Latest · December 15, 2021 0

Injeção direta de gasolina: moda ou futuro?

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    Somos nós falando de loja e falando de carros. Às vezes, aprofundamos e analisamos algo, ou falamos sobre a história do carro ou do automobilismo, ou talvez estejamos apenas expressando nossas ideias sobre algo na indústria automotiva.

    O motor de combustão interna tem 150 anos e sua eficiência térmica – a quantidade de energia convertida da combustão em trabalho mecânico – dificilmente alcançará paridade com as alternativas emergentes. Para os entusiastas do desempenho entre nós, ansiosos pelo futuro, você não está sozinho.

    Embora o monopólio do motor de combustão interna sobre a motivação automotiva possa ter acabado, a diversão não acabou.

    Você não precisa sair correndo e comprar o seu último real carro de desempenho.

    Ainda não.

    As montadoras vêm investindo em motores de combustão interna (ICE) há mais de um século e produziram mais de um bilhão nos últimos 20 anos. Eles não estão desistindo da tecnologia central que alimenta seus produtos, mas várias novas tecnologias surgiram, permitindo que os fabricantes atendam aos padrões cada vez mais restritivos de economia de combustível.

    A eficiência térmica aumentou de cerca de 15 por cento no Ford Modelo T para até 35 por cento hoje. Este aumento de 133 por cento na eficiência é positivo e temos vários desenvolvimentos a agradecer. Por exemplo, a Unidade de Controle Eletrônico (ECU), avanços de material, turboalimentação e agora injeção direta de gasolina (GDI). Na verdade, a GDI já está bem estabelecida, fazendo parte dos motores Mazda Skyactiv, Ford Ecoboost, GM Ecotec.

    Em 2009, apenas 7% dos veículos de passageiros vendidos nos Estados Unidos eram equipados com GDI. Hoje, os fabricantes estão em contínua transição para o GDI e, neste ano, aproximadamente metade dos carros novos movidos a gás vendidos nos Estados Unidos serão GDI.

    A injeção direta de gasolina está escrevendo o capítulo de hoje na história do fornecimento de combustível para motores de combustão interna. É o mais recente em uma progressão de tecnologias, cada uma das quais aproximou a introdução do combustível do ponto de combustão. A sucessão de tecnologias de entrega de combustível começou com a carburação, progrediu para a injeção de combustível de ponto único (SPFI), evoluiu para injeção de combustível multiporta (MPFI) e finalmente atingiu o GDI.

    Cada tecnologia foi um avanço significativo em relação à anterior.

    E embora cada vez mais complexo, a menos que você seja um engenheiro da Bosch, Denso ou Eaton, você não precisa saber como desenvolver um sistema GDI para entender como um funciona.

    A injeção direta de gasolina move o fornecimento de combustível diretamente para o ponto de combustão dentro do cilindro e refina ainda mais o controle que os engenheiros podem exercer sobre a mistura ar / combustível. Como resultado, os motores equipados com GDI fornecem mais uma vez mais potência, melhor economia de combustível e melhores emissões. GDI soa como uma panacéia, mas como acontece com a maioria das novas tecnologias, existem custos e riscos.

    As primeiras implantações de GDI tiveram problemas iniciais.

    Por exemplo, os bicos de injeção direta de gasolina são mais robustos do que seus predecessores porque devem suportar o calor e a pressão da própria câmara de combustão. Além disso, esses bicos são mais refinados do que seus primos MPFI, agravando ainda mais o desafio de engenharia e fabricação. Mais alarmante para os proprietários dos primeiros modelos de veículos equipados com GDI, é que sem o mapeamento preciso da injeção e o controle da pluma de combustível dentro do cilindro, a combustão pode ser irregular e / ou incompleta. Isso resulta em acúmulo de carbono na parte de trás das válvulas de admissão, que pode ocorrer rápida e repetidamente, com graves implicações de dirigibilidade e despesas.

    Essas questões foram amplamente tratadas nos veículos equipados com GDI atuais, mas para o mercado de reposição, elas devem ser superadas se o desempenho adicional for alcançado.

    Um desafio em sistemas GDI orientados para o desempenho é a necessidade de introduzir um maior volume de combustível no cilindro em um período de tempo excepcionalmente breve, sob uma pressão tremenda, sem que ele atinja a parede oposta do cilindro antes da combustão. Este não é um problema com os sistemas MFPI que introduzem combustível a montante da câmara de combustão, mas no GDI, se o combustível atingir a parede oposta do cilindro, a combustão é irregular e o carbono se acumula no topo da válvula de admissão.

    O problema parece progressivo, mas os resultados são graves. Os proprietários de VW GTI, Lexus IS 250 ou Audi podem estar familiarizados com esse problema pernicioso e caro.

    Assim como os sintonizadores de pós-venda elevam o desempenho em veículos equipados com SPFI e MPFI simplesmente ajustando o ECU, o mercado de reposição também pode ajustar o ECU em veículos equipados com GDI. Um paralelo adicional no ajuste de desempenho de pós-venda pode ser encontrado nos próprios injetores. Os veículos podem ser ajustados para saída adicional apenas até onde seu hardware permitir. Por exemplo, veículos altamente sintonizados que recebem atualizações em seu fornecimento de ar, geralmente por indução forçada, acabarão por entrar em uma restrição de fornecimento de combustível. Para continuar produzindo mais potência, esses veículos exigem injetores de alto fluxo e de reposição e, para aplicações mais extremas, bombas de combustível de alto fluxo.

    A mesma restrição existe nos sistemas GDI. Por exemplo, os consumidores que desejam que seu Cadillac ATS 2.0 produza mais de 450 cavalos de força provavelmente precisarão de mais do que uma atualização do turbocompressor. Eles precisarão atender aos seus requisitos de entrega de combustível ou sofrerão as consequências da dirigibilidade.

    A Nostrum Energy é especializada em pesquisas e soluções de abastecimento de combustível personalizadas. Eles trabalham com universidades, OEMs, fornecedores Tier One e equipes de corrida em soluções de combustão avançadas. Em outras palavras, eles estão trabalhando em ambientes altamente exigentes para desenvolver soluções que poderemos ver adotadas em veículos de produção em 10 a 20 anos. Eles estão na vanguarda da GDI e das tecnologias de injeção de água, o que lhes permitiu construir uma familiaridade íntima com a ciência da combustão interna.

    A Nostrum tentou aperfeiçoar os injetores OEM GDI para facilitar o fluxo de combustível. Eles tentaram adicionar orifícios aos injetores OEM para permitir a passagem de mais combustível. Nenhum deles produziu os resultados necessários porque não permitiram o gerenciamento preciso necessário para fornecer um aumento confiável e altamente controlável na entrega de combustível. A empresa passou três anos desenvolvendo um projeto de injetor de folha limpa que supera os obstáculos do GDI de alto fluxo. Seu mecanismo patenteado de quebra de partículas cinéticas, denominado High Flow K-DI, foi inspirado na indústria farmacêutica.

    HDEV 5 vs spray de imagem HS ambiental do Impingector

    Nostrum provavelmente não será a solução de baixo custo. Por exemplo, o ajuste de cada projeto de bico GDI requer mais de 12 horas de tempo computacional em um computador de 36 núcleos para cada milissegundo de tempo de injeção. E a solução GDI da Nostrum não tenta simplesmente introduzir mais combustível do que um sistema OEM. Seus bicos K-DI de alto fluxo melhoram os injetores OEM, reduzindo o tamanho das gotas e manipulando a direção e a forma da pluma de combustível, resultando em uma atomização aprimorada e permitindo ciclos de injeção mais curtos.

    Além disso, como seus injetores de alta atomização queimam mais do combustível introduzido, eles reduzem o risco de acúmulo de carbono.

    No primeiro trimestre de 2016, a Nostrum lançará seus bicos High Flow K-DI GDI e hardware associado para veículos GM Ecotec 2.0. Este não é o carburador 750 CFM do seu pai ou o afinador portátil a diesel, você precisa de um profissional para a instalação e integração. A Nostrum está trabalhando por meio de um parceiro não divulgado que é líder em sintonia Ecotec e entende como utilizar as nove tabelas de caracterização de injetores 3D fornecidas com seu sistema GDI. A empresa relata que seus injetores provavelmente serão oferecidos como parte de uma solução de ajuste tradicional de vários estágios.

    Embora seja caro, cada bocal fabricado em Michigan custará cerca de US $ 450, os resultados potenciais são surpreendentes. A Nostrum não se compromete a fornecer detalhes para o Ecotec 2.0 neste momento, mas eles afirmam que com melhorias de hardware e ajuste profissional complementares, em mais de 500 cavalos de potência. A Nostrum está bem avançada em soluções de desenvolvimento para outros veículos equipados com GDI, como o Ford Ecoboost 2.0 e 2.3 e BMW N55 que fornece energia aos 335, 435 e 535.

    A empresa não é muito conhecida no mercado de reposição de desempenho, mas isso pode mudar.

    A Nostrum Energy planeja vender mais de 2.000 unidades em 2016 e prevê um crescimento significativo depois disso, conforme suas soluções se tornem mais conhecidas e novos aplicativos sejam lançados. O Nostrum não terá o espaço GDI pós-venda de desempenho para si mesmo para sempre, mas se você é um dos primeiros a adotar um carro movido a Ecotec e deseja embaraçar os exóticos e os músculos de grande deslocamento na faixa de arrasto, fique de olho no Nostrum.

    “A Nostrum oferece soluções elegantes e altamente projetadas para aplicações GDI de alto fluxo.” ~ Frank LoScrudato, Vice-presidente de Desenvolvimento e Operações, Nostrum Energy.

    * Seth Parks é um veterano da indústria automobilística, empresário e fã do Seattle Seahawks.

    Os carros passaram por mudanças tremendas e estou muito feliz em ver que os consumidores estão obtendo o que desejam dos automóveis. Recursos inovadores já estão incluídos para tornar a propriedade de um carro muito mais gratificante.

    Isto é fantástico! Estou feliz em ver que estamos melhorando lenta mas seguramente nesta frente. Isso me deixa louco (aha) pensar que estamos usando a mesma tecnologia básica que usávamos há 150 anos em carros.

    Obrigado por ler o artigo. Sim, há uma inovação incrível acontecendo em quase todos os sistemas automotivos. Não podemos ver ou sentir toda a inovação, mas estamos mais seguros e melhores com isso. É um momento emocionante para ser um entusiasta!

    Independentemente do setor automotivo de combustíveis atingiu vendas recordes neste mês….

    Faz sentido, Albano. Há um tremendo aumento na cadeia de suprimentos com base nas vendas recordes de automóveis no varejo!

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    Seth, gostei do seu artigo arquivado. Atualmente estou trabalhando em um projeto para um cliente envolvendo sistemas GDI. Gostaria de saber se você tem uma opinião sobre quem são os principais tomadores de decisão ao longo desta cadeia de valor para os avanços da GDI? OEM’s? Camadas? Obrigado por sua experiência.