Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a um sistema de alimentação de combustível provido de subsistema de filtragem, aplicável a motores a combustão interna.

Fundamentos da Invenção

[002] Motores a combustão interna são máquinas térmicas, comumente associadas a automóveis, que convertem a energia térmica resultante da combustão de um combustível em energia mecânica. Motores de ciclo Otto, por exemplo, geralmente funcionam à base de gasolina e necessitam da ação de uma faísca para dar origem à combustão, a qual é gerada por um dispositivo chamado vela de ignição. Paralelamente, motores a diesel são de autoignição, ou seja, não é necessária uma faísca para dar início a combustão. Neste caso, o próprio aumento da temperatura provocado pela compressão do ar dentro dos cilindros é responsável pela combustão do diesel.

[003] Independente do tipo de motor e, consequentemente, do tipo de combustível de cada veículo, é possível que haja sujidades e/ou outros contaminantes no combustível que podem desgastar e danificar o motor e/ou seus componentes associados e prejudicar o funcionamento e performance do sistema motor como um todo até um ponto tão crítico que o motor pode, inclusive, deixar de ser funcional. É sabido, do estado da técnica, que até mesmo uma pequena quantidade de água em combustível diesel, por exemplo, pode impedir que um motor desse tipo funcione.

[004] Os modelos de motores atuais, sejam a gasolina, álcool, bicombustíveis ou diesel, por exemplo, contam com modernos sistemas de alimentação/injeção de combustível, responsáveis por transportar combustível líquido a partir de um tanque e pulverizar quantidade adequada do mesmo no interior da câmara de combustão do motor. [005] Mais especificamente, e no que se refere a construtividade dos sistemas de alimentação/injeção de combustível, os veículos geralmente contam com dois circuitos hidráulicos, o circuito de baixa pressão, responsável por conduzir o combustível do tanque até a entrada da bomba de alta pressão, responsável por pressurizar o combustível e impulsioná-lo ao longo do circuito de alta pressão até os bicos injeto- res que injetam o combustível na câmara de combustão.

[006] Normalmente, é no circuito de baixa pressão que acontece a filtragem do combustível oriundo do tanque, com o intuito de remover partículas e a água presente no combustível, sendo que tanto a remoção de partículas quanto a remoção de água são vitais para garantir o correto funcionamento de todo o sistema de injeção e, consequentemente do sistema motor, durante a vida útil do veículo, conforme previamente elucidado.

[007] O projeto do circuito de baixa pressão do veículo determina algumas características importantes para a separação de água do combustível, a saber: a emulsificação da água no combustível - em especial o diesel -, que depende do tipo de bomba alimentadora utilizada e da vazão mássica do sistema; o tamanho médio de gota de água na entrada do filtro, que depende da emulsificação e da posição do filtro no circuito, a montante ou a jusante da bomba; e a temperatura do combustível, que influencia nas questões da solubilidade e tensão interfacial mencionadas a seguir.

[008] Em sua grande maioria, os motores de automóveis nacionais foram originalmente concebidos para serem aplicados em mercados europeus, onde a qualidade do combustível costuma satisfazer as especificações descritas em normas. Com a vinda de tais motores e seus respectivos sistemas de injeção e filtragem para o Brasil, problemas relacionados a má qualidade do combustível nacional são cada vez mais recorrentes. Tais problemas, dentre outros, incluem a corrosão de componentes, formação de depósitos adesivos, fragilização dos metais, e assim por diante.

[009] Portanto, um dos principais desafios enfrentados pelos fabricantes de sistema de alimentação/injeção e de veículos automotores no mundo todo é a questão da eliminação da água do combustível, em especial o diesel, principalmente em mercados onde o índice de contaminação por água é elevado, como é o caso do Brasil.

[010] O mercado nacional tende a ser mais susceptível a esse tipo de problema devido a presença de biodiesel no diesel, por exemplo, que aumenta a solubilidade de água na mistura de combustível, assim como diminui a tensão interfacial diesel-água (para teores de biodiesel, no diesel, de até cerca de 30%, ficando estagnada após esse valor), o que prejudica a separação dessa água do combustível durante a filtragem.

[011] Neste sentido, observa-se que a maioria dos sistemas de filtragem e separação de água atualmente empregados nos veículos não foram projetados para trabalhar em condições de extremas quanto a contaminação do combustível, portanto.

[012] O estado da técnica já revela algumas diferentes soluções que objetivam resolver esse problema, tais como aquelas descritas nos documentos W006080875, US6444121 , US2019358565, DE102016010778, DE102013100415 e US2015292430, por exemplo.

[013] Os documentos em questão, cada qual com sua particularidade, já revelam respectivos sistemas de alimentação/injeção de combustível incluindo respectivos tanques de combustível, respectivos circuitos hidráulicos principais (circuito de baixa pressão e circuito de alta pressão), que incluem respectivas bombas e respectivos filtros de combustível, cada um dos respectivos sistemas incluindo, ainda, além dos respectivos circuitos principais, respectivas ramificações (circuitos) hábeis de prover recirculação de combustível proveniente dos respectivos tanques de combustível para os próprios tanques de combustível, após atravessar pelo menos um respectivo filtro de combustível.

[014] No entanto, todos os documentos acima são omissos ao não preverem que referidas ramificações de recirculação são independentes em relação ao circuito hidráulico principal, de modo a melhorar a eficiência de filtragem do sistema como um todo e ainda permitir o retrofit.

[015] Faz-se importante reiterar e ressaltar aqui que os sistemas de alimentação dos documentos acima, apesar de compreenderem subsistemas de filtragem de água com retorno do combustível filtrado para o tanque de armazenamento de combustível, são incorporados aos próprios circuitos hidráulicos principais. Ou seja, não há uma independência hidráulica entre eles.

[016] Em outras palavras, o arranjo dos circuitos hidráulicos previstos nesses documentos concebem sistemas de alimentação providos de subsistemas de filtragem que compartilham de tubulações (ou percursos) hidráulicas entre si.

[017] Tomando particularmente a solução do documento W006080875 como exemplo, tem-se que o mesmo já revela um veículo motorizado compreendendo um motor e um sistema de alimentação de combustível para fornecer combustível ao motor, dito sistema de alimentação compreendendo um tanque de combustível, uma linha de alimentação e uma linha de combustível, que conduz o combustível entre o tanque de combustível e a linha de alimentação, a qual está conectada a uma bomba de alta pressão adaptada para abastecer o motor com combustível em alta pressão. O sistema de combustível compreende ainda uma bomba de alimentação disposta na linha de combustível e adaptada para bombear combustível do tanque de combustível para a linha de alimentação.

[018] Ainda, um filtro de separação de água está disposto na linha de combustível a montante da bomba de alimentação e está adaptado para separar água do combustível. O filtro separador de água compreende um dreno de água ao qual uma linha de drenagem está conectada. Uma válvula de retenção de drenagem está disposta na linha de drenagem e permite apenas o fluxo de líquido, como água, em uma direção para longe do filtro de separação de água. Uma linha de retorno é disposta entre a linha de alimentação e o tanque de combustível, e uma constrição está disposta na linha de retorno. A constrição resulta em uma pressão mais baixa a jusante da mesma. A linha de drenagem está conectada à linha de retorno em um ponto de conexão a jusante da constrição, de modo que a linha de retorno e a linha de drenagem constituam uma linha comum entre o ponto de conexão e o tanque de combustível. O sistema de combustível compreende ainda um filtro de partículas disposto na linha de combustível entre a bomba de alimentação e a linha de alimentação e adaptado para filtrar partículas do combustível.

[019] Deste arranjo, nota-se, portanto, que a linha de combustível, que é aquela que capta o combustível do tanque, é comum tanto para o subsistema de filtragem, quanto para o sistema de alimentação como um todo, por exemplo.

[020] Assim, e apesar das soluções descritas acima se mostrarem funcionais para os objetivos para os quais foram viabilizadas, nota-se que ainda há lacunas no estado da técnica no que se refere à provisão de uma solução suficientemente robusta, eficiente e confiável, que não demande da alteração de todo o circuito hidráulico dos sistemas de alimentação de combustível já concebidos, ou seja, que permita o retrofit dos sistemas já validados e atualmente produzidos.

[021] É com base neste cenário que surge a invenção em questão.

Objetivos da Invenção

[022] Assim, é objetivo fundamental da invenção em questão revelar um sistema de alimentação de combustível provido de subsistema de filtragem, aplicável a motores a combustão interna;

[023] De maneira mais específica, é objetivo da presente invenção descrever uma solução suficientemente robusta, eficiente e confiável relativa a subsistemas de filtragem de combustível;

[024] Outro objetivo é descrever uma solução simples, de baixo custo e prática, aplicável a sistemas de alimentação de combustível já concebidos; [025] Em outras palavras, é objetivo da presente invenção conceber uma solução que permita o retrofit dos sistemas já validados e atualmente produzidos;

[026] Ou seja, é objetivo da presente invenção, prover um subsistema de filtragem de combustível que seja independente do circuito hidráulico principal dos sistemas de alimentação de combustível.

Sumário da Invenção

[027] Os objetivos acima resumidos são alcançados por meio de um sistema de alimentação de combustível provido de subsistema de filtragem de combustível, dito sistema sendo provido de um tanque de combustível conectado a um circuito hidráulico principal e pelo menos uma primeira bomba de combustível que impulsiona combustível proveniente do tanque de combustível para um motor, dito circuito hidráulico principal incluindo pelo menos um primeiro filtro de combustível, dito sistema de alimentação de combustível compreendendo, ainda: pelo menos um circuito dedicado para filtragem, o qual inclui pelo menos uma linha de filtragem que se inicia a partir do tanque de combustível e se termina no tanque de combustível; pelo menos um filtro de combustível dedicado provido junto a referida linha de filtragem; e sendo que que o circuito hidráulico principal e o circuito dedicado para filtragem são independentes entre si.

[028] Preferencialmente, o circuito dedicado para filtragem inclui, ainda, pelo menos uma válvula de controle, pelo menos uma bomba dedicada para filtragem e pelo menos um elemento restritor. Ainda de maneira preferencial, na linha de filtragem, dito pelo menos um elemento restritor se encontra a jusante da dita pelo menos uma bomba dedicada para filtragem que, por sua vez, encontra-se a jusante de dito pelo menos um filtro de combustível dedicado que, por sua vez, encontra-se a jusante da dita pelo menos uma válvula de controle.

[029] Também de maneira preferencial, o circuito hidráulico principal compreende uma segunda bomba de combustível, que impulsiona combustível do tanque de combustível para a primeira bomba de combustível, sendo que dita segunda bomba de combustível se encontra no interior do tanque de combustível.

[030] Assim, dito circuito hidráulico principal compreende um circuito de baixa pressão e um circuito de alta pressão. Ainda, dito circuito hidráulico principal compreende pelo menos um primeiro filtro de combustível e, preferencialmente, pelo menos um segundo filtro de combustível, sendo que os primeiro e segundo filtros de combustível se encontram, respectivamente, no circuito de baixa pressão e no circuito de alta pressão.

[031] Numa outra alternativa, os primeiro e segundo filtros de combustível se encontram, ambos, no circuito de baixa pressão ou no circuito de alta pressão.

Descrição Resumida dos Desenhos

[032] A invenção em questão passa a ser pormenorizadamente detalhada com base nas figuras ilustrativas abaixo listadas:

[033] A figura 1 ilustra um esquema do sistema de alimentação de combustível provido de subsistema de filtragem de combustível, de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

[034] A presente invenção diz respeito a um sistema de alimentação de combustível provido de subsistema de filtragem de combustível, dito sistema sendo provido de um tanque de combustível 13 conectado a um circuito hidráulico principal 10 e pelo menos uma primeira bomba de combustível 16 que impulsiona combustível proveniente do tanque de combustível 13 para um motor, dito circuito hidráulico principal 10 incluindo pelo menos um primeiro filtro de combustível 14.

[035] Particularmente, de acordo com a presente invenção, dito subsistema de filtragem de combustível compreende pelo menos um circuito dedicado para filtragem 20, o qual inclui pelo menos uma linha de filtragem 21 que se inicia a partir do tanque de combustível 13 e se termina no tanque de combustível 13, pelo menos um filtro de combustível dedicado 25 provido junto a referida linha de filtragem 21 , sendo que o circuito hidráulico principal 10 e o circuito dedicado para filtragem 20 são independentes entre si.

[036] Aqui, cabe destacar que a linha de filtragem 21 se inicia e se termina, preferencialmente, no mesmo tanque de combustível 13. No entanto, dependendo do modelo de veículo - e de seu espaço físico - é possível que haja mais de um tanque de combustível 13 e que a linha de filtragem 21 se inicie em um tanque de combustível 13 e se termine em outro tanque de combustível 13.

[037] Ademais, cabe também salientar que, de acordo com a presente invenção, no que se refere a independência do circuito dedicado para filtragem 20 em relação ao circuito hidráulico principal 10, o que se quer dizer é que ambos não compartilham de tubulações (ou percursos) hidráulicas entre si. Ou seja, apenas para exemplificar, se todas as tubulações do subsistema de filtragem fossem eliminadas, ainda assim, o circuito hidráulico principal 10 seria capaz de funcionar (mesmo que de maneira ineficiente e danosa ao motor).

[038] Em outras palavras, o circuito hidráulico principal 10 do sistema de alimentação de combustível da presente invenção compreende um circuito de baixa pressão 1 1 e um circuito de alta pressão 12, sendo que ambos compreendem tubulações que são totalmente distintas da tubulação que define a linha de filtragem 21 e, por isso, a operação do subsistema de filtragem de combustível não afeta a vazão mássica dos circuitos de baixa e alta pressão 11 , 12.

[039] Em função dessa independência, o subsistema de filtragem de combustível da presente invenção pode ser adaptado em qualquer veículo, observando-se as questões de espaço físico e de alimentação elétrica, representando uma solução simples, de baixo custo e prática, aplicável a sistemas de alimentação de combustível já concebidos, ou seja, provendo uma solução que permite o retrofit dos sistemas já validados e atualmente produzidos. [040] Além disso, outra vantagem importante da independência do subsistema de filtragem é que este poderá ser dimensionado de forma a provocar a menor emulsificação de água no diesel durante o bombeamento dedicado, provido pela bomba dedicada para filtragem 26, aumentando a eficiência de separação de água do diesel no filtro de combustível dedicado 25.

[041] O sistema de alimentação de combustível da presente invenção é controlado por uma unidade de controle do motor ECU, a mesma que controla a primeira bomba de combustível 15. A unidade de controle do motor ECU também é responsável pelo gerenciamento de dispositivos acessórios/agregados, tais como o motor de partida, lâmpadas sinalizadoras e outros subsistemas (não ilustrados), tais como o subsistema de aquecimento de combustível (não ilustrado), entre outros, por exemplo. Para tanto, referida unidade de controle do motor ECU recebe sinais de diversos sensores, tais como de um pedal acelerador 31 , de um tacómetro 32, de um sensor de pressão 33 e de outros sensores 34, assim como é responsável por atuar diversos componentes 35, dentre eles pelo menos uma válvula reguladora de pressão 36 e pelo menos um injetor de combustível 37, e/ou uma válvula dosadora de combustível (não ilustrada), por exemplo.

[042] Preferencialmente, de acordo com a presente invenção, o circuito dedicado para filtragem 20 inclui, ainda, pelo menos uma válvula de controle 24, pelo menos uma bomba dedicada para filtragem 26 e pelo menos um elemento restritor 27, sendo que, na linha de filtragem 21 , dito pelo menos um elemento restritor 27 se encontra a jusante da dita pelo menos uma bomba dedicada para filtragem 26 que, por sua vez, encontra-se a jusante de dito pelo menos um filtro de combustível dedicado 25 que, por sua vez, encontra-se a jusante da dita pelo menos uma válvula de controle 24.

[043] O trecho da linha de filtragem 21 a montante da dita pelo menos uma bomba dedicada para filtragem 25 pode ser denominado linha de sucção da filtragem 211 , enquanto o trecho da linha de filtragem 21 a jusante da dita pelo menos uma bomba dedicada para filtragem 25 pode ser denominada linha de retorno da filtragem

212, visto que retorna o combustível filtrado para o tanque de combustível 13.

[044] Ainda de maneira preferencial, o circuito hidráulico principal 10 compreende uma segunda bomba de combustível 15, que impulsiona combustível do tanque de combustível 13 para a primeira bomba de combustível 16, sendo que dita segunda bomba de combustível 15 se encontra no interior do tanque de combustível 13. Neste caso, a primeira bomba de combustível 16 é uma bomba de alta pressão, enquanto a segunda bomba de combustível 15 é uma bomba de baixa pressão.

[045] Opcionalmente, de acordo com a presente invenção, o circuito hidráulico principal 10 compreende pelo menos um primeiro e um segundo filtro de combustível 14. Neste caso, algumas variantes quanto a disposição dos primeiro e segundo filtros de combustível 14 são possíveis, conforme pormenorizadamente detalhado seguir.

[046] Numa primeira alternativa, os primeiro e segundo filtros de combustível 14 podem se encontrar, respectivamente, no circuito de baixa pressão 11 e no circuito de alta pressão 12. Numa segunda alternativa, os primeiro e segundo filtros de combustível 14 podem se encontrar, ambos, no circuito de baixa pressão 11 ou no circuito de alta pressão 12. Um terceiro filtro de combustível (não ilustrado) também poderia ser provido. Na figura 1 , é ilustrada a concretização que inclui apenas o primeiro filtro de combustível 14, sendo esse disposto no circuito de baixa pressão 11 , entre a segunda bomba de combustível 15 e a primeira bomba de combustível 16. As demais concretizações não são ilustradas nas figuras.

[047] Tendo sido descrito o arranjo construtivo da presente invenção em sua concepção fundamental, bem como suas características preferenciais, opcionais e alternativas, a seguir segue uma descrição breve, simplificada e preferencial do princípio de funcionamento do subsistema de filtragem de combustível em tela. [048] Durante o abastecimento do veículo, a variação de nível de combustível aferida por um sensor de nível de combustível (não ilustrado) instalado junto ao tanque de combustível 13 emite um sinal para acionar a bomba dedicada para filtragem 26 do subsistema de filtragem de combustível e esse começa a ser succionado do fundo do tanque de combustível 13, com a válvula de controle 24 num estado operacional aberto.

[049] O filtro de combustível dedicado 25 posicionado na linha de sucção 211 da linha de filtragem 21 recebe o combustível do tanque de combustível, sob baixa emulsificação (gotículas de água com tamanho grande, pela baixa pressão na sucção), o que otimiza o processo de separação da água no interior do filtro de combustível dedicado 25.

[050] O combustível filtrado retorna ao interior do tanque de combustível 13 pela parte superior do mesmo e a água removida do combustível fica retida no reservatório do filtro de combustível dedicado 25, o qual compreende um sensor de nível de água, a fim de indicar ao usuário/motorista o momento de efetuar a drenagem do reservatório do filtro de combustível dedicado 25, fechando-se a válvula de controle 24 e drenando-se referido filtro de combustível dedicado 25 de acordo com indicações do fabricante desse último.

[051] O processo de filtragem tem duração dependente do nível de combustível no tanque de combustível 13 ao final do abastecimento (volume total de combustível a ser filtrado), da temperatura ambiente (dias frios, menor tensão interfacial die- sel-água, maior o número de passes de filtragem requerido) e condição do filtro de combustível dedicado 25 (idealmente indicado pelo tempo total de funcionamento do veículo, após a troca do referido filtro).

[052] O subsistema de filtragem de combustível deve funcionar independentemente, em função do tempo de filtragem requerido, mesmo após o fim do abastecimento. [053] De acordo com o acima exposto, nota-se que a presente invenção apresenta as seguintes vantagens, além daquelas já mencionadas: capacidade de filtragem contínua do combustível (por múltiplos passes pelo filtro de combustível dedicado 25) quando do momento do abastecimento, instante em que a probabilidade de contaminação por água é maior; minimização da quantidade de água emulsificada pela bomba de combustível 16 após ligar o veículo (pós abastecimento) e, consequentemente, menor probabilidade de entrada de água no sistema de alimentação de combustível, desde os primeiros instantes de operação/funcionamento do veículo; capacidade de filtragem contínua em função de diferentes gatilhos, tais como o nível de combustível no tanque de combustível 13, temperatura ambiente (caso o nível de combustível no tanque de combustível 13 seja baixo por longos períodos de tempo, pode haver condensação da água presente no ar no interior desse) e até mesmo em função da quantidade de água detectada no tanque de combustível 13 através de sensores específicos para tanto (não ilustrados).

[054] É importante ressaltar que a descrição acima tem como único objetivo descrever de forma exemplificative a concretização particular da invenção em questão. Portanto, torna-se claro que modificações, variações e combinações construtivas dos elementos que exercem a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados, continuam dentro do escopo de proteção delimitado pelas reivindicações anexas.