SISTEMAS DE INJEÇÃO
IAW 5NF – DRIVER DA BOBINA DE IGNIÇÃO
A quantidade de energia (W) que uma bobina de ignição pode armazenar é um fator
muito importante para proporcionar a queima da mistura ar/combustível, e pode ser
calculada pela fórmula abaixo:
(W = ½ L I²)
É
uma
relação
diretamente
proporcional à indutância (L) e o
quadrado da corrente primária (I) da
bobina de ignição. Consecutivamente a
corrente primária deve ser controlada
com precisão, afim de, garantir o
desempenho ideal e preservar a bobina
de
ignição
contra
sobrecargas
térmicas.
A relação de indutância por resistência
do primário destaca a constante de
tempo (constante de tempo = L/R)
para que a corrente alcance 63% da corrente máxima da bobina. Vale lembrar que a
corrente máxima é aquela obtida pela lei de Ohm (I=U/R).
Em linhas gerais, bobinas de alta potência requerem pulsos com 2 a6 milissegundos
de ciclo ativo para regular a corrente primária.
Para desempenhar esta tarefa o sistema de controle do motor IAW-5NF possui dois
drivers bastante interessantes para comandar a bobina de ignição dupla, o circuito
integrado VB025SP fabricado pela ST Microelectronics.
DRIVERS DA BOBINA DE IGNIÇÃO, MÓDULO IAW-5NF
As principais características são: limite de corrente, proteção contra alta temperatura,
diagnóstico de corrente da bobina, limite de tensão primária.
O sinal lógico de controle, acima de 4 Volts, gerado pelo processador da central de
injeção IAW é aplicado ao pino (9) do CI estabelecendo o inicio de circulação da
corrente primária com o chaveamento do transistor darlington para ligado, que cresce
segundo a indutância da bobina. Ao interromper o sinal lógico de controle, nível de
tensão abaixo de 1,9 V, a corrente primária é desligada. A tensão induzida no
enrolamento primário ao desligar
a bobina de ignição é limitada
em cerca de 380 V pelo driver.
A corrente primária efetiva é
detectada pelo resistor em série
(Rs) com a massa de potência.
Diagnóstico de corrente da
bobina: Um sinal de tensão,
cerca de 5 Volts, é emitido pela
saída de Diagnóstico, pino (10)
do CI, enquanto a corrente
primária se mantiver acima de
4,5 Amperes, e pode ser usado
pelo processador para detectar
a comutação real da bobina.
Limite de corrente da bobina: A
corrente primária é limitada a 10
Amperes pelo circuito interno do
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CI e em caso de excessos que resulte em derivações térmicas ela é reduzida para
proteger o circuito.
A queda de tensão estimada entre o coletor-emissor do transistor darlington é de 1,5 a
2 Volts sob uma carga de 6,5 Amperes. A base do transistor darlington, responsável
pela etapa final, está accessível por meio do pino (8) do CI.
CONCLUSÃO
O uso de uma bobina inadequada vai alterar a corrente primária seja pela condição
imposta pelo seu próprio enrolamento ou pelo comportamento interno do CI. Também
qualquer falha que resulte em baixofluxo de corrente primária pode ser diagnosticado.
Nem sempre encontramos estas informações nos manuais de serviço, e podemos até
questionar a sua relevância, mas estou convencido da ajuda que isto representa no
diagnóstico de falha do veículo. Espero que o exposto aqui seja suficiente para
atender as necessidades básicas do reparador de veículo ou de módulos, caso deseje
maiores detalhes consulte o datasheet do fabricante do componente.
REPARO DE MÓDULOS – DRIVERS
Por vezes, frente a uma falha incomum, chegamos a suspeitar que o módulo de
controle do sistema seja a causa do problema. Com seus circuitos discretos e sem
informação técnica adequada é imaginado como uma caixa preta. Com o alto custo
destes componentes e a alta incidência de danos o reparo de módulos eletrônicos
conquistou seu espaço no mercado, contrariando a vontade dos fabricantes. Conhecer
um pouco mais sobre os drivers das unidades eletrônicas é de grande ajuda para
visualizar uma possível falha ou mesmo executar um teste superficial sem
necessidade de abrir o módulo.
O sistema de gerenciamento eletrônico do motor, dito comumente “injeção eletrônica”
– convertem as medições detectadas por meio de sensores em grandezas de controle
que se efetuam através dos atuadores. Estas saídas de controle são perpetuadas por
meio de drivers, que funcionam como booster ou amplificadores com potência
suficiente para ligar/desligar ou controlar a energia dos elementos atuadores.
Transistor ou multidriver (chips com várias saídas integradas) é a interface com os
atuadores, portanto os elementos mais danificados por freqüentes curto circuitos no
componente ou chicote elétrico, razão que alavanca substancialmente o negócio de
reparo de módulos.
Com a intenção de proporcionar a compreensão mais profunda do reparador, por hora
vamos analisar o driver do relê principal do módulo de injeção motronic M 1.5.1,
esquematizado abaixo.
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FUNCIONAMENTO
O borne 85– bobina do relê principal - está conectado a uma linha direta com o
positivo da bateria (linha 30). O borne 86 – saída da bobina do relê - se conecta ao
borne 36 da UCE. Para acionar o relê é necessário que haja uma ponte entre os
bornes 36 e 2,14 ou 24 - conectados ao negativo da bateria (linha 31). Esta ponte se
faz pela junção eletrônica do c-edo transistor T220 ao reduzir a resistência próxima de
zero e a série formada pelos resistores R227-R220. Fato que ocorre após ligar a
chave de ignição e alimentar com +12 Volts o borne 27da UCE, e circular corrente
através do circuito série formado pelo diodo D221, resistor R221, b-e de T220 e
resistores R227-R220.
PROTEÇÃO DE SOBRETENSÃO
Ao desligar a chave de ignição (linha 15), a força contra eletromotriz induzida na
bobina do relê ao desconectar o driver, rompe a tensão zener imposta pelo diodo
D220, levando o transistor T220 a conduzir novamente, fig. 2B, limitando o pico de
tensão em aproximadamente 50 Volts. Esta função permite que a sobre tensão se
mantenha a níveis suportados pelo driver.
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LIMITAÇÃO DE CORRENTE
Para aumentar a segurança da operação o driver está protegido contra sobrecarga ou
curto circuito com o positivo.
O paralelo formado pelos resistores R220-R227 detecta a corrente máxima para T220,
aprox. 1 Ampere. Com uma queda de tensão de aproximadamente 0,6 Volts entre a
b-e do transistor T221, veja fig. 2 A, se inicia o grampeamento da corrente de
excitação de T220 via c-e de T221, impedindo o aumento da corrente através do
driver.
Idealizados por seus projetistas a eletrônica se consolida em uma infinidade de
circuitos, portanto, cada módulo pode conter funções específicas, diferentes das
encontradas neste módulo. Informações precisas da sua arquitetura são sonegadas
pelo fabricante, mas com algum recurso podemos desvendar o suficiente para o
propósito do trabalho.
Enfim, conhecer algumas técnicas empregadas é importante para a atribuição de falha
e execução de testes plausíveis tanto para o reparador de módulos como para o
técnico de campo.
REDE CAN BUS NOS AUTOMÓVEIS
A eletrônica do automóvel está se tornando cada vez mais complexa, graças a
tecnologias avançadas cuja finalidade é controlar todos os dispositivos possíveis.
Ignição eletrônica, Injeção Eletrônica, ABS, Sistemas de Conforto, Segurança são
exemplos de onde a eletrônica está presente. Desta forma, o conhecimento do
princípio de funcionamento dos sistemas automotivos é uma necessidade do
profissional da área precisa.
O termo "eletrônica embarcada" é comumente utilizado para designar os
equipamentos usados em automóveis. No entanto, muito mais que isso, o termo
também pode ser estendido a outros tipos de veículos tais como barcos e até mesmo
aeronaves.
A eletrônica embarcada visa fornecer um sistema inteligente que possa interagir com
dispositivos capazes de realizar algum tipo de ação num veículo com sensores que
informem quando essas ações precisam ser executadas ou quando não podem.
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ARQUITETURAS DOS SISTEMAS
O modo como os sinais são analisados, processados e a partir de então gerados os
sinais de ações podem ter arquiteturas centralizadas ou distribuídas.
a) Arquitetura Centralizada
Na arquitetura centralizada temos uma ECU central que recebe as informações de
sensores e comandos e as processa fornecendo saídas, conforme mostra a figuras 2.
Controle por um ECU
A ECU contém tanto o hardware como o software para a leitura das entradas,
processamento a fornecimento dos sinais de saída.
O software é o "programa" que controla o funcionamento do veículo e o hardware
consiste nos circuitos que permitem trabalhar com sinais fornecidos por sensores e
comandos e que fornecem sinais que podem agir diretamente sobre os elementos
efetores. A principal vantagem desse sistema está na simplicidade do hardware que
consiste basicamente de sensores e atuadores, uma unidade de processamento
(ECU) e os sensores/atuadores que devem ser controlados. A ECU varre
constantemente as entradas, fornecendo nas saída os sinais necessários aos
atuadores. A principal desvantagem está na necessidade de todo cabeamento
convergir para essa unidade, o que além de tornar a fiação volumosa dificulta a
manutenção. Outro problema está na possibilidade de se expandir ou alterar o
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sistema, pois isso exigiria modificação do hardware e do software, o que não é
simples.
b) Arquitetura distribuída
Nessa arquitetura são usadas diversas ECUs colocadas em pontos apropriados do
veículo. Cada uma é destinada a execução de determinadas funções atuando sobre
determinados sensores e também se comunicando com outras ECUs.
Neste sistema também é possível
fazer com determinas ECUs apenas
leiam as informações de sensores e
comandos enquanto que outras
apenas controlem atuadores.
Um exemplo de arquitetura desse
tipo é encontrada no VW Pólo onde
cada porta tem sua própria unidade
de comando.
Essa arquitetura apresenta diversas
vantagens.
Uma delas consiste na necessidade
de pouco cabeamento para o carro,
já que as ECUs podem ser
instaladas junto aos locais em que
devem controlar (sensores e
atuadores).
Essa redução do cabeamento
também reduz o tempo de manufatura e torna o sistema mais robusto. Menor número
de contactos leva a uma menor possibilidade de falhas.
Outro ponto importante a ser considerado é que ele permite uma fácil ampliação do
sistema, já que apenas uma ECU é alterada. A desvantagem está na necessidade de
se ter um sistema segura de comunicação entre as ECUs. Como isso é feito é
determinado pelo que se denomina Protocolo de Comunicação.
A presença desse protocolo exige um software de controle para a rede, sendo difícil a
determinação ideal da velocidade com que cada elemento envie ou receba os dados
que devam ser processados.
O maior problema que os projetistas de automóveis encontram é criar uma arquitetura
que, com um mínimo de custo ofereça as funções que os usuários desejam com o
máximo de confiabilidade.
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ARQUITETURA ELÉTRICA CENTRALIZADA
ARQUITETURA ELÉTRICA DISTRIBUÍDA
EXEMPLO PRÁTICO
ÔNIBUS AGRALE MA11 - SCANNER SEM COMUNICAÇÃO.
Falha de comunicação com o scanner de diagnóstico pode acontecer pela ausência de
software adequado ou ruptura na linha de comunicação com a unidade de controle em
diagnostico.
Considerando que o scanner possua o software necessário e o cabo do equipamento
esteja em ordem, resta testar a rede de acesso à unidade de comando do veículo.
Para exemplificar compartilho aqui esta experiência em que o scanner não acessava a
UCM de um ônibus Agrale série M A 11, cuja comunicação se dá através da linha
CAN.
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A princípio, com a chave de contato ligada, foi medido a tensão da linha CAN-H e
CAN-L e ambas estavam com tensões em torno de 2,5 V, normal para este caso.
Em um segundo procedimento, com a chave de contato desligada, mediu-se a
resistência da rede CAN encontrando um valor de 25K ohms, incompatível com o
esperado que seria de 120 Ohms. Ao constatar que a rede havia sofrido reparo
próximo ao conector de diagnóstico, foi exposta a fiação onde se nota a inserção de
um resistor de valor inadequado, vide imagem abaixo. Para teste, conectou-se
em paralelo com o resistor uma década resistiva ajustada para 120 Ohms, tornando
possível a comunicação com o scanner.
Conector de diagnóstico - Agrale M A11
Substituído o resistor em questão por outro de 120 Ohms a falha foi corrigida.
Para enriquecimento segue a imagem obtida com o osciloscópio onde pode ser
observada a distorção causada no sinal e que impossibilitava a comunicação com o
scanner.
Este tópico demonstra que a medição de tensão não foi conclusiva, embora seja uma
prática recomendada. Se o osciloscópio fosse usado inicialmente não haveria dúvida
quanto ao motivo que impossibilitava a comunicação, entretanto restaria ainda fazer
testes adicionais para identificar o que realmente causa tal distorção.
Esta experiência nos leva ainda a outro patamar: a próxima vez que confrontar com
este tipo de problema teremos mais convicção do que se sucede e que recursos
cabem para esclarecer-lo. M as lembre-se, embora pareça óbvio, nem sempre a
solução será esta, portanto não vá colocando resistência antes de
realizar os testes necessários.
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SINCRONISMO DA CORREIA DENTADA DO PÓLO 2.0L
Sabe-se que ao substituir a correia dentada é necessário colocar o eixo motor e do
comando de válvulas na marca de sincronismo ou usar ferramentas para travar o
motor, conforme o caso. Um trabalho relativamente simples que pode se complicar
devido ao erro de paralaxe ao tomar como referência as marcas nas polias,
principalmente se o sincronismo está perdido por danos na correia, por exemplo.
As imagens a seguir ilustram o sincronismo das marcas de referência para montar a
correia dentada do motor Volkswagen sigla BBX 2.0l usado no Pólo.
Dica: Para evitar o erro de paralaxe use um pino
guia para alinhar as marcas.
Como precaução o técnico deve ter sempre
uma medida alternativa caso surja algum
inconveniente.
Quem
possui
um
osciloscópio de dois canais a imagem dos
sensores de fase e rotação obtidas como
referência
facilita
a
conferência
e
pode poupar muito trabalho se ocorre algum
transtorno.
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ERROS QUE ABORDAM A SONDA LAMBDA
Muitos pensam que os erros de sonda lambda que ficam registrados freqüentemente
na memória de defeito do sistema de injeção é a causa do mau funcionamento de um
motor, e inclusive substituem inutilmente a sonda lambda. A falta de êxito nestes
casos é algo que merece reflexão. Inicialmente os sistemas de injeção eletrônica não
possuíam sonda lambda, ela foi implantada posteriormente para atender leis mais
severas de controle de emissões de gases poluentes e reduzir o consumo de
combustível.
A figura que segue ilustra de forma simplificada o controle da sonda lambda no
funcionamento da injeção eletrônica tradicional (mono combustível), entenda o
processo.
Com base na informação do sensor de carga (massa de ar admitido versos rotação do
motor) e temperatura do motor a unidade de comando do sistema de injeção (UCM )
calcula a quantidade de combustível necessária para o correto funcionamento do
motor, expresso por meio de um pulso de curta duração que regula a abertura do
injetor de combustível. O volume de combustível injetado é produto do tempo de
duração do pulso (ti – tempo de injeção) e pressão do combustível.
Ar e combustível são aspirados para o interior dos cilindros do motor e após
comprimidos se inflamam pela centelha da vela de ignição. A queima da mistura
ar/combustível gera gases residuais que são expelidos através do escapamento do
motor. O oxigênio presente nestes gases, o único a ser detectado pela sonda
lambda, é determinante para estabelecer a eficiência da combustão e para calcular o
fator de correção (tc). O tempo de injeção corrigido torna a mistura ar/combustível
ótima de maneira que os gases residuais da combustão sejam processados
adequadamente pelo catalisador.
O teor de oxigênio elevado, detectado pela sonda lambda no escapamento, pode
indicar que volume de combustível injetado é pequeno, e para corrigir, o tempo de
injeção (ti) é aumentado somando-se o tempo de correção calculado (tc).
Da mesma forma a escassez de oxigênio pode representar um volume alto de
combustível injetado, portanto agora a correção se faz deduzindo do tempo de injeção
(ti) o tempo de correção apurado.
O fator de correção máximo é cerca de +/-20 % do tempo de injeção principal (ti) e
geralmente é incapaz de causar falha acentuada no funcionamento do motor.
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CONCLUSÃO
A regulagem da mistura através da sonda é uma ação secundária, que tenta consertar
irregularidades ocorridas na combustão.
A sonda lambda pode ser usada como “feedback” do processo de combustão.
Evidentemente qualquer problema que afeta a combustão do motor recai sobre a
regulagem proporcionada pela sonda lambda. Ao alcançar o limite de compensação
estipulado no sistema, a conseqüência será a suspensão da regulagem da mistura e
registro de um erro que aborda a sonda lambda.
Mecânica do motor, fuga de ar na admissão, defeitos nos injetores de combustível,
qualidade do combustível, pressão de combustível, sensores de carga e temperatura
do motor, falhas de ignição, entre outros são problemas freqüentemente identificados
como elementos que provocam problemas de combustão e afetam a regulagem
desempenhada pela sonda lambda.
A sonda pode sofrer danos conseqüentes de defeitos da combustão, entretanto em
grande parte deles, após serem sanados, a sonda volta a operar normalmente.
Pense nisso na próxima vez que encontrar um erro que aborda a sonda lambda
memorizado no sistema de injeção. Além disso, somente substitua a sonda após
testar-la minuciosamente, assim como qualquer outro componente.
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