
5. Tipos de Injecção
O ponto mais importante é a formação da mistura mediante a injecção do
combustível directamente antes e durante a auto-ignição e combustão na carga
de ar fortemente comprimida. Durante o desenvolvimento do motor Diesel
foram encontradas várias soluções que em parte coexistem ainda hoje.

5.1. Injecção indirecta
Nos sistemas de injecção indirecta a câmara de combustão é constituída por
duas partes distintas. A parte principal é o espaço entre a cabeça do motor e o
topo do pistão quando este se encontra no PMS, e a auxiliar é uma pequena
câmara na cabeça do motor. As duas câmaras estão ligadas através de um
orifício de grande dimensão com uma forma aerodinâmica. O combustível é
injectado directamente na câmara auxiliar através de um injector com um único
orifício. Durante a compressão, o ar produz na câmara auxiliar um turbilhão,
que facilita a dispersão do combustível, aumentando assim a homogeneidade
da mistura. Quando se dá a combustão, cria-se um aumento de pressão na
câmara auxiliar que expulsa a mistura para a câmara principal, onde acaba de
ser queimada e realiza trabalho. Este sistema funciona com pressões mais
baixas que o sistema de injecção directa, tendo como consequência um
funcionamento mais suave, mas um rendimento mais baixo com maiores
consumos e maiores emissões de gases poluentes, actualmente, é um
processo pouco utilizado nos motores modernos.
Figura 16 – Injecção indirecta
A parte inferior da antecâmara a é quente, porque se encontra separada das
paredes refrigeradas pelo entre ferro. Descontinuidade da pressão na
antecâmara e insuflação na parte principal da câmara de combustão mediante
um canal injector. b = tubulação de combustível; c = ignição auxiliar para
partidas a frio; d = passagem da água de refrigeração para a cabeça.

A câmara de turbulência a contém
quase toda a carga de ar que, no
percurso de compressão, penetra
tangencialmente pelo canal b
começando um movimento circular; c
= tubulação de combustível
Figura 17 – Antecâmara tipo esférica
5.2. Injecção Directa
Nos sistemas de injecção directa ao contrário dos sistemas de injecção
indirecta, a câmara de combustão é constituída por uma única parte, sendo
este o espaço entre a cabeça do motor e o topo do pistão quando este se
encontra no PMS. A injecção do combustível é efectuada directamente no
cilindro através de um injector com vários orifícios, permitindo assim uma
melhor pulverização do combustível e consequentemente uma melhor mistura
com o ar. Este sistema funciona com pressões mais elevadas do que o sistema
de injecção indirecta, sendo estas pressões aplicadas directamente no pistão, o
que proporciona um melhor rendimento com consumos mais baixos e menores
emissões de gases poluentes.
O combustível é injectado directamente sobre a cabeça do pistão mediante um
bico injector, com um ou vários pequenos furos (diâmetros de 0,1 a 0,3 mm)
direccionados segundo um ângulo apropriado. Funciona com pressões muito
elevadas (até 400 atm) para conseguir uma pulverização muito fina e uma
distribuição adequada do combustível no ar de carburação. O jacto único forma
uma neblina composta de gotas minúsculas que costumam inflamar-se em
primeiro lugar na proximidade de entrada. A formação da mistura é acelerada e
melhorada quando o ar de carburação executa um movimento rápido em
relação à névoa do combustível. Com isto o movimento circular e turbulento do
ar produz-se de várias formas já com o processo de sucção ou com a
compressão. A maioria dos motores modernos utiliza o processo de injecção
directa de combustível, em virtude do seu melhor rendimento térmico.

a = injecção directa no ar parado
(Cummins); b = jacto sobre a cabeça
do pistão com câmara de mistura
térmica (processo MAN-M)
Figura 18 – Processos de injecção directa.
Figura 19 – Processos de injecção directa.
Muitas pesquisas têm sido desenvolvidas sobre o processo da combustão em
motores Diesel. Inicialmente acreditava-se que ocorria uma explosão no interior
do cilindro, razão pela qual, os motores de combustão interna eram também
chamados de motor a explosão. Por meio de observações, testes diversos,
tentativas, erros e acertos, os componentes do sistema de injecção vêm sendo
aperfeiçoados nos seus desenhos, preservando, no entanto, o que de melhor
se alcançou, em termos de resultados com o processo de injecção directa.
Recentemente descobriu-se mais detalhes do processo de combustão e isto,
certamente, trará novos desenvolvimentos. Com o auxílio de um equipamento
de raios x de alta velocidade, foi possível registar os diversos instantes em que
a combustão se processa. Até então, todas as observações feitas eram por
meio de iluminação estroboscópica, que permitia visualizar uma fracção de
cada tempo de combustão e, formando uma sequência de imagens, tinha-se
uma ideia do processo.
5.2.1. Sistemas de injecção directa
Actualmente existem três sistemas:
O sistema bomba de injecção;
O sistema injector;
O sistema “common rail”

5.3. Sistema bomba injecção+tubos+injectores
Este é o sistema convencional utilizado há já muito tempo nos motores Diesel,
tanto nos de injecção directa como nos de injecção indirecta.
É um sistema barato e de fácil implementação, os injectores estão ligados
directamente à bomba injectora através de tubos metálicos. Todos os tubos
têm o mesmo comprimento, pois as ondas de pressão que evoluem dentro dos
tubos vão variando ao longo dos tubos, ou seja, para que os tempos e
pressões de injecção sejam sensivelmente iguais em cada injector o
comprimentos dos tubos também têm que ser iguais. Ora, a disposição dos
injectores ao longo do motor faz com que existam injectores mais próximos da
bomba e outros mais afastados, como todos os tubos têm que ter o mesmo
comprimento, os que estão mais próximos têm uma configuração com algumas
curvas para poderem compensar a menor distância a que se encontram da
bomba.
A geração de pressão é totalmente dependente da rotação do motor, visto que
a bomba é accionada directamente pela distribuição. Este sistema apresenta
várias limitações, não conseguindo dar resposta ao controlo exigido nos
motores actuais, que usam pré e pós injecção, modulação da injecção principal
e elevadíssimas pressões de injecção. Por todas estas razões este sistema
tem vindo a ser preterido em relação a outros sistemas, nomeadamente pelo
sistema common rail.
Figura 20 - Sistema bomba injecção+tubos+injectores
5.3.1. Sistema injector
O sistema injector bomba foi desenvolvido com o objectivo de se conseguir
elevar as pressões de injecção muito acima dos 1500 bar, em motores de
injecção directa. Neste sistema a bomba e o injector formam um único corpo,

ora, rapidamente se pode concluir que é eliminada a desvantagem dos tubos
longos utilizados no sistema anterior, o que provocava grandes perdas de
pressão. Neste caso essa desvantagem foi eliminada, daí a razão de se
conseguirem elevadas pressões neste sistema, neste momento
aproximadamente 2200 bar.
Cada cilindro tem um injector que é actuado pela árvore de cames. Foi neste
sistema que foi introduzido pela primeira vez o controlo electrónico de injecção,
tendo sido possível melhorar consideravelmente alguns aspectos,
nomeadamente na emissão de gases poluentes. Este sistema consegue
pressões muito elevadas de injecção, o que significa gotas mais finas e uma
melhor preparação da mistura, logo, também uma melhor combustão, e
consequentemente um menor consumo e menores emissões de gases
poluentes.
Figura 21 – Sistema injector bomba
6. Sistema de injecção
Desde a construção do primeiro motor Diesel, o principal problema tem sido o
processo de injecção do combustível para a combustão ideal. Os sistemas
existentes não sofreram grandes modificações no correr dos anos. As
principais alterações, que resultaram em evolução significativa, foram,
primeiramente o advento da bomba rotativa em linha, desenvolvida por Robert
Bosch em 1927, que permitiu aos motores alcançarem rotações mais elevadas
e, consequentemente, mais potência. Depois, no decorrer da década de 80,
surgiram os primeiros sistemas de gestão electrónicos (EDC, de Electronic
Diesel Control). O desenvolvimento dos sistemas EDC, embora trazendo
consideráveis resultados, esbarrava na limitação mecânica dos sistemas em
uso que não podiam prescindir de um meio de comprimir o combustível pela
acção de um pistão comandado no instante adequado. Assim, mantinham-se

os componentes básicos dos sistemas de injecção, utilizando-se os recursos
electrónicos para monitorização e controlo, sem possibilidade de intervenções
importantes no processo de injecção. O início, duração e término da injecção
permaneciam acoplados à posição da cambota, uma vez que as bombas
injectoras não permitiam variações, por serem accionadas por engrenagens
conduzidas pela rotação do motor. Diferentemente dos motores do ciclo Otto,
que já utilizavam a injecção electrónica de combustível e sistema de ignição
transistorizado independentes, os motores Diesel ainda esperavam por novas
tecnologias.
Em 1997, a Alfa Romeu lançou o seu modelo 156 equipado com um motor
Diesel dotado de um sistema de injecção revolucionário, que ela denominou de
JTD. Tal sistema aumentava a potência e o binário com redução do consumo
e, por consequência, os níveis de emissões e abriu novas perspectivas para o
futuro dos motores Diesel. Posteriormente, os direitos de fabricação deste
sistema foram cedidos à Robert Bosch, que começou a equipar motores para a
Mercedes Benz, BMW, Audi, Peugeot e Citroën (estes últimos denominam o
sistema de HDI). A Fiat, a Ford e a Volkswagen estão equipados com o novo
sistema. No segmento de motores mais pesados, as fábricas Mercedes, Scania
e Volvo já lançaram os novos motores equipados com este sistema, que
ganhou a denominação de Common Rail.
O Sistema Common Rail Bosch é um moderno e inovador sistema de injecção
Diesel. Ele foi desenvolvido para atender à actual procura do mercado em
relação à diminuição do consumo de combustível, da emissão de poluentes e
maior rendimento do motor exigidos pelo mercado. Para isto são necessárias
altas pressões de injecção, curvas de injecção exactas e dosagem
extremamente precisa do volume do combustível.
Com a introdução da primeira bomba injectora em linha fabricada em série no
ano de 1927, estavam criadas as condições para o emprego do motor Diesel
de alta rotação em veículos automóveis. O emprego da bomba injectora em
linha ainda hoje está em diversos veículos utilitários e motores estacionários,
chegando até a locomotivas e navios com pressões de injecção para motores
de até cerca de 160 kW por cilindro. Os diferentes requisitos para a utilização
dos motores Diesel levaram ao desenvolvimento de diversos sistemas de
injecção, adequados às respectivas exigências.

O sistema de injecção de pressão modulada "Common Rail" para motores de
injecção directa abre perspectivas completamente novas:
Ampla área de aplicação (para veículos de passeio e utilitários leves com
potência de até 30 kW / cilindro, para utilitários pesados chegando até a
locomotivas e navios com potência de até 200 kW / cilindro):
Alta pressão de injecção de até cerca de 2600 bar;
Início de injecção variável;
Possibilidade de pré-injecção, injecção principal e pós-injecção;
Volume de injecção, pressão no "Rail" e início da injecção adaptados a
cada regime de funcionamento, assim como,
Pequenas tolerâncias e alta precisão durante toda a vida útil.
O sistema de injecção de pressão modulada "Common Rail", produção de
pressão e injecção são acoplados. A pressão de injecção é produzida
independente da rotação do motor e do volume de injecção e está no "Rail"
(acumulador de combustível de alta pressão) pronta para a injecção. Momento
e qualidade de injecção são calculados na unidade de comando electrónico e
transportados pelo injector (unidade de injecção) em cada cilindro do motor
através de uma válvula magnética activada. Com o injector e a alta pressão
sempre iminente, obtém-se uma curva de injecção muito precisa.
Com a ajuda dos sensores a unidade de comando pode captar a condição
actual de funcionamento do motor e do veículo em geral. Ela processa os
sinais gerados pelos sensores e recebidos através de cabos de dados. Com as
informações obtidas ela tem condição de exercer comando e regulação sobre o
veículo e, principalmente, sobre o motor. O sensor de rotação do eixo de
comando determina, com o auxílio do efeito "Hall", se o cilindro se encontra no
PMS da combustão ou da troca de gás. Um potenciómetro na função de sensor
do pedal do acelerador informa através de um sinal eléctrico à unidade de
comando, com que força o condutor accionou o pedal (aceleração). O medidor
de massa de ar informa à unidade de comando qual a massa de ar
actualmente disponível para assegurar uma combustão possivelmente
completa. Havendo um turbo compressor, actua ainda o sensor que regista a
pressão de carga. Com base nos valores dos sensores de temperatura do
agente de refrigeração e de temperatura do ar. De acordo com os veículos são
conduzidos ainda outros sensores e cabos de dados até a unidade de

comando para fazer cumprir as crescentes exigências de segurança e de
conforto.
6.1. Bomba injectora:
A injecção do combustível Diesel é controlada por uma bomba de pistões
responsável pela pressão e dosagem para cada cilindro, nos tempos correctos.
Na maioria dos motores Diesel, utiliza-se uma bomba em linha dotada de um
pistão para cada cilindro e accionada por uma árvore de cames que impulsiona
o combustível quando o êmbolo motor (pistão) atinge o ponto de início de
injecção, no final do tempo de compressão. Alguns motores utilizam bombas
individuais para cada cilindro e há outros que utilizam uma bomba de pressão e
caudal variáveis, fazendo a injecção directamente pelo bico injector accionado
pela árvore de cames. Há ainda aqueles que utilizam bombas rotativas, que
distribuem o combustível para os cilindros num processo semelhante ao do
distribuidor de corrente para as velas utilizado nos motores de automóveis.
As bombas injectoras, rotativas ou em linha, para que funcionem, são
instaladas no motor sincronizadas com os movimentos da cambota. Ao
processo de instalação da bomba injectora no motor dá-se o nome de calagem
da bomba. Cada fabricante de motor adopta, segundo o projecto de cada
modelo que produz, um processo para a calagem da bomba injectora. Na
maioria dos casos, a coincidência de marcas existentes na engrenagem de
accionamento da bomba com as marcas existentes na engrenagem
accionadora é suficiente para que a bomba funcione correctamente. Em
qualquer caso, porém, é absolutamente necessário consultar a documentação
técnica fornecida pelo fabricante, sempre que se for instalar uma bomba
injectora, pois os procedimentos são diferentes para cada caso.
Figura 22 – Controlador de dosagem

A dosagem do combustível é feita pela posição da cremalheira, ligada ao
acelerador por meio do governador de rotações.
Figura 23 – Controlador de débito
Dosagem do combustível. Com o mesmo deslocamento vertical, o pistão
injecta mais ou menos combustível em função da sua posição. O que muda é o
tempo final de débito
Figura 24 – Controlador de débito
7. Regulação da velocidade
A rotação de trabalho do motor Diesel depende da quantidade de combustível
injectada e da carga aplicada à cambota (potência fornecida à máquina
accionada). Também é necessário limitar a rotação máxima de trabalho do
motor, em função da velocidade média do pistão (cm= s n / 30), que não deve
induzir esforços que superem os limites de resistência dos materiais, bem
como da velocidade de abertura e fecho das válvulas de admissão e escape,
que a partir de determinados valores de rotação do motor, começam a produzir
efeitos indesejáveis. Nas altas velocidades, começa haver dificuldade no
enchimento dos cilindros, devido ao aumento das perdas de carga e a inércia
da massa de ar, fazendo cair o rendimento volumétrico.

Como a quantidade de combustível injectada é doseada pela bomba injectora,
por meio da variação de débito controlada pelo mecanismo de aceleração,
limita-se a quantidade máxima de combustível que pode ser injectada.
Dependendo do tipo de motor, essa limitação é feita por um batente do
acelerador, que não permite acelerar o motor além daquele ponto. O
mecanismo de aceleração, por si só, não é capaz de controlar a rotação do
motor quando ela tende a cair com o aumento da carga ou a aumentar com a
redução da mesma carga. É necessário então outro dispositivo que assegure
controlo da dosagem de combustível em função das solicitações da carga. Na
maioria dos motores, este dispositivo é constituído por um conjunto de
contrapesos que rodam, que por acção da força centrífuga, actua no
mecanismo de aceleração de modo a permitir o fornecimento de combustível
sem variações bruscas e respondendo de forma suave às solicitações da
carga. Conhecidos como reguladores ou governadores de rotações, são
utilizados em todos os motores Diesel e, dependendo da aplicação, como visto
no início deste trabalho, tem características distintas e bem definidas. No caso
específico dos motores para grupos Diesel geradores, a regulação da
velocidade é um item particularmente crítico, uma vez que a frequência da
tensão gerada no alternador necessita ser mantida constante, ou seja, o motor
Diesel deve operar em rotação constante, independente das solicitações da
carga. Isto significa que a cada aparelho eléctrico que se liga ou desliga, o
governador deve corrigir a quantidade de combustível injectada, sem permitir
variações da RPM, o que é quase impossível, dado o tempo necessário para
que as correcções se efectivem. Para solucionar o problema, existem três tipos
básicos de governadores isócronos, que são:
7.1. Governadores mecânicos
Constituídos por um sistema de contrapesos, molas e articulações, actuam no
mecanismo de aceleração aumentando ou diminuindo o débito de combustível
sempre que a rotação se afasta do valor regulado, em geral, 1800 RPM. Tem
tempo de resposta considerado longo e permitem oscilações em torno do valor
regulado. Dependendo da carga que for aplicada bruscamente, permitem
quedas acentuadas da RPM e, na recuperação, permitem ultrapassar o valor
regulado para, em seguida, efectuar nova correcção de menor grau. São mais

baratos e utilizados em grupos Diesel geradores que alimentam equipamentos
pouco sensíveis às variações de frequência. Tem precisão de regulação em
torno de 3%, podendo chegar até 1,5%. O tipo mais comum, utilizado em
grande número de motores equipados com bombas injectores Bosch em linha,
é o governador Bosch modelo RSV.
Figura 25 – Governadores mecânicos
7.2. Governadores hidráulicos
De maior precisão que os governadores mecânicos, podem ser accionados
pelo motor Diesel independentemente da bomba injectora e actuam sobre a
alavanca de aceleração da bomba, exercendo a função que seria do pedal do
acelerador do veículo. São constituídos por um sistema de contrapesos que
rodam, fazem o papel de sensor de rotação e uma pequena bomba hidráulica
para produzir a pressão de óleo necessária ao accionamento. As variações de
rotação "sentidas" pelos contrapesos são transformadas em caudal e pressão
de óleo para alimentar um pequeno cilindro ligado à haste de aceleração da
bomba. Por serem caros e necessitarem de um arranjo especial para
montagem no motor, são pouco utilizados.
Figura 26 – Governador Hidráulico WOODWARD modelo PSG

7.3. Governadores electrónicos
Actualmente são utilizados em maior escala, dado o custo, que vem reduzindo
nos últimos anos. Oferecem a melhor precisão de regulação que se pode
conseguir e são constituídos por três elementos básicos:
1. Pick-up magnético, que exerce a função de sensor de RPM;
2. Regulador electrónico, propriamente dito (ou unidade de controlo);
3. Actuador.
A construção pode variar, conforme o fabricante, mas todos funcionam
segundo os mesmos princípios. O pick-up magnético é uma bobina enrolada
sobre um núcleo ferro magnético e instalado na carcaça do volante, com a
proximidade adequada dos dentes da cremalheira. Com o motor em
funcionamento, cada dente da cremalheira, ao passar próximo ao pick-up
magnético, induz um impulso de corrente eléctrica que é captado pelo
regulador. A quantidade de impulsos por segundo (frequência) é comparada,
pelo regulador, com o valor padrão ajustado. Se houver diferença, o regulador
altera o fluxo de corrente enviada para o actuador, que efectua as correcções
do débito de combustível, para mais ou para menos, conforme a necessidade.
Há actuadores que trabalham ligados à haste de aceleração da bomba
injectora, como nos governadores hidráulicos e outros que são instalados no
interior da bomba e actuam directamente sobre o fluxo de combustível. Os
actuadores externos mais conhecidos são os fabricados pela Woodward,
(governadores modelo EPG) e os internos são os utilizados nos motores
Cummins (governador EFC).
Figura 27 – Governador Electrónico WOODWARD modelo EPG - 12 ou 24 V
7.4. Governadores Digitais
Os governadores digitais utilizados actualmente, embora possam oferecer
recurso de comunicação via porta série e funções de controlo PID (Proportional

Integral Derivative), dependem de um actuador analógico para comandar as
correcções de RPM do motor, o que os torna iguais, em termos de resultados,
aos governadores electrónicos analógicos.
Figura 28 – Governador Electronic Digital Woodward 2301D - Load Sharing
and Speed Control
8. Sistema Common Rail
O protótipo do sistema Common Rail foi desenvolvido em finais dos anos 60
pelo Suíço Robert Huber. Depois disso, Ganser do "Swiss Federal Institute of
Technology" desenvolveu a tecnologia Common Rail futura. A meio dos anos
90, Dr. Shohei Itoh e Masahiko Miyaki, da "Denso Corporation", uma empresa
Japonesa de fabrico de componentes para automóveis, desenvolveu o sistema
de combustível Common Rail para veículos pesados, tornando-se assim no
primeiro caso prático do uso no seu sistema ECD-U2 Common Rail, que foi
montado num camião da Hino Raising Ranger, vendido para uso geral em
1995. O actual sistema Common Rail controlado por uma unidade electrónica
de comando (ECU) trabalha segundo o mesmo princípio i.e. cada injector é
controlado electronicamente, em vez de mecanicamente. Isto foi alvo de muitos
protótipos nos anos 90, com a colaboração entre a Magneti Marelli, Centro
Ricerche Fiat e Elasis. Depois da investigação e desenvolvimento inicial por
parte do grupo Fiat, o design foi adquirido pela empresa alemã Robert Bosch
GmbH para completar o desenvolvimento e torná-lo apto à produção em
massa.
Consiste numa bomba de alta pressão que fornece a pressão através de uma
rampa comum a todos os injectores, o que permite fornecer uma pressão
constante de injecção, independentemente da rotação do motor. A sua
vantagem é um menor ruído de funcionamento, arranque a frio quase

instantâneo, e uma clara melhoria de prestações e diminuição da poluição e de
consumo. Actualmente é o sistema usado em quase todos os Diesel.
Há diferentes sistemas usados por diferentes fabricantes, mas foram todos
criados pela Bosch e são equivalentes em termos de qualidade e eficácia: o
"Unit Injector System" (UIS), mais conhecido entre nós como Injector bomba, e
o "Common Rail System" (CRS).
Em ambos os sistemas, o combustível é injectado nos cilindros sob pressão
muito alta. O próprio processo de injecção é controlado electronicamente, para
que seja sempre injectado o volume ideal de combustível, exactamente no
momento certo, garantindo rendimento máximo com o mínimo consumo e
níveis de emissão baixos.
No entanto, o sistema injector bomba está a desaparecer, apesar de se
conseguirem pressões mais elevadas (acima dos 2000 bar) do que no
Common Rail, por ser um sistema mais dispendioso.
Figura 29 Sistema “Common Rail” para automóveis
de passageiros
1 Medidor de massa de
ar
2 ECU Controlo do Motor
3 Bomba de alta pressão
4 Common Rail
5 Injectores
6 Sensor de velocidade
7 Sensor de temperatura
de refrigeração
8 Filtro de combustível
9 Sensor do pedal de
acelerador
8.1. O Circuito de combustível Common Rail
Uma das maiores diferenças entre o Common Rail e os outros sistemas de
injecção Diesel está no circuito de combustível.

Figura 30 Principais componentes do circuito de combustível de um sistema
Common Rail
1- Tanque (Depósito) de combustível: Tem como função armazenar o
combustível, 2- Filtro de combustível: Retira as impurezas existentes no
combustível evitando o desgaste prematuro dos componentes (bomba de baixa
pressão, bomba de alta pressão, injectores etc.), 3- Bomba de baixa pressão:
Aspira o combustível do tanque e envia-o à bomba de alta pressão. A bomba
de baixa pressão pode ser eléctrica ou mecânica. 4- Electroválvula reguladora
de caudal: Tem a função de interromper o fluxo de combustível da bomba de
baixa para a bomba de alta pressão. É controlada pela Unidade Electrónica de
Comando (ECU). Esta electroválvula está presente somente nos veículos cuja
bomba de baixa pressão é mecânica, 5- Bomba de alta pressão: É uma bomba
(mecânica) radial com 3 êmbolos. Aspira o combustível da linha de baixa
pressão e alimenta o tubo de alta pressão (Rail). Pode elevar a pressão a
valores superiores a 1350 bar, 6- Rail (tubo de alta pressão): O Rail tem a
função de armazenar o combustível enviado pela bomba de alta pressão. É
interligado por tubos especiais aos injectores. No Rail podem vir acoplados a
electroválvula reguladora de pressão e o sensor de pressão do Rail, 7-
Electroválvula reguladora de pressão: Trata-se de uma electroválvula de alívio
posicionada no ponto de conexão da linha de alta pressão com a linha de
retorno de combustível. A sua abertura promove a diminuição da pressão do
Rail. O seu fecho permite que a bomba de alta pressão eleve a pressão do
Rail. É controlada pela ECU através de um sinal pulsado de largura de pulso

variável. Pode vir instalada na bomba de alta pressão ou no tubo (Rail). É um
dos mais importantes actuadores do sistema Common Rail, 8- Sensor de
pressão do Rail: Informa a ECU da pressão do combustível contido no Rail, 9-
Injectores: São controlados pela ECU e pulverizam (enviam) o combustível do
Rail para a câmara de combustão, 10- Radiador de combustível: Refrigera o
combustível que circula na linha de retorno, 11- Válvula de pré-aquecimento do
combustível: Controla a temperatura do combustível enviado para o tanque,
filtro e linha de pressão negativa.
Figura 31 - Principais componentes do circuito de combustível
8.2. Variação de pressão no sistema Common Rail
A bomba de baixa pressão aspira o combustível do tanque e envia-o para a
bomba de alta pressão. Entre a bomba de baixa pressão e o tanque forma-se a
linha de pressão negativa e entre as bombas de baixa e alta pressão a linha de
baixa pressão (figura 32).
A bomba de alta pressão promove o aumento da pressão do combustível
enviado para o Rail. Entre a bomba de alta pressão e o Rail forma-se a linha de
alta pressão.
O combustível excedente enviado pela bomba de alta pressão retorna ao
tanque através da linha de retorno. Na figura 32 está representado um
esquema da variação de pressão num sistema Common Rail.

Figura 32 Variação de pressão no sistema Common Rail
8.2.1. Princípio básico de controlo
Para controlar o motor mantendo o desempenho, ruído e rendimento em níveis
óptimos, a Unidade Electrónica de Comando (ECU) reúne informações de
diversos componentes, sensores estrategicamente instalados. Com esses
dados calcula, a pressão do Rail, o momento e tempo de injecção do Diesel
para cada regime de trabalho do motor.
Ao ser inserida a chave na ignição (sem iniciar a marcha), a ECU é alimentada.
Nesse instante envia uma tensão de aproximadamente 5 V (DC) para a maioria
dos sensores do sistema e passa a receber o sinal característico de cada um
deles (temperatura da água, pressão no colector de admissão, pressão no Rail,
temperatura do ar, posição do pedal do acelerador etc.).
Durante o arranque e com o motor em funcionamento recebe sinal dos
sensores de rotação e de fase. Enquanto captar esses sinais a Unidade
Electrónica de Comando irá controlar os injectores e a electroválvula
reguladora de pressão do Rail.
Com base no sinal dos sensores a ECU pode ainda controlar o débito de
partida a frio, o ventilador de arrefecimento, a embraiagem do compressor do
ar condicionado, etc.
No Common Rail a Unidade Electrónica de Comando possui um sistema de
autodiagnóstico e por isso pode detectar diversas anomalias. Quando isso
acontece, a ECU grava um código de defeito na memória e activa o
procedimento de emergência.

8.3. Componentes do Common Rail
O sistema Common Rail é constituído por:
8.3.1. Medidor de massa de ar
Envia informações à ECU sobre a massa de ar que está a entrar no motor e
quais as suas condições.
Figura 33 Medidor da massa de ar
8.3.2. Unidade de comando electrónico (ECU)
Controla o desempenho do motor através das leituras que faz de todos os
sensores, de massa de ar, pressão do turbo, rpm, temperaturas, etc., analisa
os dados recolhidos, alterando assim a injecção e adaptando-a às
necessidades de carga do motor.
Figura 34 ECU
8.3.3. Bomba de alta pressão
Tem como função garantir uma pressão constante no acumulador
independentemente da rotação do motor.
Figura 35 - Bomba de Alta Pressão

8.3.4. Common Rail
Canal onde fica acumulado o combustível sob pressão antes de passar aos
injectores, pode ter acoplado a electroválvula reguladora de pressão e/ou o
sensor de pressão.
Figura 36 - Acumulador de Pressão (Common Rail)
8.3.5. Injectores
Hoje em dia são praticamente na sua totalidade do tipo piezoeléctrico, sendo
responsáveis pela introdução do combustível no cilindro.
Figura 37 - Injector Piezoeléctrico
8.3.6. Sensor de velocidade do motor
Registo, livre de contacto, do ângulo de rotação e velocidade da cambota.
Figura 38 Sensor de velocidade

8.3.7. Sensor de temperatura do líquido refrigerante
Sensor de temperatura do motor está montado no circuito de refrigeração para
determinar a temperatura do líquido refrigerante do motor (escala de medição –
40 a 130°C)
1 Ligação eléctrica
2 Corpo do sensor
3 Resistência
4 Líquido refrigerante
Curvas característica
Figura 39 - Esquema de um Sensor de temperatura do líquido refrigerante
8.3.8. Filtro de combustível
Retira as impurezas existentes no combustível evitando o desgaste prematuro
dos componentes (bomba de baixa pressão, bomba de alta pressão, injectores,
etc.).
Figura 40. Filtro de Gasóleo
8.3.9. Sensor do pedal de acelerador
A posição do pedal do acelerador é captada por dois potenciómetros opostos
(sensor do pedal do acelerador) para activar o corpo de borboleta. A abertura
da borboleta necessária para cumprir o desejo do motorista é calculada pela
unidade de comando do motor levando em conta a condição de funcionamento
do motor naquele momento (número de rotações do motor, temperatura do
motor, etc.) e convertida em sinais de activação para o accionamento da
borboleta.

Figura 41 Sistema Egas (Pedal de acelerador electrónico)
9. Funcionamento
A primeira geração do sistema Common Rail permitia pressões de injecção de
1.300 bar, enquanto a segunda geração do sistema gerava cerca de 1.600 bar.
Desde 2003 que a terceira geração está em utilização, conseguindo-se agora
alcançar pressões de 2.600 bar.
A grande novidade em relação à geração anterior reside na utilização do
injector piezoeléctrico. As principais vantagens deste novo tipo de injectores,
quando comparado com o injector electromagnético, residem na dosagem da
quantidade de combustível e na sua pulverização. Muito mais rápidos,
conseguem misturas mais homogéneas devido ao maior número de injecções
por cada ciclo de trabalho, podendo chegar às 7 injecções por ciclo.
O combustível pode ser atomizado em gotas minúsculas de até 20 mícron e
permite uma pré-injecção muito bem controlada. Os injectores piezoeléctricos
requerem menos energia do que injectores com solenóide e proporcionam uma
elevada velocidade de abertura e fecho, além de menor tempo entre as
injecções. Eles são capazes de actuar em 1 a 2 milissegundos, impulsionando
o combustível a 2.000 km/h através de uma abertura de apenas 0,25 mm².
Isto faz com que os novos motores a gasóleo sejam mais silenciosos,
económicos, pouco poluentes e mais potentes. A quantidade de combustível de
retorno que não foi necessária para a injecção é, nesta terceira geração, muito
menor, pelo que foi possível reduzir a capacidade de transporte e, ao mesmo
tempo, a força requerida da bomba de alta pressão. Ao haver mais do que uma
injecção, consegue-se adaptar melhor as características do motor às
necessidades de cada momento. Por exemplo, na cidade e sempre que se
roda a baixa velocidade, a dupla injecção antes da injecção principal permite
reduzir os ruídos e os hidrocarbonetos não queimados (HC). Aliás, de acordo
com os estudos realizados, o sistema Common Rail de 3ª geração com

injectores piezoeléctricos pode reduzir as emissões dentro do motor até 20 por
cento, comparativamente ao de segunda geração.
Figura 42. Pulverização com Injector Piezoeléctrico
Entre 1990 e 2003 a percentagem de veículos ligeiros equipados com motor a
gasóleo quase triplicou e, desde então, as emissões de partículas baixaram 80
por cento enquanto os outros poluentes (CO, NOx e HC) tiveram reduções da
ordem dos 90 por cento. Simultaneamente, os motores a gasóleo são hoje
muito mais económicos e agradáveis de utilizar graças a binários específicos
bastante elevados.
A bomba de alta pressão força o combustível no acumulador de alta pressão.
Ali, o combustível é armazenado, pronto para injecção na pressão adequada
para as condições operacionais particulares do motor. As necessidades do
motor são medidas e registadas pela ECU que, em seguida, utiliza mapas para
calcular a pressão de injecção necessária e a duração da mesma (por outras
palavras, a massa de combustível) e o instante da injecção. Cada um dos
cilindros do motor recebe um injector piezoeléctrico, cujos pontos de abertura e
fecho definem o início e o final do processo de injecção.
Neste sistema o gasóleo armazenado no depósito é aspirado por uma bomba
de alimentação e passa por um pré-filtro que existe na conduta entre o depósito
e a bomba, sendo esta bomba de comando electrónico. Seguidamente, esta
bomba de alimentação faz o combustível chegar ao filtro de gasóleo passando
depois por um reaquecedor de combustível, regressando este novamente ao
filtro antes de ser aspirado pela bomba de alta pressão que o irá introduzir no
Common Rail propriamente dito, para finalmente ser distribuído pelos
injectores, que se regulam segundo as necessidades de injecção de cada
momento. A elevada pressão de injecção está disponível também a baixos

regimes e em qualidade nos cilindros, tendo como consequências um consumo
de combustível mais reduzido (menos cerca de 20%), um baixo nível de
emissões de gases de escape (- 20% CO, - 50% hidrocarbonetos não
queimados, -60% emissão de partículas) e melhores performances (+ 25% de
potência), relativamente aos motores Diesel equipados com Common Rail de
2ª geração.
Figura 43 Injector vela de incandescência
Este tipo de alimentação permite a injecção na câmara de combustão de uma
pequena quantidade de combustível. Esta «pré-injecção» amortece a
combustão visto tratar-se de um processo de pré-aquecimento da câmara de
combustão que ocorre algumas fracções de segundo antes da injecção
propriamente dita, onde o combustível se inflama mais rapidamente sem
aumentar a pressão e a temperatura de forma brusca, fazendo com que o nível
de ruído durante o processo de combustão seja mais reduzido, o que faz
diminuir ou mesmo desaparecer os famosos cliques deste tipo de motores.
A pós-injecção consiste em injectar uma pequena quantidade de combustível,
durante a fase de escape, de modo a aumentar a taxa de hidrocarbonetos nos
gases de escape. Esta operação permitirá ao catalisador melhor tratar os
óxidos de azoto.
9.1. Estrutura do sistema common-rail.
Podemos dividir o sistema em três partes distintas:
O circuito de baixa pressão, constituído pelos componentes que
fornecem o combustível à bomba injectora
O circuito de alta pressão, constituído por componentes como a bomba
injectora, o tubo distribuidor comum, os injectores e os restantes tubos
de circulação do combustível em alta pressão.

O sistema electrónico, que consiste num sistema de módulos constituído
por sensores, actuadores, e uma unidade de controlo electrónica
(centralina)
Linhas amarelas – tubos de
baixa pressão de
alimentação da bomba
injectora.
Linhas vermelhas – tubos de
alta pressão de alimentação
da régua comum e dos
injectores.
Linhas verdes – tubos de
retorno ao depósito.
Figura 44 Estrutura do sistema common rail
9.2. Circuito baixa pressão
O circuito de baixa pressão é constituído pelo depósito de gasóleo, o filtro de
gasóleo e a bomba de alimentação que alimenta a bomba injectora. Este
circuito tem como função fornecer gasóleo, devidamente filtrado, à bomba
injectora, durante todo o período de funcionamento do motor.
O filtro de gasóleo tem como funções reter as impurezas e a separação de
água que possa existir no gasóleo. Em muitos casos existem pré-filtros,
normalmente aplicados antes da bomba de alimentação, que têm como função
fazer uma primeira filtragem das impurezas de maiores dimensões. É muito
importante que o gasóleo que chega ao circuito de alta pressão esteja
devidamente filtrado, pois, para além do gasóleo ser o combustível do motor é
também o lubrificante dos vários componentes mecânicos do circuito de alta
pressão. No sistema common rail, o filtro ganha uma importância ainda maior,
visto tratar-se de um sistema com componentes mecânicos de construção
muito precisa em termos dimensionais, com tolerâncias muito apertadas em
que a entrada de uma pequena impureza poderia comprometer o bom
funcionamento de todo o sistema.
A bomba de alimentação pode ser de accionamento eléctrico ou mecânico. A
bomba de accionamento eléctrico tem como grande vantagem conseguir um
melhor fornecimento de combustível no arranque do motor, visto que não é

accionada por qualquer parte mecânica do motor, ou seja, a bomba eléctrica
começa a funcionar assim que a chave de ignição é girada pela primeira vez,
antes do arranque do motor, o que permite que exista uma determinada
pressão no circuito de baixa pressão quando finalmente se dá o arranque do
motor. A bomba de accionamento mecânico tem a desvantagem de depender
da rotação do motor, sendo uma desvantagem no arranque. No entanto, com o
motor já em funcionamento é uma vantagem, pois a sua capacidade de gerar
um maior caudal e uma maior pressão de alimentação, são directamente
proporcionais à velocidade do motor.
Existem alguns sistemas que combinam as duas bombas, de forma a
beneficiarem das vantagens que cada uma delas oferece.
Figura 45 - Circuito baixa pressão
9.3. Circuito alta pressão
O circuito de alta pressão é composto pela bomba injectora, os injectores e o
tubo distribuidor comum.
Existem dois tipos de bombas injectoras, as bombas em linha e as bombas
rotativas.
Nas bombas em linha, a pressão é gerada pela compressão do combustível
através de uns pistões que são accionados pelas cames de um veio de
excêntricos que por sua vez é accionado pela distribuição do motor. Os pistões
da bomba não contêm segmentos, pelo que são construídos com tolerâncias
muito apertadas e usam o próprio gasóleo como lubrificante.

Estas bombas são normalmente de maiores dimensões que as bombas
rotativas e não permitem altas velocidades, pelo que, nos sistemas de hoje em
dia, com motores Diesel mais compactos e mais rápidos utilizam-se geralmente
as bombas rotativas.
As bombas rotativas, como já foi referido, são de menores dimensões e
permitem altas velocidades. Nestas bombas o veio de excêntricos é substituído
por um único excêntrico que actua os vários pistões alternadamente. Tal como
na bomba em linha a lubrificação é efectuada pelo gasóleo.
Figura 46 - Circuito alta pressão
Figura 47 – Bomba de alta pressão
O excêntrico (2) movido pelo veio (1) ao fazer o movimento descendente do
pistão (3) admite o combustível pela entrada (6) e através da válvula de
admissão (4), quando o pistão chega ao PMI e a válvula de admissão fecha e o
combustível começa a ser pressurizado pelo movimento ascendente do pistão.
Quando a pressão no interior da bomba atingir a pressão no tubo distribuidor
comum, a válvula de alimentação (5) abre e o combustível começa a passar
para o para o tubo distribuidor.
O controlo da pressão no tubo distribuidor comum pode ser efectuado do lado
da alta pressão, no tubo distribuidor, ou do lado da baixa pressão, na admissão
da bomba injectora.

No lado da alta pressão o controlo é efectuado através de uma válvula
reguladora de pressão de comando electromagnético. Esta válvula é accionada
por sinais enviados pela centralina, garantindo desta forma o controlo da
pressão no tubo distribuidor. O combustível que não é utilizado na injecção
retorna ao sistema de baixa pressão através da válvula reguladora. Este
sistema de funcionamento permite uma resposta imediata de regulação da
pressão quando as condições de solicitação de injecção se alteram, visto existir
um caudal contínuo de combustível a passar pelo tubo distribuidor. Por outro
lado, pressurizar o combustível, fazê-lo passar pelo tubo distribuidor e voltar a
fazer a expansão para o retorno sem que este seja utilizado, é um gasto de
energia desnecessário. Para além disso, a pressurização e expansão do
combustível faz com que este aqueça, o que vai aumentar a temperatura do
combustível no retorno ao depósito.
O controlo efectuado pelo lado da baixa pressão consegue eliminar estes
problemas. O controlo é efectuado na admissão da bomba injectora através de
uma válvula reguladora de caudal de comando electromagnético. Esta válvula
garante que a quantidade de combustível enviado pela bomba injectora para o
tubo distribuidor é a estritamente necessária para manter a pressão desejada
no tubo distribuidor. Este sistema de controlo, além da válvula na bomba
injectora, necessita também de uma válvula limitadora de pressão máxima no
tubo distribuidor, esta válvula garante que em caso de falha da válvula
reguladora da bomba de injecção, que a pressão não ultrapasse um
determinado limite máximo, o que poderia por em risco a integridade do
sistema.
Os sistemas mais modernos combinam os dois tipos de controlo, do lado da
alta pressão e do lado da baixa pressão.
6 – Sensor de pressão
10 – Válvula reguladora
de caudal
11 – Válvula reguladora
de pressão
Figura 48 – Sistema de alta pressão

Um dos elementos chave do sistema common rail é o injector.
Os injectores pulverizam o combustível directamente no cilindro, eles são
alimentados através de uns pequenos tubos metálicos que se encontram
ligados ao tubo distribuidor comum. Cada injector é controlado
electronicamente, o controlo é feito por válvulas electromagnéticas de acção
rápida que abrem e fecham a passagem de combustível para a agulha, as
agulhas por sua vez continuam a ter um funcionamento por diferencial de
pressão, como nos injectores convencionais.
As válvulas electromagnéticas permitem várias injecções, injecção principal e
pós injecções. Cada uma das injecções pode ter a curta duração de 1
milissegundo (0,001s) e injectar quantidades desde 1mm3. As pré-injecções
são normalmente duas e servem para suavizar o início da combustão,
reduzindo o ruído e a emissão de NOX, a injecção principal é modulada de
forma a evitar temperaturas muito elevadas e a terminar de forma quase
instantânea, alguns sistemas utilizam duas injecções principais, também para
controlar o NOX. As pós-injecções podem ser até três por ciclo, e servem
essencialmente para reactivar a combustão, conseguindo desta forma um
aumento de temperatura, o que vai permitir que se continuem a dar reacções e
a queimar as partículas ainda existentes na câmara de combustão, que de
outro modo acabariam por sair pelo escape. O aumento da temperatura dos
gases também é benéfico às reacções existentes nos catalisadores de
oxidação.
O tempo de injecção e a pressão a que se encontra o combustível no tubo
distribuidor determinam a quantidade de combustível injectada. A quantidade
de combustível injectada é proporcional ao tempo de accionamento da válvula
electromagnética, ou seja, ao tempo de abertura da agulha.
Os sistemas common rail mais modernos utilizam injectores piezoeléctricos,
que são actuados por válvulas piezoeléctricas que permitem o dobro da
velocidade de abertura em relação às válvulas electromagnéticas.

Figura 49 – Injectores
A agulha no injector piezoeléctrico é controlada pela servo válvula (1). A
quantidade de combustível a injectar é controlada pelo tempo de activação do
piezo actuador (7). Quando o piezo actuador (7) não está activado a servo
válvula (1) mantém-se fechada. A agulha é mantida fechada pela pressão
existente no tubo distribuidor que é exercida na câmara de controlo (3).
Quando o piezo actuador (7) é activado através de um sinal eléctrico enviado
pela centralina, este vai actuar pressionando a servo válvula (1) para baixo e
vai fechar o orifício de by-pass (6), o diferencial de pressão provocado entre o
constrangimento (2) e o constrangimento (4) vai baixar a pressão na câmara de
controlo (3) e a agulha (5) sobe, ficando na posição aberta, dá-se então o início
da injecção.
Para iniciar o processo de fecho do injector, o piezo actuador (7) é desactivado
e a servo válvula (1) sobe, abrindo o orifício de by-pass (6). A pressão começa
a subir na câmara de controlo, assim que a pressão existente no tubo
distribuidor é restabelecida na câmara de controlo a agulha (5) é pressionada
para baixo, terminando aqui o período de injecção.
Todo este processo acontece em algumas décimas de milissegundo, sendo o
tempo de resposta entre o sinal enviado pela centralina e a activação do piezo
actuador cerca de 150 micro segundos.
A agulha de um injector piezoeléctrico vai abrir e fechar mais de um bilião de
vezes durante o seu tempo de vida útil. Estes injectores permitem uma
vedação fiável com pressões acima de 1800 bar e resistem a várias situações
de esforços aplicados, tais como:

Os choques provocados pela rápida abertura e fecho da agulha, que se
podem repetir cerca de 10000 vezes num minuto.
Os esforços derivados ao atrito provocado pelo escoamento do
combustível que passa pela agulha.
As temperaturas e pressões existentes na câmara de combustão.
Toda esta alta precisão envolve muita investigação, desenvolvimento de novos
materiais, técnicas de medição, etc.
A imagem a seguir apresentada dá-nos uma melhor percepção dos valores
envolvidos no funcionamento destes injectores.
Figura 50 – Bico de Injectores
A pressão no interior do injector pode atingir valores na ordem dos 1800 bar.
Esta pressão é equivalente à provocada pelo peso de um automóvel sobre uma
área com a dimensão da unha de um dedo:
A duração da injecção pode variar de 1 a 2 milissegundos. Em 1
milissegundo o som proveniente de um altifalante apenas percorre cerca
de 33 cm.
O caudal de combustível injectado pode variar desde 1mm3 (pré e pós
injecções) até 350mm3 e o equivalente a cerca de 12 gotas de água.
Esta quantidade de combustível é forçada a passar, com uma
velocidade de 2000 km/h, por uma área menor que 0,25mm2, num
intervalo de tempo inferior a 2 milissegundos.
A folga entre a agulha e o corpo do injector é de 0,002 mm (2μm). Um
cabelo humano é cerca de trinta vezes mais grosso (0,06 mm).

9.4. Sistema electrónico
O sistema electrónico é outro grande responsável pela capacidade dos
modernos motores Diesel, em darem resposta às muitas exigências de hoje em
dia. O sistema electrónico permite grandes variações dos parâmetros de
injecção de forma muito precisa e para diferentes estados de solicitação do
motor.
Em comparação com um sistema mecânico convencional, um condutor de um
veículo com sistema electrónico não tem controlo directo na injecção através
do pedal e cabo do acelerador, com o sistema electrónico o pedal do
acelerador é apenas uma das variáveis entre muitas outras que vão determinar
a quantidade de combustível a ser injectado.
O sistema electrónico pode ser subdividido em três partes:
Sensores; detectam as condições de funcionamento do motor,
convertem variáveis físicas em sinais eléctricos.
Unidade de controlo (ECU) (Centralina); é o “cérebro” do motor
processa a informação enviada pelos sensores e controla actuadores
por meio de sinais eléctricos. Além destas funções funciona também
como interface de ligação a outros componentes, como ferramentas de
diagnóstico.
Actuadores; convertem sinais eléctricos enviados pela centralina, em
acções mecânicas. São por exemplo, as válvulas electromagnéticas que
actuam os injectores, ou as válvulas reguladoras de pressão do tubo
distribuidor, etc. …
Figura 51 – Sistema electrónico

10. Bibliografia
Bosch, Diesel-Engine Management, Wiley 4th edition
Jorge Martins, Motores de Combustão Interna, Publindústria 2ª edição
Folhas do Eng.º Zózimo da Fonseca
Jorge Martins – Motores de Combustão interna
Árias Paz – Manuel do Automóvel – Edições Hemus
Web grafia
http://www.bosch.com.br/br/autopecas/produtos/diesel/aquecedora.htm
http://www.joseclaudio.eng.br/grupos_geradores_3.html
http://www.bosch.com.br/br/autopecas/produtos/diesel/aquecedora.htm
http://www.tractordiesel.com.br/sist_inj_diesel.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Common-rail"

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