Sistema de Alimentação Eletrônica em Motores: Carburador vs Injeção Multiponto, Notas de estudo de Eletrônica

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MARCEL ESTURARI TRUOSOLO

SISTEMA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA MULTIPONTO

São Caetano do Sul

MARCEL ESTURARI TRUOSOLO

SISTEMA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA MULTIPONTO

Monografia apresentada ao curso de Pós-Graduação

em Engenharia Automotiva, da Escola de

Engenharia Mauá do Centro Universitário do

Instituto Mauá de Tecnologia para obtenção do título

de Especialista.

Orientador: Prof. MSc. Fernando Fusco Rovai

São Caetano do Sul

RESUMO

Este trabalho tem como finalidade apresentar um guia de estudo prático de montagem experimental que consiste na substituição de uma tecnologia utilizada durante décadas na aplicação automotiva, o carburador, por uma outra tecnologia recente e inovadora, o sistema de injeção eletrônica de combustível. Todo desenvolvimento foi embasado em reproduzir com total fidelidade e utilizar componentes, interfaces e centrais de comando eletrônica do sistema de injeção eletrônica. O sistema de alimentação através de aspiração descendente é conhecido como carburador, o qual trabalha com pressão atmosférica e tubos de venturi controlados conforme o calibre e configuração do motor. O sistema de alimentação controlado eletronicamente trabalha sob pressurização controlada da linha de combustível e com dispersão independente de cada câmara de combustão, supervisionado através de sensores elétricos e eletrônicos separadamente.

Palavras-chave : Injeção multiponto. Sistema carburado. Sensores elétricos. Chicotes elétricos.

ABSTRACT

This article is to present a study about an experimental setup which consists change an old technology used for decades in automotive application by another new one innovative technology. All development was based on play in complete fidelity to use components, interfaces and central electronic control system. The feeding system by aspiration downward is known as carburetor, which works with atmospheric pressure and controlled venture tube as the size and configuration of the motor. The electronically controlled power system works under controlled pressurization of the fuel line and spread independent of each combustion chamber, supervised by electrical sensors and electronics separately.

Keywords : Multipoint injection. Carbureted system. Electrical Sensors. Harnesses.

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ECU Módulo de Controle Eletrônico

TPS Sensor de Posição da Borboleta

MAP Sensor de Pressão Absoluta

SUMÁRIO

• Figura 1 - Carburador
• Figura 2 – Conceito do Carburador
• Figura 3 – Ligações Externas do Carburador
• Figura 4 – Vazão de Ar X Combustível
• Figura 5 – Componentes Externos do Carburador
• Figura 6 – Componentes Internos do Carburador
• Fotografia 1 - Unidade de Comando Eletrônico
• Fotografia 2 - Coletor de admissão completo
• Fotografia 3 - Corpo de Borboleta:
• Fotografia 4 - Sensor de Posição do Corpo de Borboletas
• Fotografia 5 - Motor de Passo da Marcha Lenta
• Fotografia 6 - Sensor de Pressão Absoluta e Temperatura de Ar
• Fotografia 7 - Regulador de pressão de combustível
• Fotografia 8 - Sensor de Temperatura de Água
• Fotografia 9 - Sensor de Detonação
• Fotografia 10 - Distribuidor com sistema Hall Eletrônico
• Fotografia 11 - Bico Injetor
• Fotografia 12 - Flauta com os Bicos Injetores Fixados ao Coletor........................................
• Fotografia 13 - Parafuso para fixação coletor Mi
• Fotografia 14 - Válvula Solenoide da Partida Frio
• Fotografia 15 - Reservatório da Partida a Frio
• Fotografia 16 - Regulador da Pressão de Combustível
• Fotografia 17 - Sistema Multi Ponto Montado
• Tabela 1 – Comparativo de Evolução
• 1.1 INTRODUÇÃO
• 1.1 CARBURADORES.........................................................................................................
• 1.2 INJEÇÃO ELETRÔNICA................................................................................................
• 2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO
• 2.1. FUNCIONAMENTO DO CARBURADOR
• 2.1.1 Sistema de Alimentação de Combustível
• 2.1.2 Sistema Principal
• 2.1.3 Sistema de Marcha Lenta
• 2.1.4 Sistema Suplementar
• 2.1.5 Sistema Suplementar com Pistão de Vácuo
• 2.1.6 Sistema Afogador
• 2.2 FUNCIONAMENTO DA INJEÇÃO ELETRÔNICA MULTIPONTO
• 2.2.1 Corpo de Borboletas
• 2.2.2 Sensor de Posição do Corpo de Borboletas (TPS)
• 2.2.3 Motor de Passo da Marcha Lenta
• 2.2.4 Sensor de Pressão Absoluta e Temperatura de Ar (MAP)
• 2.2.5 Regulador de pressão de combustível
• 2.2.6 Sensor de Temperatura de Água
• 2.2.7 Sensor de Detonação (Knock Sensor)
• 2.2.8 Bobina de Ignição
• 2.2.9 Distribuidor com sistema Hall Eletrônico
• 2.2.10 Sensor de Oxigênio
• 2.2.11 Bomba Elétrica de Combustível
• 2.2.12 Chicote Elétrico
• 2.2.13 Bicos Injetores
• 3 MÉTODO
• 4 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
• 5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
• REFERÊNCIAS

O fluxo do ar será o máximo quando o motor trabalhar à velocidade máxima, com a borboleta completamente aberta. Quanto maior for a velocidade do ar que passa pelo difusor, maior será a aspiração de gasolina.

Na prática, um carburador, tão simples como o acima descrito, não seria satisfatório pois a gasolina e o ar não têm as mesmas características de fluxo. Enquanto a densidade do ar diminui à medida que a velocidade do seu fluxo aumenta, a densidade da gasolina se mantém constante qualquer que seja a velocidade do seu fluxo. Como a mistura gasosa, para ter uma combustão eficiente, deve se formar em relação à massa, numa proporção aproximada de 15:1 e, dado que aumentando a velocidade do ar, diminuiria a sua densidade, a mistura iria enriquecendo progressivamente, podendo tornar-se tão rica que não chegaria a inflamar. Existem dois processos para solucionar este problema; num carburador de difusor e jatos fixos, um certo volume de ar mistura-se com a gasolina antes de esta passar para o difusor através de um conjunto de tubos emulsionadores ou de compensadores. Já num carburador de difusor e jatos variáveis, podem variar-se a quantidade de gasolina debitada pelo pulverizador, bem como as dimensões do difusor para manter as corretas proporções de ar e gasolina. A gasolina na cuba de nível constante do carburador mantém-se sempre ao mesmo nível, graças a uma válvula acionada pela bóia. A extremidade do condutor de gasolina que desemboca no difusor deve ficar mais alta que o nível da gasolina na cuba de nível constante para evitar a saída de combustível quando o automóvel se inclina, como acontece, por exemplo, numa subida ou descida. Isto quer dizer que a gasolina tem de subir ligeiramente – cerca de 6mm – antes de se misturar com o fluxo do ar no difusor. A sucção criada pela depressão é suficiente para elevar a gasolina acima do pulverizador e para introduzi-la no difusor sob forma de pequenas gotas. Além de aspirar a gasolina e o ar, o sistema de carburação deve também pulverizar a gasolina, misturá-la perfeitamente com o ar e distribuir a mistura de maneira uniforme pelos cilindros. A gasolina apresenta-se já sob a forma de pequenas gotas quando entra no difusor. Num carburador de difusor e jatos fixos é prévia e parcialmente emulsionada com o ar; já num carburador de difusor e jatos variáveis a divisão em pequenas gotas ocorre no difusor e é provocada pela velocidade da corrente de ar. Quando a mistura gasosa passa pela borboleta, penetra no coletor por influência da depressão resultante da sucção do pistão, tendo início a vaporização das gotículas de gasolina. A velocidade da vaporização depende do valor da depressão no coletor de admissão que, por si, depende da rotação do motor e da posição da borboleta. À alta velocidade do fluxo de ar de admissão, quando a borboleta se encontra totalmente aberta, a depressão poderá ser de valor tão baixo que grande parte da gasolina permanecerá em estado líquido e será transportada pelo ar ou escorrerá ao longo das paredes do coletor. Em carga parcial, com a borboleta parcialmente fechada, a depressão

aumenta, pelo que a maior parte da gasolina ficará vaporizada. Nos motores em que existe um carburador para cada cilindro, o fato da mistura se encontrar parcialmente no estado líquido é irrelevante, pois esta irá vaporizar-se na câmara de combustão pela ação do calor. Porém, quando só um carburador alimenta vários cilindros, a distribuição uniforme é fundamental, mas difícil se a mistura estiver úmida. Elevando a temperatura do coletor de admissão por meio de um “ponto quente”, aquecido pelos gases de escapamento ou por água, consegue-se uma melhor vaporização da gasolina e, portanto, uma distribuição mais uniforme da mistura.

Figura 1 – Carburador:

FONTE: http://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=VcPbeKs- st- WWM&tbnid=Oao03SVmhQysHM:&ved=0CAcQjB0wADgq&url=http%3A%2F%2Fml45303.b r.ofertopia.com%2Fa%2FCarburador_Weber_Brosol_Alcool_E_Gasolina_Uno_Fusca_Chev ete- 1e3ovi.html&ei=ZeGnUaDaAYna8wTly4GgCQ&psig=AFQjCNHUDHNIyujK3HucPkLblno WeyQ&ust=

2 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO

2.1. FUNCIONAMENTO DO CARBURADOR

O carburador é acionado através do cabo do acelerador ligado ao eixo da borboleta principal na parte interna do carburador dentro do tubo de venturi. Esse tubo é responsável pela passagem de ar, mistura de combustível e entrada de combustível para o coletor de admissão. No tubo de venturi estão interligados além da válvula de aceleração (borboleta), a borboleta de marcha lenta que funciona obstruindo a entrada de ar durante o aquecimento do motor durante a partida, difusor da marcha lenta que regula a quantidade de combustível necessária para manter o carro em funcionamento enquanto não está sendo acelerado e por fim os difusores injetores de combustível que são comandados sob a pressão atmosférica e pela aspiração no momento da aceleração.

Figura 2 – Conceito do Carburador

Fonte: http://mecanicacaseira.blogspot.com.br/2010/06/como-funciona-o-carburador.html

O fluxo do injetor é acionado através da depressão de combustível e do vácuo formado durante o processo de descompressão na câmara de combustão, durante a aceleração do pedal, tal fluxo é regulado conforme a calibração do carburador com ajuda de giclês, cada calibração de giclê possui diâmetros especificos e padronizados para serem substituídos conforme tipo de combustível e necessidade do motor.

O combustível entra no carburador sob pressão controlada. É armazenado em uma cuba na qual possui um controlador de nível calibrado, conhecido como bóia e válvula agulha. À medida que o combustivel enche a cuba, a bóia sobe e empurrando a agulha, até que em um certo ponto a agulha fecha a passagem e impede a entrada de mais combustível.

2.1.1 Sistema de Alimentação de Combustível

A função desse sistema é manter o nivel de combustivel dentro da cuba para todas as condições de funcionamento do motor. O combustivel chega ao carburador sob pressão, enviado por uma bomba mecânica e entra na cuba através de uma válvula agulha. Quando o nivel de combustivel desce devido ao consumo do motor, a bóia também descendo libera a agulha que abre passagem e permite que entre mais combustivel, a fim de manter o nivel constante na cuba.

2.1.2 Sistema Principal

Para alimentar o motor nas rotações mais altas, a quantidade de combustivel que o sistema de marcha lenta pode oferecer não é o suficiente. Nesta situação passa a funcionar o sistema principal cujo funcionamento consiste: o ar ao passar pelos difusores suga o combustivel da cuba através do tubo misturador. O combustível depois de sair da cuba atravessa o gargulante principal que controla a quantidade que deve passar, subindo pelo tubo misturador onde se mistura com o ar que vem do respiro de alta, descarregando no fluxo principal onde se faz a mistura final ar-combustivel que então segue para o cilindro do motor através do coletor de admissão.

Figura 4 – Vazão de Ar X Combustível

Fonte: http://mecanicacaseira.blogspot.com.br/2010/06/como-funciona-o-carburador.html

2.1.3 Sistema de Marcha Lenta

A função desse sistema é alimentar o motor nas rotações mais baixas, quando a borboleta de aceleração está pouco aberta. Nessa situação o vácuo produzido pelo motor abaixo da borboleta de aceleração puxa o combustível da cuba através das restrições calibradas da Marcha Lenta. O combustível depois que sai da cuba, atravessa o gargulante principal e sobe para o gargulante de marcha lenta, que controla a quantidade que deve passar, e onde recebe o ar que vem do respiro da marcha lenta. Nesse ponto o ar e a gasolina formam uma mistura, que desce em direção à base do carburador, passa pela agulha de regulagem que controla a quantidade que deve passar e se descarrega no fluxo principal, onde se faz a mistura final ar-combustivel. Para suavizar a passagem da marcha lenta para as marchas mais altas, existem os furos de progressão que são restrições calibradas que descarregam a mistura para o fluxo principal à medida que a borboleta de aceleração vai se abrindo e descobrindo esses furos.

Figura 5 – Componentes externos do Carburador

Fonte: http://www.volkspage.net/vwsantana/mecanica/carburadores/Carb3E.jpg

2.1.5 Sistema Suplementar com Pistão a Vácuo

Este sistema tem como componentes principais um pistão que é acionado pelo vácuo do motor e um gargulante dotado de uma válvula. Quando o vácuo é elevado (borboleta de aleceração quase totalmente fechada) ele se transmite através de canais, da base do carburador para o cilindro onde está o pistão de vácuo. O vácuo elevado consegue vencer a tensão da mola e fazer com que o pistão suba, deixando a válvula do gargulante suplementar fechada. Quando porém, o vácuo abaixo da borboleta de aceleração se torna insuficiente (borboleta de aceleração quase ou totalmente aberta) a força da mola empurra a haste do pistão contra a válvula do gargulante suplementar abrindo-a e permitindo que passe gasolina diretamente da cuba para o tubo misturador, sem passar pelo gargulante principal, aumentando dessa maneira a quantidade de gasolina na mistura.

2.1.6 Sistema Afogador

A finalidade desde sistema é aumentar a quantidade de gasolina na mistura para facilitar a partida do motor a frio, principalmente em dias muito frios. Obtém-se esse aumento, diminuindo-se a quantidade de ar que entra no carburador através de uma válvula de borboleta, e forçando dessa maneira que o sistemas de marcha lenta e principal, simultaneamente, descarreguem a mistura no fluxo principal, tornando dessa maneira a mistura muito mais rica.

Logo que o motor começa a funcionar há necessidade de se aumentar a quantidade de ar na mistura para que o motor não pare por falta de ar. Como este momento pode passar desapercebido pela pessoa que está ligando o motor e ela não abrir a borboleta afogada, existe um sistema que abre automaticamente a borboleta, evitando que o motor pare por falta de ar. Este sistema se baseia no fato que quando o motor começa a funcionar o vácuo produzido pelos cilindros do motor se torna capaz de acionar um sistema. Consiste em uma válvula montada sobre a própria borboleta afogadora que se abre dependendo do vácuo sob a borboleta. Naturalmente quando o motor já estiver bem aquecido a borboleta afogadora deve ser totalmente aberta.

2.2 FUNCIONAMENTO DA INJEÇÃO ELETRÔNICA MULTIPONTO

A injeção digital multiponto de combustível controla e monitora a qualidade da queima de combustível. Dentro desse controle a principal função é garantir a queima mais próxima da estequiométrica possível variando a quantidade de combustível fornecido na câmara de combustão, para esse ajuste fino necessita de diversos sensores e atuadores no motor do veículo, conectados por chicotes elétricos e relés dimensionados para os diversos tipos de carga e sinais a serem coletados e comandados. O controle do sistema atua desde a quantidade de combustível injetado até o gás emitido após a combustão no escapamento, produto da queima da mistura.

Todo o comando é emitido de uma Unidade de Comando Eletrônica (ECU), na qual todos os circuitos elétricos estão interligados com um chicote dimensionado. Dentro dessa ECU existe um micro eletrônica embarcada, capaz de realizar comandos específicos para todas as rotações do motor, com todos os regimes de temperatura e condições de uso. Esta central não possui componentes agregados para chavear circuitos que requerem potência diretamente, devido às limitações das trilhas da sua placa eletrônica. Quando isso ocorre, são dimensionados relés de acionamento externo, adicionado a uma caixa de relés e fusíveis especiais ao sistema. Os fusíveis protegem sobre uma sobre corrente na sua linha de carga e alimentação.

Fotografia 1 – Unidade de Comando Eletrônico 325906021.28 – Magneti Marelli Modelo 1AVB

Fonte: O Autor.