Injeção Direta de Combustível - GDi Alimentação por Demanda

O sistema de injeção direta GDi Bosch, equipa os motores da linha Volkswagen/Audi do ciclo Otto. Abordaremos conceitualmente este sistema e suas diferenças em relação ao sistema Common Rail convencional.

O sistema de Injeção direta basicamente é responsável por enviar o combustível pressurizado direto na câmara de combustão. Isso resulta em uma melhor eficiência na pulverização do combustível, uma queima mais eficiente e também um torque e potência disponíveis ainda maiores. Além de uma considerável economia no consumo de combustível.

A Bosch possui dois sistemas GDi disponíveis no mercado. São eles:

1. Alimentação por demanda. O regulador de pressão está integrado na bomba de alta pressão, pois na rampa, só circula o combustível que abastece os injetores;

2. Alimentação contínua. O regulador de pressão está instalado na rampa por onde circula um volume de combustível maior que o necessário;

Será abordado nessa matéria o sistema GDI de alimentação por demanda. A figura 1 apresenta o sistema de alimentação de combustível cujos componentes, neste caso, são controlados por uma UC Bosch MED.

- Bomba de alta pressão: Bomba mecânica mono-êmbolo acionada por um came no comando de admissão. Fornece somente o combustível necessário à injeção. O excedente retorna ao tanque com baixa pressão. Desta forma, é reduzida a potência consumida pela bomba;

- Válvula Reguladora de alta pressão: Está instalada na bomba e sob comando da UC, regula a pressão entre 50 e 100 bar;

- Válvula limitadora de alta pressão: Em caso de falha, abre o circuito de alta pressão quando esta atinge 120 bar;

- Eletro bomba de baixa pressão: Instalada no tanque de combustível e é controlada por um módulo dedicado;

- Sensor de alta pressão: Instalado na rampa dos injetores;

- Sensor de baixa pressão: Instalado na linha de baixa pressão;

- Módulo de controle da eletro bomba: O Comando da UC controla a eletro-bomba com sinal PWM. Com o motor funcionando, regula a pressão em 4 bar. Durante a partida, e na condição de falha do sensor de baixa pressão, a pressão aumenta para 5 bar.

Coletor de Admissão

Uma característica relevante neste sistema é que os dutos do coletor de admissão estão divididos por uma placa defletora.  Válvulas de clapeta (borboletas direcionadoras de ar) controlam o fluxo de ar que flui por uma das metades dos dutos. Dependendo do ano/modelo, estas borboletas são acionadas, em conjunto, por um atuador pneumático ou por um servo-motor. Em ambos os casos, um sensor potenciométrico informa a posição das válvulas estando integrado ao servo-motor, ou solidário ao eixo das mesmas, no sistema com atuador pneumático.

- Na condição de funcionamento com carga estratificada (figura 2), as válvulas permanecem fechadas, o que resulta na diminuição da seção dos dutos. Verifica-se assim, a aceleração do fluxo de ar (maior turbulência), o que propicia uma melhor formação da mistura num curto espaço de tempo, e aumenta a velocidade e estabilidade da combustão.

- Na condição de funcionamento com carga homogênea (figura 3), as válvulas de clapeta abrem, permitindo máximo aproveitamento da capacidade volumétrica dos cilindros necessário, isto, ao aumento de torque e potência.

Modos de Combustão

1. Modo estratificado. Para cargas baixas até 3000 rpm, o combustível é injetado no final do ciclo de compressão, entre 60O e 45O APMS. Devido à movimentação do ar e ao formato da cabeça do pistão, a mistura resultante é levemente rica no entorno da vela, sendo pobre no resto da câmara de combustão. Nesta condição, o Lambda varia entre 1.6 e 3. A determinação do ângulo em que acontece a injeção é um fator crítico para a ignição da mistura:

- Um ângulo maior entre a injeção e a ignição propicia uma maior homogeneização da mistura com perda de estratificação;

- Um ângulo menor, afeta negativamente, a formação da mistura adequada, em torno da vela.

2. Modo homogêneo. É utilizado na condição de alta carga e rotação. A injeção se inicia já durante o ciclo de admissão (em torno de 300O APMS), pelo que há tempo suficiente para a formação de uma mistura homogênea em toda a câmara. Neste modo, a mistura é estequiométrica. Este modo é utilizado também durante as fases de regeneração do catalisador de armazenamento de NOx, quando presente;

3. Modo de combustão de mistura pobre homogênea. É utilizado na transição entre os modos estratificado e homogêneo; o motor é operado com mistura pobre homogênea com Lambda em torno de 1,6;

4. Modo de carga homogênea/estratificada. Neste modo há duas injeções de combustível. Uma primeira injeção com 75% do combustível (aproximadamente), durante o ciclo de admissão. Isto propicia uma distribuição homogênea da carga. Os 25% restantes são injetados no final do ciclo de compressão, logo antes da centelha.

Com isto, uma zona de mistura rica é criada em torno da vela. O combustível total corresponde à mistura estequiométrica. Esta estratégia é utilizada na transição do modo homogêneo para o estratificado;

5. Modo estratificado para aquecimento. Utilizado para o aquecimento rápido do catalisador de três vias. O combustível é injetado em duas fases: A primeira injeção a 300O APMS e a segunda a menos de 60O APMS, o que propicia uma combustão com atraso e o aumento da temperatura dos gases de escape. Isto devido à combustão que ainda se processa no momento da abertura da válvula de exaustão.