Limpeza do sistema de combustível common rail de alta pressão

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Engenharia de pressões e folgas do sistema HPCR

Os sistemas modernos de injeção diesel HPCR operam com pressões no rail de 1,800–2,500 bar (261,000–362,500 psi), e alguns sistemas avançados chegam a 2,700 bar. Nessas pressões, o combustível atua como meio hidráulico que transmite força aos atuadores da agulha. A folga do assento da agulha do injetor é de 1–3 µm; a folga pistão-alojamento da válvula de controle é de 2–4 µm; a folga êmbolo-cilindro da bomba de alta pressão é de 1–3 µm. O princípio crítico de dano por partículas: partículas com diâmetro igual ou superior à folga provocam contato direto entre as superfícies e iniciam o desgaste abrasivo; a faixa de tamanho mais danosa é de aproximadamente 1–2 vezes a folga. A dureza da sílica (≈1,000 HV Vickers) supera em muito a dos materiais da agulha do injetor (normalmente 700–900 HV em aço ferramenta temperado), permitindo que partículas de sílica de 1–5 µm cortem as superfícies do injetor e provoquem vazamento na válvula e gotejamento do bico. Uma única partícula de 5 µm presa no assento de uma agulha com folga de 2 µm causa riscos imediatos.

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Ensaio multipass de filtros de combustível ISO 23369

A ISO 23369:2021 (Hydraulic Fluid Power — Multi-Pass Method for Evaluating the Filtration Performance of a Filter Element for Liquid Fuel Used in Injection Engines) é a norma principal para caracterizar o desempenho de elementos de filtro de combustível em condições representativas dos sistemas HPCR. A metodologia é análoga à ISO 16889 (multipass para fluidos hidráulicos), mas usa combustível diesel (ou um fluido de ensaio ISO representativo) em vez de óleo mineral ISO VG 15. Parâmetros do ensaio: o fluido é o combustível real da aplicação ou um fluido de ensaio especificado; a temperatura de ensaio é 40°C ±2°C; a concentração de contaminação a montante é 5 mg/L (±10%) de poeira de ensaio ISO 12103-1 A3 média grossa; as relações Beta são informadas a ≥4, ≥6, ≥10 e ≥14 µm(c); a pressão diferencial final é 0.5 bar (conforme a aplicação). Os elementos de filtro de combustível para sistemas HPCR costumam atingir Beta₄₍c₎ ≥ 200 (eficiência de filtração >99.5% a ≥4 µm(c)) para proteger as folgas de 1–3 µm da agulha do injetor contra partículas que excedem essas dimensões.

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Lubricidade do combustível: ensaio HFRR ISO 12156-1

O ensaio HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) conforme a ISO 12156-1:2006 mede a lubricidade do combustível diesel fazendo uma esfera de aço de 6 mm oscilar sobre um disco de aço fixo a 50 Hz, com carga de 1 N, a 60°C, durante 75 minutos no combustível de ensaio. O diâmetro da marca de desgaste (WSD) resultante na esfera, medido por microscopia óptica, quantifica a lubricidade do combustível. O limite de especificação da EN 590:2022 e da ASTM D975 é um diâmetro de marca corrigido ≤460 µm a 60°C. Combustíveis com WSD acima de 460 µm lubrificam de forma insuficiente os êmbolos da bomba HPCR e as válvulas de controle dos injetores, que dependem do filme de combustível em folgas de 1–3 µm. O diesel de ultrabaixo teor de enxofre (ULSD, S ≤10 ppm conforme a EN 590) tem lubricidade menor que os antigos combustíveis de alto enxofre porque foram removidos os compostos de enxofre que lubrificavam naturalmente; a especificação EN 590 exige aditivos melhoradores de lubricidade. Combustíveis que não atendem ao critério de ≤460 µm exigem tratamento com aditivos antes do uso em sistemas HPCR.

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Limites de teor de água: ASTM D6304 Karl Fischer

A água livre e dissolvida no combustível diesel acima dos limites definidos causa três tipos de dano nos sistemas HPCR: corrosão hidráulica das superfícies de aço de alta pressão; crescimento microbiano em tanques e filtros que leva ao entupimento dos filtros; e vaporização instantânea na ponta dos injetores quando o combustível residual quente após a injeção entra em contato com gotas de água, provocando erosão por cavitação dos furos do bico. O teor de água é medido por titulação coulométrica Karl Fischer conforme a ASTM D6304 (ou ASTM D1744 para concentrações de água mais altas) e expresso em miligramas de água por quilograma de combustível (mg/kg ou ppm em massa). O limite para sistemas HPCR é ≤200 ppm de água dissolvida na saída do filtro de combustível; a água livre (gotas ≥0.1 µm) deve ser totalmente removida por filtração separadora de água por coalescência. A EN 590:2022 especifica um teor máximo de água total de 200 mg/kg para o diesel no ponto de venda. Filtros separadores de água com meio coalescente separam as gotas de água livre; pós-filtros de membrana hidrofóbica impedem que a água coalescida volte à corrente de combustível.

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Normas de qualidade do combustível: EN 590 e ASTM D975

A EN 590:2022 (especificação europeia de diesel automotivo) e a ASTM D975 (especificação norte-americana padrão para combustível diesel) definem os requisitos mínimos de qualidade do diesel rodoviário no ponto de venda. A EN 590 permite até 7% v/v de mistura de ésteres metílicos de ácidos graxos (FAME / biodiesel) como diesel B7; a ASTM D975 permite misturas de biodiesel conforme a especificação separada ASTM D7467. O biodiesel introduz tendência higroscópica (maior absorção de água), desafios de estabilidade à oxidação (ASTM D2274 para estabilidade térmica) e deterioração do ponto de entupimento de filtro a frio (CFPP conforme a EN 116) em baixas temperaturas. Em sistemas HPCR que usam misturas de biodiesel, a filtração deve considerar também o crescimento microbiano associado à interface água-biodiesel nos sistemas de armazenamento. A limpeza do combustível na entrada do filtro é regida pelas especificações de teor de partículas da EN 590; o elemento filtrante deve atingir na saída a limpeza especificada pelo fabricante do equipamento para proteger os componentes HPCR.

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