Pedeorelha | Como funcionam os sistemas de injeção de combustível

Thomas Dalton
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Um típico injetor eletrônico de combustível. Veja mais fotos do motor do carro.

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Na tentativa de acompanhar as leis de emissões e eficiência de combustível, o sistema de combustível usado nos carros modernos mudou muito ao longo dos anos. O Subaru Justy 1990 foi o último carro vendido nos Estados Unidos a ter um carburador; no ano modelo seguinte, o Justy tinha injeção de combustível. Mas a injeção de combustível existe desde a década de 1950, e a injeção eletrônica de combustível foi amplamente usada em carros europeus a partir de 1980. Agora, todos os carros vendidos nos Estados Unidos têm sistemas de injeção de combustível.

Neste artigo, aprenderemos como o combustível entra no cilindro do motor e quais termos como "injeção de combustível multiportas" e "injeção de combustível no corpo do acelerador" significam.

-Durante a maior parte da existência do motor de combustão interna, o carburador foi o dispositivo que fornecia combustível para o motor. Em muitas outras máquinas, como cortadores de grama e motosserras, ainda é. Mas, à medida que o automóvel evoluiu, o carburador ficou cada vez mais complicado ao tentar lidar com todos os requisitos operacionais. Por exemplo, para lidar com algumas dessas tarefas, os carburadores tinham cinco circuitos diferentes:

Circuito principal - Fornece combustível suficiente para um cruzeiro com baixo consumo de combustível
Circuito ocioso - Fornece combustível suficiente para manter o motor em marcha lenta
Bomba aceleradora - Fornece uma explosão extra de combustível quando o pedal do acelerador é pressionado pela primeira vez, reduzindo a hesitação antes que o motor acelere
Circuito de enriquecimento de energia - Fornece combustível extra quando o carro está subindo uma colina ou rebocando um trailer
Choke - Fornece combustível extra quando o motor está frio para que ele dê partida

Para atender aos requisitos de emissões mais rígidos, foram introduzidos conversores catalíticos. Um controle muito cuidadoso da proporção ar-combustível era necessário para que o conversor catalítico fosse eficaz. Os sensores de oxigênio monitoram a quantidade de oxigênio no escapamento e o unidade de controle do motor (ECU) usa essas informações para ajustar a proporção ar-combustível em tempo real. Isso é chamado controle de circuito fechado -- não era possível obter esse controle com carburadores. Houve um breve período de carburadores controlados eletricamente antes que os sistemas de injeção de combustível assumissem o controle, mas esses carboidratos elétricos eram ainda mais complicados do que os puramente mecânicos.

No início, os carburadores foram substituídos por sistemas de injeção de combustível do corpo do acelerador (também conhecido como ponto único ou injeção central de combustível sistemas) que incorporam válvulas injetoras de combustível controladas eletricamente no corpo do acelerador. Estes eram quase uma substituição aparafusada para o carburador, então as montadoras não tiveram que fazer nenhuma mudança drástica em seus projetos de motor.

Gradualmente, à medida que novos motores foram projetados, a injeção de combustível do corpo do acelerador foi substituída por injeção de combustível multiportas (também conhecido como porta, multiponto ou sequencial Injeção de combustível). Esses sistemas têm um injetor de combustível para cada cilindro, geralmente localizado de forma que eles borrifem diretamente na válvula de admissão. Esses sistemas fornecem medição de combustível mais precisa e resposta mais rápida.

O pedal do acelerador em seu carro está conectado ao válvula de aceleração -- esta é a válvula que regula a quantidade de ar que entra no motor. Então, o pedal do acelerador é realmente o pedal do ar.

Uma válvula borboleta parcialmente aberta

Quando você pisa no pedal do acelerador, a válvula do acelerador se abre mais, deixando entrar mais ar. A unidade de controle do motor (ECU, o computador que controla todos os componentes eletrônicos do motor) "vê" a válvula do acelerador aberta e aumenta a taxa de combustível na expectativa de mais ar entrando no motor. É importante aumentar a taxa de combustível assim que a válvula borboleta abrir; caso contrário, quando o pedal do acelerador é pressionado pela primeira vez, pode haver uma hesitação, pois um pouco de ar atinge os cilindros sem combustível suficiente nele.

Os sensores monitoram a massa de ar que entra no motor, bem como a quantidade de oxigênio no escapamento. A ECU usa essas informações para ajustar o fornecimento de combustível para que a proporção ar-combustível seja a correta.

-Um injetor de combustível nada mais é do que uma válvula controlada eletronicamente. É alimentado com combustível pressurizado pela bomba de combustível do seu carro e é capaz de abrir e fechar muitas vezes por segundo.

Dentro de um injetor de combustível

Quando o injetor é energizado, um eletroímã move um êmbolo que abre a válvula, permitindo que o combustível pressurizado esguiche para fora por um pequeno bico. O bico é projetado para atomizar o combustível - para formar uma névoa tão fina quanto possível para que possa queimar facilmente.

Um injetor de combustível disparando

A quantidade de combustível fornecida ao motor é determinada pela quantidade de tempo que o injetor de combustível permanece aberto. Isso é chamado de largura do pulso, e é controlado pela ECU.

Injetores de combustível montados no coletor de admissão do motor

Os injetores são montados no coletor de admissão de forma que borrifem combustível diretamente nas válvulas de admissão. Um cano chamado de trilho de combustível fornece combustível pressurizado para todos os injetores.

Nesta foto, você pode ver três dos injetores. O trilho de combustível é o tubo à esquerda.

Para fornecer a quantidade certa de combustível, a unidade de controle do motor está equipada com uma série de sensores. Vamos dar uma olhada em alguns deles.

-Para fornecer a quantidade correta de combustível para cada condição operacional, a unidade de controle e-ngine (ECU) deve monitorar um grande número de sensores de entrada. Aqui estão apenas alguns:

Sensor de fluxo de massa de ar - Diz à ECU a massa de ar que entra no motor
Sensor (es) de oxigênio - Monitora a quantidade de oxigênio no escapamento para que a ECU possa determinar o quão rica ou pobre é a mistura de combustível e fazer os ajustes necessários
Sensor de posição do acelerador - Monitora a posição da válvula do acelerador (que determina quanto ar entra no motor) para que a ECU possa responder rapidamente às mudanças, aumentando ou diminuindo a taxa de combustível conforme necessário
Sensor do resfriador de temperatura - Permite que a ECU determine quando o motor atingiu sua temperatura operacional adequada
Sensor de tensão - Monitora a tensão do sistema no carro para que a ECU possa aumentar a velocidade de marcha lenta se a tensão estiver caindo (o que indicaria uma alta carga elétrica)
Sensor de pressão absoluta do coletor - Monitora a pressão do ar no coletor de admissão
A quantidade de ar que entra no motor é uma boa indicação de quanta potência ele está produzindo; e quanto mais ar entra no motor, menor a pressão do coletor, portanto, essa leitura é usada para medir quanta potência está sendo produzida.
Sensor de velocidade do motor - Monitora a velocidade do motor, que é um dos fatores usados para calcular a largura de pulso

Existem dois tipos principais de controle para multiporta sistemas: Os injetores de combustível podem abrir todos ao mesmo tempo, ou cada um pode abrir um pouco antes da válvula de admissão de seu cilindro abrir (isso é chamado injeção de combustível multiportas sequencial).

A vantagem da injeção sequencial de combustível é que se o motorista fizer uma mudança repentina, o sistema pode responder mais rapidamente porque a partir do momento em que a mudança é feita, ele só tem que esperar apenas até a próxima válvula de admissão abrir, em vez de para a próxima completa revolução do motor.

-Os algoritmos que controlam o motor são bastante complicados. O software deve permitir que o carro satisfaça os requisitos de emissões para 100.000 milhas, atender aos requisitos de economia de combustível da EPA e proteger os motores contra abuso. E há dezenas de outros requisitos a serem atendidos também.

A unidade de controle do motor usa uma fórmula e um grande número de tabelas de consulta para determinar a largura de pulso para determinadas condições de operação. A equação será uma série de muitos fatores multiplicados uns pelos outros. Muitos desses fatores virão de tabelas de pesquisa. Faremos um cálculo simplificado do largura de pulso do injetor de combustível. Neste exemplo, nossa equação terá apenas três fatores, enquanto um sistema de controle real pode ter cem ou mais.

Largura de pulso = (largura de pulso de base) x (Fator A) x (Fator B)

A fim de calcular a largura de pulso, a ECU primeiro procura o largura de pulso base em uma tabela de pesquisa. A largura de base do pulso é uma função de velocidade do motor (RPM) e carga (que pode ser calculado a partir da pressão absoluta do coletor). Digamos que a velocidade do motor seja 2.000 RPM e a carga 4. Encontramos o número na interseção de 2.000 e 4, que é de 8 milissegundos.

RPM	Carga
RPM	1	2	3	4	5
1.000	1	2	3	4	5
2.000	2	4	6	8	10
3.000	3	6	9	12	15
4.000	4	8	12	16	20

Nos próximos exemplos, UMA e B são parâmetros que vêm de sensores. Vamos dizer que UMA é a temperatura do refrigerante e B é o nível de oxigênio. Se a temperatura do refrigerante for igual a 100 e o nível de oxigênio igual a 3, as tabelas de pesquisa nos dizem que o Fator A = 0,8 e o Fator B = 1,0.

UMA	Fator A	B	Fator B
0	1,2	0	1.0
25	1,1	1	1.0
50	1.0	2	1.0
75	0.9	3	1.0
100	0,8	4	0,75

Então, já que sabemos que largura de pulso base é uma função de carga e RPM, e que largura de pulso = (largura de pulso de base) x (fator A) x (fator B), a largura geral do pulso em nosso exemplo é igual a:

8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 milissegundos

A partir deste exemplo, você pode ver como o sistema de controle faz os ajustes. Com o parâmetro B como o nível de oxigênio no escapamento, a tabela de pesquisa para B é o ponto em que há (de acordo com os projetistas do motor) muito oxigênio no escapamento; e, portanto, a ECU reduz o consumo de combustível.

Os sistemas de controle reais podem ter mais de 100 parâmetros, cada um com sua própria tabela de pesquisa. Alguns dos parâmetros até mudam com o tempo para compensar as mudanças no desempenho dos componentes do motor, como o conversor catalítico. E dependendo da velocidade do motor, a ECU pode ter que fazer esses cálculos mais de cem vezes por segundo.

Chips de desempenho
Isso nos leva à nossa discussão sobre chips de desempenho. Agora que entendemos um pouco sobre como funcionam os algoritmos de controle na ECU, podemos entender o que os fabricantes de chips de desempenho fazem para obter mais potência do motor.

Os chips de desempenho são feitos por empresas de reposição e são usados para aumentar a potência do motor. Há um chip na ECU que contém todas as tabelas de pesquisa; o chip de desempenho substitui esse chip. As tabelas no chip de desempenho conterão valores que resultam em taxas de combustível mais altas durante certas condições de direção. Por exemplo, eles podem fornecer mais combustível em aceleração total em cada rotação do motor. Eles também podem alterar o tempo de ignição (existem tabelas de pesquisa para isso também). Uma vez que os fabricantes de chips de desempenho não estão tão preocupados com questões como confiabilidade, quilometragem e controles de emissões quanto os fabricantes de automóveis, eles usam configurações mais agressivas nos mapas de combustível de seus chips de desempenho.

Para mais informações sobre sistemas de injeção de combustível e outros tópicos automotivos, confira os links na próxima página.