Técnicas - Humberto Manavella

Monitor do Sistema de Combustível gera a precisão do sistema de injeção eletrônica- Parte 1

A norma OBDII estabelece que o sistema de controle da mistura ou de ajuste de combustível e do processo de combustão deve ser avaliado constantemente na sua capacidade de atender aos níveis de emissões

Para atender estes requisitos, nos motores de ciclo Otto e Diesel, o controle do processo de combustão deve ser realizado em malha fechada e isto, controlando convenientemente, a relação ar/combustível, ou seja, a relação entre as massas de ar admitido e de combustível, que compõem a mistura presente no cilindro no momento da combustão. Este monitor está integrado ao programa principal e cumpre, portanto, as funções de controle e de diagnóstico.

MONITOR DO SISTEMA DE COMBUSTÍVEL – CICLO OTTO

Especificamente, a norma requer o monitoramento constante, durante o funcionamento em malha fechada, do parâmetro de ajuste de longo prazo LTFT. Quando ultrapassado o limite máximo ou mínimo, o código DTC correspondente será gravado juntamente com os “dados congelados” ou “quadro instantâneo de parâmetros” (“freeze frame”) correspondente ao momento da detecção da falha.

Para o diagnóstico, a importância dos parâmetros de ajuste de combustível se deve a que a grande maioria dos defeitos mecânicos, não detectados diretamente pela UC, se reflete em falhas detectadas pelos monitores de “Ajuste de Combustível”, de “Falhas de Combustão” ou do “Sensor de O2”.

CONTROLE DA MISTURA EM MALHA FECHADA

Nos sistemas OBDII, o controle da mistura é efetuado da mesma forma que aquela aplicada aos sistemas OBDI.
A principal diferença reside no fato que a norma OBDII prevê a implementação de um monitor cuja função é avaliar constantemente o correto funcionamento do sistema de ajuste de combustível.

Ou seja, o controle em malha fechada se efetua, basicamente, em função da informação recebida do sensor de oxigênio, seja este de banda estreita ou de banda larga, adequando a massa injetada de combustível de forma a atender à relação de ar/combustível desejada (fig.1). Como será analisado adiante, a informação da sonda posterior é utilizada para o ajuste fino da mistura.

Figura 1

Ou seja, no motor de ciclo Otto, o monitor do sistema de combustível realiza o controle em malha fechada, com base no resultado do processo de combustão.

Assim, através da informação do sensor de oxigênio pré-catalisador, a UC do motor ajusta continuamente, a quantidade de combustível injetada com relação à massa de ar admitida e isto, para manter a relação no valor calculado em função da rotação, solicitação de torque, temperatura do motor, entre outros fatores de correção.

Como mostra a figura 1, no motor de ciclo Otto convencional (injeção indireta) o sensor de oxigênio pré-catalisador é de banda estreita (sonda lambda), já que o funcionamento, em condições normais, acontece em torno de Lambda=1.

Nota: A figura 1 apresenta a configuração correspondente a um motor com injeção indireta multiponto; no entanto, a análise a seguir é aplicável também, ao motor de injeção indireta monoponto.

Por outro lado, como será analisado em próxima edição, no motor de ciclo Otto GDi (injeção direta) o sensor pré-catalisador é de banda larga (sensor de relação ar/combustível) já que normalmente, funciona numa faixa mais ampla de relação ar/combustível, principalmente, na faixa de mistura pobre (Lambda>1).

Em ambos os casos e em função da informação dos sensores de O2, o ajuste da mistura é conseguido aplicando correções de curto prazo e de longo prazo.

Em OBDII, ao contrário do que se verificava na maior parte dos sistemas OBDI, os parâmetros de ajuste de combustível têm uma única denominação e são apresentados em porcentagem.

STFT - Ajuste de Combustível de Curto Prazo. Refere-se ao ajuste dinâmico ou instantâneo realizado na relação ar/combustível da mistura admitida.

LTFT - Ajuste de Mistura de Longo Prazo. Refere-se ao ajuste gradual e mais lento, em relação ao de curto prazo, que permite compensar mudanças que ocorrem ao longo do tempo.

Em funcionamento normal, as correções assumem valores na faixa de +/-10% ou +/-15%. Os valores limites máximos dependem de cada sistema, mas, em geral, estão entre -20% (limite de empobrecimento) e +20% (limite de enriquecimento). Geralmente, quando superados estes limites, a UC grava um DTC e o sistema passa a funcionar em malha aberta.

Nos sistemas OBDII, problemas no ajuste de combustível podem ser causados por falhas em componentes que provocam a gravação de seus próprios códigos. Por exemplo, perante uma falha no sensor de O2, a UC gravará o DTC correspondente. Neste caso, muito possivelmente, o sistema de ajuste de combustível poderá ultrapassar o limite de adaptação. No entanto, não haverá gravação de um código adicional, correspondente a mistura rica ou pobre. Isto, devido a que a função de “Ajuste de Combustível”, não será executada até que seja corrigido o defeito provocado pela sonda.

SENSOR DE OXIGÊNIO PÓS-CATALISADOR E O AJUSTE DE COMBUSTÍVEL

Nos sistemas OBDII, a sonda pós-catalisador é utilizada para:

- Avaliar a eficiência de conversão. Esta função é realizada pelo Monitor do Catalisador.
- Realizar o ajuste fino da mistura e verificar o funcionamento do sensor pré-catalisador.

Nota: Para veículos com motor em V (dois bancos de cilindros) e um escapamento (escapamento em Y), o sensor pós-catalisador só é utilizado para verificar a eficiência de conversão. Nesta configuração, com a informação deste único sensor pós-catalisador não seria possível realizar o ajuste dos dois sensores pré-catalisador.

AJUSTE FINO DA MISTURA

Como mostra a figura 2, nos sistemas OBDII e para o ajuste da mistura, podem ser identificadas duas malhas de controle:

Figura 2

1. Malha principal: Inclui o sensor de O2 pré-catalisador, a UC e o injetor. O sensor informa a concentração de oxigênio nos gases de escape; com esta informação, a UC determina o Lambda da mistura admitida e calcula o tempo de acionamento do injetor do próximo ciclo de injeção, para obter a mistura apropriada às condições de funcionamento. 
2. Malha secundária: Inclui o sensor pós-catalisador, a UC e o injetor. O sensor informa a concentração de oxigênio depois do catalisador; com isto, a UC realiza o ajuste fino do tempo de injeção calculado a partir da informação da sonda pré-catalisador.

Quando tem autoridade sobre o controle da mistura (ou seja, quando a UC leva em consideração a informação do sensor para o controle da mistura), o sensor pré-catalisador permite que o sistema funcione em malha fechada.

No entanto, esta malha de controle não consegue autoverificar-se quanto ao seu funcionamento. Precisamente, a função da sonda posterior é verificar continuamente o Lambda da mistura admitida formando, assim, outra malha fechada de controle, independente da malha principal.

Lembrar que o catalisador de 3 vias não modifica o Lambda, o qual só depende da relação entre as moléculas de oxigênio, hidrogênio e carbono que constituem a mistura ar/combustível admitida.

Após a combustão, as moléculas se rearranjam, formando os gases de escape, mas, a relação entre elas permanece.

Os sinais apresentados na figura 2 são típicos de sistemas funcionando corretamente: em função da capacidade de armazenamento de oxigênio do catalisador, a sonda posterior apresenta uma menor atividade se comparada com o sensor pré-catalisador; como conseqüência, por ser seu sinal mais estável, apresenta uma maior sensibilidade às variações do Lambda da mistura admitida.

Desta forma, contribui para a correção do valor do LTFT de forma tal a assegurar a operação com o Lambda apropriado às condições de funcionamento do motor naquele momento; a sua informação é utilizada para o ajuste fino do valor controlado pela malha principal.

Como resultado disto, um valor de Lambda fora da faixa, informado pelo sensor posterior, será indicação de que o sensor pré-catalisador não está executando corretamente a sua função devido a defeito próprio, a falha de combustão ou vazamento no escapamento.

CÓDIGOS DE FALHA (DTC)

O monitor leva em consideração os parâmetros LTFT e STFT para avaliar a sua capacidade de controlar a relação ar/combustível. Um DTC “pendente” é gravado toda vez que, para manter o teor da mistura dentro da faixa especificada, os parâmetros de correção atingem o seu limite máximo ou mínimo. O código é gravado como “confirmado” (e a luz LIM/MIL é acesa) caso a falha esteja ainda presente, no próximo ciclo de condução.

- P0171/P0174: Sistema muito pobre. Este código é gravado quando, com motor aquecido e em carga parcial estabilizada, a soma das correções atinge o limite de enriquecimento.

- P0172/P0175: Sistema funcionando muito rico. Este código é gravado quando, com motor aquecido e em carga parcial estabilizada, a soma das correções atinge o limite de empobrecimento.

- P2097(banco #1)/P2099(banco #2): Este código é gravado na condição de sistema de ajuste de combustível pós-catalisador excessivamente rico. Esta condição é derivada do sinal do sensor pós-catalisador.

- P2096(banco #1)/P2098(banco #2): Este código é gravado na condição de sistema de ajuste de combustível pós-catalisador excessivamente pobre. Esta condição é derivada do sinal do sensor pós-catalisador.

CRITÉRIOS DE HABILITAÇÃO

O monitor de ajuste de combustível é de execução contínua a partir do momento em que são satisfeitas condições prévias, como por exemplo:

- Motor na marcha lenta ou em rotação estabilizada;
- Sistema funcionando em malha fechada com relação ar/combustível estável;
- Pressão de coletor e massa de ar admitida dentro de limites especificados;
- Tensão de bateria superior a 11 volts;
- Temperatura do motor superior a 70OC.

O monitor é desativado na presença de falha nos sensores: MAF (massa de ar), ACT/ECT (temperatura do ar admitido/do motor), aquecedor do sensor de O2 ou do sensor de relação ar/combustível pré-catalisador, CKP/CMP (rotação do motor/rotação do eixo comando), sensor de pressão do sistema EVAP (emissões evaporativas), VSS (velocidade) e EGR (recirculação dos gases de escape) com defeito (válvula aberta).

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