Injeção Eletrônica Diesel 03 062

Injeção Eletrônica Diesel

Federação das Indústrias do Estado de Pernambuco Presidente Jorge Wicks Côrte Real Departamento Regional do SENAI de Pernambuco Diretor Regional Sérgio Gaudêncio Portela de Melo Diretor Técnico Ana Cristina Cerqueira Dias Diretor Administrativo e Financeiro Heinz Dieter Loges

Ficha catalográfica 621.43 SENAI–DR/PE. INJEÇÃO ELETRÔNICA DIESEL. RECIFE. S474i SENAI/DITEC/DET, 2012. 1. INJEÇÃO ELETRÔNICA 2. MOTOR – INJEÇÃO ELETRÔNICA 3. SENSOR – MOTOR 4. MOTOR DIESEL I. Título Direitos autorais de propriedade exclusiva do SENAI. Proibida a reprodução parcial ou total, fora do sistema, sem a expressa autorização do seu Departamento Regional.

SENAI - Departamento Regional de Pernambuco Rua Frei Cassimiro, 88 – Santo Amaro 50100-260 - Recife – PE Tel: (081) 3202-9300 Fax: (081) 3222-3837

SUMÁRIO

APRESENTAÇ APRESENTAÇÃO................... ÃO............................... ...................... ...................... ........................ ....................... ....................... .................. ...... 5 INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO ....................... .................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ....................... .................... ........ 6 SISTEMA SISTEMA DE GERENCIAME GERENCIAMENTO NTO ELETRÔNIC ELETRÔNICO O ....................... .................................. .................... ......... 13 Relação ser humano / gerenciamento eletrônico........... eletrônico ....................... ......................... ................... ...... 13 Sistema Sistema de injeção injeção Common Common Rail ...................... .................................. ....................... ....................... .................... ........ 14 Diagrama Diagrama funcional funcional ........................ ................................... ...................... ....................... ....................... ....................... .................. ...... 16 Módulo de gerenciamento eletrônico (ECM)........... (ECM) ........................ ......................... ......................... ............. 24 SISTEMA SISTEMA DE PROTEÇÃO PROTEÇÃO DO MOTOR.......................... MOTOR...................................... ........................ .................... ........ 42 CONCLUINDO CONCLUINDO ...................... .................................. ....................... ...................... ....................... ....................... ....................... .................. ...... 44 REFERÊNCIA REFERÊNCIAS...................... S................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ....................... .................. ...... 45

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APRESENTAÇÃO

Esta apostila, que focaliza a injeção eletrônica como tema central, tem os seguintes objetivos de estudo: •  apresentar as formas de controle de emissão de poluentes pelos veículos automotores; • caracterizar as inovações tecnológicas e os componentes dos sistemas de gerenciamento eletrônico eletrônico e de injeção injeção Common Rail; •  evidenciar a importância dos elementos protetores do motor automotivo e seus diferentes componentes. Você verá que a injeção eletrônica constitui uma solução tecnológica adequada à necessidade, cada vez mais presente, de controlar a emissão de poluentes, em favor de uma atmosfera mais limpa e saudável que beneficiará a todos. Invista, em seus estudos! Você só tem a ganhar.

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INTRODUÇÃO

Os motores veiculares de combustão interna transformam a energia química do combustível vegetal (álcool) ou fóssil (gasolina, diesel, etc.) em energia térmica (calor) para que os veículos funcionem. Nesse processo de combustão, além da geração de energia liberada para o trabalho, é inevitável a geração de gases nocivos ao meio ambiente e à saúde humana. O crescimento contínuo da frota de veículos nos grandes centros urbanos trouxe consigo a preocupação com a qualidade do ar e, em junho de 1986, o CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) criou o PROCONVE Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores, com o objetivo de reduzir o nível de emissão de poluentes com a consequente melhoria da qualidade do ar. O PROCONVE é dividido em fases e está relacionado com a norma Euro que regulamenta as emissões de poluentes na Europa.

PROCONVE

VIGÊNCIA

NORMA EURO

FASE I

1986 a 1994

------

FASE II

1994 a 1996

Euro 0

FASE III

1996 a 2000

Euro 1

FASE IV

2000 a 2002

Euro 2

FASE V

2004

Euro 3

REFERÊNCIA DE MOTORIZAÇÃO Motores aspirados naturalmente Motores aspirados naturalmente Motores turboalimentados Motores turboalimentados e pós-resfriados Motores eletrônicos

Tabela 1 - Fases do PROCONVE

Em cada fase ocorre uma redução significativa dos níveis de emissão, fazendo com que novos sistemas sejam desenvolvidos para atender satisfatoriamente a estas exigências.

Figura 1 - Reduções de emissões por fase 6

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Podemos citar como exemplo os caminhões e ônibus Volkswagen que atenderão não somente à norma Euro III, como as fases posteriores mais rígidas, onde somente motores eletrônicos atingirão os limites propostos de emissões. Este material foi especialmente desenvolvido para a familiarização com os novos motores MWM 4.12 e 6.12 que utilizam o sistema de combustível com gerenciamento eletrônico “Common Rail”.

Vantagens da utilização do sistema de gerenciamento eletrônico Respeito ao meio ambiente, atendendo à lei de controle de emissões Euro III (CONAMA V). Devido à alta pressão de injeção e à dosagem precisa do combustível a ser injetada, a combustão é otimizada: • reduzindo sensivelmente os níveis de emissões de poluentes e a ocorrência de fumaça preta; • melhor desempenho com maior potência e torque em todas as faixas de rotação - o sistema é versátil permitindo variar a pressão de injeção independentemente da rotação do motor; • funcionamento mais silencioso - a produção de alta pressão e a injeção ocorrem de forma independente permitindo uma pré-injeção reduzindo o nível de ruído da combustão; • funções de operação programáveis. A Unidade de Gerenciamento Eletrônico (ECM) permite a programação de algumas funções de operação como, por exemplo, a velocidade máxima do veículo, o tempo máximo de funcionamento em marcha lenta, o acionamento de acessórios, entre outras. •

Sistema de proteção do motor A ECM alerta o motorista, através de luzes no painel de instrumentos, e reduz a potência do motor em caso de falhas que comprometam o seu funcionamento proporcionando uma maior durabilidade.

•

Diagnóstico e histórico de defeitos Rapidez e eficácia no diagnóstico de defeitos do motor, através da utilização de ferramentas eletrônicas específicas reduzindo o índice de manutenção. 7

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Figura 2 - Motor com sistema COMMON RAIL

Inovações técnicas O motor com sistema de combustível gerenciado eletronicamente apresenta uma série de novos componentes decorrentes da utilização do sistema Common Rail. Válvulas injetoras com 7 furos e comando

Coletor de admissão

Pistões Carcaça do termostato Junta dupla do cabeçote Injetores para refrigeração dos pistões

Tubo distribuidor (Rail)

Fi ura 3 - Motor eletrônico

Caixa de engrenagens

Bomba de alta pressão Volante com furação para leitura do sinal do sensor Unidade de gerenciamento eletrônico (ECM) com arrefecimento

Figura 3 - Motor eletrônico

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Dados técnicos Aspectos gerais Potência Torque Diâmetro e curso Cilindrada Taxa de compressão Folga das válvulas de admissão e escape (motor frio) Sistema de combustível Restrição máxima de entrada de combustível (para bomba de engrenagens) Pressão da galeria (Rail) Faixa de pressão de combustível na saída do filtro de combustível (na rotação de partida) Faixa de pressão de combustível na entrada do filtro de combustível (na rotação de funcionamento) Queda máxima de pressão no filtro de combustível Sistema de óleo lubrificante Pressão de óleo mínima permitida – marcha lenta (**) Pressão de óleo mínima permitida – rotação nominal (**) Pressão de abertura da válvula reguladora do óleo Pressão diferencial do filtro de óleo para abrir o desvio Capacidade de óleo – mínimo máximo de filtro máximo com filtro Temperatura do óleo - nominal máxima Sistema de arrefecimento Capacidade do líquido de arrefecimento Temperatura mínima de abertura inicial do termostato Temperatura máxima do termostato Tabela 2 – Dados técnicos 9

4 cilindros 6 cilindros 105 kW 152 kW 191 kW (150cv) (210cv) (260cv) 500Nm 700 Nm 900 Nm 105 mm x 137 mm 4,71 7,11 16,8 : 1 0,2 a 0,4 mm

4 cilindros

6 cilindros

0,6 a 1,2 bar 350 bar 9,7 bar 10,5 bar 0,8 bar

4 cilindros

6 cilindros

1,0 bar 4,5 bar 4,5 bar 2,5 + 1,2 – 0,3 bar 5l 8l 9,2l 90 – 110°C 120°C 4 cilindros 8,5l 81°C 83°C

13l 17l 18,7l

6 cilindros 10l

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Figura 4 - Componentes do motor

Ciclo do motor de 4 tempos diesel São chamados motores de 4 tempos aqueles que realizam cada um dos tempos em separado, isto é, cada fase terá uma duração de 180º medidos no virabrequim. Portanto, para encerrar um ciclo completo, um motor de 4 tempos precisará de 720º, duas voltas completas do virabrequim. Existem dois pontos bem definidos referentes ao curso do pistão chamados PMS (ponto morto superior) e PMI (ponto morto inferior). Portanto, o virabrequim percorrerá 180º para passar de um ponto a outro. Esses pontos servem como referência para indicar cada fase. Os tempos são os que seguem.

Admissão O pistão se encontra no PMS, a válvula de admissão está parcialmente aberta e começa o seu curso descendente até o PMI. Nessa fase, é gerado um vácuo 10

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permitindo a entrada de ar, enchendo o volume disponível. É importante ressaltar que nesse tempo o motor diesel aspira apenas ar.

Compressão O pistão se encontra no PMI e as válvulas de admissão e escape encontram-se fechadas. O pistão começa seu curso ascendente até o PMS, comprimindo o ar, que ingressou na fase de admissão, até reduzi-lo ao volume da câmara de combustão. O motor comprime apenas ar, então poderá atingir taxas de compressão em níveis mais elevados.

Combustão O pistão se encontra perto do PMS e as válvulas fechadas. É injetado o diesel que encontra uma atmosfera de alta pressão e temperatura, provocando a inflamação do mesmo. Um violento aumento de pressão e temperatura é gerado, quando o pistão é empurrado fortemente no sentido descendente, o que ocasiona o único momento ativo das quatro fases.

Escapamento ou exaustão O pistão se encontra no PMI e a válvula de escapamento está parcialmente aberta. O pistão começa seu curso ascendente, forçando os gases queimados a saírem pela válvula de escapamento. O ciclo é completado quando o pistão chega ao PMS começando um novo ciclo.

Figura 5 - Os quatro tempos do motor

As exigências atuais e futuras sobre os sistemas motopropulsores estão voltadas à conscientização ecológica e econômica. Para tanto, são desenvolvidas novas tecnologias e, nesse sentido, os avanços e as soluções da eletrônica do mundo moderno têm sido a resposta mais viável que consegue combinar essas necessidades com custos compatíveis à sua implantação. Os motores Cummins e MWM estão preparados para atender as 11

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normas Euro III e Conama V de controle da poluição do ar por veículos automotores. O que podemos deduzir do que expusemos até aqui? A injeção eletrônica passa a ser uma importante ferramenta, uma verdadeira aliada no processo em curso que visa dotar os veículos de mecanismos capazes de reduzir a emissão de poluentes. Sabemos que essa tarefa é essencial em vista do número crescente de veículos em circulação e os impactos negativos sobre a qualidade do ar que respiramos, consequentemente sobre a saúde da população. No próximo capítulo, passaremos a estudar o Sistema de Gerenciamento Eletrônico cuja configuração apresentamos na ilustração a seguir.

Figura 6 - Sistema COMMON RAIL

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SISTEMA DE GERENCIAMENTO ELETRÔNICO

Relação ser humano / gerenciamento eletrônico Uma maneira bastante simples de entender como o Sistema de Gerenciamento Eletrônico funciona em um motor a diesel é relacioná-lo com o corpo humano. No corpo humano, o cérebro recebe os sinais vindos dos “sensores” como a visão, o olfato, o tato etc, e os processa. Em seguida, responde em formato de ações, como, por exemplo, o fato de se colocar uma blusa quando o tempo está frio. No Sistema de Gerenciamento Eletrônico, os sensores presentes no motor captam e enviam os sinais à Unidade de Gerenciamento Eletrônico (ECM) onde são processados. O resultado do processamento é convertido em ações para os atuadores, controlando o momento e o volume do combustível. Assim como no ser humano, em um veículo, o processamento das informações ocorre de forma similar, pois tem-se a entrada de dados (sensores), o processamento realizado pela Unidade de Gerenciamento Eletrônico (ECM) e a saída desses dados que, agora já processados, é realizada pelos atuadores. No ser humano Audição Cérebro isão Paladar Olfato

Tato

Figura 7 - Os sentidos humanos

Neste capítulo vamos estudar o sistema de gerenciamento eletrônico, no qual surge, com destaque, a injeção Common Rail. Identifique seus componentes e formas de funcionamento. 13

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Analise cuidadosamente os tipos de sensores e seu papel nesse sistema. A figura abaixo apresenta, de forma esquemática, os componentes pertencentes ao sistema de gerenciamento eletrônico. Sensores Unidade de gerenciamento Eletrônico ECM

Sensor de rotação

Atuadores

Sensor de fase Sensor de pressão/temperatura do coletor de admissão Sensor de temperatura de líquido de arrefecimento Válvulas

Sensor do pedal do acelerador

Válvulas reguladora de pressão

Sensor de pressão atmosférica Conector de diagnóstico

Sensor de pressão do C o m m o n R a il

Luzes de aviso

Sensor de temperatura de combustível Sensor de pressão e temperatura do óleo I n t er r u p t o r d o p e d a l d o freio Interruptor do pedal de embreagem Opcional

Figura 8 – Componentes do sistema de gerenciamento eletrônico

Sistema de injeção Common Rail O sistema difere do convencional pelo fato do combustível ser pressurizado em um tubo distribuidor comum aos cilindros (Common Rail) e possui válvulas eletromagnéticas que irão permitir que o diesel, sob alta pressão (até 1400 bar), seja injetado.

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Figura 9 - Injeção de óleo diesel.

Vantagens do sistema Common Rail • • •

Melhor controle de dosagem de combustível, adequada à carga que o motor necessita. Melhor controle dos gases poluentes de escapamento. Melhor adequação do motor em operações com variações climáticas.

Comparação de grandezas Pressão

Tempo de Injeção

Quantidade / volume

Medidas

Quantidade Folga do pistão: 0,01mm

Mais de 12.000 ciclos por minuto (6 cilindros) Tabela 3 - Comparação de grandezas

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Para que possamos ter uma referência sobre o sistema Common Rail, podemos efetuar alguns comparativos: •

• • •

Pressão: A pressão de injeção pode atingir valores de 1400 bar, ou seja, para sustentarmos um veículo médio na ponta de um dedo teríamos que fazer uma força equivalente a 2000 bar. Tempo de injeção: Um avião voando a 900 Km/h percorre 25 cm em 1ms (milésimo de segundo) e nesse 1ms, ocorre a injeção. Quantidade / Volume: Uma gota possui, em média, 50 mm3. A pré-injeção possui 1 mm 3. Medidas: Diâmetro médio de um fio de cabelo 0,06 mm. Folga do pistão de injeção: 0,01 mm.

Diagrama funcional O sistema de injeção de combustível está dividido em circuitos de: •  alimentação; • baixa pressão; • alta pressão; •  retorno.

Sistema de injeção de combustível Circuito de alimentação

ECM Separador de água

Reservatório de combustível Figura 10 - Separador de água

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No filtro do separador de água existem uma bomba manual e um sensor de presença de água. Caso seja detectada água no sistema, irá acender uma luz no painel. Havendo necessidade de eliminar bolhas de ar da tubulação, isso deverá ser feito através da bomba manual existente no filtro, sem a necessidade de soltura de conexões. Nos motores, a Unidade de Gerenciamento Eletrônico (ECM) é refrigerada pela passagem do combustível no circuito de alimentação.

Circuito de baixa pressão A bomba de engrenagens está fixada à bomba de alta pressão e tem como objetivo elevar para 2.5bar a pressão do combustível e garantir o seu abastecimento. Funciona através de duas engrenagens que giram solidárias. O combustível é transportado pelos dentes das engrenagens para o circuito de baixa pressão até atingir a bomba de alta pressão.

Filtro

Bomba de Figura 11 - Bomba de engrenagens

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A ilustração, a seguir, mostra os diversos componentes da bomba de engrenagens. Suc ão

Carca a

Engrenagens Pressão aprox. 2,5 bar Figura 12 - Bomba de engrenagens

Circuito de alta pressão Bomba de alta pressão - Instalada na carcaça do conjunto de engrenagens, tem a função de pressurizar o combustível na pressão necessária para a injeção.

Figura 13 - Bomba de alta pressão

O excesso de combustível não enviado às câmaras de bombeamento é utilizado para lubrificar os componentes internos da bomba. Esse excesso retorna para a entrada da bomba de engrenagens. A pressurização do combustível é gerada por três êmbolos dispostos a 120° que, acionados por um eixo excêntrico, produzem movimentos de admissão e compressão. 18

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Admissão Quando o êmbolo (pistão) está admitindo o combustível, a válvula de admissão se abre e libera a passagem do combustível para a câmara de compressão, provocando um aumento de volume.

álvula de admissão

Alimentação

Câmara de compressão Pistão

Mola Tubo

Eixo excêntrico

Figura 14 - Funcionamento da bomba de alta pressão.

Figura 15 - Funcionamento da bomba de alta

O tubo distribuidor (Rail) é um acumulador, fornecendo combustível para todos os injetores. A pressão do combustível é de até 1400 bar, podendo alcançar picos de 1600 bar. É um tubo forjado em aço cujas funções são: • acumular combustível em alta pressão; • reduzir a pulsação e flutuação da pressão do combustível devido ao movimento de abertura e fechamento das válvulas injetoras e também do bombeamento da bomba de alta pressão (débito da bomba); • distribuir o combustível sob alta pressão para as válvulas injetoras.

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Figura 16 - Tubo distribuidor (RAIL)

Para que a pressão de combustível não sofra grandes oscilações, o Rail possui um sensor de pressão e uma válvula limitadora de pressão. Toda vez que a pressão interna exceder os valores limites, a válvula limitadora de pressão libera o combustível para a linha de retorno. Vamos explicar, agora, o funcionamento mecânico da válvula limitadora de pressão instalada na extremidade do tubo distribuidor (Rail). A válvula limitadora evita que a pressão interna ultrapasse 1600 bar. Para realizar esse controle, a válvula se abre, liberando a passagem do combustível para a linha de retorno.

Figura 17 - Válvula limitadora de

Figura 18 - Válvula limitadora de pressão, (visão interna). 20

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Dica: A válvula somente deve ser removida quando de sua

substituição.

Circuito de retorno

Figura 19 - Circuito de retorno

Injeção de combustível O combustível pressurizado chega até as câmaras de combustão através das válvulas injetoras que são comandadas eletronicamente pelo ECM. Para que haja uma combustão mais eficiente e homogênea dentro da câmara de combustão, o ciclo de injeção está dividido em pré-injeção e injeção principal de combustível.

Pré-injeção Antes da injeção principal é injetada uma pequena quantidade de combustível na câmara de combustão. Essa breve injeção de combustível, aproximadamente 1 mm 3,  permite um aumento da temperatura e pressão na câmara, deixando-a pré-aquecida e preparada para o recebimento da injeção principal. 21

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Como resultado, é possível reduzir o avanço da injeção, minimizando os ruídos de combustão e os poluentes.

Injeção principal Logo após o ciclo de pré-injeção, a agulha da válvula injetora se abre para a injeção principal. O gráfico abaixo mostra que a pressão de combustão se mantém praticamente estável durante todo o ciclo de injeção.

  o    ã    t   s   u    b   m   o   c   e    d   a   r   a   m    â   c   a   n   o    ã   s   s   e   r    P

PréInjeção

Combustão com pré-injeção Combustão sem pré-injeção Abertura da válvula

Tempo Intervalo PMS

Injeção principal

Figura 20 - Gráfico de injeção de combustível.

Vale lembrar que estes ciclos de injeção são totalmente comandados pelo ECM e dependem diretamente das condições de solicitação do motor.

Válvulas injetoras • •

As válvulas injetoras estão montadas no cabeçote, sendo uma para cada cilindro; As válvulas injetoras recebem o combustível pressurizado do tubo distribuidor (Rail) e têm a finalidade de pulverizar esse combustível na câmara de combustão.

O ECM determina o instante e a quantidade exata de combustível para cada cilindro.

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Figura 21 - Válvulas injetoras.

Quando da remoção e instalação da tubulação junto à válvula injetora MWM, deverão ser utilizadas duas chaves, evitando a soltura do NIPLE.

Início de injeção O início de injeção é determinado pelo ECM, o qual energiza a válvula eletromagnética criando um campo magnético e abrindo o furo calibrado de retorno. Nesse instante, o combustível pressurizado passa pelo furo calibrado de retorno diminuindo a pressão na câmara de controle do injetor, fazendo com que a agulha se mova para cima iniciando a injeção de combustível. Saída para o retorno de combustível

Ligação elétrica Unidade de ativação (solenoide) Entrada do combustível pressurizado

Válvula eletromagnética Furo calibrado de retorno Furo calibrado de entrada Câmara do controle do injetor Haste de comando Canal de alimentação para o injetor Câmara inferior Agulha do injetor Figura 22 - Início de injeção

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Término da injeção Quando o ECM deixa de energizar a válvula eletromagnética e, por ação mecânica, a mola fecha a passagem do furo de retorno, o combustível pressurizado passa a ocupar a câmara de controle do injetor forçando a haste de comando para baixo, movendo a agulha do injetor até sua posição de repouso, finalizando o ciclo de injeção.

Figura 23 - Término de injeção

As válvulas injetoras não possuem reparo e devem ser substituídas em conjunto.

Módulo de gerenciamento eletrônico (ECM) Retomamos, agora, o assunto gerenciamento eletrônico, sobre o qual nos referimos quando fizemos uma comparação entre o ser humano e esse sistema. Vamos então detalhar o módulo ECM e os seus componentes.

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As figuras, a seguir, mostram a localização do ECM.

Figura 24 - Localização do ECM - motor Cummins

Figura 25 - Localização do ECM - Motor MWM 4 cilindros

Figura 26 - Localização do ECM - motor MWM 6 cilindros.

O módulo de Gerenciamento Eletrônico (ECM) recebe os sinais dos diversos sensores, gerencia estas informações e, através de cálculos e valores pré25

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determinados, comanda os atuadores que irão realizar as funções de injetar, controlar e avisar.

Figura 27 - sensores e atuadores.

O ECM, através de processadores e memórias, efetua cálculos com o objetivo de determinar o momento e o volume exato em que o combustível deve ser injetado, para atender os requisitos do condutor do veículo, do governo (índice de poluição - EURO III E CONAMA V) e condições de trabalho (temperatura, rotação do motor, velocidade, etc.).

Figura 28 - Sinais de entrada e saída

Quando for efetuado trabalho de soldagem, o ECM e as baterias devem ser desconectados.

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Administração de defeitos Durante o processamento das inúmeras informações pelas quais o ECM é responsável, pode ser detectado um mal funcionamento de algum componente. Nestes casos, o ECM registra o defeito em uma memória específica e passa a adotar ações de forma a tentar minimizar os efeitos decorrentes deste defeito. Dependendo da severidade do defeito, o motor pode ser despotencializado. O processamento das informações é feito pelo ECM através de três tipos de memória: • •

•

Memória ROM ou EPROM: recebe sinais já digitalizados com programas armazenados em forma fixa; Memória EEPROM: memória do sistema onde ficam armazenados todos os dados de imobilização do veículo e mapas de calibração (não volátil, ou seja, não se apaga); Memória RAM: memória de recebimento e leitura para armazenamento de dados variáveis (volátil). Necessita da EEPROM para processar os dados. Ao se desligar a bateria, todas as informações contidas são apagadas. Armazena as falhas do sistema (diagnóstico).

Para acesso às informações disponíveis no ECM, existe um conector de diagnósticos (informações disponíveis na apostila - Ferramenta de Diagnóstico).

Ônibus Ônibus Caminhão

O conector de diagnóstico está localizado junto à central elétrica. A localização no veículo depende do fabricante da carroçaria (encarroçador).

Figura 29 - Localização do conector de diagnóstico 27

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Identificação do fornecedor - Bosch

Figura 30 - Etiqueta de identificação do ECM.

Sensores Os sensores, como afirmamos, são os captadores dos sinais que deverão ser processados em decisões que beneficiem o funcionamento do motor. Vejamos agora os tipos de sensor e suas funções.

Sensor de rotação do motor É um sensor eletromagnético (indutivo) que tem por objetivo informar ao ECM a velocidade angular da árvore de manivelas. Este sensor é montado em um suporte onde encontra-se estrategicamente posicionado. Este sensor consiste de uma bobina cujo núcleo encontra-se envolvido por um campo magnético. Motor Cummins

Motor MWM

Sensor de rotação

Disco dentado

Sensor de rotação

Figura 31 - Localização do sensor de rotação 28

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Em conjunto com o sensor de rotação temos o disco dentado de 60 dentes com falha de 2 dentes (60-2), nos motores Cummins, ou o volante do motor com furos (60-2) nos motores MWM que, em movimento, devido aos dentes ou furos, gera impulsos que são identificados pelo campo magnético do sensor e enviados ao ECM. A ausência dos 2 dentes ou furos serve para indicar o posicionamento da árvore de manivelas. O sinal, gerado pelos impulsos, é amplificado e chega ao ECM que, juntamente com outros parâmetros, determina o momento exato do início da injeção de combustível.

Figura 32 - Disco dentado e volante do motor com furos.

Figura 33 - Geração de corrente alternada.

O sinal gerado é de uma onda de corrente alternada, característica do sensor indutivo. Este sensor é utilizado pelo ECM para determinar a rotação do motor, o momento exato do início de injeção e, em conjunto com o sensor de fase, determinar o cilindro que receberá a injeção. 29

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Sensor de fase Este sensor, do tipo indutivo, tem como referência para a obtenção do sinal, a engrenagem da árvore do comando de válvulas.

Figura 34 - Localização do sensor de fase - Motores Cummins.

Figura 35 - Localização do sensor de fase - Motores MWM

Através das cavidades (Cummins) e ressaltos (MWM) existentes na engrenagem, o sensor de fase informa ao ECM o próximo cilindro que deverá receber a injeção. Para determinar o 1º cilindro e sincronizar os próximos, existe uma marca de referência (cavidade ou ressalto), junto à indicação do primeiro cilindro. 30

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Como este sensor trabalha em conjunto com o sensor de rotação, todas as vezes que passar a falha de dois dentes ou furos no sensor de rotação e houver dois sinais próximos no sensor de fase (30° de diferença considerando a árvore de manivelas), o ECM entende como sendo o 1º cilindro. Os demais cilindros serão determinados pelo sensor de rotação na contagem dos dentes (Cummins) ou furos no volante do motor (MWM), em conjunto com o sensor de fase.

Figura 36- Engrenagem da árvore de comando de válvulas

Figura 37 - Engrenagem de árvore de comando de válvula.

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Sensor de pressão e temperatura do ar admitido Localizado no coletor de admissão, informa ao ECM a temperatura e a pressão no coletor de admissão.

Figura 38 - Comportamento do sensor NTC

Este sensor é do tipo NTC (Negative Temperature Coeficient) que atua de forma que, quanto menor a temperatura, maior a resistividade.

Temperatura - Quando o ar está quente, as moléculas nele contidas aumentam de volume, isso significa que se tivermos um ar aquecido em um mesmo cilindro, a massa (peso) admitida será menor que em um ar frio, fazendo com que o módulo determine uma quantidade de combustível menor. Pressão -  Em função da elevação da pressão provocada pela turbina, uma massa maior de ar é admitida, sendo necessária uma correção pelo ECM na quantidade de combustível injetada para atender a solicitação do motorista. Os valores informados ao ECM são utilizados para calcular a massa de ar admitida.

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Sensor de temperatura do líquido de arrefecimento Localizado no cabeçote do motor, este sensor tem como função básica informar ao ECM as variações de temperatura do líquido de arrefecimento.

Para realizar sua função, esse sensor varia sua resistência elétrica de acordo com a temperatura e utiliza o valor obtido como valor de correção para o cálculo da quantidade de combustível a ser injetada.

Figura 39 - Sensor de t emperatura do ar.

Sensor do pedal do acelerador Devido à eletrônica embarcada presente neste motor, o pedal do acelerador não possui uma ação mecânica no fornecimento de combustível. Através de um potenciômetro e um interruptor instalado no conjunto do pedal, o ECM é informado quanto ao seu posicionamento.

Figura 40 - Sensor de posição do pedal do acelerador .

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A posição do pedal é um dos parâmetros para que o ECM calcule o volume de combustível a ser injetado, atendendo a solicitação do usuário. O interruptor possui duas funções: primeira, de informar se o pedal está em posição de descanso (marcha lenta), e a segunda de informar a posição de aceleração (elevação da rotação). O potenciômetro informa a variação da posição do pedal do acelerador. Para calibrar o pedal do acelerador: ligar a ignição, acionar progressivamente o pedal até plena carga e soltar. Acionar por mais duas vezes o pedal. Essa operação permitirá que o ECM identifique o interruptor de marcha lenta e o valor do potenciômetro. Esse procedimento sempre deverá ser realizado quando da substituição do pedal, substituição do ECM, ou quando for desconectada a alimentação do ECM.

Sensor de pressão atmosférica Tanto para os motores Cummins quanto MWM, este sensor se localiza dentro do Módulo de Gerenciamento Eletrônico (ECM), não sendo passível de substituição.

Figura 41 - Sensor de pressão atmosférica.

Do tipo barométrico, esse sensor informa ao ECM dados porque há a pressão atmosférica em que se encontra o veículo (altitude de operação). A partir deste sinal, o ECM adota parâmetros para adequar a pressão no coletor de admissão em função do débito de combustível. 34

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Sensor de pressão e temperatura do óleo O sensor de pressão e temperatura do óleo é usado pelo Módulo de Gerenciamento Eletrônico (ECM) para monitorar a pressão e temperatura do óleo lubrificante.

Figura 42 - Sensor de pressão e temperatura do óleo.

Os sinais de temperatura e pressão do óleo são monitorados pelo ECM, o qual possui valores limites preestabelecidos para proteger a vida útil do motor. O sensor de temperatura é do tipo NTC.

Sensor de temperatura de combustível - somente Cummins Localizado na parte superior do filtro de combustível junto ao motor.

Figura 43 - Sensor de temperatura do combustível.

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Informa a temperatura do combustível ao ECM, o qual corrige o débito de combustível pela variação de temperatura. O limite de proteção será ativado quando a temperatura atingir 71ºC (despotencialização do motor). Este sensor é do tipo NTC.

Sensor de pressão do Common Rail O sensor de pressão de injeção está instalado no tubo distribuidor (Rail) e tem como função informar ao ECM a pressão de combustível ali presente. Isso garante o monitoramento da pressão desejada a qualquer momento.

Figura 44 - Sensor de temperatura do Common Rail

Com o motor funcionando, nunca soltar este sensor sob risco de acidente e danificação. Somente poderá ser removido para ser substituído.

Válvula reguladora de pressão É responsável pelo controle de combustível destinado à bomba de alta pressão. Dessa forma, a bomba de alta pressão somente irá elevar a pressão no tubo distribuidor (Common Rail) o suficiente para o volume e necessidades do motor.

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Figura 45- Localização da válvula reguladora de pressão.

Figura 46 - Válvula reguladora de pressão

PWM - Pulse Width Modulation (modulação da largura do pulso). Instalada  junto à bomba e comandada pelo ECM, a válvula recebe impulsos de sinal PWM, permitindo variar a pressão com o aumento ou a diminuição do volume de combustível a ser comprimido pela bomba de alta pressão. O sinal PWM é representado pelo tempo (T) em que o sensor é energizado durante um período. Esse período sempre será o mesmo, o que varia é o tempo (T) de energização. Para aumentar ou diminuir a pressão no tubo distribuidor (Rail), o tempo (T) é alterado.

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Figura 47 - Modulação da largura do pulso.

Sensor de velocidade do veículo

Figura 48 - Sensor de velocidade.

Informa ao ECM a velocidade do veículo para processamento do consumo de combustível e valores de injeção.

Pressão reduzida de combustível Quando o tempo (T) é reduzido, a válvula reguladora permite pouca passagem de combustível para a bomba de alta pressão. Todo excedente de combustível é enviado ao circuito de retorno.

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Figura 49 - Circuito do combustível.

Figura 50 - Controle de pulso.

Pressão elevada de combustível Para aumentar o volume de combustível até a bomba de alta pressão, a válvula reguladora encontra-se mais retraída, permitindo a passagem de maior quantidade de combustível, ou seja, o tempo (T) está ampliado.

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Figura 51 - Circuito do combustível.

Figura 52 - Controle de pulso.

Todo esse controle gerenciado pelo ECM gera um ciclo de informações e ações. Através de um sinal PWM, o ECM controla a válvula reguladora que varia o volume de combustível a ser comprimido pela bomba de alta pressão. A variação da pressão do Common Rail é detectada pelo sensor de pressão, informando ao ECM, fechando assim o ciclo.

Figura 53 - Ciclo do gerenciamento eletrônico do combustível. 40

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Interruptor do pedal da embreagem e interruptor do pedal do freio Caso o veículo seja equipado com piloto automático e/ou tomada de força (PTO), logo atrás dos pedais do freio e embreagem estão instalados interruptores destinados a informar ao ECM o momento em que esses pedais são acionados. Esta informação é utilizada pelo ECM exclusivamente para desabilitar o funcionamento do piloto automático e PTO.

Interruptor do pedal do freio

Figura 54 - Interruptor do pedal do freio.

Interruptor do pedal da embreagem

Figura 55 - Interruptor do pedal de embreagem.

Concluímos aqui esta etapa de estudos. No capítulo seguinte trataremos do sistema de proteção do motor.

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SISTEMA DE PROTEÇÃO DO MOTOR

O sistema de proteção do motor é realizado através do monitoramento de temperaturas, pressões e níveis de fluídos do sistema que, em conjunto com a parada e partida de proteção quando habilitados, impedem que o motor trabalhe sob condições que possam comprometer o funcionamento ou danificar componentes. Para isso, esse sistema possui três luzes de aviso localizadas no painel de instrumentos.

Figura 56 - Luz de indicação de checagem do motor.

Figura 57 - Luz de indicação de parada obrigatória.

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Indica que há uma falha leve no motor, porém não é necessária a parada imediata do veículo. O veículo deve ser conduzido até um concessionário.

Figura 58 - Luz de advertência de falha no motor.

Como é fácil concluir, o sistema de proteção do motor visa chamar a atenção dos usuários do veículo para sinais que indicam anormalidade em seu funcionamento. Portanto, muita atenção a esses sinais para evitar danos ao veículo e prejuízos ao proprietário.

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CONCLUINDO

Esperamos que esta apostila lhe tenha proporcionado uma visão geral da estrutura e do funcionamento da injeção eletrônica diesel, que representa uma evolução tecnológica idealizada para contribuir com a redução de poluentes no meio ambiente e trazer mais conforto aos usuários. O desenvolvimento de um profissional em qualquer área de atuação requer continuidade de estudos, gosto pela pesquisa, esforço de aplicação, enfim, uma atitude de busca constante para ampliar saberes e habilidades. Você tem a sua frente um campo aberto ao aperfeiçoamento, visto que a indústria automobilística é um setor que incorpora alto volume de investimentos repercutindo no ritmo de incorporação de novas tecnologias.

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REFERÊNCIAS

Volkswagen do Brasil. Motor MWM série 12 eletrônico. São Paulo: Volkswagen, [20-- ?] •  Volkswagen do Brasil. Motor Cummins INTER C. São Paulo: Volkswagen, [20-- ?] • Volkswagen do Brasil. Sistema de gerenciamento eletrônico. São Paulo: Volkswagen, [20-- ?] •

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