Baixe injeçao eletronica e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity!
ÍNDICE
- Introdução........................................................................................................
- Central Eletrônica............................................................................................
- Sensores...............................................................................................................
- 3.1. Sensores de Temperatura...............................................................................
- 3.1.1. Tipos de Sensores.........................................................................................
- 3.1.2. Principio de Funcionamento.......................................................................
- 3.2. Sensores de rotação e Ponto Morto Superior (PMS)...................................
- 3.2.1. Tipos de Sensores..........................................................................................
- 3.2.2. Princípio de Funcionamento.......................................................................
- 3.3. Sensor de Fase..................................................................................................
- 3.4. Medidor de Massa...........................................................................................
- 3.4.1. Principio de Funcionamento........................................................................
- 3.5. Sensor de posição da boboleta........................................................................
- 3.5.1. Tipos de Sensores..........................................................................................
- 3.5.2. Principio de Funcionamento........................................................................
- 3.6. Sensor de Oxigêncio (Sonda Lambda)...........................................................
- 3.6.1. Tipos de Sensores...........................................................................................
- 3.6.2. Principio de Funcionamento.........................................................................
- 3.7. Sensor de detonação.........................................................................................
- 3.7.1. Principio de Funcionamento........................................................................
- 3.8. Sensor de pressão..............................................................................................
- 3.8.1. Tipos de Sensores...........................................................................................
- 3.8.2.PrincipiodeFuncionamento.........................................
- Atuadores............................................................................................................
- Sistema de Alimentação.....................................................................................
- Controle da Injeção..........................................................................................
- Autoadaptação.................................................................................................
- Bibliografia.........................................................................................................
- Anexos.................................................................................................................
1. Introdução A finalidade dos motores de combustão é transformação da energia química contida no combustível em energia mecânica. Esta transformação ocorre devido a queima da mistura ar combustível que ocorre dentro da câmara de combustão. Porém, esta queima não ocorre de forma otimizada em sistemas carburados, emitindo grande quantidade de poluentes a atmosfera. A injeção eletrônica surgiu devido à necessidade das montadoras se adequarem às exigências gorvenamentais com relação ao índice de emissão de poluentes. A injeção eletrônica trouxe outras vantagens, tais como aumento de potência do motor, diminuição do consumo de combustível, diagnóstico do veículo através de sinalizadores no painel de instrumentos, etc. A injeção eletrônica possui um sistema de gerenciamento composto de uma Central Eletrônica (Centralina ou E.C.U.), que recebe informações de sensores instalados no motor e controla, entre outros sistemas, a injeção de combustível e a ignição. Para que o motor funcione corretamente, sem falhas, e com o melhor rendimento, é necessário que se misture uma quantidade específica de combustível ao ar que entra no motor. Como esta quantidade é determinada em massa, a central eletrônica calcula a massa de ar que é admitida pelo motor e comanda a injeção de combustível. Esta tecnologia leva em conta a rotação do motor e a densidade do ar aspirado. Através da rotação do motor, levando-se em conta a sua capacidade volumétrica, a central calcula o volume de ar admitido, e para o cálculo da densidade utiliza os valores da temperatura e da pressão do ar, que são informados à Central através de sensores. Tendo a massa de ar admitida pelo motor, a central comandará uma válvula, que chamamos de eletroinjetor, e esta permitirá a passagem da quantidade exata de combustível para realizar a combustão. Com esta mistura comprimida no cilindro, a Central atuara sobre o circuito de ignição, definindo o tempo de início da combustão. Os principais sistemas de injeção e ignição eletrônica não necessitam de ajustes ou regulagem, porém, por se tratar de sistemas eletroeletrônicos precisam ser constantemente avaliados, pois fornecem informações sobre seus componentes, além de informar se ocorreram defeitos ou anomalias durante seu funcionamento. 2. Central Eletrônica A Central Eletrônica (ECU) é o principal elemento de um sistema de injeção eletrônica. A central eletrônica A partir da interpretação dos sinais enviados pelos sensores e identificação da condição de operação do motor, o programa envia comandos para os atuadores como, por exemplo: tempo de abertura da válvula de injeção e avanço de ignição. A central verifica continuamente estes sinais dos sensores e corrige os valores comparando-os com os limites permitidos para cada um. Se os limites forem superados, o sistema reconhece a avaria acendendo uma lâmpada indicativa no painel (luz espia).
O BJT é um dispositivo bastante apropriado para uso como sensor de temperatura. Tanto a tensão entre seus terminais Base e Emissor (VBE), como a diferença entre os VBEs de dois transistores (AVBE), são variáveis normalmente utilizadas para representar uma medida da temperatura em que o sensor se encontra. A relação que há entre AVBE e a temperatura é linear, o que favorece o uso de um par de transistores BJT como sensor de temperatura. Outro elemento que também pode ser utilizado como sensor de temperatura, onde não é requerida boa sensibilidade, é o diodo. O diodo polarizado diretamente exibe uma queda de tensão de 0,1 V/°C de aquecimento. Como desvantagem ele requer um bom milivoltímetro para a leitura direta, ou então de um amplificador linear. Já as Termoresistências obedecem o Princípio do Efeito Termomecânico, que consiste em uma alteração da dimensão de um determinado material, não necessariamente um condutor elétrico, causada por uma determinada variação de temperatura. Ou seja, em condições normais de temperatura e pressão, um aumento de temperatura causa um aumento nas dimensões físicas do material. O efeito Termoresistivo consiste em explorar a variação da resistência elétrica produzida por uma determinada variação de temperatura. Os "termômetros de resistência elétrica" funcionam baseados no fato de que a resistência de uma grande gama de materiais varia com a temperatura; de um modo geral, os metais tem um aumentam a resistência elétrica com o aumento de temperatura, ao passo que os semicondutores diminuem a resistência elétrica com o aumento da temperatura. Os termistores mais utilizados são: o Termistor de Coeficiente Positivo (PTC) e o Termistor de Coeficiente Negativo (NTC). O PTC, como o próprio nome sugere, exibe um aumento da resistência com o aumento da temperatura. A variação da resistência é maior que a de um NTC na mesma faixa de operação. Já o NTC, é mais conhecido e é encontrado no mercado com uma variedade grande no tipo construtivo e nos valores de resistência. Tem resistência inversamente proporcional à temperatura. Curva característica do NTC e PTC 3.2. Sensores de rotação e Ponto Morto Superior (PMS)
A função dos rotores de rotação e Ponto Morto Superior PMS é informar a rotação do motor e a referencia do ponto morto superior dos pistões. O sensor é excitado por uma roda dentada. 3.2.1. Tipos de Sensores
- Sensor indutivo;
- Sensor magnético ou de relutância variável. 3.2.2. Princípio de Funcionamento Sensor indutivo: o princípio de funcionamento (Figura 4) baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência, que é gerado por uma bobina ressonante instalada na face sensora. A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condição normal (desacionada) gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, este por correntes de superfície (Foulcault), absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador. A variação de amplitude deste sinal é convertida em uma variação contínua que é comparada com um valor padrão. Sensor magnético ou de relutância variável: para seu funcionamento não é necessário alimentação (positiva ou negativa) seu sinal é gerado por indução eletromagnética. Quando o dente da roda fônica aproxima-se do sensor, a tensão começa a subir positivamente devido à variação do fluxo magnético, conforme desenho (a). Quando o dente da roda fônica se perfeitamente com o sensor, a tensão nesse ponto conforme desenho (b). Quando se inicia o desalinhamento, acomeça a subir negativamente devido à variação do fluxo magnético (desenho(c)). Quando o dente da roda fônica estiver totalmente desalinhado com o sensor, a tensão volta a ser nula. O sinal de rotação e posição da árvore de manivelas é o mais importante para o sistema de injeção/ignição eletrônica. É através desse sinal que a unidade de comando controla a maioria dos atuadores, como o módulo de ignição (DIS), as válvulas injetoras, o relê da bomba de combustível, etc. Trata-se de um sinal extremamente complexo, pois é diferente de outros sensores, a tensão gerada é alternada (sinal analógico). Também ocorre a variação do seu valor, ora tensão baixa, em marcha lenta, Funcionamento sensor de rotação
presente, o sensor gera um nível de sinal alto na saída. A alternância dos sinais depende da seqüência das aberturas. 3.4. Medidor de Massa Esse sensor, também conhecido como medidor do fluxo de ar (e vulgarmente como debímetro) mede a massa de ar admitida pelo motor , conforme pode ser visto na Figura. Este medidor é do tipo a "membrana aquecida", e seu funcionamento se baseia numa membrana aquecida interposta num canal de medida, através do qual flui o ar que entra no motor. A membrana é mantida a uma temperatura constante (aproximadamente 120°C além da temperatura do ar admitido) pela resistência de aquecimento colocada em contato. A massa de ar que atravessa o canal de medida retira calor da membrana. Para que esta se mantenha a temperatura constante, certa corrente deve passar pela resistência. Esta corrente é medida por uma Ponte de Wheatstone. A corrente é proporcional à massa de ar que flui. Assim a massa (não o volume) é medida diretamente, o que elimina problemas de temperatura, altitude, pressão e etc. O funcionamento correto do medidor depende do estado do filtro de ar que deve ser submetido a manutenções freqüentes. 3.4.1. Principio de Funcionamento A ponte de Wheatstone esta em equilíbrio quando RX se encontra em equilíbrio 120°C acima da temperatura do ar. O ar que atravessa a membrana subtrai o calor ao resistor RC e, desse modo, a ponte se equilibra. A Figura 8 mostra o principio de funcionamento da Ponte de Wheatstone Princípio de funcionamento Ponte Wheatstone 3.5. Sensor de posição da boboleta Sua função é a de identificar a posição angular da válvula de aceleração (borboleta), permitindo identificar a carga aplicada sobre o motor e o tempo de carga. Medidor de fluxo de ar.
É a partir do sinal deste sensor que é feito o corte de injeção de combustível (Cut-Off), quando central eletrônica monitora que a rotação do motor não está em marcha lenta e a posição da borboleta está totalmente fechada à mesma processa está informação reduzindo assim a injeção de combustível pelos bicos injetores. 3.5.1. Tipos de Sensores São classificados conforme os princípios de funcionamento:
- Potenciómetro;
- Potenciómetro de dupla pista;
- Interruptor de mínimo ou máximo. 3.5.2. Principio de Funcionamento No interruptor de mínimo o contato se fecha quando a borboleta está fechada. E no de máximo o contato de um interruptor de fecha quando a borboleta está totalmente, ou quase que totalmente, aberta. No potenciômetro o princípio de funcionamento consiste em fazer com que seu cursor seja o próprio eixo da borboleta aceleradora. Através do sistema elétrico do veículo é fornecida a alimentação à resistência com uma tensão constante (5 V) e o sinal é obtido em função da posição do potenciômetro. O resultado é uma reta entre Ângulo de Borboleta x Resistência e também entre ângulo de borboleta x tensão de saída, conforme pode ser observado pelas proximas Figuras. 3.6. Sensor de Oxigêncio (Sonda Lambda)
E também, pela forma como são aterradas, definindo uma quantidade de fios de ligação elétrica diferenciado:
- Sonda de um fio - sonda lambda aterrada na própria carcaça
- Sonda de três fios - sonda lambda aquecida aterrada na própria carcaça
- Sonda de quatro fios - sonda lambda aquecida aterrada pela ECU. 3.6.2. Principio de Funcionamento A construção da sonda consiste em um corpo cerâmico de óxido de zircônio, cuja superfície é provida de eletrodos de platina permeáveis a gás (Figura 11). Seu princípio de funcionamento baseia-se no fato do material cerâmico ser poroso e permitir uma difusão do oxigênio do ar. Além disso, a cerâmica torna-se condutora em temperaturas elevadas. Havendo uma diferença de teor de oxigênio entre os dois lados (o lado em contato com o gás de escape e o outro em contato com o ar ambiente) será gerada uma tensão elétrica entre os eletrodos. Sonda Lambda Construção Abaixo de 300°C o material cerâmico não é ativo, portanto o sinal enviado pela sonda nestas condições é utilizável. Desta forma, é necessário efetuar a leitura da mistura após o aquecimento do motor principalmente porque, durante a fase de aquecimento, reconhecidamente a mistura é rica. Entretanto, para garantir a obtenção rápida de temperatura de funcionamento, as sondas são dotadas de uma resistência elétrica (sonda lambda aquecida) que, quando é percorrida por uma corrente elétrica, reduz o tempo necessário para a cerâmica tornar-se condutora de íons, permitindo, além disso, que sua instalação seja feita em zonas menos quentes da tubulação de descarga. 3.7. Sensor de detonação O sensor de detonação é constituído de um elemento piezoelétrico que é excitado pela vibração do bloco do motor (Figura 12). Sua função é identificar a ocorrência de um tipo de combustão anormal chamada de Detonação. Este fenômeno ocorre em uma faixa de freqüência bem definida e, dependendo de usa intensidade, pode danificar o motor. Um dos principais fatores que provocam a detonação é a
elevada pressão na câmara de combustão. Quando o sensor de detonação identifica a ocorrência do fenômeno o ponto de ignição é atrasado até que a pressão na câmara de combustão atinja níveis que permitam a ocorrência de combustão normal. Após, gradativamente o avanço é restabelecido. 3.7.1. Principio de Funcionamento Nos sensores piezoelétricos, quando os materiais são submetidos a um esforço mecânico, surge uma polarização elétrica no cristal que os compõe e suas faces tornam- se eletricamente carregadas; a polaridade dessas cargas é invertida, caso a compressão seja convertida em tração. Em contra partida, a aplicação de um campo elétrico ao material faz com que ele se expanda ou contraia, de acordo com a polaridade do campo. Sensor de detonação 3.8. Sensor de pressão Os sensores de pressão, possuem diferentes aplicações. Medem a pressão absoluta no tubo de aspiração (coletor) e informam à unidade de comando em que condições de pressão o motor está funcionando, determinar qual o volume de combustível deve ser injetado. 3.8.1. Tipos de Sensores Existem diversos sensores para linha automotiva, suas versões variam em função da faixa de pressão que o componente suporta na análise. Estes sensores também podem ser classificados
- Quanto a sua aplicação: De pressão absoluta; De altitude.
- Quanto a sua função: Para cálculo da densidade do ar; Para determinação do avanço; Para correção barométrica.
- Quanto à característica da curva de saída: Linear contínua; Pulsos de freqüência. 3.8.2. Principio de Funcionamento O sistema de medição de pressão que possui curva de saída linear contínua utiliza sensores extensômetros de resistência elétrica (strain gage). A resistência elétrica destes sensores varia proporcionalmente com a deformação específica do elemento no qual estão fixados.
- Válvula de alívio de pressão (motores turbo). 5. Sistema de Alimentação O sistema de alimentação é constituído basicamente de tanque, eletro bomba e filtro de combustível, além do regulador de pressão, eletro injetor e tubo distribuidor de combustível. No sistema de alimentação que utiliza o carburador este elemento é quem prepara e fornece a mistura de ar combustível para os regimes de trabalho do motor. O carburador, ao longo de sua existência, sofreu várias modificações para melhorar sua eficiência, contudo não foram suficientes para se adequar às exigências da legislação automotiva ambiental. No sistema de ignição e injeção eletrônica, o carburador foi substituído por um componente chamado corpo de borboleta. Em sistemas de injeção multiponto, cada cilindro possui uma válvula de injeção que pulveriza o combustível antes da válvula de admissão do motor, para que o combustível pulverizado se misture com o ar recebido, formando a mistura. As válvulas de injeção são acionadas eletromagneticamente, abrindo e fechando através de impulsos elétricos provenientes da unidade de comando. A fim de obter uma boa distribuição de combustível com baixas perdas por condensação, deve ser evitado o umedecimento das paredes do coletor. Por esse motivo, o ângulo da injeção de combustível até a válvula de admissão do motor deve ser determinado de modo específico para cada motor. As válvulas devem ser revisadas periódicamente para evitar possíveis entupimentos. Embora pareçam iguais, as válvulas possuem diferenças entre si, como furos de injeção, resistência do enrolamento, etc. 6. Controle da Injeção Eletroinjetores monoponto e multiponto
As estratégias de controle da injeção têm o objetivo de fornecer ao motor a quantidade de combustível correta e no momento certo, em função das condições do motor. A quantidade de ar admitido por cada cilindro e para cada ciclo do motor, depende, além da densidade do ar, da cilindrada unitária, e também da eficiência volumétrica. A densidade do ar é calculada em função da pressão absoluta e da temperatura, ambas detectadas no coletor de admissão. A eficiência volumétrica é o parâmetro referente ao coeficiente de enchimento dos cilindros, detectado com base em experimentos feitos no motor em todo o campo de funcionamento, e depois memorizados na central eletrônica. Estabelecida à quantidade de ar admitido, o sistema deve fornecer a quantidade de combustível em função da relação de mistura desejada. Há sistemas que não utilizam o valor de pressão absoluta, estes sistemas trabalham com um sensor de fluxo de massa (vulgarmente conhecido como debímetro) que envia diretamente um sinal que corresponde à quantidade de ar admitido. A fase de distribuição, que é o instante final do processo de injeção, consta num mapa memorizado na central eletrônica e varia em função do regime do motor e da pressão no coletor de admissão. Na distribuição, a central comanda a atuação dos eletros injetores, por um tempo estritamente necessário para formar a mistura ar combustível mais próxima da relação estequiométrica. O combustível é injetado diretamente no coletor, perto das válvulas de admissão, com a pressão especifica para o tipo de sistema usado. A relação ar/combustível necessária para cada condição de funcionamento do motor é obtida utilizando a sonda lambda, que analisa constantemente a quantidade de oxigênio presente nos gases de escapamento. Com esta informação a central eletrônica, baseada em dados memorizados, corrige em tempo real a relação de mistura.
7. Autoadaptação A central eletrônica possui a função de auto-adaptação da mistura, que permite memorizar os desvios entre o mapeamento de base e as correções impostas pela sonda lambda que podem aparecer de maneira persistente durante o funcionamento. Estes desvios, devido ao envelhecimento dos componentes e do próprio motor, são memorizados permanentemente, permitindo à adaptação do funcionamento do sistema as progressivas alterações. Uma outra função de autoadaptação corrige a abertura do atuador de marcha lenta do motor durante a fase de marcha lenta, com base nas variações ocorridas devido às infiltrações de ar no corpo de borboleta e ao envelhecimento natural do motor. 8. Bibliografia
ASTRA G SISTEMA FLEXPOWER ME 7.9.
Opera com valores mínimos de tensão em torno de 6 Volts, e com valor máximo de 16 Volts. Possui programas para armazenar e reter códigos de falhas, mesmo se a bateria for desligada. Corta a alimentação das válvulas injetoras alternadamente quando a rotação limite é ultrapassada. O sistema é de injeção múltipla de combustível seqüencial, que opera em conjunto com o sistema de ignição eletrônica digital com distribuição e avanço de centelha de forma estática. A lógica do controle de injeção ocorre de forma seqüencial, sincronizada em 1-3-4-2, contados a partir da roda fônica com falha de dois dentes. O sistema possui parâmetros auto-adaptativos que se ajustam ao envelhecimento do motor e aos desgastes das peças. O sistema possui um software SFS que permite a multiplicidade de combustível e trabalha com qualquer mistura de álcool ou gasolina no tanque. A letra E após o M do sistema identifica que o sistema possui controle de aceleração motorizado. Essa informação é valida para todos os sistemas Bosch que utilizam essa legenda - ME. Com as informações provenientes da Sonda Lambda o sistema se adapta e aprende a compensar as variações do desgaste do motor de acordo com o resultado da queima dos gases. A posição de repouso do pedal é lida constantemente pela UCE com valor mínimo para adaptação de referencia inicial. A variação de intervenções na válvula de purga do Cânister acontece devido ás alterações dos mapas de adaptação da mistura. O sensor de detonação informa as detonações de acordo com a queima da mistura na câmara, que é um fator relacionado com o combustível utilizado. O conector de diagnose esta localizado entre os bancos dianteiros e sob a alavanca do freio de estacionamento. A transferência de dados é padrão EOBD II, que permite comunicação com as centrais do motor/câmbio automático, Airbag, Abs e Imobilizador. O sistema do conector é protegido pelo Fusível F28 de 7,5 A, localizado na central interna no painel esquerdo. O sistema de multiplicidade de combustível permite abastecer com álcool, gasolina ou com a mistura dos dois combustíveis, em qualquer proporção. Essa condição é possível devido a um Software instalado no interior da UCE com um programa especifico que percebe a variação do volume de combustível no tanque, pelo terminal 30 da UCE, e o tipo de combustível que esta sendo queimado na câmara de combustão através da analise dos gases feita pela Sonda e informações do sensor de Detonação. PROCESSO DE RECONHECIMENTO DO COMBUSTÍVEL Para reconhecer o combustível utilizado a UCE avalia as seguintes condições: · Massa e temperatura do ar admitido (Sensor MAP). A partir deste valor a UCE determina a quantidade exata do combustível a ser injetado, para que a queima seja completa, baseada no ultimo valor de A/F obtido com o motor em funcionamento. · Após o processo da queima, a Sonda Lambda, envia sinaisde leitura dos gases para que o programa inicie a aprendizagem do valor A/F da mistura existente no tanque. · Caso os sinais da Sonda indiquem que a mistura se mantém rica ou por outro lado, sempre pobre, maior ou menor presença de oxigênio nos gases de escapamento o programa inicia o processo para alterar os parâmetros de A/F. *Se em meio às correções, a Sonda Lambda informar que o resultado dos gases queimados é uma mistura próxima ao valor estequiométrico, a UCE fixa os parâmetros, pois reconheceu o combustível existente no tanque.
· Assim com o sistema adequado ao combustível, a UCE corrige somente os valores adaptativos e ajusta o avanço da ignição para manter a mistura próxima ao A/F. Esta mistura é definida pelo fator Lambda 1. APRENDIZAGEM DO A/F A estratégia se inicia na seguinte condição:
- Imediatamente após o abastecimento, o software se posiciona em modo de espera e se predispõe ao aprendizado do A/F.
- Pela variação da Sonda, em que o software corrige a mistura até que o valor Lambda seja 1.
- A aprendizagem completa ocorre com o motor em condições ideal de temperatura e ausência de códigos de avaria no sistema de injeção eletrônica na UCE. SISTEMA DE PARTIDA A FRIO Quando a temperatura do motor estiver abaixo dos 23ºC e o A/F for menor que 12:1, a UCE aciona a partida a frio para facilitar a partida do motor. A UCE pode acionar o sistema de partida a frio durante a fase de aquecimento para melhorar as respostas do motor quanto ás exigências na condução do veículo. Eletro motor do motor de partida a frio e do reservatório principal de gasolina e injetor. O reservatório de partida a frio esta instalado no vão do motor, sua alimentação é 12 Volt fornecida pelo rele de partida a frio, que por sua vez recebe a alimentação do fusível F33 de 10A. O controle do acionamento do rele é feito através do pino 48 da UCE. O motor do Astra Flexpower opera perfeitamente com inúmeras combinações de A/F para que o motor funcione normalmente nas diversas condições de partidas com motor frio ou quente. Porem alguns procedimentos de operação foge da lógica do sistema Flex. PERIODO DE APRENDIZAGEM APÓS O ABASTECIMENTO Recomenda-se que após abastecer com combustível diferente da mistura existente no tanque, percorram-se 8 km para que o programa Flexpower faça o aprendizado do combustível. Assim quando o veículo ficar parado até o dia seguinte, o A/F estará definido e o programa saberá quais os tempos de injeção e estratégias a serem tomadas. O PORQUÊ DOS OITO QUILOMETROS No Astra assim como na maioria dos veículos FLEX, o sistema de alimentação de combustível é com Returnless. Assim mesmo com a troca de todo o combustível, o sistema ainda estará abastecido com o combustível anterior. Se medirmos o volume da tubulação da linha após o filtro principal e do tubo de abastecimento dos eletro injetores, encontraremos aproximadamente 400 ml de combustível que devem ser consumidos até a chegada do novo fluido.
