Oficina Brasil


Monitor do Sistema de Combustível do Ciclo Otto requer muitas informações para funcionar

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

Compartilhe
Por Humberto Manavella


Avaliação da Matéria

Faça a sua avaliação

Para atender a estes requisitos, o controle do processo de combustão deve ser realizado em malha fechada, controlando convenientemente a relação ar/ combustível. 

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” 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 ”.  

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. 

CONTROLE DA MISTURA EM MALHA FECHADA 

Nos sistemas OBDII, o controle da mistura é efetuado da mesma forma que aquela aplicada aos sistemas OBDI, sendo a principal diferença o 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. Assim, o monitor do sistema de combustível realiza o controle em malha fechada, com base no resultado do processo de combustão. 

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 e 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 do catalisador de 3 vias. 

- Realizar o ajuste fino da mistura e verificar o funcionamento do sensor 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: 

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 auto verificar-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. 

Os sinais apresentados na figura 2 são típicos de sistemas funcionando cor retamente: 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 consequência, por ser seu sinal mais estável, apresenta uma maior sensibilidade às variações do Lambda da mistura admitida. 

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. Para a detecção de falhas, 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” caso a falha esteja ainda presente, no próximo ciclo de condução. 

Monitor do Sistema de Combustível – Ciclo Otto GDi - Nos sistemas de injeção direta, além do controle da mistura em malha fechada, o monitor do sistema de combustível implementa outras funcionalidades como: 

1- Controle da alimentação de combustível; 

2- Controle do desbalanceamento da relação ar/combustível. 

1- Controle da alimentação de combustível - Esta função tem por objetivo: 

a) Controlar a pressão de combustível na rampa; 

b) Controlar a pressão de combustível na rampa durante a partida; 

c) Avaliar o desempenho do regulador de pressão e da válvula reguladora de volume (válvula dosadora); 

d) Avaliar o desempenho do sensor de pressão. 

a) Controle da Pressão de Combustível na Rampa

No motor de injeção indireta, sendo a pressão da linha de combustível constante, a quantidade injetada é controlada ajustando o tempo de injeção. Já, no motor GDi a quantidade injetada depende da pressão de combustível na rampa e do tempo de injeção. Disto resulta a necessidade do controle da pressão de combustível da linha de alta em malha fechada. Este controle em malha fechada é feito através do regulador de alta pressão acionado eletricamente, com base na informação do sensor de pressão instalado, geralmente, na rampa. 

Lembrar que, nos sistemas de injeção indireta, a pressão de combustível é controlada, sem intervenção da UC, por um regulador mecânico, no valor de calibração do mesmo. Como resultado, o controle só pode ser feito em malha aberta. 

Para auxiliar na compreensão da funcionalidade deste monitor, as figuras 3a e 3b apresentam a configuração de um sistema Bosch. A válvula dosadora é utilizada, juntamente com o regulador de baixa pressão, para ajustar a pressão da linha de baixa entre 3 bar (motor funcionando) e 5,8 bar (partida a quente). O ajuste preciso da pressão na rampa é feito pelo regulador de alta pressão. O regulador de baixa pressão é do tipo mecânico de ajuste único. 

b) Controle da Pressão de Combustível na Rampa durante a partida. O motor GDi é projetado para atingir a pressão mínima requerida para o funcionamento do motor, já nos primeiros ciclos de injeção. Isto é fundamental para o correto funcionamento da opção “start-stop”, na qual o motor é desligado nos pontos de parada do veículo e deve arrancar assim que é retirado o pé do freio. 

c) Avaliação de Desempenho do Regulador de Pressão e da Válvula Reguladora de Volume. Estes componentes são monitorados com relação a falhas elétricas: circuito aberto, curto à massa e ao positivo. 

d)Avaliação de desempenho do sensor de pressão. O sensor de pressão é verificado pelo Monitor Abrangente de Componentes quanto à presença de falhas no circuito elétrico. Por sua vez, o Monitor do Sistema de Combustível avalia o desempenho com base na condição de funcionamento informada pelos sensores correspondentes. Falhas de desempenho (informação errada de pressão ou resposta lenta a variações de pressão) se manifestam através dos parâmetros de ajuste de combustível, de longo prazo e de curto prazo. 

2 - Controle do Desbalanceamento da Relação Ar/ Combustível - Esta função tem por objetivo monitorar e compensar o desbalanceamento da relação ar/combustível entre cilindros de um mesmo banco. Este desbalanceamento, resultado de tolerâncias de fabricação ou envelhecimento dos injetores, por exemplo, provoca alterações: 1) no sinal da sonda pré-catalisador e 2) variações na velocidade de rotação do virabrequim, isto último, avaliado através da informação do sensor de rotação. 

1- Em função do desbalanceamento, o sinal da sonda apresenta variações de freqüência superior àquela própria da sonda, de 2 ciclos por segundo, aproximadamente. Estas variações se configuram como ruído sobreposto ao sinal da sonda. Para clarificar o conceito, a figura [4a] apresenta um exemplo (não corresponde a um sinal real) com o sinal do sensor de oxigênio que salienta as variações de tensão sobrepostas, resultantes do desbalanceamento da relação ar/combustível. Em comparação, a figura [4b] apresenta um sinal ideal sem variações perceptíveis. 

2- Como resultado do desbalanceamento, a cada ciclo de combustão o virabrequim sofre acelerações e desacelerações de diferentes valores para cada cilindro. O monitor utiliza o sinal do sensor de posição do virabrequim ou sensor de rotação (CKP), para calcular a aceleração provocada pelo ciclo de combustão de cada cilindro e com isto, o grau de desbalanceamento correspondente. Este teste é intrusivo, ou seja, o monitor modula a quantidade de combustível injetada de forma a provocar uma alteração calibrada da mistura (enriquecendo e empobrecendo) com relação à estequiométrica. 

O monitoramento utilizando o sinal do sensor de oxigênio pré-catalisador é menos preciso e só permite determinar o desbalanceamento no conjunto de cilindros de um mesmo banco. Já o monitoramento utilizando a informação de rotação, sendo mais preciso, permite detectar o desbalanceamento de cada cilindro individualmente. 

Comentários