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Como funcionam os sistemas de injeção de combustívelpor Karim Nice - traduzido por HowStuffWorks Brasil

Introdução

Na tentativa de atender às leis de emissões e consumo, o sistema decombustível usado nos carros modernos mudou muito nos últimos anos. OSubaru Justy, de 1990, foi o último carro vendido nos Estados Unidos a terum carburador. No ano seguinte, o Justy tinha injeção de combustível.Apesar de a injeção eletrônica existir desde a década de 50, a injeçãoeletrônica de combustível foi amplamente usada em carros europeusapenas a partir de1980. Hoje em dia, todos os carros vendidos nosEstados Unidos, na Europa e no Brasil têm sistemas de injeção decombustível.

Neste artigo, aprenderemos como o combustível chega ao cilindro domotor e o que termos como "injeção de combustível multiponto" e"injeção de combustível central" significam. Também descobriremoscomo os chips de desempenho podem dar mais potência a seu motor.

O declínio do carburador

Durante a maior parte da existência do motor de combustão interna, ocarburador foi o dispositivo que forneceu combustível ao motor. Emmuitas outras máquinas, como os cortadores de grama e motoserras,ele ainda é utilizado. Mas conforme o automóvel foi evoluindo, o uso docarburador se tornou complicado. Para realizar algumas tarefas, oscarburadores tinham cinco circuitos diferentes:

circuito principal - fornece combustível apenas o suficientepara trafegar economicamentecircuito de marcha-lenta - fornece combustível suficiente para manter o motor nessacondição de funcionamentobomba de aceleração - fornece uma quantidade extra de combustível assim que o pedal doacelerador é pressionado, reduzindo a hesitação antes do motor acelerarcircuito de enriquecimento para potência - fornece combustível extra quando o carroestiver em um aclive ou rebocando um trailerafogador - fornece combustível extra quando o motor estiver frio para que dê partida

Para satisfazer exigências de emissões mais estritas, foram introduzidos os catalisadores. Énecessário um controle muito cuidadoso da relação ar-combustível para o catalisador ser eficaz. Ossensores de oxigênio monitoram a quantidade de oxigênio nos gases de escapamento e a unidade decontrole eletrônico (ECU) do motor usa essa informação para ajustar a relação ar-combustível emtempo real. Isso é chamado controle por retroalimentação de sinal (closed loop control) - não eraviável alcançar este controle com carburadores. Houve um breve período em que seusavam carburadores controlados eletricamente antes que os sistemas de injeção de combustíveldominassem o mercado, mas esses carburadores elétricos eram ainda mais complicados que ospuramente mecânicos.

A princípio, os carburadores foram substituídos por sistemas de injeção de combustível no corpoacelerador (também conhecidos como sistemas de injeção central de combustível ou ponto único)que incorporaram válvulas de injeção de combustível controladas eletricamente no interior do corpoacelerador. Estes sistemas eram uma mudança em relação ao carburador que na prática só precisavamser montados normalmente no coletor de admissão, de modo que os fabricantes de automóveisnão tinham que fazer quaisquer mudanças drásticas em seus projetos de motor.

À medida que os novos motores eram projetados, a injeção central de combustível foi substituída porinjeção de combustível multiponto. Estes sistemas têm um injetor de combustível para cada cilindro,normalmente localizados de modo que pulverizam diretamente na válvula de admissão. Estes sistemasfornecem uma dosagem mais precisa de combustível e resposta mais rápida.

Quando você pisa no acelerador

O pedal do acelerador em seu carro está conectado à válvula-borboleta. Esta é a válvula que regula aquantidade de ar que entra no motor. Portanto, o pedal de combustível é, na verdade, o pedal de ar.

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HowStuffWorks - Como funcionam os sistemas de injeção de combustível http://carros.hsw.uol.com.br/injecao-de-combustivel.htm/printable

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Uma válvula de aceleração parcialmente aberta

Quando você pisa no pedal de combustível, a válvula-borboleta abre um pouco mais, deixando entrarmais ar. A unidade de controle eletrônico do motor (ECU, o computador que controla todos oscomponentes eletrônicos em seu motor) "vê" a válvula de aceleração aberta e aumenta a vazão decombustível antes de entrar mais ar no motor. É importante aumentar a vazão de combustível assim quea válvula-borboleta se abre, caso contrário, assim que o pedal do acelerador for pressionado, podehaver uma hesitação caso o ar atinja os cilindros sem haver combustível suficiente nele.

Os sensores monitoram a massa de ar que entra no motor, bem como a quantidade de oxigênio noescapamento. A ECU usa esta informação para fazer o ajuste fino da entrega de combustível de modoque a relação ar-combustível seja correta.

O injetor

Um injetor de combustível não é nada além de uma válvula eletromagnética controlada eletronicamente.Ele é abastecido com combustível pressurizado proveniente da bomba de combustível em seu carro e écapaz de abrir e fechar muitas vezes por segundo.

O interior de um injetor de combustível

Quando o injetor é energizado, um eletroímã move um êmbolo que abre a válvula, permitindo que ocombustível pressurizado esguiche através de um minúsculo bocal. O bocal é projetado para atomizar ocombustível, a fim de tornar a névoa a mais fina possível para que possa queimar facilmente.


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O injetor de combustível funcionando

A quantidade de combustível fornecida ao motor é determinada pela quantidade de tempo que o injetorde combustível permanece aberto. Isso é chamado de largura de 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 modo que possam pulverizar combustíveldiretamente nas válvulas de admissão. Um tubo chamado galeria de combustível fornece combustívelpressurizado a todos os injetores.

Nesta imagem, você pode ver três dos injetores. A galeria de

combustível é o tubo à esquerda.

A fim de fornecer a quantidade correta de combustível, a unidade de controle eletrônico do motor éequipada com um grupo completo de sensores. Vamos dar uma olhada em alguns deles.

Sensores do motor

A fim de fornecer a quantidade correta de combustível para cada condição de operação, a ECU tem demonitorar um gigantesco número de sensores de entrada. Eis apenas alguns:

sensor de massa do fluxo de ar - diz à ECU a massa de ar que está entrando no motor;


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sensor(es) de oxigênio - monitora a quantidade de oxigênio no escapamento para que aECU possa determinar o quão rica ou pobre a mistura de combustível está e fazer osajustes necessários;sensor da posição do acelerador - monitora a posição da válvula-borboleta deaceleração (que determina quanto ar passa para dentro do motor) para que a ECU possaresponder rapidamente às mudanças, aumentando ou diminuindo o fluxo de combustívelconforme necessário;sensor de temperatura da água - permite à ECU determinar quando o motor atingiu suatemperatura de funcionamento normal;sensor de voltagem - monitora a voltagem do sistema no carro para que a ECU possa elevara rotação do motor em ponto-morto se a voltagem estiver caindo (o que indicaria haver umaalta carga elétrica);sensor de pressão absoluta do coletor - monitora a pressão do ar no coletor deadmissão.A quantidade de ar sendo aspirada para dentro do motor é um bom indicativo dequanta potência está produzindo; e quanto mais ar entra no motor, mais baixa se torna apressão do coletor. Portanto, essa leitura é usada para medir quanta potência está sendoproduzida;sensor de rotação do motor - monitora a rotação do motor, que é um dos fatores usadospara calcular a largura do pulso.

Há dois tipos principais de controle para sistemas multiponto: todos os injetores de combustível abremao mesmo tempo, ou cada um pode abrir pouco antes da válvula de admissão de seu cilindro se abrir(isso é chamado injeção de combustível seqüencial, necessariamente multiponto ).

A vantagem da injeção de combustível seqüencial é que, se o motorista fizer uma alteração repentina, osistema pode responder de maneira mais rápida. Isto porque a partir do momento em que a alteração éfeita, ele tem apenas de aguardar até que a próxima válvula de admissão se abra em vez de aguardar apróxima rotação completa do motor.

Controles do motor e chips de desempenho

Os algoritmos que controlam o motor são bem complicados. O software tem de permitir que o carrosatisfaça as exigências de emissões por 160.000 quilômetros, cumpra os requisitos de consumo decombustível da EPA (a agência de proteção ambiental dos Estados Unidos) e proteja os motores contraabuso. E há dúzias de outras exigências a satisfazer também.

A unidade de controle eletrônico do motor usa uma fórmula e um grande número de tabelasde referência para determinar a largura de pulso para determinadas condições operacionais. A equaçãoserá uma série de muitos fatores multiplicados entre si. Muitos desses fatores virão das tabelas dereferência. Passaremos por um cálculo simplificado da largura de pulso do injetor de combustível.Neste exemplo, nossa equação terá apenas três fatores, considerando que um sistema de controle realteria de ter uma centena ou mais.

Largura de pulso = (largura de pulso básica) x (fator A) x (fator B)

A fim de calcular a largura de pulso, a ECU primeiro pesquisa a largura de pulso básica em umatabela. A largura de pulso básica é uma função da rotação do motor (rpm) e carga (que pode sercalculada a partir da pressão absoluta do coletor). Digamos que a rotação do motor é de 2.000 rpm e acarga é 4. Encontramos o número na interseção de 2.000 e 4, que é 8 milissegundos.

rpm Carga

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 exemplos a seguir, A e B são parâmetros que vêm dos sensores. Vamos dizer que A é atemperatura da água e B é o nível de oxigênio. Se a temperatura da água for igual a 100 e o nível deoxigênio igual a 3, as tabelas de referência nos dizem que Fator A = 0,8 e Fator B = 1,0.

A 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, uma vez que sabemos que a largura de pulso básica é uma função da carga e rotação e quelargura de pulso = (largura de pulso básica) x (fator A) x (fator B), a largura de pulso geral em


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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 Bcomo o nível de oxigênio no escapamento, a tabela de referência para B é o ponto no qual há (deacordo com os projetistas de motores) muito oxigênio no escapamento e, consequentemente, a ECUreduz o fornecimento de combustível.

Os sistemas de controle reais podem ter mais de cem parâmetros, cada um com sua própria tabela dereferência. Alguns dos parâmetros até mesmo mudam no decorrer do tempo para compensar alteraçõesno desempenho dos componentes do motor, como o catalisador. E dependendo da rotação do motor, aECU pode ter de fazer esses cálculos centenas de vezes por segundo.

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

Os chips de desempenho são feitos por empresas de peças de mercado paralelo e são usados paraaumentar a potência do motor. Há um chip na ECU que detém todas as tabelas de referência; o chip dedesempenho substitui aquele chip. As tabelas no chip de desempenho conterão valores que resultarãoem vazões mais altas de combustível durante certas condições de uso. Por exemplo, podem fornecermais combustível em plena aceleração a cada rotação do motor. Também podem alterar o avanço deignição (há tabelas de referência para isso também). Uma vez que os fabricantes de chips dedesempenho não estão preocupados com questões como confiabilidade, quilometragem por litro oucontroles de emissões da mesma forma que os fabricantes de carros se preocupam, eles usamconfigurações mais agressivas nos mapas de combustível de seus chips de desempenho.

Para obter mais informações sobre sistemas de injeção de combustível e outros tópicos automotivos,verifique os links na página seguinte.

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