Glauco Diniz Duarte Diretor – Como funciona unidade injetora
Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, o processo de combustão interna aplicado nos motores Diesel requer 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 (assim como nos veículos do ciclo Otto). 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, é o foco do trabalho do Módulo eletrônico. Quanto maior for o rendimento térmico dessa queima, melhor será o desempenho do motor.
O sistema de injeção Diesel como um todo passou por várias evoluções nos últimos anos, a fim de 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 usados 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.
Cada sistema mencionado possui diferentes pressões para a atomização do combustível no momento do disparo. Confira duas das principais variações.
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 latas 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 “Source” e pode ser uma alimentação de tensão positiva ou um aterramento (dependendo de qual potência o atuador necessita); e o terminal 3 denomina-se “Dreno”, pois trata-se do emissor do pulso de chaveamento (em conexão com o atuador).
Diferença no controle eletrônico entre os sistemas de baixa e alta pressão de combustível
No controle e comando de injetores e 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 um outro transistor, agora com fonte negativa. Sempre que há um disparo positivo (transistor emissor) e do outro lado da bobina da unidade injetora uma conexão com um aterramento (transistor receptor), é formado um campo magnético na bobina da unidade, o que produz trabalho.
Controle eletrônico de alta tensão
Em sistemas que trabalham com altas pressões de combustível diretamente no interior do injetor, como nos sistemas Common Rail, são necessárias altas tensões para remover a agulha da inércia e proporcionar a pulverização de combustível. Para entender porque as altas tensões são necessárias para produzir esse trabalho, devemos analisar a fórmula da lei de Ohm que diz que P (potência) = U (tensão) x I (corrente) – P=U.I. Portanto, visando à economia e maior simplicidade no projeto elétrico e eletrônico de fiação e componentes, as sistemistas optam por trabalharem com a corrente sempre baixa. Para que seja possível fazer isso e ainda assim realizar o mesmo trabalho (potência), é necessário aumentar o outro elemento da fórmula – a tensão elétrica. Por isso, sistemas assim trabalham com disparos de 90 – 120V.
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 inércia. Um segundo disparo com amplitude mais baixa, próxima da tensão de bateria, é feito para os controles das múltiplas injeções presentes no Common Rail.
