SISTEMAS DE

INJEÇÃO E

IGNIÇAO A

GASOLINA

Marco Pinto Nº12 TMCA 1218

Sistemas de Injeção a Gasolina

1. Introdução

O objectivo fundamental de um sistema de injecção de gasolina è fornecer ao motor a mistura de ar e gasolina em condições perfeitas para que a combustão se realize rapidamente com a queima completa de todo o combustível introduzido e libertação de toda a energia calorífica que esse combustível pode fornecer.

O objectivo do motor de explosão consiste em converter energia calorífica contida num combutível em energia mecânica ou dito de outra forma converter o calor em movimento. Para cumprir este objectivo é necessário, em primeiro lugar, dispor de um combustível que possua um alto poder calorífico e depois conceber uma máquina capaz de obter a transformação referida, isto é o que se passa mais ou menos satisfatoriamente nos nossos actuais motores de explosão.

A gasolina è o combustível próprio dos motores de explosão, trata-se de como toda a gente sabe de um derivado do petróleo ou “crude”, obtida por destilação

nas chamadas torres de destilação fraccionada das refinarias. A característica da gasolina pode-se resumir como sendo um líquido menos pesado que a água, já que um litro de gasolina pesa somente cerca de uns 700 gramas, possuí um elevado poder calorífico, isto é, uma grande energia calorífica durante a sua combustão que pode estabelecerse, em média, em cerca de 10500 quilocalorias por quilo de gasolina, o que significa que este quilo de gasolina é capaz de produzir um trabalho de quase 44000 quilojoules (Kj).

Para que a combustão se produza è necessário enviar para o interior da comera de combustão não só a gasolina mas também o ar que contenha a quantidade de oxigénio necessária para que a combustão do combustível seja perfeita. Um excesso de ar, por pequeno que seja, dá uma combustão pobre, reduzindo muito a força da expansão que se produz no momento da explosão. Como o ar em si não fornece energia calorífica, rouba espaço ao combustível e a combustão mesmo que seja completa, não pode ser completamente aproveitada por parte do motor. Por outro lado, uma falta de ar e uma percentagem superior de gasolina faz com que esta não possa ser completamente queimada, por falta de oxigénio, o que ocasiona um desperdício desnecessário de combustível, um consumo extraordinário do motor e um rendimento deplorável deste. É necessário ter uma ideia clara da quantidade de ar necessária para queimar uma determinada quantidade de gasolina.

O desenvolvimento dos sistemas de injecção permite uma melhor mistura do ar-gasolina e uma

ignição no tempo exacto, aproveitando melhor a quantidade de combustível utilizado. Reduzindo assim o consumo e as emissões de gases prejudicais ao meio ambiente e aumentando o rendimento dos automóveis.

2. História da injecção a gasolina

Numa resenha histórica, há que recordar que em 1893 a ideia da injecção já existia no mundo técnico.

Sob um ponto de vista técnico não se pode falar de injecção a gasolina até que os grandes fabricantes de motores a explosão para a aviação comercial começaramse a interessar por este novo sistema.

A aviação foi a primeira a encontrar graves problemas de carburação quando os aviões começaram a divulgar-se, devido à diferença de peso que caracteriza o ar em relação a altitude e nos sistemas de carburador é um verdadeiro pesadelo para os técnicos. Um motor perfeitamente afinado quanto à carburação perde ao nível do mar, 50% da sua potência, quando está a funcionar a cerca de 5400 metros de altura é um grande desafio este manter-se em funcionamento. Na aviação o motor precisa de render o máximo na subida e também durante a travessia, depois da grande guerra, os aviões comerciais começaram a aparecer e a fazer-se ao céus como tal foi necessário

desenvolver meios técnicos e sistemas para compensar a falta de enchimento dos cilindros devido à baixa pressão atmosférica, assim nasceram os trabalhos realizados com os compressores, por meio dos quais se conseguiram resultados apreciáveis por firmas de ponta, como a Mercedes-Benz, a Fiat, a Renault.

Pouco antes da Segunda Guerra Mundial a MercedesBenz já tinha experimentado bastante, em motores de aviação, sistemas de injecção a gasolina que foram postos em prática em 1935, em colaboração com a empresa Bosch pela primeira vez. O desenvolvimento destes sistemas dar-se-ia durante esta guerra e sempre no campo da aviação.

A primeira aplicação a injecção a gasolina no campo automóvel de que há notícia efectuou-se em 1948 no grupo de fabricantes de automóveis alemães que formavam a GDA, associação em que havia marcas que tinham tido grande prestigio antes da guerra, como a

HANSA, a NAG e a GOLIATH, a BORGWARD, A

LLOYD. Estas fizeram um plano de investigação comum para o fabrico de automóveis de muito baixo custo , com motores de manutenção e consumo muito económico, tal como requeria o caótico estado em que ficou a industria alemã depois da guerra. Investigou-se seriamente os sistemas de injecção de gasolina e criou-se um protótipo, que funcionou, em 1948. O protótipo era equipado com um sistema de injecção directa, cujo desenvolvimento foi

encomendado à GOLÇIATH, mas que não teve saída.

Os estudos não paralisaram, tantos os ingleses como os alemães e americanos foram investigando cada vem com maior futuro estes sistema. Em 1945 a firma MERCEDEBENZ lançou no mercado o seu primeiro automóvel de s´rie equipado com injecção de gasolina o modelo de grande turismo 300 SL. No ano seguinte fazia o mesmo a martca inglesa a JAGUAR e os norte-americanos lançavam o modelo Corvette da CHEVROLET pouco depois.

A partir da década de sessenta, a aplicação da injecção de gasolina foi cada vez mais popular em quase todas as marcas importantes de automóveis. Eram raras as que não tinham alguns modelos de luxo que não tivessem equipados com este sistema. Os Sistemas antigos de injecção eram bastantes incompletos para as necessidades do motor e para o futuro a que esta técnica estava voltada. Nos anos cinquenta, a injecção de gasolina era uma aplicação quase directa de um sistema de injecção diesel. A originalidade do sistema tem a ver com um mecanismo muito rudimentar de doseamento, constituído pelo pedal do acelerador, que actua simultaneamente sobre a quantidade de combustível injectado e a entrada do ar, isto é, controla a posição da cremalheira de doseamento da bomba, ao mesmo tempo que a borboleta de entrada do ar. O sistema não pode ser mais simples, mas dificilmente melhor que o que consegue o carburador no doseamento da mistura.

Em 1973, os sistemas L-Jetronic e K-Jetronic entraram em produção de série. Utilizavam a medição do

volume do ar. Mais tarde, o LH-Jetronic foi introduzido e fazia a medição dos volumes do ar independentemente da temperatura e da pressão.

Com base no sistema K-Jetronic, acrescentando uma unidade de controlo, inovou-se para o sistema KEJetronic. E para sistemas mono-cilindricos, partindo do sistema Mono-Jetronic criou-se o sistema MonoMotronic. Este sistema permitia a utilização da injecção de gasolina electrónica com uma unidade de controlo lambda, mesmo em pequenos veículos.

O sistema Motronic foi apresentado em 1979, e foi uma estreia mundial em diversas formas. Foi o primeiro sistema a combinar a injecção e ignição e assim melhorar a coordenação dos dois processos. O Motronic incluía um computador de alta performance, necessário para o primeiro sistema de controlo digital para motores. O Motronic foi assim o antecessor de outros sistemas modernos como o TCS- Sistema de controlo de tracção e o sistema de controlo de adaptação de carga ESP. Ambos os sistemas combinados com o Motronic proporcionam o aumento da segurança na estrada, reduzindo o binário do motor em situações perigosas.

3. Classificação dos sistemas de injecção

Pode-se classificar os sistemas de injecção consoante o processo

empregue para conseguir o doseamento de combustível. Existem dois tipos de sistemas, o mecânico e o electrónico.

A injecção pode ser classificada como sendo contínua ou intermitente. Em geral, são de injecção continua os sistemas mecânicos e intermitentes os electrónicos.

Os sistemas de injecção podem ainda ser distribuídos entre os que têm um injector por cada cilindro (injecção multiponto), que são a maioria, e os que têm um injector único para todos os cilindros (injecção monoponto).

Quanto ao tipo de injecção esta pode ser directa ou indirecta. Se o injector estiver em contacto com a própria câmara de combustão, e lança o combustível no seu interior o tipo de injecção é directo, se o lançamento de combustível se efectua numa posição anterior à válvula de admissão o tipo de injecção è indirecta. A injecção pode ser contínua se o combustível fluir constantemente enquanto o motor está em funcionamento ou descontínua se a injecção se dá no momento de abertura da válvula de admissão.

A quantidade de combustível fornecido no sistema descontínuo é muito precisa e está relacionada com a quantidade de ar que entrou pela admissão. O injector regula a quantidade de gasolina pelo tempo que permanece em aberto. Assim quando o motor trabalha em baixo

regime e portanto precisa de pouco combustível, o injector abre e fecha rapidamente e vai abrandando à medida, que as necessidades de fornecimento de combustível são maiores, por um aumento do número de rotações do motor ou maior carga.

4. Condições que deve reunir um sistema de alimentação

Um sistema de injecção perfeito deveria dispor de um sistema de medição do peso do ar e da gasolina para que, em qualquer condição, se conseguisse a dosagem adequada.

Quanto ao ar, deveria poder-se medir a sua temperatura e a altitude relativa ao nível do mar.

Quanto à gasolina deveria igualmente ter-se em conta a sua temperatura, que também a faz variar de peso. Com estes dados, teria de dispor de um sistema que lhe permitisse modificar o fornecimento de gasolina com respeito ao ar, para manter sempre a dosagem correcta que o motor requer em cada um dos seus múltiplos estados de funcionamento.

O Sistema de injecção deveria ter estritamente em conta a velocidade de rotação do motor para determinar a dosagem mais correcta em cada caso, para conseguir maior rapidez de combustão, de acordo com o tempo que dispõe enriquecendo ligeiramente a mistura segundo os casos.

O sistema de injecção deveria ter em conta o estado da temperatura do motor, para adaptar a dosagem a circunstância.

Um motor frio requer uma mistura muito mais rica no arranque e progressivamente menor, até que consegue a temperatura mínima de funcionamento.

O sistema de injecção deveria dispor de um analisador de gases de escape que fornecesse permanentemente informação sobre as proporções poluidoras dos resíduos da combustão, para que se pudesse corrigir imediatamente a dosagem, à média que os resíduos ultrapassassem os limites autorizados.

Até ao momento, pode-se dizer que estes quatro pontos não são conseguidos plenamente por nenhum dos sistemas de alimentação utilizados nos nossos motores ainda que já existam sistemas muito próximos.

5. Sistemas de injeção a gasolina

Os sistemas de injeção focados neste trabalho são da empresa BOSCH, visto ser um dos principais líderes em componentes e sistemas para automóveis.

5.1. Sistema K-Jetronic

O sistema K-jetronic é do tipo mecânico-hidrálico, mas apesar disso, não necessita de qualquer accionamento, por parte do motor.

A injecção contínua e o doseamento obtêm-se em função do volume de ar aspirado pelo motor.

Figura 1. Diagrama do sistema K-Jetronic

5.1.1. Descrição dos elementos que compõem

o K-Jetronic

Figura 2. Diagrama do Sistema K-Jetronic

•Medidor do caudal de ar - Este move um êmbolo doseador de acordo com o volume de ar que deixa passar, entra mais ou menos gasolina de acordo com a quantidade de volume de ar.

•Bomba de gasolina – Consiste num corpo com um acessório de entrada e outro de saída. No seu interior roda, com velocidade constante um motor eléctrico que puxa a gasolina através da entrada para a sua saída, a gasolina entra num sistema fechado com uma determinada pressão que vai ser regulada através dos outros componentes do sistema nomeadamente o regulador de pressão e o acumulador de pressão.

•Acumulador de Pressão - Durante o funcionamento do motor, o acumulador contribui para manter a pressão do circuito estável.

•Regulador de pressão - O regulador de pressão tem por missão manter a pressão de trabalho entre 4,7 a 5,5 bar no circuito de injecção.

•Doseador-Distribuidor de combustível - Este dispositivo doseia a quantidade de gasolina que alimenta os injectores em função do ar aspirado pelo motor.

•Termocontacto temporizado - é uma sonda que está montada na cabeça do motor ou no bloco, em contacto com a água de arrefecimento. No seu interior possui uma lâmina bimetal, composta por duas fitas, soldadas entre si, de

mentais com diferentes índices de dilatação. No bimetal estão enroladas duas resistências térmicas: uma fecha o circuito directamente à massa e a outra fá-lo pelos contactos do bimetal. Ao termocontacto chegam duas correntes, uma de aquecimento do bimetal, que provém do comutador de ignição e arranque, e a outra, procedente do injector de arranque, que passa pelo bimetal e fecha o circuito à massa pelos contactos.

Quando por efeito do calor recebido das resistências, o bimetal se curva, separa os contactos e impede o funcionamento do injector de arranque e anula uma das resistências. O calor que seria produzido na resistência anulada será substituído pela temperatura da afua ao aquecer o motor. Com este comportamento o injector de arranque não funciona se o motor estiver

quente

•Injector de arranque a frio – Este è constituído por um núcleo magnético móvel, que está submetido à pressão de uma mola, fechando mediante uma junta a entrada de combustível. Quando o enrolamento do electroíman é percorrido por uma corrente vai atrair o núcleo abrindo a passagem da gasolina e esta entra no bico do injector tangencialmente fluindo por ela em forma de remoinho. O electroíman activa-se quando funciona o motor de arranque e a corrente encontra a massa através do termocontacto temporizado, o tempo

de injecção é em função da temperatura do motor.

•Comando de ar adicional - Durante o aquecimento para que o motor rode no ralenti acelerado, como a borboleta está fechada, não chega o ar que entra pela conduta de ralenti normal. A caixa ou comando de ar adicional controla um tubo que circunda a borboleta de admissão, permitindo uma passagem maior de ar, que dá lugar a uma mistura mais rica com a gasolina que o êmbolo doseador, por influência do regulador de aquecimento proporciona em maior quantidade do que ao ralenti. O Tubo adicional pode ser fechado pela comporta deslizante, esta comporta e movida por um braço bimetal que tem enrolada uma resistência. Com o motor frio, a comporta está totalmente aberta, quando é accionada a chave de contacto, chega á resistência vinda do relé taquímetro ou de comando, uma corrente eléctrica que aquece o bimetal. À medida que este aquece, encurva-se e fecha a comporta. Com motor à temperatura de regime de funcionamento, a comporta fecha totalmente a conduta de ar adicional, e entra em funcionamento o circuito de ralenti.

•Injectores – Consta de um corpo, que termina numa rosca para fixar o tubo de chegada da gasolina, e uma parte hexagonal para fixar com uma chave ao apertar o acessório de ligação. A fixação ao colector de admissão faz-se à pressão, com

interposição de uma peça moldada de borracha, para evitar que o calor do colector passe para o injector. Dentro do corpo existe um filtro metálico muito fino, no extremo da válvula. A válvula tem uma mola calibrada de modo a abrir quando a pressão da gasolina for superior a 3,6 bar. Atingida esta, a gasolina sai de forma contínua finamente pulverizada, formando uma espécie de nevoeiro que é absorvido, juntamente com o ar, quando se abre a válvula de admissão.

5.1.2. Funcionamento do sistema K-Jetronic

A gasolina sai do depósito, aspirada por uma bomba eléctrica de tipo rotativo, e é enviada para um acumulador, do qual sai por um filtro, e chega ao doseador-distribuidor. Este último está contido no regulador de mistura, em paralelo com ele está o regulador de pressão, que se encarrega de estabelecer a pressão do sistema, o excesso de gasolina regressa ao depósito.

Do doseador-distribuidor, a gasolina chega aos injectores, um por cada cilindro, que a injectam de forma contínua enquanto a pressão do circuito for superior á da sua regulação.

O ar passa pelo filtro (semelhante ao dos motores alimentados por carburador), e dele para o tubo de admissão.

À entrada do colector existe uma placa suspensa que è o medidor de caudal. O medidor de caudal controla o doseador-

distribuidor e também está incluído no regulador da mistura.

No inicio do colector está montada a borboleta do acelerador, que neste caso regula a quantidade de ar que o motor aspira.

O ar e a gasolina misturam-se imediatamente antes da válvula de admissão.

A bomba de combustível è movida por um pequeno motor eléctrico que começa a funcionar quando, ao colocar a chave de contacto da ignição, se activa o relé de comando.

A gasolina que é aspirada do depósito passa para o acumulador, que tem a função de amortecer as vibrações produzidas pela bomba e conservar a pressão pelo menos durante um certo tempo depois de o motor ter sido desligado.

A seguir a gasolina passe pelo filtro de papel e chega ao distribuidor de combustível.

O regulador de mistura está encarregado de dosear a gasolina que chegará aos injetores. O regulador de mistura é composto por três partes essenciais, o doseador distribuidor, o regulador de pressão e o medidor de caudal.

O regulador de pressão é uma válvula em derivação que, quando a pressão do circuito é superior ao estabelecido (de 4,7 a 5,5 bar, consoante o motor), devolve parte da gasolina ao depósito.

Figura 3. Regulador de pressão

Conforme se pode ver na figura 3, o regulador de pressão têm uma entrada de combustível (1), têm uma saída de retorno (2), e uma conexão para o colector de admissão (7).

Figura 4. Regulador de pressão

Quando o ar aspirado pelo motor se encontra com a placa levanta-a, tanto mais quanto mais ar entrar, e o braço da alavanca empurra o êmbolo deslizante que dá maior passagem de gasolina à parte superior das válvulas.

5.2. Sistema KE-Jetronic

Este sistema é o mesmo que o K-Jetronic, com algumas melhorias eletrónicas que já existia no sistema L-Jetronic e em outros mais complexos.

KE-Jetronic é um sistema que trabalha basicamente como o K-Jetronic que está acima descrito, a que se juntam alguns controles de maior precisão e doseamento, determinados por uma unidade electrónica de controlo (ECU), que dá instruções segundo diversos parâmetros.

5.3. Sistema D-Jetronic

Foi o primeiro sistema de injecção electrónico, a ser integrado nos veículos de passageiros. Este sistema conseguia controlar a quantidade de gasolina injectado na câmera de combustão através do tempo de abertura dos injectores. A ECU deste sistema já conseguia receber dados relativamente á temperatura, e velocidade e pressão do ar. Este sistema acompanhou a evolução das bombas eléctricas de combustível, que permitiam uma pressão constante nos injectores.

Figura 3. Bomba de combustível

5.4. Sistema de injecção electrónico e

intermitente L-Jetronic

O sistema de injecção L-Jetronic injecta a gasolina nas condutas de admissão de forma intermitente, em quantidades calculadas pela unidade electrónica de controlo. A injecção dá-se em simultâneo em todos os injectores, uma vez em cada rotação do motor.

O colector de admissão é um amplo tubo paralelo ao motor e dele partem tantos tubos de admissão quanto os cilindros do motor, em cada tubo de admissão existe um injector. As injecções, neste sistema, não coincidem expressamente com os tempos de admissão, em cada uma deposita-se na conduta de admissão metade do combustível necessário para cada explosão, que é, no tempo de admissão, arrastado pelo ar para o interior do cilindro.

A gasolina é aspirada do depósito por uma bomba eléctrica do mesmo tipo que a utilizada no sistema KJetronic e, depois

de passar pelo filtro, chega directamente à rampa ou tubo distribuidor a que estão ligados, em derivação, todos os injectores. Também situada na rampa de injectores está o regulador de pressão, que mantêm a pressão constante sobre os injectores e devolve ao depósito o combustível em excesso. O ar, procedente do filtro, entra no colector de admissão pelo medidor de caudal, passa depois pela borboleta de admissão e distribui-se pelas condutas de admissão, nas quais estão instalados os injectores.

Figura 3. Circuito fechado por onde passa a gasolina

Tanto o indicador/medidor de caudal como a borboleta enviam informações sobre a respectiva posição à unidade electrónica de controlo (UEC). A UEC recebe outras informações provenientes do distribuidor de ignição, que determina o número de rotações, e o momento da injecção, das sondas de temperatura do motor e da sonda lambda instalada no tubo de escape, que mede a proporção de oxigénio que os gases de escape contêm.

Figura 4. Injector electromagnético

Os injectores são válvulas electromagnéticas que recebem a pressão constante existente na rampa de injectores e que se abrem para deixar passar a gasolina quando recebem um impulso eléctrico proveniente da UEC, a duração deste impulso determina a quantidade de gasolina injectada. Isto acontece em todos os injectores ao mesmo tempo, uma vez a cada ciclo do motor.

O funcionamento e a missão do injector de arranque a frio são semelhantes ao do K-Jetronic. Também a passagem e regulação de ar de ralenti e a caixa-de-ar são semelhante ás do K-Jetronic,

A missão da borboleta de admissão é igual ao da KJetronic, mas neste caso o eixo da borboleta acciona uma caixa de contactos que indica a UEC se está aberta ou fechada.

5.5. Sistema de injecção LH-Jetronic

O sistema de injecção LH-Jetronic está muito relacionado com o L-Jetronic, a diferença que existe entre eles reside na forma de medir o ar aspirado pelo motor e na nova UEC, que optimiza a relação ar-

combustivel seja qual for a relação carga-numero de rotações com o que se consegue um menor consumo e uma menor emissão de gases nocivos.

Figura 5. Diagrama do sistema LH-Jetronic

O medidor de caudal, neste caso, é constituído por um fio de platina, situado à entrada do colector de admissão, que faz parte de um circuito eléctrico e que, graças à corrente que o atravessa, se mantém a uma temperatura constante, superior à do ar aspirado. O ar, na sua passagem, tende a arrefecer o fio, pelo que este tem de aumentar a corrente para manter a temperatura, estas variações de corrente servem de informação à UEC para fazer as correcções oportunas. O calor cedido pelo fio é proporcional à massa de ar e à respectiva temperatura.

Entre as vantagens do novo sistema em relação ao medidor de caudal do L-Jetronic, cabe referir a ausência de peças móveis ou uniões mecânicas (que podem ser origem de estrangulamentos e desgastes), as perdas de carga do ar quando as placas se levantam e a obstrução que estas representam à sua

passagem, a medição instantânea do ar (dando lugar a uma resposta mais rápida do motor). Como as variações da resistência do fio quente dependem da massa de ar e da sua temperatura, e não do volume, as correcções dependentes da altitude do lugar, da pressão atmosférica ou da temperatura ambiente são efectuada automaticamente.

5.6. Sistema Mono-Jetronic

O sistema Mono-Jetronic é também de comando electrónico e de injecção intermitente mas ao contrário dos anteriores, só dispõe de um injector, que se situa à entrada de admissão, acima da borboleta de admissão, e alimenta todos os cilindros do motor. É o mais simples da gama Jetronic.

5.7. Sistema Motronic

O sistema Motronic controla o doseamento de combustível e o avanço da ignição na mesma UEC, calculando o avanço em função da carga do motor e do seu número de rotações.

Figura 6. Sistema Motronic

Neste sistema a bobine é alimentada directamente a partir da UEC.

O cabo de alta tensão da bobine liga-se ao distribuidor, este é simplesmente isso um distribuidor. No seu interior não existem platinados nem sensores electromagnéticos, nem contrapesos de avanço automático. Todas estas funções são determinadas pela UEC de acordo com os sinais que recebe dos sensores de referência angular e de rotação com referência ao volante do motor.

O captador de referência angular determina o momento teórico do salto das faíscas e o sensor de rotação informa sobre a rotação do motor. Com estes dados e os que lhe fornecem os diferentes sensores, a UEC envia corrente ao primário da bobine, para que se formem os impulsos de alta tensão e sejam distribuídos as velas no momento apropriado.

A UEC dispõe de um circuito de diagnóstico permanente que reconhece os defeitos nas sondas e demais elementos do sistema de injecção. Memoriza os parâmetros de avarias, que se podem conhecer mediante verificadores de diagnóstico.

O sistema Motronic continuou a ser desenvolvido, e a evoluir, o distribuidor deixou de existir, passando a haver sensores, em lugar deste. A alta tensão passou a ser criada não por uma bobine mas sim por várias bobines, uma por cada

cilindro. A UEC, envia os pulsos necessários para cada bobine e controla o avanço da ignição o tempo de explosão.

A UEC, do sistema Motronic, em vez de adaptar a velocidade do motor à posição do pedal do acelerador, como faziam os sistemas antigos, o Motronic controla o binário requerido pelo condutor. Tem em conta todas as influências medidas, desde o veículo ao seu ambiente – para um desempenho do motor espontâneo e optimizado, um rápido arranque e um funcionamento sem dificuldades, quaisquer que sejam as condições ambientais.

5.8. Sistema DI-Motronic

O sistema DI-Motronic, é uma evolução do Motronic, onde houve uma evolução da UEC, onde esta permite, ajustar todos os parâmetros relevantes a determinadas condições de condução. Esta unidade electrónica permite uma redução de 15% de combustível e de um maior binário.

Figura 7. UEC do sistema Di-Motronic

O sistema de injecção DI-Motronic para além da UEC, avançada utiliza o método

de injecção directa. Os injectores também têm evoluído, para além dos electromagnéticos, existem os injectores piezoeléctricos que têm um têm um tempo de resposta 2 vezes mais rápidos aos electromagnéticos.

Figura 8 Tipos de injectores

6. Conclusões

Cada vez mais quem desenvolve peças de tecnologia automóvel centra os seus esforços de forma a reduzir o consumo e a emissão de gases poluentes, tornando assim os carros mais económicos e mais amigos do meio ambiente. Os sistemas de injecção vieram melhorar a performance do automóvel e torná-los mais amigos do ambiente, pois os novos sistemas de injecção controlam tanto a mistura como a ignição, fazendo com que exista total queima do combustível injectado na câmara de combustão.

A electrónica veio a ajudar a ultrapassar mais facilmente, os problemas que eram nos eram impostos no sistema de alimentação

com controlo mecânico e obter uma maior precisão. A electrónica permitiu o surgimento de novos tecnologias no ramo automóvel,

tornando esta uma máquina mais segura, mais amiga do ambiente, mais confortável.

Sistemas de Ignição

Resumo

A necessidade do sistema de ignição deve-se ao facto de que, uma vez comprimida a mistura gasolina-ar na câmara de combustão do

sistema de injecção, este necessita de algo para fazer a ignição da respectiva mistura. O sistema de ignição transforma a tensão eléctrica fornecida pela

bateria numa tensão muito elevada para alimentar as velas de ignição. A elevada tensão eléctrica aplicada aos terminais das velas, produz uma poderosa faísca entre os seus eléctrodos, que por sua vez faz a ignição da mistura que circula dentro de cada cilindro do motor de combustão. A explosão resultante na câmara de combustão força o pistão a movimentar-se dando continuidade ao ciclo de rotação do motor.

1. Introdução

O sistema de ignição foi aquele que sofreu as maiores modificações ao longo das últimas décadas quando se fala no controlo do funcionamento do motor. Para se compreender melhor o funcionamento deste sistema é

fundamental, apesar de estar praticamente extinguido nos automóveis actuais, estudar o sistema de ignição convencional. Na figura 1 é possível visualizar-se o sistema de ignição convencional.

Basicamente o seu objectivo continua inalterado, ou seja, fornecer ao motor uma faísca capaz de inflamar a mistura

gasolina-ar. Contudo, vários componentes continuam presentes nos sistemas actuais como é o caso dos cabos de alta tensão, a bobina e as velas. Outros foram extinguidos como é o caso do distribuidor.

Nas últimas décadas as grandes alterações deveram-se, principalmente, ao aparecimento da electrónica de potência e à evolução da microelectrónica. Inicialmente pode-se destacar a ignição

electromecânica com ruptor de contactos, também conhecido pelo sistema convencional, neste sistema o distribuidor encarregava-se não só de interromper a passagem da corrente pelo primário da bobina, por meio de contactos mecânicos (platinados), mas também, de estabelecer os ângulos de avanço requeridos de acordo com a velocidade de rotação do motor. Este sistema efectua a sua função com

bastante inexactidão e possui um rendimento muito baixo.

Por volta dos anos 70, dá-se a grande inovação, o sistema de ignição electrónica sem contactos, mediante as quais o corte da passagem da corrente pelo primário da bobina se efectua sem desgaste, por processos magnéticos.

Já nos anos 80, estes sistemas sofrem modificações significativas, com o aparecimen

to do sistema de ignição integral, onde os avanços de ignição já não continuam a cargo do distribuidor mas sim a cargo da UCE (Unidade de Controlo Electrónica).

Na década de 90, surge o sistema de ignição sem distribuidor (distributorless) , em que existe uma bobina por cada dois cilindros. Mais tarde surge também, o sistema de ignição sem distribuidor com uma bobina

integrada por cilindro.

2. Sistema de

Ignição Convencional

Apesar deste sistema estar praticamente extinguido é importante conhecer o seu modo de funcionamento assim como os seus principais elementos.

Este sistema é constituído basicamente pela bateria, chave de ignição, bobina de ignição, distribuidor, cabos de alta tensão e velas de ignição.

Quando se dá o fecho do circuito por intermédio da chave de

ignição, a corrente procedente da bateria passa pelo primário da bobina e, daqui, aos contactos do ruptor, que por se encontrar fechado, deixa passar a corrente à massa. Quando a came gira, ergue o contacto e corta a passagem da corrente pelo ruptor. Neste momento e em virtude da indução electromagnética, produz-se a indução da bobina, criando-se um impulso de alta tensão que passa pelo

de uma corrente de alta tensão no enrolamento secundário Figura 1 – Sistema de Ignição Convencional

cabo até à cabeça do distribuidor. Aqui o contacto móvel do distribuidor vai repartindo a corrente que recebe sucessivamente a cada uma das velas, produzindo-se a faísca na vela adequada. Cada vez que o ruptor separa os seus contactos (platinados), induz-se uma corrente no enrolamento secundário da bobina que cessa quando os contactos tornam a fechar-se.

2.1 - Bateria Na maior parte dos automóveis a fonte de alimentação para o sistema de ignição é a bateria ou o alternador.

No caso da bateria, ela transfere potência à bobina de ignição. Tipicamente, ela está dividida em compartimentos separados denominados por células. Cada célula produz aproximadamente 2V quando a bateria está totalmente carregada, portanto para se obter 12V são precisas 6 células, como se pode ver na figura 2.

Normalmente, uma bateria tem uma tensão de saída de 12V contínuos. A corrente produzida pela bateria é muitas vezes medida em Ampere/hora (A/h).

Figura 2 -

Bateria 2.2 - Bobina de Ignição

Todos os sistemas de ignição contém uma bobina de ignição. Esta, é um tipo de transformador eléctrico que converte uma baixa tensão eléctrica em alta tensão eléctrica.

A bobina de ignição baseia o seu funcionamento no princípio da indução magnética. Esta é constituída por dois enrolamentos, o enrolamento primário e o enrolamento secundário. O enrolamento secundário tem um

número muito maior de espiras relativamente ao primário, permitindo assim obter-se um elevado crescimento da tensão eléctrica.

O enrolamento primário está conectado à bateria, que por sua vez lhe aplica uma baixa tensão aquando do fecho do circuito através da chave de ignição. Quando a corrente flui pelo enrolamento primário é criado um campo magnético muito forte à volta deste, como se pode ver na figura 3.

Figura 3 – Campo

Magnético

Se a corrente que circula no enrolamento primário for repentinamente interrompida, ela irá sofrer uma elevada variação num curto espaço de tempo, o que vai proporcionar uma elevada variação do campo magnético, induzindo assim uma elevada tensão eléctrica no enrolamento secundário nesse mesmo espaço de tempo.

Como o enrolamento secundário tem um número de espiras bastante superior relativamente ao primário, a tensão induzida nele será também muitas vezes superior.

Tipicamente, nos sistemas automóveis, é aplicada uma tensão de aproximadamente 12V no primário, sendo a tensão induzida no secundário de 20.000 a 90.000V.

O enrolamento secundário está conectado à cabeça do distribuidor, que por sua vez direcciona a corrente às velas de ignição através dos cabos de alta tensão.

Na figura 4 pode-se visualizar o aspecto de uma bobina de ignição.

Figura 4 – Bobina de

Ignição 2.3 - Distribuidor Existem dois tipos de sistemas de ignição que são usados para controlar as faíscas nas velas: sistemas com distribuidor (sistema convencional) e sistemas sem distribuidor.

Nos sistemas com distribuidor, uma única bobina de ignição alimenta todas as velas do motor. O distribuidor é usado para direccionar a alta tensão da bobina

de ignição para as velas de ignição. Um simples esquema do sistema de ignição com distribuidor pode ser visto na figura 5.

Figura 5 – Sistema com distribuidor

O distribuidor é um aparelho que desempenha ao mesmo tempo três importantes funções: em primeiro lugar, dispõe do ruptor que é o mecanismo por meio do qual se pode interromper a corrente pelo

enrolamento primário da bobina para que se produza a indução da corrente de alta tensão. Em segundo lugar, conta com os dispositivos de avanço automático que comandam o momento do salto da faísca na vela, de acordo com a velocidade de rotação do motor. Por último, dispõe de um contacto móvel distribuidor da corrente de alta tensão a cada uma das velas de que consta o motor.

Na figura 6 pode-se ver um distribuidor para um motor com quatro cilindros. Na parte inferior deste aparelho estão situadas as engrenagens do eixo do distribuidor e do eixo de comando. No meio está o corpo do distribuidor, parte de controlo, onde se encontra o ruptor para comando da corrente que

circula no enrolamento primário e, também, os mecanismos de avanço automático (avanço centrífugo e avanço por vácuo). Na parte superior, está situada a cabeça do distribuidor que se encarrega de transportar a corrente de alta tensão para a respectiva vela, assim como o rotor ou contacto móvel que faz a ligação do terminal de alta tensão procedente da bobina com o terminal de alta tensão da respectiva vela.

Figura 6 – Distribuidor de Ignição

2.3.1 – Corpo do Distribuidor O corpo do distribuidor contém a parte de controlo da corrente, ou

seja, a parte de baixa tensão, incluindo o ruptor e os mecanismos de avanço.

É nesta parte do distribuidor que se situa o ruptor que está encarregue de fazer o corte da corrente no enrolamento primário, os mecanismos de avanço para determinar o timing de ignição das velas e também o condensador responsável pela eliminação da faísca entre os platinados e pelo melhoramento da faísca nas velas.

Na figura 7 é possível visualizar o corpo do

distribuidor visto de cima.

Figura 7 – Corpo do

distribuidor

2.3.2 – Cabeça do Distribuidor A cabeça do distribuidor é a parte que está encarregue de transportar a corrente de alta tensão do enrolamento secundário da bobina até à vela correspondente.

Na figura 8 é possível ver a tampa da cabeça do distribuidor assim como o contacto móvel encarregue de direccionar a corrente do terminal de alta tensão da bobina e o terminal de

alta tensão das velas.

Figura 8 – Tampa e contacto móvel do distribuidor

No centro da tampa do distribuidor é feita a ligação entre o cabo proveniente da bobina e uma escova de carvão, que por sua vez está em contacto com o contacto móvel pela acção de uma mola. Quando o contacto móvel gira, a corrente procedente da escova central atravessa o eléctrodo metálico e salta, sob a forma de faísca, para cada um dos terminais das velas.

2.3.3 – Mecanismo de Interrupção da

corrente O mecanismo de corte da corrente no enrolamento primário usado no sistema de ignição convencional não é mais usado nos automóveis modernos, a não ser no caso particular de carros clássicos que são restaurados. Este mecanismo foi usado nos automóveis fabricados entre a década de 20 até meados da década de 70, é ainda hoje estudado devido à sua fácil compreensão de como ele funciona, servindo também de base para compreender melhor os mecanismos posteriores.

Os principais componentes deste mecanismo podem ser

vistos na figura 9. Neste sistema, existe um par de contactos (um móvel e outro fixo, platinados), ligados ao enrolamento primário e à massa, montados no interior do corpo do distribuidor. Estes contactos abrem e fecham o circuito conforme a rotação da came que se encontra montada no eixo do distribuidor, eixo este que é guiado pelo eixo de comando do motor. Quando contactos dos platinados estão em contacto, a corrente circula no enrolamento primário da

bobina criando um campo magnético(figura 9A). Como a came continua a rodar, o excêntrico faz movimentar o ruptor que vai interromper o contacto entre os contactos dos platinados, interrompendo o fluxo de corrente no primário da bobina, obtendo-se uma grande variação do campo magnético, que por sua vez vai induzir uma elevada f.e.m. no secundário da bobina, alimentando assim a vela de ignição(figura 9B).

Figura 9 – Mecanismo de interrupção da corrente

A came do

distribuidor é guiada pelas engrenagens do seu eixo e do eixo do comando que faz parte do motor. O número de excêntricos existentes na came é o mesmo que o número de cilindros do motor. 2.3.4 – Os Platinados Os platinados usualmente

transportam entre 3 e 4 amperes de corrente, e devem abrir e fechar aproximadamente 10.000 vezes por minuto a uma velocidade de rotação média. Para manipularem esta difícil tarefa, os platinados devem ser feitos de materiais de alta qualidade. A maior parte são feitos de um tipo de aço de alta qualidade coberto com uma camada de tungsténio.

No braço móvel ou martelo está fixo um taco denso de fibra que se encarrega de mover o martelo quando em contacto com o excêntrico abrindo o circuito (figura 10).

Figura 10 – Contactos

abertos

À medida que a came roda, a mola empurra o martelo e fecha os contactos para que a corrente possa passar através destes para a massa (figura 11).

Figura 11 – Contactos fechados

2.3.5 – Condensador Quando se dá a abertura dos contactos, para se evitar o aparecimento de um arco eléctrico entre estes, coloca-se entre eles um condensador ligado em paralelo. Este condensador absorve e armazena a corrente, ajudando o sistema de ignição a trabalhar de uma forma mais eficiente. Após o fecho dos contactos, a corrente é descarregada do condensador.

2.3.6 – Mecanismos de Avanço Automático

Qualquer que seja a velocidade do motor, a duração da combustão é invariável. Quando o

motor funciona em marcha lenta, a ignição ocorre no momento em que o pistão alcança o ponto morto superior (PMS) do seu curso, o que proporciona o tempo necessário para que a expansão dos gases empurre o pistão para baixo. À medida que a velocidade do motor aumenta, reduz-se o intervalo de tempo entre a subida e a descida do pistão, pelo que a ignição deve ser antecipada para que haja o tempo necessário para a combustão e a expansão. Consegue-se este efeito por meio de

um mecanismo centrífugo de regulação do avanço, que pode ser completado com um dispositivo de avanço por vácuo.

● Avanç

o Centrifugo – Consiste num par de contrapesos que se mantêm junto ao eixo do distribuidor por acção de molas. A força centrifuga, actuando nos contrapesos, afasta-os progressivamente do eixo à medida que a velocidade do motor vai aumentando. Os contrapesos estão ligados à came de tal maneira, que quanto mais afastados estão do eixo, mais

cedo abrem os contactos dos platinados. Este mecanismo pode ser analisado na figura 12.

Figura 12 – Avanço Centrífugo

● Avanç

o por vácuo – Funciona por meio do vácuo criado no colector de admissão. Ao abrir-se a borboleta, a sucção actua sobre um diafragma, o que faz antecipar o

momento em que se dá a faísca, modificando a posição dos platinados em relação ao excêntrico. Com a borboleta completamente aberta, a força exercida sobre o diafragma é reduzida e verifica-se um menor avanço por vácuo. Este mecanismo pode ser analisado na figura 13.

Figura 13 – Avanço por

vácuo

2.3.7 – Ponto de Abertura A distância entre os contactos dos platinados quando estes estão abertos é chamada de ponto de abertura (point gap)(figura14). Esta distância deve ser a correcta para que o motor trabalhe eficazmente. Quando o motor começa a trabalhar, o ponto de abertura deve ser suficientemente largo para prevenir corrente sob a forma de faísca entre os contactos. Contudo, se o ponto de abertura for muito pequeno, os contactos iram-se deteriorar rapidamente quando o motor tiver a trabalhar a baixas rotações. Quando uma faísca salta entre os contactos

devido a um ponto de abertura muito pequeno, a vela provavelmente não irá fazer a ignição no timing certo.

Figura 14 – Ponto de Abertura

2.3.8 – Ângulo Dwell

O ângulo dwell é o ângulo em graus que a came do distribuidor roda durante o tempo em que os contactos dos platinados estão

fechados. Quando o taco de fibra que está fixo ao martelo (rubbing block) é alcançado pelo excêntrico da came, os contactos abrem e o período dwell termina. Seguidamente, quando o taco está sob a superfície plana da came, um novo período dwell começa. Este ângulo dwell é muito importante para um apropriado funcionamento do sistema de ignição.

Existem 360 graus num círculo, assim o ângulo dwell máximo para um determinado motor é de 360 graus a dividir pelo seu número

de cilindros. Logo, um motor com 6 cilindros terá uma came com 6 excêntricos, ou seja, 60 graus de rotação entre cada excêntrico.

Portanto, o ângulo dwell máximo para um motor de 6 cilindros será de 60 graus. Se para este motor este ângulo for superior, os contactos iram permanecer sempre fechados, não havendo interrupção da corrente que circula no enrolamento primário da bobina, logo também não será produzida a faísca nas velas. Em contraste, se este ângulo fosse muito

próximo de zero, os contactos iriam permanecer abertos e não iriam fechar o circuito, não havendo restituição do campo magnético, logo não haveria faísca nas velas.

O ângulo dwell e o ponto de abertura estão relacionados, se um aumenta, o outro diminui e viceversa.

Normalmente, a técnica usada para ajustar os contactos é pela técnica dwell, por ser mais fácil e mais precisa no referido ajuste. Contudo, a técnica dwell requer um instrumento especializado chamado

“testador dwell”. Este instrumento mede o tempo que os contactos depois de abertos demoram até serem fechados, e calcula o tempo, em graus, da rotação da came do distribuidor.

2.4 – Cabos de alimentação

Os cabos de alimentação do sistema de ignição podem ser de dois tipos: cabos do primário e cabos do secundário.

Os cabos do primário transportam elevadas correntes a baixas tensões da bateria para os componentes de ignição.

Estes cabos são feitos de condutores com um diâmetro largo e cobertos com uma fina camada de material isolador. Em contraste, os cabos do secundário são usados para transportar pequenas correntes mas a elevadas tensões. Estes cabos são feitos de condutor com pequeno diâmetro e cobertos com uma grossa camada de isolamento de borracha ou plástico.

A figura 15 mostra uma comparação entre estes dois tipos de cabos.

Figura 15 – Cabos de alimentação

2.5 – Velas de Ignição

As velas de ignição, também conhecidas por inflamadores, são os elementos onde se produz a faísca responsável pelo desencadear da combustão da mistura no interior dos cilindros. Esta faísca resulta da elevada diferença de potencial existente entre dois eléctrodos, em que um se encontra ligado à massa e o outro ao cabo que traz a corrente de alta tensão do distribuidor.

Figura 16 –

Vela de Ignição

Como se pode observar na figura 16 uma vela é constituída por um canhão metálico, que permite a fixação ao bloco motor e que tem na sua extremidade um eléctrodo de massa, tem ainda um eléctrodo central com uma das extremidades ligada ao cabo de alta tensão e outra por onde salta a faísca. Um isolante separa o eléctrodo

central do canhão metálico.

Relativamente ao seu tipo as velas consideram-se divididas em frias e quentes, conforme a velocidade de dissipação do calor do eléctrodo é mais ou menos rápida. O poder de refrigeração depende da condutividade térmica do material exposto às altas temperaturas, ou da extensão do trajecto para perda das calorias. Quanto mais longo for este trajecto menor são as perdas de calor.

No que respeita à escolha das velas é necessário

ter em consideração as indicações do fabricante, mas, caso não se disponha destas informações, não se deve geralmente optar por uma vela demasiado fria, pois esta pode dificultar a combustão, já as demasiado quentes podem tornar-se incandescentes originando combustões extemporâneas.

3. Sistema de Ignição Electrónica Com o aparecimento da Electrónica de Potência, um passo de gigante foi dado para o aparecimento

de novos e melhores sistemas de ignição.

Inicialmente, evoluiu-se para a ignição transistorizada com platinados, que utilizava um bloco electrónico constituído por transístores de controlo e potência entre o enrolamento primário e os platinados para limitar a quantidade de corrente eléctrica que circulava nestes. Por esta altura, também surgiria a ignição capacitiva que baseava o seu funcionamento na acção de descarga de um condensador sobre o enrolamento

primário da bobina, este sistema era utilizado principalmente em automóveis de competição.

Por volta dos anos 70, dá-se outra grande inovação, o sistema de ignição electrónica sem contactos, mediante as quais o corte da passagem da corrente pelo primário da bobina se efectuava sem desgaste, por processos magnéticos.

Com a constante evolução da electrónica, o sistema de ignição começa a incorporar na sua constituição uma unidade computaciona

l capaz de fazer o processamento de dados enviados por vários sensores sobre as diferentes características do motor, esta unidade é conhecida pela Unidade Electrónica de Controlo – UEC (ou, ECU do inglês Electronic Control Unit). A partir desta altura, por volta dos anos 80, os sistemas de ignição tinham sofrido já uma grande evolução desde os seus primórdios, sendo aqui todo o processo do avanço automático de ignição feito já pela ECU deixando de

estar a cargo do distribuidor. Até então o distribuidor tinha apenas um pequeno sensor para corte da corrente no primário e era usado para fazer a distribuição da alta tensão para as velas. Ao longo desta década, a ECU e os sensores utilizados foram evoluindo, com isto, deu-se também a evolução do sistema de ignição integral, ficando a partir deste momento a ECU encarregue do corte da corrente no enrolamento primário assim como todos os outros

processos de monitorização do estado do motor. O distribuidor passou somente a ser utilizado para a distribuição da alta tensão para as velas.

A partir da década de 90, até aos dias de hoje, deu-se uma evolução a nível da ECU e dos sensores que a ela estão associados, e assistiu-se ao desaparecimento do distribuidor com o aparecimento dos sistemas de ignição directa (SID), que usam uma bobina para cada par de cilindros, ou uma bobina para cada cilindro como se verá no próximo capítulo.

4. Sistemas de Ignição Directa

4.1 - Introdução

Os avanços nos motores modernos exigiram sistemas de ignição mais potentes e ainda mais seguros. Os grandes fabricantes como a Bosch, trabalham constantemente para desenvolverem sistemas de ignição cada vez mais eficientes, robustos e que proporcionam rendimentos cada vez mais elevados nos motores dos modernos automóveis. Estes sistemas são capazes de gerar alta tensão para a ignição com a máxima eficiência e precisão. As vantagens destes equipamentos são grandes face aos sistemas convencionais:

• Maior tensão para a ignição • Maior

disponibilidade de

faíscas por minuto • Melhor

performance do motor • Menor

consumo de combustível • Menor

emissão de gases poluentes • Maior

resistência a variações de temperatura e vibrações.

Como já se viu anteriormente, existem dois sistemas diferentes para se fazer o controlo da faísca nas velas: os sistemas com distribuidor e os sistemas sem distribuidor. No sistema com distribuidor, existe apenas uma bobina de ignição encarregue de produzir as faíscas para todos os cilindros do motor, sendo o distribuidor o aparelho responsável pelo

fornecimento da faísca ao cilindro apropriado no tempo apropriado.

Em contraste, um sistema sem distribuidor, ou sistema de ignição directa, como o próprio nome indica, não tem distribuidor.

Uma visão externa de um sistema de ignição directa típico é mostrado na figura 17. Este sistema é constituído por um computador(ECU), por um módulo de ignição, pelas bobinas de ignição, pelos cabos das velas e pelas velas de ignição. Note-se que as bobinas de ignição assim como o módulo de ignição estão contidos num mesmo conjunto.

Figura 17 – Sistema de ignição directa

Neste sistema, a ECU, o módulo de ignição e as bobinas de ignição trabalham em conjunto para controlarem as faíscas nos cilindros do motor. Vários sensores posicionados no motor enviam informação sobre o seu estado para a ECU, que processa a informação e

determina o tempo ideal para a ignição. Portanto, é a ECU que indica ao módulo de ignição quando este deve ou não cortar o fluxo de corrente no enrolamento primário de cada bobina. Neste sistema, o módulo de ignição toma o lugar do distribuidor.

Por forma a que este sistema opere eficazmente, a ECU deve saber sempre qual a posição exacta da cambota. Por esta razão, um sensor especial é usado para medir a posição da cambota, sendo então depois essa

informação processada na ECU para esta determinar o momento em que a faísca deve saltar dentro de cada cilindro.

Como se pode observar na figura 17, o sensor de posição da cambota é usualmente montado junto à cambota onde existe também uma roda especial, denominada de relutor. Esta roda, ou relutor, contém um tipo de brechas ou folgas, que representam as diferentes posições da cambota. Um tipo comum de um relutor é mostrado na figura 18. Este relutor tem 4 brechas na

sua aresta, em que cada brecha representa um quarto de uma volta da rotação da cambota (90 graus).

Figura 18 – Relutor e sensor de posição da cambota

Um tipo comum de sensor de posição da cambota é constituído por um íman permanente e por um enrolamento de fio condutor. Quando este enrolamento é alimentado, um campo magnético é criado entre o sensor e a superfície do relutor. Quando se dá a rotação do relutor, devido à existência das brechas, é causada uma variação do

campo magnético. Cada vez que uma brecha passa pelo sensor dá-se esta variação e um sinal eléctrico é enviado para a ECU que vai determinar a posição da cambota. Uma vez que a ECU sabe a posição da cambota, ela está pronta para determinar quando e qual o cilindro do motor que deve ser objecto de ignição. Por exemplo, suponha-se que o motor contém 4 cilindros em que a sua ordem de ignição é 1-2-3-4. Quando a ECU recebe o primeiro sinal do sensor de posição da cambota, que representa 90 graus de rotação da cambota, ela sabe que o cilindro 1 está no ponto morto superior(PMS) da sua fase de compressão e está pronto para receber uma faísca. Portanto, nesta fase a ECU envia um sinal ao

módulo de ignição para este aplicar uma faísca na vela que se encontra incorporada no cilindro 1. Após a recepção do segundo sinal através do sensor, que corresponde a 180 graus de rotação da cambota, a ECU envia um outro sinal ao módulo de ignição que por sua vez dá ordem para se fazer saltar a faísca na vela incorporada no cilindro 2. O mesmo acontece para o terceiro e quarto sinal (que correspondem a 270 e 360 graus de rotação da cremalheira respectivamente) obtendo-se a faísca no cilindro 3 e 4 respectivamente. De seguida, todo este processo se repete durante o tempo em que o motor está em funcionamento.

A ECU faz ainda o processamento de outros dados para controlar o tempo

de ignição e o seu avanço. Uma variedade de diferentes sensores recolhem informação acerca do estado do motor, como é o caso do sensor de velocidade e do sensor de temperatura. De seguida, a ECU calcula o número de graus de rotação da cambota a que deve ocorrer a faísca antes de ocorrer o PMS. Uma vez feito este cálculo, a ECU espera que a cambota atinja o ângulo exacto de rotação, para enviar um sinal ao módulo de ignição, que está encarregue de fornecer a devida tensão eléctrica à vela correspondente, para aí então se dar a ignição.

Este sistema repete todo este processo milhares de vezes por minuto. Não é um processo fácil, considerando a

elevada velocidade a que um motor funciona, contudo os sistemas computacionais modernos podem efectuar milhões de decisões por segundo, podendo assim controlar toda esta operação de uma forma bastante eficiente mesmo a elevadas velocidades.

É de notar que esta é uma descrição muito básica de como funciona um sistema de ignição directa. Existem diferentes concepções de motores, com um número diferente de cilindros e componentes do sistema de ignição também diferentes. Mas, o princípio de funcionamento é todo ele similar.

4.2 – Sensor de Posição da Cambota

Existem dois tipos comuns de sensores de posição da

cambota: os sensores magnéticos e os sensores de efeitoHall. Enquanto os primeiros são usados em alguns veículos, os de efeito-Hall são cada vez mais usados nos carros modernos.

O sensor magnético usa um campo magnético para determinar a posição da cambota. Este sensor é colocado a uma distância aproximada de 1mm do relutor. Como já foi estudado, o relutor possui no mínimo tantas brechas quantos os cilindros do motor. Quando o motor está em

funcionamento, o relutor encontra-se em rotação e o campo magnético criado pelo sensor flui facilmente por ele. Neste instante não existe variação do campo magnético e o sensor não produz um sinal em tensão. Contudo, quando uma brecha passa pelo sensor, o campo magnético sofre variação e o sensor envia um sinal em tensão alternada para a ECU. Este sinal indica à ECU que uma brecha passou pelo sensor (figura 19).

Figura 19 – Sensor magnético e relutor

O sensor de efeito-Hall trabalha da mesma forma que um sensor magnético, contudo, em vez de enviar um sinal em tensão alternada para a ECU, envia um impulso de corrente. Um anel interruptor é colocado na roldana da cambota como mostra a figura

20(A). Este anel contém três lâminas igualmente espaçadas, quando a cambota se encontra em rotação e as lâminas passam pelo sensor, este envia um impulso de tensão para a ECU. O tipo de impulsos gerado pela saída do sensor pode ser visto na figura 20(B).

Figura 20 – Sensor de efeito-Hall

4.3 – O Relutor Uma larga variedade de diferentes

relutores são usados nos sistemas de ignição directa. Alguns têm brechas na borda ou aresta, enquanto outros possuem buracos ou fendas. A figura 21 mostra um relutor típico para um motor com 6 cilindros.

Figura 21 - Relutor

É de notar que o relutor representado na figura 21 também contém uma sétima brecha muito próxima de uma brecha de

posicionamento da cambota. Esta brecha extra é chamada de brecha de sincronização. É usada para ajudar a ECU a identificar o ponto de começo da ordem de ignição. Por outras palavras, quando a brecha de sincronização passa pelo sensor de posicionamento da cambota, é dado à ECU um ponto de referência para esta saber qual a ordem de ignição dos diversos cilindros do motor.

Cada vez que uma brecha do relutor passa pelo sensor de posição da cambota, é enviado um sinal eléctrico do sensor para a ECU. Contudo, quando a brecha de sincronização passa pelo sensor, outra brecha passa imediatament

e a seguir. Assim quando a ECU recebe dois sinais muito próximos, ela sabe que a brecha de sincronização acabou de passar pelo sensor. Depois, a ECU recomeça a contagem dos sinais recebidos daquele ponto sabendo assim qual o cilindro que deve sofrer ignição.

A ECU mede também o tempo entre a recepção de cada sinal, podendo usar esta informação para determinar a velocidade de rotação do motor. Portanto, a ECU sabe que quando o tempo de

recepção entre os sinais for grande, o motor está a trabalhar a baixas rotações. Pelo contrário, quando este tempo é curto ela sabe que o motor está a trabalhar a altas rotações. Nos sistemas que usam a brecha de sincronização, a ECU pode também fazer a sua identificação através da diferença de tempo entre os sinais.

Muitos tipos diferentes de relutores são usados por diferentes construtores. O relutor mostrado na figura 22 tem brechas a todo o seu redor. Os pontos de posição da

cambota são representados pelas áreas em que faltam dentes na roda .

Figura 22 –

Relutor dentado

Outro tipo de relutor é constituído por um prato que contém uma série de ranhuras na parte de fora da sua borda. Este prato é colocado na parte traseira da cambota perto da transmissão (figura 23). Desde que este prato esteja preso directamente na parte

traseira da cambota, ele irá rodar assim que o motor entre em funcionamento. Nesta peça, o sensor de posição da cambota, detecta a presença de uma ranhura sempre que esta passe por ele, indicando a posição da cambota à ECU.

Figura 23 – Relutor com

ranhuras

Como se pode verificar, a forma e constituição dos relutores variam, dependendo do

modelo do motor. Contudo, todos eles funcionam da mesma maneira, ou seja, são desenhadas para rodar com a cambota, e as brechas ou ranhuras indicam a posição da cambota ao sensor de posição desta.

4.4 – Bobinas de Ignição As bobinas de ignição usadas na maior parte dos sistemas de ignição directa são bastante similares às usadas nos sistemas de ignição mais antigos como é o caso do sistema convencional. Estas bobinas têm os enrolamentos primário e secundário, e a faísca é produzida da mesma forma. Contudo, os sistemas de ignição directa utilizam mais do que uma bobina

de ignição, em alguns sistemas existe uma bobina por cilindro, mas actualmente a maior parte do automóveis utiliza uma bobina por cada dois cilindros, ou seja, uma bobina provoca a ignição em dois cilindros ao mesmo tempo.

As bobinas usadas nestes sistemas são usualmente todas montadas num único bloco, como mostra a figura

24.

As bobinas de ignição que estão contidas num simples bloco como mostra a figura 24(A), possuem uma bobina para cada cilindro num motor com 4 cilindros. Em contraste, o bloco de bobinas mostrado na figura 24(B), contém uma bobina para cada dois cilindros num motor com 6 cilindros. Já na figura 24(C) é mostrado um bloco

de bobinas que contem uma bobina para cada par de cilindros num motor com 4 cilindros.

Figura 24 – Bobinas de Ignição (SID)

Estes blocos de bobinas de ignição podem produzir tensões muito elevadas. Tipicamente, a tensão fornecida às velas pode chegar aos 90.000V. Devido a este valor tão elevado de tensão eléctrica é preciso ter

muito cuidado quando se trabalha com estes sistemas para prevenir acidentes com choques eléctricos.

Os blocos de bobinas de ignição são normalmente montados na parte lateral por fora do bloco-motor. Os cabos das velas fazem a ligação entre as várias bobinas e cada uma das velas existentes em cada um dos cilindros.

Futuramente, prevê-se que um arranjo da disposição das bobinas diferente do mais utilizado nos dias de hoje venha a prevalecer e entrar em força na construção dos sistemas de ignição

directa. Este sistema, utiliza uma pequena bobina integrada em cada cilindro juntamente com a vela de ignição, como mostra a figura 25.

Figura 25 – SID com

uma bobina por

cilindro Portanto, estas bobinas são montadas directamente por cima das velas, não sendo necessários os cabos de alta tensão de ligação às velas. Este

sistema funciona de maneira idêntica aos sistemas de ignição directa estudados até aqui, sendo a única diferença de que as bobinas estão separadas e não contidas num único bloco.

5. Conclusões Após este estudo, a principal conclusão que se pode tirar é que apesar do motor de combustão não ter sofrido grandes alterações no último século, alguns sistemas como o sistema de ignição sofreram grandes alterações tendo sempre como principal objetivo o melhoramento no funcionamento do motor.

Entre as décadas de 20 e 60 os automóveis utilizavam o sistema de ignição convencional, este

sistema apresentava inúmeras deficiências que levavam estes sistemas a terem baixos rendimentos e necessidade de inúmeras reparações ao longo do seu ciclo de vida.

Entretanto, na década de 70 com a evolução da electrónica de potência e também da microelectrónica, dáse um grande salto no sentido do melhoramento destes sistemas.

Actualmente, estes sistemas evoluíram bastante relativamente ao sistema de ignição convencional, sendo totalmente controlados por uma unidade computacional, que juntamente com vários sensores, monitorizam o estado das diversas características do

motor agindo em função destas de forma a melhorar o seu rendimento e desempenho. Mesmo assim apesar do bom desempenho destes sistemas, a transferência de potência nas velas para a mistura ar-combustível é muito baixa, cerca de 1%. A maior parte da energia é dissipada nas resistências do transformador, dos cabos de alta tensão e das velas. Esta situação é adequada (mas não óptima) para a maior parte dos motores, mas não servirá as necessidades de ignição dos motores futuros assim como combustíveis alternativos que requerem maior energia de descarga para entrarem em combustão. Estes requisitos para o crescimento da potência e energia de ignição terão

de ser obtidos com sistemas de ignição cada vez mais eficientes. Segundo testes actuais por engenheiros que trabalham na indústria automóvel, estes requisitos podem ser obtidos colocando condensadores junto com o enrolamento secundário e com a utilização de componentes que tenham perdas muito baixas. Com estas modificações, a eficiência de transferência de energia poderá aumentar entre 50 a 70%.

Certamente que o futuro nos trará novas evoluções, tendo sempre em vista, o melhoramento da eficácia, do desempenho e do rendimento do motor automóvel

assim como a diminuição dos gases poluentes.