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Acionamento e controle eletrônico de injetores e unidades injetoras do ciclo Diesel

O processo de combustão interna aplicado nos motores Diesel exige que o combustível seja injetado de maneira atomizada diretamente na câmara de combustão, sob alta pressão, no momento da compressão máxima.

Ao entrar em contato com o ar comprimido e aquecido, o combustível entra em combustão automaticamente, sem a necessidade de uma centelha de ignição. Portanto, o fator chave da eficiência dos motores a diesel é o rendimento térmico do sistema. Ou seja, se dependemos de um momento específico de alta compressão e temperatura para que a queima seja completa, controlar o momento de injeção e o tempo de injeção visando a essa condição ideal, que é realizada pelo módulo eletrônico.  

O sistema de injeção diesel como um todo passou por várias evoluções nos últimos anos, para melhorar a eficiência térmica da combustão, aumentar o aproveitamento do combustível e consequentemente, diminuir a emissão de poluentes.

Entre os sistemas de injeção diesel mais usado atualmente estão: o PLD (Mercedes), o PDE (Volvo e Scania) e o Common Rail (sistemas EDC Bosch), sendo que o sistema Common Rail é o mais preciso no controle das emissões de poluentes e na eficiência térmica. Confira dois desses sistemas.  

O Sistema PLD  

O sistema de injeção por bomba individual PLD (Sigla em inglês que significa Bomba/Tubo/Bico) é utilizado em veículos cuja “árvore” de comando de válvulas está localizada no bloco do motor, como por exemplo, nos caminhões Mercedes da série 900.

Nesse sistema, a geração de pressão de combustível ocorre mecanicamente pelo movimento dos ressaltos do comando de válvulas. Esse momento é sincronizado pelo disparo elétrico da ECU, que não necessita ser de alta tensão, pois as pressões geradas diretamente no injetor não são altas. Em sistemas assim, chamamos de Unidade Injetora o conjunto de elementos responsáveis pela injeção de combustível na câmara. 

O Sistema Common Rail  

O sistema Common Rail consegue o excelente controle da injeção de combustível por ter um reservatório de alta pressão comum para todos os injetores, um “tubo” comum ou “rail”.

Os injetores recebem o combustível sob alta pressão (em sistemas mais novos até 2.400 bar) e o transferem para o interior da câmara de combustão, onde chega micropulverizado, obedecendo aos comandos da ECU. É o mais flexível e eficiente sistema de injeção eletrônica diesel da atualidade por contar com altas pressões de combustível, o que contribui para a atomização.  

Nesse sistema, a ECU controla eletronicamente a abertura dos injetores, bem como efetua disparos auxiliares que possibilitam não apenas uma abertura primária para tirar o injetor da inércia, mas também múltiplas injeções em diferentes momentos do ciclo de trabalho mecânico do pistão.

Por isso, o Common Rail é o único dos sistemas de injeção diesel que tem controle total sobre o processo de injeção (sequência, momento e tempo de injeção). Capaz de realizar injeções múltiplas em um mesmo ciclo, o sistema Common Rail conta com pré-injeção, injeção principal e pós-injeção. Para realizar tais trabalhos são necessárias altas tensões, pois os injetores recebem de maneira constante altas pressões de combustível (as mesmas do tubo comum armazenador). 

O componente eletrônico responsável pelo comando de atuadores 

O comando eletrônico de atuadores parte do princípio de funcionamento de um componente muito importante na eletrônica, o transistor. Ao ser inventado, esse componente de funcionamento simples revolucionou a eletrônica.

Um transistor pode ser considerado um elemento de chaveamento e por isso é amplamente usado no acionamento de atuadores e na eletrônica embarcada automotiva. É nada mais nada menos que um separador de potências elétricas, tendo em vista que apenas com ambas as potências (positivo e negativo) é possível realizar algum tipo de trabalho em atuadores.  

Um transistor precisa receber um pulso de ativação que pode ser de baixa tensão ou tensões amplificadas (dependendo da medida de tensão em sua fonte de chaveamento) e consegue chavear com tensões mais altas ou com um negativo de 0V.

O transistor tem 3 terminais, sendo que o terminal 1 é chamado “gate”,  pois recebe um pulso de ativação, o terminal 2 chama-se “dreno” pois trata-se do emissor do pulso de chaveamento (em conexão com o atuador) e o terminal 3 denomina-se “source”, que pode ser uma alimentação de tensão positiva ou um aterramento (dependendo de qual potência o atuador necessita). 

Diferença no controle eletrônico entre os sistemas de baixa e alta pressão de combustível  

No controle e comando de injetores de combustível na linha diesel, vários sistemas necessitam de tensões mais altas do que as de bateria. Tais sistemas têm dentro do módulo do motor um conjunto de circuitos com a função de amplificar tensões e armazená-las para serem usadas nos disparos de injetores. 

Por que nem todos os módulos têm esse circuito de amplificação? A aplicação desse circuito no módulo do motor dependerá do tipo de sistema mecânico usado no disparo. Por exemplo, em um sistema Common Rail, as altas pressões de combustível na linha ou tubo comum são as mesmas altas pressões de combustível que chegam aos injetores e nas agulhas. Portanto, para “vencer” esse valor alto de resistência e realizar o disparo, são necessárias altas tensões.

Em sistemas como o mencionado, é comum encontrarmos pulsos de comando entre 80V e 100V. 

Já em sistemas como o de Unidades Injetoras, nos quais a geração de pressão de combustível acontece mecanicamente e em sincronismo com o disparo do Injetor, as tensões de trabalho são baixas, muitas vezes próximas da tensão de bateria, como algo em torno de 26V. Isso é possível porque as pressões de combustível não são constantes na agulha do injetor. 

Controle eletrônico de baixa tensão 

Em sistemas como o de Unidades Injetoras PLD (Exemplo: Mercedes Benz), as pressões de combustível não são elevadas. Portanto, um disparo de baixas tensões, próximas das tensões de bateria é o suficiente para remover a agulha da inércia e realizar a pulverização do combustível.

Esse disparo é feito por um transistor com fonte contínua de tensão positiva, sendo que após o disparo chegar à unidade injetora, ele retorna para o módulo para ser descarregado em um aterramento por outro transistor, agora com fonte negativa. Sempre que há um disparo positivo (transistor emissor), do outro lado da bobina da unidade injetora tem uma conexão com um aterramento (transistor receptor), no qual é formado um campo magnético na bobina da unidade, o que produz trabalho. 

Controle eletrônico de alta tensão 

Esse acionamento é feito por dois transistores com fontes contínuas de medidas de tensão positiva diferentes, sendo que após o disparo chegar ao injetor, ele retorna para o módulo para ser descarregado em um aterramento por um outro transistor, agora com fonte negativa.

Um disparo inicial com amplitude maior é feito para apenas “abrir” o injetor, removendo-o da inercia. Um segundo disparo com amplitude mais baixa, próxima da tensão de bateria, é feito para os controles das múltiplas injeções presentes no Common Rail. 

LEGENDAS DAS IMAGENS: 

Imagem 1 – Sistema de unidades injetoras PLD  

Imagem 2 – Sistema Common Rail e seus principais elementos 

Imagem 3 – Transistor 

Imagem 4 – Comparativo entre sistemas de baixa e altas tensões 

Imagem 5 – Localização dos transistores de acionamento positivo 

Imagem 6 – Disparo positivo de baixa tensão para Unidade Injetora – Mercedes Benz (regulagem: 10V e 10ms) 

Imagem 7 – Localização dos transistores de acionamento positivo 

Imagem 8 – Disparos de baixa e alta tensão feitos por transistores diferentes, porém ao mesmo tempo 

Imagem 9 – Junção dos sinais (baixa e alta tensão) que finalmente, seguem para o banco de injetores 

Fonte:
https://www.oficinabrasil.com.br/noticia/tecnicas/acionamento-e-controle-eletronico-de-injetores-e-unidades-injetoras-do-ciclo-diesel

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Autor: Sindirepa MT

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