Injeção Eletrônica Motor Diesel - Educação Profissional, Notas de estudo de Eletrônica

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SUMÁRIO

1. PREÂMBULO

As exigências em matéria de aumento das performances e de redução do ruído, da poluição e do consumo que serão exigidas aos motores DIESEL dos anos 2000 levaram a procurar soluções na injeção direta, empregando um sistema mais eficaz que as bombas de injeção de alta pressão atualmente utilizadas. Este objetivo é alcançado graças ao conjunto de gestão da injeção chamado Common Rail cujo princípio lembra o da injeção sequencial dos motores a gasolina, mas que utiliza a altíssima pressão comandada eletronicamente, que deve equipar uma grande parte da nova família de motores Diesel (A série D.W...). Este sistema proporciona uma diminuição do consumo de 20% em relação à geração precedente, melhorando ao mesmo tempo o prazer da condução graças a um binário superior de 50% a baixo regime e 25% de potência a mais, com uma redução das vibrações e dos ruídos. Um outro objetivo é a performance ambiental. Os motores da nova geração serão, logo após o lançamento, entre os mais limpos da sua categoria e possuem, com a catálise DENOX grandes capacidades de evolução a curto prazo.

SISTEMA DE INJEÇÃO DIRETA PARA MOTOR DIESEL “COMMON RAIL”

COMMON RAIL

2. PRINCÍPIO

Uma bomba de alta pressão acionada pelo motor alimenta em permanência uma reserva de gasóleo a alta pressão: o Rail ou rampa de alimentação. A rampa está ligada por tubos a todos os injetores. A abertura de cada injetor é comandada por uma eletroválvula de duas vias integrada. Um calculador gere, em função dos parâmetros do motor:

• A pressão na rampa
• O débito da bomba
• O tempo de abertura e o faseamento (Avanço) de cada injetor. O sistema COMMON RAIL permite, para cada injetor, várias injeções num ciclo motor:
• Uma injeção piloto ou pré-injeção
• Uma injeção principal
• Uma pós-injeção (Caso das despoluições mais severas no futuro, tais como Euro 2000 ) O pequeno tempo concedido à injeção piloto, e consoante o equipamento, à pós-injeção, leva-nos a descobrir uma nova unidade: o microssegundo (μs) mil vezes menor que o milissegundo.

3. “COMMON RAIL” ESQUEMA GERAL

3.1 NOMENCLATURA

1 Calculador de controle do motor 2 Pré-filtro 3 Bomba de alimentação forçada baixa pressão 4 Filtro principal com decantador de água 5 Aquecedor 6 Serpentina de arrefecimento de gasóleo 7 Bomba de alta pressão de três êmbolos radiais 8 Comando de desativação do terceiro êmbolo 9 Regulador de pressão 10 Rampa de alimentação (ou common rail ) 11 Sensor de pressão 12 Sensor de temperatura gasóleo 13 Injetores de comando eléctrico 14 Sensor de posição do pedal do acelerador 15 Sensor de regime 16 Sensor de referência cilindro 17 Informações provenientes de diversos sensores:

• O sensor de pressão de sobre alimentação
• O sensor de massa de ar (debimetro de filme quente)

5. A BOMBA DE ALIMENTAÇÃO FORÇADA

Está integrada no módulo de aspiração situado no depósito e aspira através de um pré-filtro (limite de filtração de 300 μm). O seu débito é de 200 litros/hora para uma pressão máxima de 2,5 bars.

6. O FILTRO PRINCIPAL

Participa de maneira ativa na proteção do sistema (limite de filtração: 5 μm) e decantação da água). Está ligado aos diversos circuitos por meio de ligações de encaixar. Possui na sua entrada um elemento termostático que desvia, a frio, uma fracção do combustível (gasóleo) proveniente da bomba de alimentação forçada para o aquecedor situado no motor. O filtro está munido de um regulador de baixa pressão calibrado a 1,25 ±0,25 bars. 1 - Elemento filtrante 2 - Elemento termostático 3 - Regulador de baixa pressão 4 - Torneira de purga da água decantada 5 - Caixa de saída de água E1 - Entrada filtro S1- Saída para caixa de saída de água E2 - Entrada de gasóleo aquecido S2 - Saída para bomba de alta pressão S3- Retorno depósito

O elemento termostático é formado por uma anilha bilâmina que se deforma em função da temperatura do combustível.

• Temperatura inferior a 15°C: (2a) a bilâmina é deformada e fecha a passagem direta para o filtro. O combustível é orientado para a caixa de saída da água do motor para ser aquecido antes da filtragem.
• Temperatura entre 15°C e 25°C: (2b) a bilâmina endireita-se e divide o fluxo de entrada. Uma parte do combustível passa diretamente para o elemento filtrante e a outra parte continua a ser aquecida.
• Temperatura superior a 25°C: (2c) a bilâmina fecha a passagem direta para o circuito de aquecimento. Todo o combustível é orientado para o elemento filtrante

7. O AQUECEDOR DE GASÓLEO

Está situado na caixa de saída de água na cabeça do motor. Aquece a fracção de gasóleo que o elemento termostático do filtro deixa circular.

8. O SISTEMA DE ARREFECIMENTO DE GASÓLEO (DIESEL)

As altas pressões existentes no circuito provocam um forte aquecimento do combustível, o que influi sobre a sua viscosidade e a segurança de funcionamento. Um sistema de arrefecimento, fixado sob a carroçaria, é colocado na canalização de retorno para arrefecer o combustível antes do depósito.

É constituído por uma serpentina metálica numa chapa com aletas para aumentar as superfícies de troca.

9. BOMBA DE ALTA PRESSÃO

A bomba de alta pressão, de três êmbolos radiais, é acionada de maneira assíncrona pela correia de distribuição. Por razões de controle do débito em todas as fases de funcionamento, a relação de acionamento é de 0,5. A alta pressão de serviço varia entre 200 e 1350 bars. Potência máxima absorvida: 3,5 kW.

A - Entrada baixa pressão B - Válvula de segurança C - Câmara D - Desativador 3° êmbolo E - Saída alta pressão F - Regulador de pressão G - Retorno ao depósito O gasóleo entra na bomba por A e atravessa a válvula de segurança B que regula a alimentação da bomba de alta pressão:

• Se a baixa pressão for pequena, o fluxo de combustível atravessa a válvula (por um orifício calibrado) e serve prioritariamente à lubrificação e ao arrefecimento.
• Quando o diferencial de pressão entre a entrada e o retorno da bomba for superior a 0,8 bar, o êmbolo da válvula move-se e descobre o furo de alimentação dos elementos de bombagem. As câmaras C enchem- se, o fluxo reservado à lubrificação mantêm-se. Para diminuir a potência absorvida em baixa carga, num momento em que não é necessário dispor de um forte débito, a bomba possui um sistema eléctrico de desativação de um êmbolo D. Um solenoide, montado na cabeça de um dos cilindros, move a haste de comando que mantém aberta a válvula de alimentação. Não

adaptadas à versão do motor, por exemplo, 5 furos de diâmetro 0,16 mm ou 5x0,20 ou 6x0,15); o topo é encimado por uma eletroválvula de comando. A - Pulverizador de abertura do injetor Z - Pulverizador de realimentação B - Agulha de injetor C - Câmara de pressão D - Mola de injetor E - Êmbolo de comando F - Volume de comando G - Ligação de entrada H - Filtro laminar incluído na ligação I - Mola principal J - Agulha piloto e sua esfera K - Solenoide L - Porca de fecho M,N - Folga de funcionamento da agulha piloto O solenoide da eletroválvula de comando está fixado no corpo do eletro-injetor por uma porca de grandes dimensões L que serve para fixar o conjunto das peças. Não é permitida a desmontagem do injetor através desta porca com o risco da destruição do conjunto. As pressões de combustível utilizadas no sistema Common rail não permitem o comando eléctrico direto dos injetores porque nem a potência da eletroválvula nem a sua velocidade de comutação são suficientes. A abertura destes é, por conseguinte, realizada por um efeito de pressão diferencial. Em repouso, a agulha do injetor B fica aplicada sobre a sua sede devido à mola D. O êmbolo de comando E está montado sobre a agulha livre no seu furo. Na cabeça do êmbolo encontra-se uma câmara F chamada Volume de comando. Esta câmara está em ligação com a rampa de alimentação através do calibre Z. Ela está em ligação com o retorno ao depósito por meio do calibre A. Este circuito é fechado pela esfera da agulha piloto J na qual se apoia a mola principal I. Observar na ligação de entrada G a presença de um filtro laminar H que impede a passagem de eventuais impurezas. A elevação máxima da agulha piloto é de cerca de 60 microns.

12. PRINCÍPIO DA ELEVAÇÃO DE UM INJETOR

1 = PV = Esforço exercido no êmbolo pela pressão existente no volume de comando 2 = PR = Esforço da mola do injetor 3 = PS = Pressão exercida na secção da agulha do injetor pela alta pressão da bomba. Quando o motor é acionado pelo motor de arranque ou se já estiver a trabalhar, a alta pressão fornecida pela bomba (pressão rampa) atravessa a ligação de alta pressão. Ela é repartida identicamente pela câmara de pressão sob a agulha do injetor C e pelo volume de comando F. O injetor permanece fechado. No momento desejado, o calculador fornece uma corrente eléctrica à eletroválvulas, provocando a elevação da agulha piloto J. A esfera é levantada da sua sede pela alta pressão, permitindo uma fuga de gasóleo para o retorno ao depósito. O equilíbrio entre a pressão no injetor (que não varia) e a pressão na câmara do êmbolo de comando (que diminui) é rompido. O êmbolo de comando sobe libertando o injetor que se abre e deixa passar um jacto de gasóleo para a câmara de combustão. A injeção dura enquanto o solenoide permanecer sob tensão. Uma vez o impulso eléctrico terminado, a mola da agulha piloto assenta a esfera sobre a sede. A fuga cessa, a pressão aumenta no volume de comando e provoca o fecho do injetor. O equilíbrio das pressões volta a ser encontrado e o dispositivo fica pronto para um novo ciclo. Os dois calibres A e Z introduzem a histerese (ou atraso) necessário para o funcionamento correto. A velocidade de abertura da agulha do injetor depende da relação da secção entre os dois calibres porque o volume impelido pelo êmbolo de comando e o volume que passa através do calibre Z deve escoar através do calibre A. Como ele deve permitir a abertura da agulha do injetor, A deve ser maior que Z. O diâmetro de Z influi sobre o tempo de fecho. A eletroválvula abre-se completamente durante cada impulso de comando (mesmo para um débito mínimo). A abertura do injetor depende da duração do comando: Impulso curto: o êmbolo de comando apresente uma certa inércia, a agulha do injetor é levantada muito ligeiramente. A superfície de passagem do gasóleo para aceder aos furos de pulverização do injetor é muito pequena e a pressão de injeção é igual à pressão rampa minorada por uma perda de carga muito forte. Impulso longo. O êmbolo de comando e agulha de injetor são completamente levantado. A superfície de passagem é grande e o combustível é injetado à pressão rampa minorado de uma perda de carga menor que a precedente. A quantidade de gasóleo injetada depende:

• Da pressão fornecida pela bomba
• Da duração do impulso eléctrico fornecido pelo calculador.
• Da secção de passagem na saída dos injetores (calibre dos furos e tomada em consideração à elevação da agulha). Estes elementos constituem a cartografia de cada injetor. Esta cartografia é conservada em memória pelo calculador.

15. NOMENCLATURA DOS COMPONENTES

Bateria .............................................................................................................................................................BB Tomada diagnóstico .................................................................................,,,,,,,,,,,,........................................... C Luz de advertência - diagnóstico motor ...................................................................................................... V Sensor de referência cilindro .......................................................................................................................... 1115 Caixa Relé de pré-aquecimento ....................................................................................................................... 1150 Desactivador 3° êmbolo ................................................................................................. EAV ................... 1208- Bomba de alimentação forçada ........................................................................................... EKP3.1D ........... 1210 Sensor de temperatura da água ....................................................................................................................... 1220 Sensor de temperatura do gasóleo ................................................................................................................... 1221 Electroválvula de regulação de pressão do turbocompressor .......................................................................... 1233 Electroválvula EGR ......................................................................................................................................... 1253 Sensor de posição do pedal do acelerador ....................................................................................................... 1261 Relé duplo ........................................................................................................................................................ 1304 Debimetro de ar ............................................................................................................................................... 1310 Sensor de pressão de ar de admissão ............................................................................................................... 1312 Sensor de PMS e regime motor ....................................................................................................................... 1313 Calculador de controle motor ............................................................................................ EDC15C2 ........... 1320 Sensor de alta pressão gasóleo ............................................................................................ RDS2 ................. 1321 Regulador de alta pressão gasóleo ....................................................................................... DRV .................. 1322 Conjunto porta-injetor completo .............................................................................. CRI1 .................. 1331- Sensor velocidade do veículo .......................................................................................................................... 1620 Ligação com o calculador da C.V.A ................................................................................................................ 1630 Contator de stop ............................................................................................................................................... 2100 Conta-rotações ................................................................................................................................................. 4210 Computador de bordo ...................................................................................................................................... 7210 Contator do pedal de embreagem .................................................................................................................... 7306 Compressor de refrigeração ............................................................................................................................. 8020 Relé de alimentação do aquecimento adicional ............................................................................................... 8098 Transponder ..................................................................................................................................................... 8221

16. O DISPOSITIVO DE CONTROLE DO MOTOR

O princípio de base da ação do controle do motor é muito semelhante ao de um dispositivo de injeção sequencial num motor a gasolina, com a adaptação tornada necessária devido à existência de pressões muito altas e de injeções múltiplas:

• Os sensores medem as condições de funcionamento atuais e transformam os valores físicos em sinais eléctricos. O calculador capta estes valores, trata-os e transforma-os em ordens ou informações destinadas:
• Aos acionadores principais (Regulação pressão, injetores, etc.)
• Aos acionadores secundários (Eletroválvula de comando da reciclagem dos gases de escape, por exemplo)
• Interfaces com outros sistemas O calculador controla em tempo real a distribuição de combustível e a sincronização da injeção pela

corrente de comando dos injetores.

17. OS COMPONENTES DO SISTEMA

17.1 O CALCULADOR

O calculador contém em referência um sensor de pressão atmosférica. Possui um andar de potência capaz de fornecer a corrente de comando muito elevada necessária ao funcionamento dos injetores. Está ligado ao feixe por um conector de 88 vias (ver contatos em anexo). Utiliza a tecnologia FLASH EPROM e é tele carregável.

17.2 O SENSOR DE REGIME

As informações regime e posição do motor são fornecidas por este sensor fixado no cárter da embraiagem. Ele define a posição da cambota numa coroa que possui 60 menos 2 dentes montada no volante do motor. O sinal ocorre a 114° do volante antes do P.M.S

17.3 O SENSOR DE REFERÊNCIA CILINDRO

É um sensor de efeito de Hall que dá um sinal quadrado diretamente utilizável pelo calculador. Está fixado na tampa da árvore de cames em frente de uma roda dentada acionada por esta. A roda possui duas coroas largas seguidas de duas coroas estreitas. Um entreferro entre o sensor e a coroa deve ser respeitado: 1,2 + 0/+0,1 mm.

17.4 A SONDA DE TEMPERATURA DO MOTOR

É uma termistência C.T.N. que informa sobre o estado térmico do motor. Está situada na caixa de saída de água.

17.5 O SENSOR DE PRESSÃO RAMPA

Informa o calculador sobre o valor da alta pressão. O calculador:

• Utiliza o parâmetro «pressão» para calcular o volume a injetar.
• Modifica eventualmente a pressão com o regulador da bomba de alta pressão.

17.11 O SENSOR DO PEDAL DA EMBREAGEM

Permite remediar uma informação incoerente proveniente do sensor do pedal do acelerador. O seu estado (aberto, fechado) intervém na gestão do ralenti.

17.12 O SENSOR DE VELOCIDADE

A sua ação sobre o funcionamento do motor consiste em informar o calculador de diversas situações:

• Veículo parado
• Veículo em andamento (a mais de 2 km/h)
• Veículo em desaceleração

Os seus sinais são utilizados por diversos sistemas (direção variável, suspensão) e pelo regulador de velocidade.

17.13 A BATERIA

O seu valor de tensão é importante. O calculador memoriza uma situação de defeito:

• Superior a 17,5 V
• Inferior a 7 V. Abaixo de 10 V, o funcionamento será aleatório porque a corrente necessária para o funcionamento correto dos injetores circula muito mal por causa da resistência total (calculador - cambagens -injetores). Em função da tensão da bateria, o calculador regula o ralente atuando no tempo de injeção e na pressão de serviço.

17.14 O RELÉ DUPLO

O relé duplo alimenta:

• O calculador
• A bomba de combustível
• As eletroválvulas EGR e regulação do turbo compressor.

17.15 O TRANSPONDER

Sistema convencional Os injetores (Elementos estudados noutro tópico) O regulador de alta pressão (Elemento estudado noutro tópico) O desativador do 3° êmbolo (Elemento estudado noutro tópico)

17.16 O RELÉ DE PRÉ-AQUECIMENTO

Relé de alimentação das velas de pré-aquecimento. O procedimento é decidido pelo calculador. Depende da indicação da sonda de temperatura da água do motor.

17.17 O RELÉ DE COMANDO DO AQUECIMENTO ADICIONAL

Este sistema de que existem várias variantes (com resistências eléctricas, queimador) reforça o aquecimento pelo radiador de climatização. Funciona, se necessário, depois do arranque do motor.

17.18 ELETROVÁLVULA DE REGULAÇÃO DE PRESSÃO DE ADMISSÃO

Comandada pelo calculador, provoca a abertura ou o fecho da válvula de regulação de pressão do turbo compressor

17.19 ELETROVÁLVULA E.G.R.

Comanda a manobra da válvula de reciclagem E.G.R.

17.20 FUNÇÕES ACESSÓRIAS:

Conta-rotações Luz alerta de diagnóstico Opção computador de bordo Estes acessórios normais de condução fornecem informações ao condutor. O seu funcionamento é semelhantes ao dos veículos a gasolina.