Mecatrónica Automóvel

Técnico de Mecatrónica Automóvel - Nível IV Curso EFA

Paulo Fidalgo / 2013

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Introdução ao Sector Automóvel

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Materiais ferrosos ferrosos,, não ferrosos e não metálicos

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Desenho técnico - construções geométricas e projeções ortogonais

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Serralharia para mecânicos

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Instalações,, Equipamentos e Ferramentas Instalações

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Sistemas de Travagem  –  Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de Segurança Ativa e Passiva  –  Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de Direção e Suspensão  –  Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Rodas/Pneus/Geometria de direção  –  Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de transmissão manual  –  Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de transmissão automática  –  Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Motores  –  Informação e Dados Técnicos, Diagnóstico e Reparação

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Eletricidade e Electrónica Automóvel

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Sistemas de carga e arranque  –  Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Unidades electrónicas de comando/sensores e actuadore s - Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas multiplexados - Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de iluminação e aviso - Funcionam Funcionamento, ento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de ignição e injeção electrónica de motores a gasolina  –  Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de injeção diesel  –  Funcionam Funcionamento, ento, Diagnóstico e reparação

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Sistemas de antipoluição/sobrealime antipoluição/sobrealimentação ntação - Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de climatização - Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de Conforto e Segurança - Funcionam Funcionamento, ento, Diagnóstico e Reparação

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Sistemas de Informação e Comunicação - Funcionamento, Diagnóstico e Reparação

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Organização Oficinal  –  Controlo de Qualidade, Manutenção de Instalações, Equipamentos e Ferramentas

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Atualmente a indústria automóvel é completamente globalizada com uma complexa cadeia, tanto de organização como tecnológico. Tem um papel chave nas economias e também de enorme importância na economia portuguesa. O automóvel é o elemento central da mobilidade de pessoas, bens e serviços, ponto de intercepção entre os mais variados sectores industriais e por isso dos mais importantes nas atividades industriais e de deslocação na vida quotidiana. A globalização dentro do sector permitiu uma maior amplitude não só na área de abrangência geográfica do mercado, como também na transação de recursos, matéria-prima, componentes, tecnologia, estruturas, organização e melhoria de enquadramento. O investimento das multinacionais em determinadas regiões trás grandes benefícios económicos e de emprego. Também a circulação de capitais e tecnologias para o progresso na economia de uma região e o desenvolvimento de outras infraestruturas e indústrias.

Os materiais utilizados no sector automóvel são extremamente importantes, devido ao seu comportamento estrutural, características e propriedades que conferem aos componentes do automóvel as características necessárias para o bom desempenho nas funções a que se destinam e são pretendidas. Factores como a resistência, robustez, ductilidade, tenacidade, dureza, capacidade de dissipação do calor, cal or, densidade, anticorrosivos, macieza, são necessários em diferentes tipos de metais. Metálicos como os aços especiais capazes de resistir a grande esforços de tração e de desgaste; ligas metálicas que ajudam na dissipação do calor  e leveza do material não perdendo as suas características robustez; não materiais, fibras e plásticos, por si leves, compactos, de fácil manuseamento na sua fabricação, resistentes à permeabilidade, substituindo outros mais pesados sem perder as suas características e permitindo acabamentos mais aperfeiçoados. Outros materiais são também especificamente preparados, tanto como barras de proteção resistentes à colisão, col isão, colocados em pontos estratégicos da viatura, como também os de estrutura deformável estrategicamente colocados para servir de tipo de fusível nos pontos da viatura onde se quer  amortecer o impacto em caso de acidente. 

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O sistema de travões, é um dos elementos mais importantes na mecânica dos automóveis, pois trata-se de um componente de segurança. São projetados, desenhados e dimensionados, com o objetivo de manter a capacidade de desaceleração do veículo consideravelmente maior que sua capacidade de aceleração. Composto por um disco ou por um tambor, ou ainda pelos dois, o sistema cumpre sua função pressionando as peças contra a roda, impedindo o movimento da mesma. O primeiro pri meiro sistema é composto por  duas pastilhas, que prendem um disco que acompanha o movimento da roda, enquanto o segundo, através de uma pressão aplicada por  calços colocados dentro do tambor, faz com que a roda pare. A maior  parte dos carros desenvolvidos atualmente possuí um sistema misto, composto por dois discos, à frente, e dois tambores atrás. Alguns Al guns possuem discos nas quatro rodas, o que aumenta significativamente a estabilidade na travagem. Um dos principais fatores que ajudam a uma melhor performance dos travões é a utilização de um fluido de lubrificação adequado e a correta manutenção dos discos, pastilhas, calços e tambores. O tambor é uma das partes do sistema, responsável pela dissipação por energia térmica, gerada durante a travagem. A correta dissipação da energia permite que o sistema não sofra sobreaquecimento e melhora a sua capacidade de realizar tal transformação.

O travão de disco converte a energia cinética em calor por meio da fricção. Sua eficiência é medida pela sua capacidade de dissipar o calor gerado. Um freio a disco, feito geralmente de ferro fundido ou compostos cerâmicos (como carbono, kevlar e sílica), é conectado à roda ou ao eixo. Para parar a roda, um material de fricção na forma de pastilhas de freio (montadas em um dispositivo chamado pinça) é forçado mecanicamente, hidraulicamente, pneumaticamente ou electromagneticamente contra os dois lados do disco. A fricção faz com que o disco e a roda fixada a ele desacelerem ou parem.  o sistema de travões depende da pressão que o motorista exerce sobre o disco ,como consequência disso ,alguns motoristas em caso de travagem brusca podem causar acidentes de percurso. 

Funcionam a partir do mesmo princípio do travão de disco: Os calços impulsionados pelos êmbolos do cilindro de roda exercem pressão sobre uma superfície giratória, o tambor. Muitos carros têm freios a tambor nas rodas traseiras e a disco nas dianteiras. Os freios a tambor têm mais peças e são mais difíceis de serem ser em reparados do que os freios a disco, porém, têm a fabricação relativamente mais barata. Quando a pessoa pisa no pedal do freio, os calços de travão são empurrados contra o tambor. Isto permite a travagem do veículo. Em geral, a eficiência de travagem do sistema varia entre 15 a 30%.  Alguns modelos utilizam o sistema travão de estacionamento ou travão de mão. 

Evita que a roda bloqueie (quando o pedal é pisado fortemente) e entre em derrapagem, para que o veículo não perca a aderência no piso e o controlo, permitindo ao mesmo tempo contornar os obstáculos. A derrapagem é uma das maiores causas ou agravantes de acidentes.

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Os sensores de velocidade da roda medem a velocidade de rotação das rodas e passam essas informações à unidade de controle do ABS. Se a unidade de controle do ABS detectar  que uma ou mais rodas tendem a travar, intervém em questão de milissegundos, modulando a pressão de travagem trav agem em cada roda individual. Assim, garante uma travagem trav agem segura: o veículo continua sob controle e estável. Em geral, a distância até o veículo parar é reduzida também.

Os sistemas de segurança ativa são sistemas si stemas que permitem prevenir ou evitar os acidentes, pois atuam em situação de emergência, antes do acidente. Todos os sistemas que o veículo v eículo possui e que atuam durante a condução ou numa situação de perigo eminente, tais como: Todos os equipamentos de apoio à visibilidade (vidros, parabrisas, retrovisores, faróis, pala de sol, etc.); Os sistemas de travagem, de ajuda e aumento de eficácia (tipo de travão, arrefecimento da travagem, ABS, servo-freio, servo-freio, …); O sistema de direção, pneus, amortecedores e demais órgãos de aderência e suspensão e controlo de estabilidade (como apêndices aerodinâmicos, ESC, …); A motorização e sua capacidade capaci dade de resposta e motricidade (sistemas de distribuição e alimentação, turbo compressores, diferenciais, controlo de tração, tração, …); Equipamentos de apoio ao conforto e navegação (GPS, bancos envolventes, climatização, …) o

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Com vista à prevenção do acidente –  acidente – a a segurança passiva atua essencialmente na proteção dos ocupantes em caso de acidente. O veículo e o organismo humano estão sujeitos às mesmas leis da Física. Ambos sofrem as mesmas forças quando sujeitos a acelerações. A indústria automóvel, ao longo de décadas, tem sofrido positivamente as inovações tecnológicas no que que toca à proteção proteção dos ocupantes: ocupantes: desde os cintos de segurança à estrutura deformável do veículo, passando por  dispositivos atualmente obrigatórios como o “airbag”. Não sendo responsável direto pela redução da sinistralidade rodoviária, o aumento da segurança passiva é, contudo, responsável responsável por uma redução substancial da vitimização que ocorre durante (e após) o acidente, incluindo em situações de colisão e capotamento. Alguns dispositivos: Cintos de segurança; Encosto de cabeça; Pré-tensores; Airbags; Deformação estrutural; Barras de proteção; Sistemas de retenção infantil. o o o o o o o

Apesar de serem dois sistemas distintos, com diferentes funções, funcionam em conjunto, dependendo um do outro para a melhor performance de condução. As rodas e pneus também são componentes importantes e que contribuem para o bom desempenho de ambos os sistemas.  O sistema de direção é constituído pela coluna de direção na parte de comando junto ao volante e ligado por cardans que vão articular o movimento até acoplar ao pinhão (sem-fim) da caixa de direção, que roda em cima duma cremalheira. A direção assistida pode ser hidráulica ou elétrica.  A maneira com que a suspensão une as duas partes (suspensa  e não suspensa) faz com que o carro deixe de ser um conjunto rígido, amortecendo amortecendo os impactos gerados pelas pelas ondulações ondulações da pista, através das molas e amortecedores, não os transmitindo direto aos passageiros. A maioria dos carros vem equipada com dois tipos de  suspensão: dependente e independente.

A transmissão comunica às rodas a potência do motor transformada em energia mecânica. A transmissão tem inicio no volante do motor e prolonga-se através da embraiagem, da caixa de velocidades, diferencial e eixos de transmissão até às rodas.  A embraiagem permite desligar a energia motriz da parte restante da transmissão para libertar esta do torque quando as mudanças são engrenadas ou mudadas.  A caixa de velocidades manual ou automática permite a troca de relações de binário do motor.  Os eixos de transmissão, além do veio de ligação são constituídos por juntas homocinéticas que permitem a derivação de ângulo e distância, fazendo a ligação l igação entre a caixa de velocidades e as rodas.

Motores de combustão interna se baseiam em modelos termodinâmicos ideais, como ciclo de Otto ou ciclo Diesel, o que se refere a forma como ocorre cada fase de funcionamento do motor e processos pelos quais passam os gases no interior do motor. No ciclo de Otto os motores de d e ignição por faísca, em ciclo Diesel são motores de ignição i gnição por compressão. Ambos os tipos podem ser construídos para operar em dois ou quatro tempos, o qu e significa que cada ciclo de funcionamento pode ocorrer ocorrer em uma ou duas voltas da cambota. O motor é constituído por: Cabeça do motor, onde estão localizadas as válvulas de admissão e escape e onde é  efectuado o seu comando; Bloco do motor, onde o êmbolo efetua o seu movimento linear, transformando o  aumento de pressão resultante da combustão em trabalho útil para movimentar o veículo; Carter com as bielas e cambota, que permitem perm item a transformação do movimento linear   do êmbolo em movimento de rotação. Cada êmbolo descreve um movimento linear desde o ponto morto superior (PMS) até  ao ponto morto inferior (PMI), cuja distância d istância se designa por curso do êmbolo. Este movimento linear é promovido pelo aumento de pressão pr essão dentro do cilindro devido à combustão. A biela faz a ligação entre o êmbolo e a cambota. cam bota.

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Um sistema elétrico é um circuito ou conjunto de circuitos circui tos que faz com que consumidores(lâmpadas, motores etc.) funcionem fu ncionem de acordo com seus objetivos. Ele é constituído por  equipamentos e materiais necessários para o transporte da corrente elétrica, da fonte até os pontos em que ela será utilizada. O sistema elétrico desenvolve-se em quatro etapas básicas: geração da corrente, sua transmissão, sua distribuição e cargas. No entanto, a elaboração de um sistema elétrico não é algo tão simples. Daí a necessidade dos diagramas elétricos. Para funcionar adequadamente e com segurança, os circuitos ci rcuitos precisam de algumas interfaces entre os comandos convencionais e as cargas, entre os comandos eletrônicos e as cargas, bem como necessitam de dispositivos de proteção. Os relés, que fazem essas interfaces, assim como os seus elementos de proteção, os fusíveis, encontram-se fixados fi xados na central elétrica.

Sistema no automóvel semelhante aos computadores, que controla a generalidade dos sistemas mecânicos, injeção e ignição, sistemas de tração, segurança e conforto, c onforto, etc. Funcionam através de sistemas periféricos: sensores que recolhem dados (temperatura, velocidades, v elocidades, tensões, pressões, etc.); etc.); actuadores que “cumprem” as ordens geradas pela Unidade de Comando. Os automóveis atuais estão equipados com sistemas multiplex com  vários módulos de controlo electrónico, que gerem um determinado sistema. Comunicando com a unidade de comando principal através de um protocolo de comunicação. Sendo que a principal princ ipal é que gere a prioridade entre elas no processamento e gestão de informação quando se requer o controlo da principal princ ipal para atuar nos diferentes sistemas do veículo.  Por exemplo, a entrada e saída de sinais do Sistema Si stema de ABS tem prioridade, quando por exemplo se aciona um comando de climatização ou dos vidros, visto ser de maior importância na segurança do veículo. Só que isto passa-se numa pequena fracção de um segundo, sendo imperceptível para o condutor.

Sensor é o componente ou circuito eletrônico que permite a análise anál ise de uma determinada condição do ambiente, podendo ser algo simples como temperatura ou luminosidade; uma medida como a rotação de um motor, pressão no colector de admissão, leitura do movimento na roda fónica do ABS e muitos outros dispositivos de segurança e controlo de vários sistemas incorporados numa viatura, enviando o sinal para a unidade de comando do sistema a que pertence. 

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Actuador transforma os sinais da unidade de comando, na forma de energia necessária para intervir no processo. A energia eléctrica transforma-se em energia magnética, térmica, mecânica, etc. Nos automóveis, os actuadores são quase sempre transdutores electromagnético-mecânicos e seus derivados: motores, relés, electroválvulas, etc.

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O Electro-injector é um dos principais componentes actuadores para injetar a proporção de combustível ideal e no tempo preciso no momento da ignição e combustão.

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O sistema diesel é usado em grande escala da frota automóvel. O motor a diesel ou de ignição igni ção por compressão, de combustão interna, foi inventado pelo engenheiro alemão Rudolf Diesel, Augsburg, Alemanha. A criação do primeiro modelo que funcionou de forma eficiente tem a data de 10 de Agosto A gosto de 1893. Foi necessária uma infinidade de inventos, como bombas injectoras in jectoras sincronizadas, sistemas de múltiplas engrenagens para que a pressão atuasse precisamente na passagem do êmbolo do pistão no ângulo de máxima compressão (PMS –  (PMS  – Ponto Ponto morto superior). Os sistemas de injeção de alta pressão como o sistema Common Rail, bombas injectoras e injectores bomba contribuíram de forma decisiva para o crescimento e desenvolvimento d esenvolvimento desta desta área automóvel pelas suas características de alto rendimento, baixos consumos, baixo ruído, baixas emissões de CO2 e algumas al gumas outras. Princípio de funcionamento: O ar é admitido e comprimido, atingindo 700 a 900ºC de temperatura e formando uma alta taxa de d e oxigénio; o combustível é injetado diretamente no momento de máxima compressão (PMS-ponto morto superior), inflamando-se sem necessidade da centelha elétrica, criando-se a combustão.

Sistema de injeção direta de combustível combustível diesel sob alta-pressão em motores de combustão interna, criado pela Fiat italiana e, posteriormente, desenvolvido e patenteado pela Bosch alemã, que o licenciou para vários fabricantes mundiais de veículos automotores. Consiste numa bomba de alta pressão que fornece a pressão  através de uma rampa comum a todos os injectores, o que permite fornecer uma pressão até 2000 bar constante de injeção, sendo o comando dos injectores feito por válvulas magnéticas presentes na cabeça dos mesmos. A sua s ua vantagem é um menor ruído de funcionamento, arranque a frio quase instantâneo, e uma clara melhoria de prestações e diminuição da poluição e de consumo. Atualmente é o sistema si stema usado em quase todos os diesel. Existem já sistemas com múltiplas injeções com uma enorme precisão. O sistema está assim conforme a lei de gases europeia EURO4 com a vantagem de o conseguir sem filtros de partículas.

Imprescindíveis para a concepção do sistema em volta do motor e para o seu funcionamento, são responsáveis pela transformação, carga e distribuição da energia. O alternador é responsável por transformar a energia mecânica do  motor em energia elétrica para carregar a bateria elétrica do automóvel. O motor de arranque é responsável por transformar a energia elétrica  em energia mecânica, para fazer rodar o motor na sua fase inicial ini cial de arranque.  A bateria é a fonte acumuladora e estabilizadora estabili zadora de energia elétrica em corrente contínua, necessária para alimentar os vários dispositivos e consumidores elétricos. Além disso, existem os vários dispositivos de produção, controlo e  distribuição de um determinado tipo de corrente elétrica, como é o caso das bobines que possibilitam a produção da centelha elétrica necessária para a combustão nos ciclo Otto. Também os vários dispositivos de controlo e de estabilização. Como o responsável por  gerir a distribuição para acionar no momento certo a produção dessa mesma centelha, calculando o tempo exato do ponto do motor.

Novos sistemas de injecção de combustível a pressões mais elevadas, com quantidades e momentos de injecção mais precisos, pr ecisos, permitem mais performance e desempenho na motorização dos veículos e corresponderem às normas exigidas de antipoluição nos automóveis. Válvula EGR (Exhaust Gas Recirculation) - parte dos gases de  escape é arrefecida e reintroduzida na câmara de de combustão  juntamente com ar. Deste modo consegue-se diminuir a quantidade de partículas libertadas, pois os gases são parcialmente queimados uma segunda vez e as temperaturas de combustão diminuem reduzindo as emissões de NOx. A quantidade de gases de escape reintroduzida é controlada pela válvula EGR que é comandada pela unidade electrónica de comando, de modo a obter as melhores condições de funcionamento do motor.  O filtro de partículas é acoplado no sistema si stema de escape concebido para eliminar as partículas de fuligem dos gases de escape de um motor diesel.

A técnica de sobrealimentação mais utilizada nos motores é o turbocompressor. Seu funcionamento consiste em aproveitar a energia dos gases de escape para gerar  movimento, deste modo, não retira energia ao motor. O turbocompressor é um dispositivo simples. Os seus componentes componen tes básicos são uma turbina e um compressor  centrífugo, que estão ligados entre si por um veio. Actualmente, os processos mais comuns utilizados para controlar a pressão de sobrealimentação são:  Válvula de descarga wastegate.  Turbina de geometria variável. O turbocompressor comprime comprime o ar à pressão atmosférica em ar comprimido para a admissão. Antes de entrar na admissão o ar comprimido passa por um intercooler para retirar a temperatura da compressão do ar.

A ventilação forçada forçada através do ventilador e condutas de passagem do ar exterior, ou ar aquecido do motor, para o habitáculo, com os dispositivos mecânicos e eléctricos que comandam as portinholas, também fazem parte do sistema. Actualmente muitos automóveis estão equipados com um sistema de  climatização, projectado para maior conforto ao condutor e passageiros, em relação ao calor e humidade. Tem-se debatido sobre esta matéria em termos de eficiência no consumo de combustível. Factores como a resistência do vento, aerodinâmica, potência do motor e peso do veículo são tidos em conta na busca na necessidade do sistema de climatização no automóvel. Seu princípio de funcionamento é a permuta de temperatura do  habitáculo, com auxílio de um compressor e através da passagem do ar pelo evaporador ,que por contacto sofre queda de temperatura, baixando a humidade relativa do ar, passando posteriormente por um condensador e libertado para o exterior. A refrigeração é possível graças às mudanças de estado dum refrigerante dentro do circuito. Existem actualmente sistemas de controlo totalmente automáticos que  além de proporcionarem conforto, asseguram a segurança do condutor e veículo. Também faz parte do sistema o filtro do habitáculo que retém as  partículas suspensas e poluentes, sendo os mais eficazes os filtros de

Os sistemas inteligentes em automóvel estão disponíveis em vários modelos e muitos funcionam tão discretamente que o condutor não percebe sua atuação. Como os sistemas si stemas de freios ABS, Injecção Electrónica, suspensão activa, Cruise Control, controlo de tracção, sensores e dispositivos de estacionamento, controlo controlo de iluminação automático, dispositivos para evitar colisões, controlo de tráfego, controlo do piso, controlo da faixa de rodagem, entre outras tecnologias embarcadas actualmente nos automóveis.  Vários sistemas usuais também fazem parte integrante do conforto e segurança como limpa vidros e desembaciamento, fechos centralizados, vidros eléctricos, banco e volante reguláveis, alarmes, etc.

Tudo começou com um simples “computador “ computador de bordo”” com o máximo de 10 funções sobre o bordo estado e situação do veículo. Os veículos mais modernos dispõem de uma nova tecnologia, chamada “multiplex”, onde o automóvel, através de uma electrónica muito avançada, consegue se comunicar integralmente com todos os sistemas do automóvel. Sinais acústicos e luminosos de aviso também são parte integrante e  importante no sistema de controlo e informação, cada vez mais elaborados e usando as mais variadas tecnologias. Actualmente existem vários meios disponíveis úteis na vertente  automóvel, que ajudam a uma melhor comunicação e interface entre todos os sistemas que fazem parte do automóvel. Vários protocolos como o sistema CAN utilizado no automóvel, ajudam a desempenhar  de forma rápida e eficiente funções de vários sistemas ao mesmo tempo, comunicando entre eles. Sistemas como o GPS, sistema de som automotivo incorporado e  reconhecido pela unidade electrónica de comando do veículo para desempenhar outras funções e ligação de outros dispositivos, sistemas para reconhecimento de tráfego, sistemas como ligação por Bluetooth de vários dispositivos ,e outros fazem parte da evolução evolução dos sistemas sistemas automóvel.

A consciencialização da importância da manutenção preventiva, a preocupação com a preservação ambiental e os programas de inspecção deram um carácter diferente ao sector. Qualidade, confiança, segurança na transacção e segurança pessoal são importantes. A organização em oficinas mecânicas visa maior produtividade,  satisfação e motivação do funcionário, economia de tempo e dinheiro, menos acidente e consequente melhor rentabilidade de trabalho.  Implantar e manter uma boa distribuição do trabalho trabal ho são funções essências do estudo de organização, pois encontram-se intimamente ligadas a qualidade do trabalho, ao desempenho e satisfação do empregado e a própria consecução dos objectivos e metas fixadas pelo órgão. Em uma oficina mecânica, duas das etapas mais importantes do  processo de reparação de veículos são a recepção do veículo e a descrição da ordem de serviço. Estas E stas etapas, são exemplos da complexidade dos processos, que devem ser correctamente controlados.