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Eletrônica embarcada dos veículos diesel mantém o transporte ativo mesmo em épocas difíceis


A frota brasileira de caminhões continua em operação e precisando de manutenção, você já pensou em conhecer mais sobre esses veículos diesel e até se especializar nesse setor da reparação?

Por: André Miura - 13 de agosto de 2020

Não é de hoje que os veículos do ciclo Diesel não podem parar de trabalhar! Mesmo quando apresenta um defeito que força sua parada, como qualquer outro veículo, a reparação deve ser a mais rápida e assertiva possível. Tais veículos são ferramentas de trabalho e não podem ficar parados muito tempo, pois isso representaria perda de dinheiro para o proprietário. Muitos dos defeitos apresentados estão relacionados com a eletrônica embarcada do sistema. Portanto, torna-se um ramo de reparação que exige profissionais qualificados e que dominam bem a área para que o diagnóstico seja certeiro e o tempo de reparação o menor possível. 

Podemos separar as possibilidades de defeitos encontrados em três categorias: 

Falhas na parte elétrica (fiações e conexões); 

Falhas em elementos da injeção eletrônica (sensores e atuadores); e 

Falhas no Módulo eletrônico (ECU – Eletronic Control Unit). 

Nessa série de artigos iremos focar a atenção nas duas últimas, sendo que nessa parte 1, começaremos por analisar os elementos sensores do sistema de injeção eletrônica. Confira as próximas para aprender mais sobre atuadores e por fim, falhas nas ECUs.

A injeção eletrônica 

A injeção eletrônica consiste em um sistema de Injeção de combustível controlada e monitorada eletronicamente. Tem por objetivo atingir e manter taxas precisas e ideais dos dois elementos presentes na combustão: Ar e Combustível. Esse equilíbrio da mistura é conhecido como estequiometria. As adaptações necessárias para o equilíbrio quase constante desses elementos devem ocorrer em todos os diversos regimes de trabalho do motor. Para isso, é necessário um monitoramento constante de diversas condições periféricas. Tais condições são monitoradas por diversos sensores, localizados em pontos estratégicos no veículo. 

Uma ECU (Eletronic Control Unit – Unidade de Controle Eletrônica) recebe a leitura dos diversos elementos sensores e examina essas informações comparando-as a parâmetros pré-estabelecidos em seu software. Com base nessas leituras e comparações a ECU realiza comandos para os atuadores, que mudam seu regime de funcionamento ou iniciam seus trabalhos após as leituras de sensores fornecerem base para isso. Portanto, a eletrônica embarcada pode ser definida como: elementos de trabalho mecânico controlados e monitorados por periféricos eletrônicos. Dessa maneira a eletrônica “embarcou” na mecânica já existente para otimizar suas funções. (Fig.1)

Elementos periféricos do sistema com eletroeletrônicos embarcados

O ciclo Diesel

O processo de combustão interna aplicado nos motores Diesel requer que o combustível seja injetado de maneira atomizada diretamente na câmara de combustão, sob alta pressão, no momento da compressão máxima. Ao entrar em contato com o ar comprimido e aquecido, o combustível entra em combustão automaticamente, sem a necessidade de uma centelha. Portanto, o fator chave da eficiência dos motores a diesel é o rendimento térmico do sistema. Ou seja, se dependemos de um momento específico de alta compressão e temperatura para que a queima seja completa, controlar o momento de injeção visando esse momento ideal é o foco do trabalho do módulo eletrônico. Quanto maior for o rendimento térmico dessa queima, melhor será o desempenho do motor. O sistema que melhor consegue esse controle e eficiência é o sistema Common Rail. É o sistema com mais eletrônica embarcada e tem cada vez mais substituído os outros sistemas. 

O sistema Common Rail

O sistema Common Rail consegue o excelente controle da injeção de combustível por ter um reservatório de alta pressão comum para todos os injetores, um “tubo” comum ou “rail”. Os injetores recebem o combustível sob alta pressão (em sistemas mais novos, até 2.400 bar) e o transferem para o interior da câmara de combustão, aonde chega micropulverizado, obedecendo aos comandos da ECU. Esta unidade controla eletronicamente a abertura dos injetores, bem como efetua disparos auxiliares que possibilitam não apenas uma abertura primária para tirar o injetor da inércia, mas também múltiplas injeções em diferentes momentos do ciclo de trabalho mecânico do pistão. Por isso, o Common Rail é o único dos sistemas de injeção diesel que tem controle total sobre o processo de injeção (sequência, momento e tempo de injeção). Capaz de realizar injeções múltiplas em um mesmo ciclo, o sistema Common Rail conta com pré-injeção, injeção principal e pós-injeção. 

Sistema Common Rail

Sensores e suas classes

Pode-se definir sensores como elementos que transformam grandezas físicas em grandezas elétricas. A ECU do sistema de injeção “entende” apenas grandezas elétricas (tensão elétrica). Para realizar tais conversões existem diversas construções físicas dos elementos sensores, variando de acordo com a grandeza física que se deseja monitorar e o ambiente de trabalho. Para o monitoramento eletrônico feito pela ECU e para os testes práticos que faremos, considere as seguintes classes: 

Sensores ativos – que não necessitam de alimentação para funcionar;

Sensores passivos – que necessitam de alimentação para funcionar (5V enviados pela ECU).

Sensores de temperatura 

Os sensores de temperatura são da família de construção termorresistiva, ou seja, tem um termistor em seu interior. Termistores são componentes resistivos que variam seu valor de resistência de acordo com a temperatura externa do ambiente. Os termistores se dividem em duas classes: NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo) e PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo). Dentre os dois modelos, o mais aplicado nos veículos é o NTC. Nesse tipo de sensor, quanto menor a temperatura, maior é a resistência do termistor, e quanto maior a temperatura, menor é a resistência do termistor. Com base em uma tensão de referência de 5V, a ECU recebe uma variação dessa medida de tensão, e com base em seu software, calcula o valor de temperatura. A ECU se baseia nesse e em outros valores para controlar o volume de injeção de combustível, o momento da injeção de combustível e o controle do eletroventilador. 

Sensor de pressão do Rail

Esse sensor de pressão é responsável por indicar à ECU qual a pressão real interna no Rail. Ele trabalha com variações de tensão. Com uma tensão base de 5V enviada pela ECU, o sensor envia variações dentro dessa margem. A ECU recebe a variação de tensão e com base em seu software interpreta esses valores (qual a medida de pressão e que ações tomar com base nessa informação). As funções de cada fio do sensor devem ser conferidas através do esquema elétrico. A escala de tensão do sinal considerada normal, ou extrema, varia de acordo com o modelo de veículo. Em caso de falha no sensor, a ECU comanda a válvula reguladora (Mprop) com valores pré-definidos para um funcionamento de emergência. 

Sensor de fluxo de ar e sensor de massa de ar

Embora ambos os sensores sejam semelhantes, o sistema de leitura muda, e a principal diferença entre os dois é que o sensor de fluxo de ar mede a quantidade de ar admitido através de fio aquecido e o de massa de ar através de um filme aquecido. Tais sensores são muito sensíveis e não é recomendado que se faça limpeza ou qualquer tipo de manutenção neles. O funcionamento desses sensores segue o seguinte princípio: quando a quantidade de admissão de ar muda, o circuito de ponte regula o fluxo de corrente elétrica através do aquecedor (filme ou fio) de acordo com o controle de retorno, a fim de manter a diferença de temperatura entre o sensor de temperatura e do fio ou filme aquecido a um nível constante. A corrente elétrica que flui através do elemento é convertida em tensão e, em seguida, é enviada para a ECU. A unidade calcula o volume de ar de um motor com base na relação pré-determinada entre a tensão de saída e o fluxo de tensão do medidor de massa ou fluxo de ar.

Sensor de pressão absoluta e temperatura do ar de admissão

O sensor combinado de pressão absoluta e temperatura de admissão monitora duas grandezas importantes: qual a pressão positiva ou negativa no coletor de admissão e a temperatura do ar aspirado pelo motor. É um sensor muito importante pois indica para a ECU a eficiência do turbocompressor. Quando o sistema apresenta uma falha de pressão tanto para mais quanto para menos, a ECU coloca o sistema em funcionamento de emergência, tendo como resultado desde perda de potência até não funcionamento do sistema. 

Sensores de fase e rotação

Os sensores de fase e rotação são responsáveis por indicar a ECU se o motor está em sincronismo. Não conformidades nas leituras de tais sensores podem ocasionar falhas graves no funcionamento, ou até mesmo, falta de funcionamento total do motor. Alguns testes importantes que podem ser feitos em sensores indutivos como os de fase e rotação são: testes nos valores de resistência da bobina do sensor (seguindo as especificações do fabricante) e verificação com um osciloscópio, de presença de sinal sem interferências ou anormalidades. Com o auxílio de um oscilograma, é possível também verificar se existe conformidade entre os dois sinais.

O sensor de fase tem como principal função de monitoramento indicar o “ponto”, ou seja, qual é o 1° cilindro a entrar em funcionamento em um ciclo de trabalho, enquanto o sensor de rotação indica a angulação entre os cilindros, bem como a velocidade de trabalho dos ciclos de injeção. O sensor de fase realiza suas medições no comando de válvulas no cabeçote. O sensor de rotação monitora as angulações no volante do virabrequim e sua leitura é feita através de roda fônica de 360 c° dividida de acordo com modelo de motor. 

Consideramos alguns dos principais sensores presentes na eletrônica embarcada do ciclo Diesel e suas classes. Tais elementos periféricos de monitoramento são vitais para que o módulo eletrônico consiga efetuar o correto controle da injeção de combustível e manter assim a estequiometria do motor. Somente com base nas leituras das mudanças de condições de trabalho, tem início a sequência operacional da ECU, que tem por finalidade interligar essas leituras com os comandos finais para os atuadores. Veremos alguns dos principais atuadores do sistema na próxima matéria dessa série, confira!