Injeção Direta motores Otto

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Capítulo de Injeção direta em motores Otto
Autor: Raphael José Pereira 
* Respostas sem correção podendo assim estarem incorretas.
1) São duas vantagens básicas em relação à injeção indireta: menores perdas por bombeamento e
maiores taxas de compressão.
As menores perdas por bombeamento se devem à ausência do corpo de borboleta, nos ciclos
Diesel permite-se a combustão de misturas com excesso de ar o que viabiliza a modulação do
torque através da injeção de combustível. 
As maiores taxas de compressão se devem ao fato da injeção direta permitir mais de uma
injeção por combustão, o que reduz a temperatura na câmara de combustão, e consequentemente,
aumenta a resistência à detonação, podendo-se trabalhar com taxas de compressão mais elevadas e
mais eficientes. 
2) Nos sistemas de injeção direta ainda persiste a dificuldade do controle da mistura ar-combustível,
têm se adotado injetores mais próximos da câmara de combustão a fim de se vencer esse obstáculo,
porém traz um problema, a redução do tempo de formação da mistura. Para vencer essa redução do
tempo de formação da mistura têm-se estudado a utilização de modelos de injetores que melhoram a
atomização do combustível, através de uma maior pressão de injeção. Uma das pesquisas mais
recentes é a utilização de ar comprimido nos injetores para poder atomizar a mistura.
3) Os sistemas de injeção direta permitem a combustão estratificada pois conseguem manter uma
relação ar-combustível extremamente pobre (20% de excesso de ar, ou acima disso). No entanto,
essa mistura extremamente pobre traz complicações para a ignição e a evolução da frente de chama,
sendo assim deve-se fornecer misturas próximas da estequiométrica pelo menos nos entornos do
eletrodo das velas.
Essa combustão estratificada é útil por apresentar uma maior eficiência energética, e
consequentemente, uma redução no consumo de combustível. No entanto, a combustão estratificada
é altamente sensível às características do combustível, as características dos componentes do motor,
a faixa de operação do motor, ao desgaste e mau funcionamento dos componentes do injetor e
apresenta também uma enorme dificuldade no controle das emissões de gases poluentes. 
4) Gráfico da carga do motor em função da rotação do virabrequim. 
Região 1: Estratificada → Injeção atrasada (lambda>>1 + EGR) 
• Baixa emissão de NOx;
• Boa estabilidade;
• Baixo consumo de combustível.
Região 2: Região de transição entre a combustão estratificada e a combustão homogênea. 
Região 3: Homogênea → Injeção atrasada (lambda =1 + EGC) 
• Baixa emissão de HC;
• Boa estabilidade;
• Baixo consumo de combustível.
Região 1: Homogênea → (lambda <= 1) 
• Requisitos de octanagem;
• Utilização de ar;
• Eficiência volumétrica.
5) O primeiro passo é reduzir o torque através do empobrecimento da mistura ar-combustível até o
limite da combustão, com o início da abertura da borboleta. Ao atingir o limite da evolução da
frente de chama injeta-se a mistura estratificada para estabilizar a combustão e o passo final é com a
mistura totalmente estratificada e com a válvula de borboleta completamente aberta e a maior
relação ar-combustível possível.
As limitações estão nas variações abruptas de carga, o que limitam as variações de torque do
motor, afetando no desempenho. Durante a transição deseja-se garantir a satisfação do motorista
evitando as altas variações de torque do motor. 
6) A injeção em dois estágios é utilizada para reduzir a temperatura na câmara de combustão, e
consequentemente aumentar a resistência à detonação.
A primeira injeção visa remover calor do interior da câmara de combustão durante a
compressão o que reduz a temperatura e aumenta a resistência à detonação. 
A segunda injeção traz a possibilidade de injetar combustível com a válvula de escapamento
aberta, essa estratégia é utilizada durante a fase de aquecimento do conversor catalítico. 
7) Outra possibilidade de aplicação dos sistemas de injeção direta de combustível no Brasil vem da
dificuldade de partida a frio com o etanol, vivida em sistemas de injeção indireta de combustível. A
adoção de injetores de maior capacidade de atomização e a eliminação da condensação de
combustível nas paredes do motor, fora da câmara de combustão, são potenciais fatores para a
melhoria da capacidade de partida a frio com etanol.
8) A variável determinante nos motores que utilizam injeção indireta de combustível é a relação ar-
combustível, já nos dispositivos de injeção direta além da relação ar-combustível, passa também a
ter fundamental importância a diferença angular (em ângulo de virabrequim) entre a injeção e a
centelha de ignição, principalmente em condição de carga estratificada.
9) As três tecnologias são catalisador “DeNOx”, o “Nox storage” e o “SCR”.
O catalisador “DeNOx” é o mais simples e o menos eficiente, o seu custo é relativamente
alto devido à utilização de platina, a máxima eficiência de conversão atingida é na faixa de 30 a
50%, com a limitação da faixa de temperaturas de 180 a 300 ºC, impedindo assim a sua instalação
próximo à válvula de escapamento, o que vai demandar um tempo maior de aquecimento do
componente, e consequentemente, uma menor eficiência de conversão na fase de aquecimento do
motor. Sua grande vantagem é a resistência à contaminação por enxofre.
O “Nox storage” apresenta uma elevada eficiência de conversão na faixa de 90%, podendo
ser utilizado num regime de temperaturas de 200 a 550 ºC, permitindo a adoção desse sistema junto
do catalisador de três vias, ou seja, mais próximo à válvula de escapamento. Sua desvantagem é a
contaminação por enxofre. 
O sistema de catálise seletiva à base de ureia ou “SCR”, apresenta eficiência de conversão
da ordem de 70%, numa faixa de operação a 200 a 550 ºC, em relação ao NOx Storage esse sistema
apresenta a vantagem de resistir ao enxofre e não necessita de regeneração, reduzindo o consumo de
combustível, as suas desvantagens estão na sua maior complexidade e na necessidade de se utilizar
um agente redutor. 
10) A realidade atual apenas utiliza a injeção direta com queima homogênea, o que já garante a
redução no consumo de combustível na ordem de 5%. O sistema de injeção direta pode conseguir a
injeção de misturas mais próximas da estequiométrica pelo menos nas regiões do entorno dos
eletrodos da vela, além de uma melhor atomização do combustível e reduzir o depósito de
combustível nas paredes do cilindro evitando assim a injeção de uma quantidade de combustível
superior para uma combustão completa.