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SISTEMAS ELECTRÓNICOS DIESELReferências Colecção Título do Módulo Coordenação Técnico-Pedagógica Formação Modular Automóvel Sistemas Electrónicos Diesel CEPRA - Centro de Formação Profissional da Reparação Automóvel Departamento Técnico Pedagógico CEPRA - Direcção CEPRA - Desenvolvimento Curricular Direcção Editorial Autor Maquetagem CEPRA – Núcleo de Apoio Gráfico Instituto de Emprego e Formação Profissional Av. José Malhoa, 11 - 1000 Lisboa Portugal, Lisboa, 2000/05/19 148209/00 Propriedade Edição 2.0 Depósito Legal Copyright, 2000 Todos os direitos reservados IEFP “Produção apoiada pelo Programa Operacional Formação Profissional e Emprego, confinanciado pelo Estado Português, e pela União Europeia, através do FSE” “Ministério de Trabalho e da Solidariedade - Secretaria de Estado do Emprego e Formação” Sistemas Electrónicos Diesel Índice ÍNDICE DOCUMENTOS DE ENTRADA OBJECTIVOS GERAIS.................................................................................................... E.1 OBJECTIVOS ESPECÍFICOS......................................................................................... E.1 PRÉ-REQUISITOS........................................................................................................... E.2 CORPO DO MÓDULO 0 - INTRODUÇÃO.............................................................................................................0.1 1 - EVOLUÇÃO DIESEL...................................................................................................1.0 1.1 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR DIESEL MODERNO.........................................................................................................1.1 1.2 - NECESSIDADE DA ELECTRÓNICA................................................................................1.4 1.3 - EMISSÃO DE GASES DE ESCAPE. ................................................................................1.4 2 - SISTEMA DE COMBUSTÍVEL, PRÉ-AQUECIMENTO E INJECTORES. ...........................................................................................................2.0 2.1 - SISTEMAS DE COMBUSTÍVEL .....................................................................................2.1 2.2 - SISTEMAS DE PRÉ-AQUECIMENTO. .............................................................................2.5 2.3 - INJECTORES...................................................................................................................2.7 2.3.1 - DESCRIÇÃO E FUNCIONAMENTO....................................................................2.7 2.3.1.1 - CONSTITUIÇÃO.....................................................................................2.7 2.3.1.2 - FUNCIONAMENTO.................................................................................2.8 2.3.2 - IDENTIFICAÇÃO E MÉTODOS DE MONTAGEM AO MOTOR..........................2.10 2.3.2.1 - IDENTIFICAÇÃO...................................................................................2.10 2.3.2.1.1 - POSIÇÃO DA MOLA NO INJECTOR...................................2.10 2.3.2.1.2 - INJECTOR “DE ATARRAXAR“.............................................2.11 2.3.2.1.3 - INJECTOR DE DUAS FASES (IDF). ....................................2.12 2.3.2.1.4 - TIPOS DE BICOS EM INJECTORES..................................2.13 2.3.2.2 - MÉTODOS DE MONTAGEM DE INJECTORES AO MOTOR...................................................................2.17 Sistemas Electrónicos Diesel Índice 2.3.3 - MANUTENÇÃO E ENSAIO................................................................................2.17 2.3.3.1 - GERAL. ..................................................................................................2.17 2.3.3.2 - MONTAGEM /DESMONTAGEM DOS INJECTORES...........................2.18 2.3.3.3 - DIAGNÓSTICO E INSPECÇÃO............................................................2.20 2.3.3.3.1 - TABELAS DE DIAGNÓSTICO.............................................2.20 2.3.3.3.2 - INSPECÇÃO........................................................................2.20 3 - SISTEMAS DE CONTROLO ELECTRÓNICO DIESEL. ..............................................3.1 3.1 - DESCRIÇÃO DE UM SISTEMA GENÉRICO DE GESTÃO ELECTRÓNICA..........................................................................................................................3.1 3.2 - PRINCÍPIOS BÁSICOS DE SISTEMAS DE CONTROLO ELECTRÓNICO.................................................................................................................3.6 3.2.1 - SENSORES...........................................................................................................3.6 3.2.2 - ACTUADORES.....................................................................................................3.8 3.2.3 - U.E.C. (UNIDADE DE CONTROLO)....................................................................3.8 4 - PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DE SISTEMAS DIESEL CONTROLADOS ELECTRONICAMENTE........................................................................4.1 4.1 - SISTEMAS COM BOMBA INJECTORA EM LINHA. ...........................................................4.1 4.2 - SISTEMAS DE INJECÇÃO COM BOMBAS ROTATIVAS .................................................4.4 4.3 - SISTEMAS COM CONTROLO ELECTRÓNICO INTEGRAL.............................................4.7 4.3.1 - COMMONRAIL......................................................................................................4.7 4.3.2 - UNIDADE INJECTORA ELECTRÓNICA.............................................................4.12 5 - MANUTENÇÃO E REPARAÇÃO...............................................................................5.1 5.1 - DIAGNÓSTICO DO SISTEMA NO VEÍCULO. ....................................................................5.1 5.2 - INTERPRETAÇÃO DE CÓDIGOS DE ERRO....................................................................5.2 5.3 - REPARAÇÃO DE SISTEMAS. ............................................................................................5.4 BIBLIOGRAFIA................................................................................................................ C.1 DOCUMENTOS DE SAÍDA PÓS-TESTE..................................................................................................................... S.1 CORRIGENDA E TABELA DE COTAÇÃO DO PÓS-TESTE.......................................... S.7 ANEXOS EXERCÍCIOS PRÁTICOS................................................................................................ A.1 GUIA DE AVALIAÇÃO DOS EXERCÍCIOS PRÁTICOS. ................................................. A.4 Sistemas Electrónicos Diesel DOCUMENTOS DE ENTRADA Objectivos Gerais e Específicos do Módulo OBJECTIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS No final deste módulo, o formando deverá ser capaz de: OBJECTIVO GERAL DO MÓDULO Identificar os diversos tipos de sistemas electrónicos Diesel e o seu modo de funcionamento. OBJECTIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar as vantagens da utilização de sistemas electrónicos associados ao controlo de motores Diesel. 2. Caracterizar o circuito elementar de combustível de um motor Diesel 3. Descrever o princípio de funcionamento dos sistemas abertos e sistemas fechados. 4. Descrever o principio de funcionamento em sistema fechado associado ao controlo de motores Diesel. 5. Identificar os tipos de sistemas electrónicos Diesel. 6. Descrever os princípios de funcionamento de sistemas Diesel controlados electronicamente. 7. Identificar o método diagnóstico de avarias no sistema de alimentação Diesel controlado electronicamente. Sistemas Electrónicos Diesel E.1 Pré-Requisitos PRÉ-REQUISITOS COLECÇÃO FORMAÇÃO MODULAR AUTOMÓVEL Construção da Instalação Eléctrica Componentes do Sistema Eléctrico e sua simbologia Electricidade Básica Magnetismo e Electrogagnetismo Motores e Geradores Tipos de Baterias e sua Manutenção Tecnologia dos SemiCondutores Componentes Circ. Integrados, Microcontroladores e Microprocessadores Leitura e Interpretação de Esquemas Eléctricos Auto Características e Funcionamento dos Motores Distribuição Cálculos e Curvas Características do Motor Sistemas de Admissão e de Escape Sistemas de arrefecimento Lubrificação de Motores e Transmissão Alimentação Diesel Sistemas de Alimentação por Carburador Sistemas de Ignição Sistemas de Carga e Arranque Sobrealimentação Sistemas de Informação Lâmpadas, Faróis e Farolins Focagem de Faróis Sistemas de Aviso Acústicos e Luminosos Sistemas de Comunicação Sistemas de Segurança Passiva Sistemas de Conforto e Segurança Embraiagem e Caixas de Velocidades Sistemas de Transmissão Sistemas de Sistemas de Travagem Hidráulicos Travagem Antibloqueio Sistemas de Direcção Mecânica e Assistida Geometria de Direcção Diagnóstico e Rep. de Órgãos da Suspensão Avarias no Sistema de e seu Funcionamento Suspensão Ventilação Forçada e Ar Condicionado Sistemas de Segurança Activa Sistemas Electrónicos Diesel Diagnóstico e Reparação em Sistemas Mecânicos Diagnóstico e Reparação em Sistemas com Gestão Electrónica Unidades Electrónicas Sistemas de Injecção de Comando, Mecânica Sensores e Actuadores Diagnóstico e Reparação em Sistemas Eléctricos Convencionais Constituição de Funcionamento do Equipamento Conversor para GPL Sistemas de Injecção Electrónica Emissões Poluentes e Dispositivos de Controlo de Emissões Análise de Gases de Escape e Opacidade Rodas e Pneus Manutenção Programada Termodinâmica Gases Carburantes e Combustão Noções de Mecânica Automóvel para GPL Legislação Específica sobre GPL Processos de Traçagem e Puncionamento Rede de Ar Comp. e Manutenção de Ferramentas Pneumáticas Processos de Corte e Desbaste Processos de Furação, Mandrilagem e Roscagem Noções Básicas de Soldadura Metrologia Rede Eléctrica e Manutenção de Ferramentas Eléctricas Ferramentas Manuais OUTROS MÓDULOS A ESTUDAR Introdução ao Automóvel Desenho Técnico Matemática (cálculo) Física, Química e Materiais Organização Oficinal Legenda Módulo em estudo Pré-Requisito E.2 Sistemas Electrónicos Diesel CORPO DO MÓDULO Introdução 0 - INTRODUÇÃO O motor Diesel é actualmente utilizado nas mais variadas aplicações estando em constante desenvolvimento, pois a redução do consumo de combustível e de emissões poluentes são um objectivo a atingir Na realidade os motores Diesel são efectivamente menos poluentes que os motores alimentados a gasolina, no que respeita à emissão de gases poluentes, como seja o monóxido de carbono. Existe no entanto uma parte dos gases de escape dos motores Diesel que são constituídos por partículas de dimensões, que permitem ser observáveis pelo olho humano, que em alguns casos formam uma nuvem de fumo negro e opaco. A emissão de partículas de motores com sistemas de alimentação Diesel com regulações mecânicas, de gerações mais antigas, era usual devido à própria natureza dos sistemas, que tinham uma velocidade de resposta às várias solicitações baixa, entre outros factores. Com a utilização da electrónica nos sistemas de regulação, entre outros factores, o consumos de combustível e as emissões poluentes dos motores Diesel diminuíram, nomeadamente as emissões de partículas, pois a velocidade de resposta do sistema de regulação às várias solicitações, bem como a capacidade de manipular mais variáveis aumentaram, permitindo um controlo mais eficaz do sistema de alimentação Diesel. Sistemas Electrónicos Diesel 0.1 Evolução Diesel 1 – EVOLUÇÃO DIESEL 1.1 – FUNCIONAMENTO DO MOTOR DIESEL MODERNO Quando construiu o primeiro motor Diesel totalmente funcional em 1897, Rudolf Diesel certamente era incapaz de antever no que a sua invenção se tornaria. Desde então, o motor Diesel, passou por várias mudanças decisivas. Particularmente uns últimos anos, o uso do motor Diesel tem-se tornado mais atractivo devido ao seu baixo consumo e a um número importante de desenvolvimentos no sector Diesel. Rudolf Diesel nasceu em 1858. Depois dos estudos em engenharia mecânica, preocupouse com motores de combustão, quer dizer com maquinas onde a energia térmica resultante da combustão é convertida em movimento mecânico. Fig. 1.1 – Rudolf Diesel Os motores de combustão mais importantes são os motores de ignição por faísca ou seja, os motores alimentados por gasolina e os motores de ignição por compressão ou seja, os motores alimentados a gasóleo. No motor de ignição a mistura de combustível e ar é então inflamada por uma faísca de ignição. O motor desenvolvido por Rudolf Diesel utiliza um principio diferente. O seu motor funciona sem faísca de ignição. Sistemas Electrónicos Diesel 1.1 Evolução Diesel Num motor Diesel o combustível é inflamado devido à auto-inflamação. A combustão tem lugar no interior dum cilindro. O ar dentro do cilindro é comprimido pelo êmbolo e devido a isso a sua temperatura sobe significativamente. O combustível é injectado para dentro do ar aquecido e é inflamado na totalidade. A combustão provoca um movimento descendente do êmbolo rodando assim a cambota e fazendo funcionar o motor. Durante o seu trabalho desenvolvido inicialmente em protótipos estacionários, Rudolf Diesel descobriu que eram necessárias altas pressões para a injecção do combustível. No inicio estas pressões foram geradas por compressores de ar, que não só eram muito volumosos e pesados mas também dispendiosos. Esta foi a razão porque era impossível nessa altura montar tais motores em veículos. Nos anos 20, Robert Bosch desenvolveu uma bomba injectora que permitia uma solução elegante para o problema de injecção. No decurso do desenvolvimento foram produzidas uma grande variedade de diferentes tipos de motor. Basicamente em aplicações automóvel existem diferentes tipos de injecção: Injecção indirecta ( IDI ) Injecção directa ( DI ) Os motores de injecção indirecta têm uma câmara de combustão dividida o combustível injectado dentro de uma pré-câmara onde a combustão é iniciada. A utilização de uma pré-câmara, como mostra a fig. 1.3, o motor IDI produz menos ruído. Fig. 1.2 – Método de injecção indirecta (IDI) 1.2 Sistemas Electrónicos Diesel Evolução Diesel No motor DI o combustível é injectado directamente na câmara de combustão, como mostra a fig. 1.3. Estes motores com versões de alta rotação estão progressivamente a ser introduzidos em aplicações automóveis de passageiros. Fig. 1.3 – Método de injecção directa (DI) Os motores DI comparados com os IDI permitem uma poupança de cerca de 20% em combustível. É essencial que nos tipos DI ou IDI a quantidade exacta de combustível seja injectada a uma pressão definida e no momento exacto. Mesmo os desvios mais insignificantes resultam em aumento das emissões de escape, aumento de ruído ou consumo excessivo. Sistemas Electrónicos Diesel 1.3 Evolução Diesel 1.2 – NECESSIDADE DA ELECTRÓNICA Um processo de uma injecção num motor de automóvel pode demorar somente uma milésima de segundo. Este ciclo tem de se repetir milhares de vezes por minuto, mantendo controlo exacto, durante toda a vida útil do motor, sendo por isso importante que o sistema de injecção responda com grande precisão e alto grau de fiabilidade. Actualmente é impensável projectar motores Diesel sem a utilização do controlo electrónico, sendo estes sistemas denominados por sistemas Diesel de Controlo Electrónico (EDC). A necessidade de reduzir o consumo de combustível, as emissões escape e aumentar o conforto de condução obrigam a tolerâncias tão reduzidas e correcções tão rápidas e dependentes de tantas variáveis que não são possíveis com os correntes sistemas mecânicos. 1.3 – EMISSÕES DE GASES DE ESCAPE Todos nós queremos viver num ambiente saudável. Para se atingir este objectivo muito esforço por parte das fabricantes de motor e dos sistemas de injecção Diesel, tem sido aplicado para desenvolver novos materiais e novas tecnologias. No entanto não deixa de se constatar que só pela criação de legislação, inspecções e penalizações se consegue responsabilizar todos os intervenientes incluindo o publico em geral a lutar por esse objectivo, o de preservar o ambiente. O motor Diesel até à poucos anos foi considerado pouco poluente sendo normal só se medir ou inspeccionar a quantidade de partículas emitidas (parte visível das emissões de escape e normalmente associadas ao fumo negro). Estas partículas são medidas com um opacímetro e consideradas as principais responsáveis pelo efeito de estufa. Hoje todos os componentes poluentes das emissões de escape terão de ser reduzidos. 1.4 Sistemas Electrónicos Diesel Evolução Diesel Nas figuras seguintes é indicado a evolução nos últimos anos dos limites máximos admissíveis em, monóxidos de azoto e hidrocarbonetos (fig. 1.4), partículas (fig. 1.5) e também os níveis de ruído e pressão acústica permitidos (fig. 1.6). Fig. 1.4 – Limites máximos de emissões de Monóxidos de azoto e hidrocarbonetos permitidos Fig. 1.5 – Limites máximos de emissões de partículas permitidos Sistemas Electrónicos Diesel 1.5 Evolução Diesel Fig. 1.6 – Limites máximos de emissões de ruído e pressão acústica permitidas Existem acordos entre países europeus para definir a redução de emissões determinando as datas e os limites máximos de emissões poluentes que terão de ser atingidos, assim iniciado em 1994 tivemos o Euro I, sendo já os valores máximos permitidos no ano 2000 denominados de Euro III. Fig. 1.7 – Evolução dos limites de emissões poluentes ao longo dos anos 1.6 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 2 – SISTEMA DE COMBUSTIVEL, PRÉ-AQUECIMENTO E INJECTORES 2.1 - SISTEMAS DE COMBUSTIVEL CIRCUITO ELEMENTAR DE COMBUSTIVEL Para que o combustível seja injectado na câmara de combustão, deverá primeiro ser transportado do depósito até ao motor. Sujidade, água e outros contaminantes no gasóleo tem um efeito desastroso no sistema de injecção, causando dispendiosas reparações assim como imobilizações dos veículos. Sujidade é o pior tipo de contaminação, partículas com dimensões de 5 a 20 µm são altamente abrasivas. Fig. 2.1 – Contaminação por partículas A água assim como a sujidade pode também estar presente no gasóleo como resultado de pouco cuidado na armazenagem deste ou por consequência de condensações no interior dos depósitos. A entrada de uma pequena quantidade de água numa bomba injectora, devido à forte oxidação que provoca pode ser tão desastrosa como a sujidade, as figuras tentam mostrar esses efeitos. Sistemas Electrónicos Diesel 2.1 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores Fig. 2.2 – Contaminação por água Para aplicações onde o risco de contaminação por água é elevado é usado um decantador, representado na fig. 2.3 , onde também se pode observar um sensor de detecção de presença de água no circuito, que muitos dos automóveis usam e que está normalmente montado na base do filtro de gasóleo quando não existe nos sistemas um decantador. Quando a temperatura baixa abaixo do ponto de congelação do combustível a parafina solidifica aglomerando-se em qualquer pequena restrição principalmente nos filtros, fig. 2.4, provocando dificuldades de arranque e sobrecarga dos motores de arranque. Para assegurar o perfeito funcionamento do motor em todos os climas, é preciso assegurar que a tem-peratura se encontra sempre acima do ponto de congelação. Fig. 2.3 – Decantador com sensor de presença de água Fig. 2.4 – Elemento de filtro com parafina congelada 2.2 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores Na figura 2.5 é representado esquematicamente o fluxo do combustível num veiculo equipado com motor Diesel. 1 – Depósito de combustível; 2 – Tubos de combustível; 3 – Filtro de combustível; 4 – Sistema de injecção; 5 – Tubos de combustível; 6 – Injector; 7 – Tubos de retorno; 8 – Tubo de escape; 9 – Saída de escape. Fig. 2.5 – Fluxo de combustível num veículo com motor Diesel 1- Depósito de combustível O depósito de combustível é usado para guardar o combustível necessário ao funcionamento do motor e por isso a sua dimensão condicionado à autonomia do veiculo. Um grande número de regulamentos de segurança são aplicadas ao desenho e construção dos depósitos. Em alguns casos é usada uma bomba (dentro ou fora do depósito) para pressurizar o combustível através dos tubos até ao filtro. 2- Tubos de combustível (baixa-pressão) As linhas entre o depósito, filtro e sistema de injecção servindo de ligação entre os elementos do circuito de baixa-pressão. 3- Filtro de combustível O combustível é limpo (filtrado) no filtro de combustível, normalmente de papel permitindo a retenção das partículas superiores a 10 μm, evitando que o sistema seja danificado pelos contaminantes existentes no combustível. Sistemas Electrónicos Diesel 2.3 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 4- Sistema de injecção As altas pressões necessárias para a injecção de combustível são produzidas pelo sistema de injecção que também é responsável pela distribuição do combustível para cada cilindro individualmente. 5- Tubos de combustível (alta-pressão) Quando o combustível deixa o sistema de injecção, está a pressão elevada. Os tubos do circuito de alta pressão entre o sistema de injecção e o motor devem por isso ser bastante robustos, normalmente em aço com espessura de parede aproximadamente de 2 mm. 6- Injector A sua missão é pulverizar o combustível de uma maneira muito fina no sentido de permitir uma combustão eficiente do gasóleo no ar quente comprimido na câmara de combustão. 7- Tubos de retorno Servem para levar de volta ao depósito o excesso de combustível, usado normalmente no sistema de injecção para refrigeração e lubrificação. 8- Tubo de escape Os gases de escape são libertados do cilindro pela válvula de escape e canalizados para o colector de escape. Em alguns motores os gases de escape ao saírem do colector são usados para mover um turbo compressor. Movimenta uma turbina que comprime o ar no sentido da válvula de admissão. 9- Saída de escape Os gases de escape são enviados para a atmosfera através da saída de escape. Alguns dispositivos adicionais, como separadores ou conversores catalíticos podem ser usados para melhorar os níveis de gazes poluentes expelidos pelo escape. 2.4 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 2.2 - SISTEMAS DE PRÉ-AQUECIMENTO Fig. 2.6 – Imagem de velas e Controladores componen tes do sistema de pré-aquecimento Velas de Incandescência As velas de incandescência tem como principal finalidade, facilitar o arranque do motor pelo aquecimento do ar na câmara de pré-combustão. Fig. 2.7 – Localização de montagem das velas de incandescência Os fabricantes de sistemas de injecção introduziram uma significativa melhoria na redução das emissões de escape expelidas durante o período de aquecimento do motor, com a introdução do pós-aquecimento das velas de incandescência. Até que a temperatura normal de funcionamento do motor seja atingida este sistema mantém as velas de incandescência ligadas por períodos curtos de tempo. Nesta função de pós-aquecimento as velas só estarão ligadas quando o motor estiver com pouca carga (normalmente ao ralenti), dado que as velas se estragam rapidamente se estiverem sujeitas a pressões violentas quando estão incandescentes. Sistemas Electrónicos Diesel 2.5 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores As velas de incandescência de pós-aquecimento prolongado asseguram uma combustão mais efectiva e melhoria nas emissões, o que resulta também num andamento mais suave do motor em frio. Controladores de Velas de Incandescência Os controladores de velas de incandescência determinam os períodos de pré-aquecimento e de pós-aquecimento das velas de incandescência. Os controladores asseguram que as velas de incandescência funcionam só o tempo necessário de acordo com as temperaturas e carga que o motor têm nessa altura, o que ajuda a evitar a avaria prematura das velas de incandescência. Alguns fabricantes de veículos optaram por montar controladores que sujeitam as velas a um período de pós-aquecimento que pode ultrapassar os três minutos. Nos veículos com gestão electrónica do sistema de injecção, é a própria unidade electrónica de controlo (UEC) que controla o relé das velas de incandescência figura 2.8. Em alguns sistemas de veículos mais antigos que venham a ser modificados usando controladores de pós-aquecimento prolongado, é imprescindível também a mudança das velas. Fig. 2.8 – Diagrama eléctrico de circuito de velas de incandescência controlados por UEC 2.6 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 2.3 - INJECTORES 2.3.1 - DESCRIÇÃO E FUNCIONAMENTO 2.3.1.1 - CONSTITUIÇÃO Um injector completo da figura 2.9 é constituído por dois conjuntos: um, o porta-injector, o outro o bico injector. O porta-injector contém a mola da agulha (4), a haste (9), a entrada de alimentação (5), o tampão do porta-injector (1), que incorpora a saída de retorno (2), a tampa da mola (3) (que é usada para regular a pré-carga da mola da agulha) e a porca de aperto (7) do injector (que segura o bico do injector). O bico do injector é constituído por um corpo (8) e por uma agulha (6); estes componentes formam um conjunto “acasalado” e por isso devem ser considerados como um componente individual. 1 – Tampão do porta-injector 2 – Saída de retorno 3 – Tampa da mola 4 – Mola da agulha 5 – Entrada de alimentação 6 – Agulha 7 – Porca de fechamento 8 – Corpo 9 – Haste Fig. 2.9 - Injector Sistemas Electrónicos Diesel 2.7 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 2.3.1.2 - FUNCIONAMENTO Como indica a fig. 2.12, o gasóleo entra no injector através de uma entrada de alimentação (2) e passa para baixo através das passagens (3) para a galeria (4) cercando a agulha (5). Nesta altura a agulha está imobilizada na posição de fechada pela mola (1) por intermédio da haste (6). 1– Mola 2 – Entrada de alimentação 3 – Passagens de alimentação da galeria 4 – Galeria 5 – Agulha 6 – Haste Fig. 2.10 – Fase de alimentação do injector Quando a bomba de injecção de gasóleo inicia o seu curso de bombagem, a pressão de gasóleo a actuar nos “cones de elevação” (1) e (2) do injector, figura 2.11, ao desenvolver uma força axial superior à força da mola faz subir a agulha. Os furos de injecção ficam então abertos e o gasóleo passa nesse momento através de um escape pequeno (3) chamado o “saco” para os furos de injecção, dois dos quais são apresentados em (4) e (5). O gasóleo sai dos furos de injecção na forma de uma pulverização finamente atomizada. A injecção dura somente enquanto é mantida a pressão de bombagem pela bomba injectora; logo que cessa o curso de bombagem a mola actua na agulha que por sua vez fecha os furos de injecção. 2.8 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 1 – Cone de elevação 2 – Cone de elevação 3 – Saco 4 – Furo de injecção 5 – Furo de injecção Fig. 2.11 – Fase de injecção de combustível A lubrificação do bico injector, figura 2.12, é feita pelo retorno de gasóleo que passa pela agulha (4) e haste (3), através da câmara da mola (2), para a união de retorno (1) e depois para o filtro, ou para o depósito de gasóleo. 1 – União de retorno 2 – Câmara da mola 3 – Haste 4 – Agulha Fig. 2.12 – Retorno de combustível num bico de injector Sistemas Electrónicos Diesel 2.9 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 2.3.2 – IDENTIFICAÇÃO E MÉTODOS DE MONTAGEM 2.3.2.1 IDENTIFICAÇÃO 2.3.2.1.1 POSIÇÕES DA MOLA NO INJECTOR Há dois tipos principais de injector, referidos como de “mola em cima” (fig. 2.13)e “mola em baixo” (fig. 2.14). 1 – Haste 2 – Tampa da mola Fig. 2.13 – Injector de mola em cima 1 – Assento da mola 2 - Prato de adaptação Fig. 2.14 – Injector de mola em baixo Os dois tipos de injectores diferem fundamentalmente na posição da mola da agulha dentro do corpo do injector. A configuração tradicional de “mola em cima” , figura 2.13, tem a mola posicionada na extremidade superior do corpo, exercendo na mola, por meio da haste (1), uma força na agulha. Neste tipo de injector, a pré-carga da mola e assim a pressão de abertura, é regulada por meio da tampa da mola (2). 2.10 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores O injector do “modelo” de “mola em baixo” , figura 2.14, tem a mola assente muito mais em baixo no corpo. A mola actua na agulha por meio de um prato de mola (1) com uma forma especial, mantido em posição por um prato de adaptação (2). A pressão de abertura tipo de injector é regulada por meio de anilhas de altura metidas entre a mola e o seu prato. Ao posicionar-se a mola “em baixo”, perto da agulha, é eliminada a necessidade de uma haste para abrir o injector. A massa total das peças de movimento alternativo controlada pela mola é assim consideravelmente reduzida, minimizando desta forma as forças de inércia e o associado “golpe de mola” (resposta errática a alta velocidade devida a ressonância). Consegue-se assim um melhor rendimento e “corte” mais preciso no fim da injecção. 2.3.2.1.2 – INJECTOR “DE ATARRAXAR” O tipo de injector de “atarraxar” de “mola em baixo”, figura 2.15, difere do de tipo normal por ter aberta uma rosca externa na parte inferior da porca de aperto do injector (8), o que permite a sua montagem directamente na cabeça do motor, sem flange ou fixador. Além disso, o gasóleo entra através de uma união axial directamente na parte superior do corpo do porta-injector. Além disto, o corpo do porta-injector inclui também duas uniões de retorno (1) que permitem que o excedente de gasóleo vindo de todos os injectores num motor seja conjuntamente recolhido por meio de tubos flexíveis e é normalmente devolvido ao depósito. A regulação da pressão de abertura é feita por meio de anilhas de altura (3) metidas por cima da mola de compressão (4). Um injector deste tipo é constituído por um corpo (2), mola de pressão (4), prato de mola (5), prato de adaptação (6), bico do injector (7) e porca de aperto (8). 1– Uniões de retorno 2 – Corpo 3 – Anilhas de altura 4 – Mola de pressão 5 – Assento da mola 6 – Prato de adaptação 7 – Bico do injector 8 – Porca de aperto Fig. 2.15 – Injector de “Atarraxar” Sistemas Electrónicos Diesel 2.11 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores As formas do corpo ou da porca de aperto variam de acordo com a aplicação; na figura 2.16 em (A) e (B) apresentam-se dois exemplos. Note a diferença nas dimensões com que os bicos de injector saem para fora da porca de aperto. Fig.2.16 – Tipos de porca nos injectores de “Atarraxar” 2.3.2.1.3 – INJECTOR DE DUAS FASES (IDF) Em alguns sistemas ID é gerado durante a combustão um ruído de motor significativo (muitas vezes conhecido como “batida Diesel”). Este tipo de injector de duas fases foi concebido para combater este problema. Um caudal de injecção de gasóleo inicial baixo, seguido por uma injecção com um caudal mais elevado, reduz a razão de subida da pressão de combustão e assim as pressões de ponta no cilindro. Isto resulta numa importante redução do ruído, sem perda de potência. Na fig. 2.17, a ordenada “X” é a elevação da agulha e a abcissa “Y” é o tempo. Durante a injecção num injector convencional, a agulha é elevada até que o ressalto da agulha toque na face de pressão do portainjector ou do prato de adaptação. Com injecção em duas fases, a agulha é inicialmente levantada para uma posição intermédia (chamada posição “A” de “préelevação”) e aí pára. Não há mais deslocação em direcção à posição de elevação total “B” até que a pressão de bombagem suba um nível muito mais elevado. Fig. 2.17 – Elevação da agulha do injector (x) ao longo do tempo de injecção (Y) de um injector de duas fases 2.12 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores O injector de duas fases trabalha em princípio como um injector de “mola em baixo”, com a excepção de que existem duas molas de agulha em “série” e reguladas para actuarem a pressões diferentes, figura 2.18. Estas molas são conhecidas como mola “primária” (4) e mola “secundária” (1). À medida que a pressão de bombagem sobe, é superada a pré-carga da mola primária e a agulha é levantada, juntamente com o prato (5) da mola inferior e a haste (3), até que esta última fique encostada ao prato (2) da mola superior. Durante este período é injectada uma pequena quantidade de gasóleo. 1 – Mola secundária 2 – prato da mola secundária 3 – haste 4 – Mola primária 5 – Prato da mola primária Fig. 2.18 – Injector de duas fases À medida que a pressão de bombagem continua a aumentar a pré-carga na mola secundária é superada e a agulha desloca-se para a posição de abertura total. 2.3.2.1.4 – TIPOS DE BICOS DE INJECTORES Os bicos de injectores poderão estar divididos em duas categorias distintas; os do tipo com “furos” e os de “mama”, com subdivisões dentro de cada categoria. Sistemas Electrónicos Diesel 2.13 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores Bicos de Injectores do tipo com “furos” : Os injectores do tipo com “furos” são usados em motores de injecção directa. Estes injectores, fig. 2.19, estão subdivididos em mais dois tipos básicos; haste curta (A) e haste longa (B), ambos trabalham de maneira idêntica. O injector de haste longa é para uso nos motores Diesel modernos que requerem um injector com um diâmetro de haste pequeno (que permitam espaço para válvulas de escape e de admissão maiores e passagens de arrefecimento do motor). Fig. 2.19 – Bico de injector do tipo com “furos” Bicos de Injectores do tipo com “mama” (Pintle): Os injectores do tipo com “mama” são usados em motores de injecção indirecta. Igualmente como os do tipo com “ furos” podem ser de haste longa ou curta, de acordo com o desenho da cabeça do motor. Estes injectores diferem dos do tipo com “furos” porque têm um arranjo de furo de pulverização inteiramente diferente. 2.14 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores A agulha é prolongada para formar um “mama” (indicado pela seta), como é indicado na fig. 2.20, que sai para fora de um furo central individual no corpo do injector. A forma da “mama” pode ser torneada de maneira a produzir uma configuração de pulverização que sirva para um dado modelo de motor. Fig. 2.20 – Bico de injector do tipo com “mama” Bicos de Injectores do tipo com “mama e furo” (Pinteux): O injector do tipo com “mama e furo”, fig. 2.21, é uma variação do tipo básico com “mama”. Este tipo incorpora um furo de pulverização “auxiliar” (indicado pela seta) através do qual passa o gasóleo durante a abertura inicial da válvula, especialmente a baixa velocidade (“arranque”). Esta pulverização auxiliar é dirigida na direcção de uma válvula de préaquecimento, que ajuda o arranque em condições de frio. Esta pulverização auxiliar reduz também a batida do motor quando este está ao ralenti. Fig. 2.21 – Bico de injector do tipo com “mama e furo” Sistemas Electrónicos Diesel 2.15 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores Agulhas do tipo com “ângulo duplo”: Algumas agulhas têm uma ponta com “ângulo duplo”. A vantagem principal deste tipo de agulha, fig. 2.22, é que o efeito do impacto da agulha no sede de vedação do corpo do injector é substancialmente reduzido e o desgaste do prato ser por isso mínimo. A agulha “A” com a ponta (1) com ângulo duplo, o desenho “B” mostra uma agulha normal para comparação. Fig. 2.22 – Agulhas de bico de injector do tipo “ângulo duplo” Agulha do tipo “tapa furos” (ATF): Algumas agulhas de ângulo duplo são chamadas ATF (agulhas tapa furos), fig. 2.23. Este tipo de agulha “A” tapa os furos de injecção quando fecha, interrompendo assim rapidamente o caudal de gasóleo no fim da injecção. Além disto, com este desenho de ponta de agulha, o “saco” “B” no anterior tipo de injector é eliminado, evitando-se assim a retenção de gasóleo preso entre a agulha fechada e os furos de injecção. Isto elimina a possibilidade de “gotejamento” na ponta do injector sendo por isso reduzidas as emissões de escape. Fig. 2.23 – Agulhas de bico de injector do tipo “tapa fu ros” 2.16 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 2.3.2.2 MÉTODOS DE MONTAGEM DE INJECTORES AO MOTOR Um injector pode ser concebido para ser montado de quatro maneiras diferentes na cabeça de um motor: Montagem por flange: Neste caso o corpo do porta-injector forjado incorpora uma flange de montagem que fica assente em cima das espigas salientes na cabeça do motor. Este tipo de injector fica apertado por meio de porcas e anilhas de mola. Montagem por fixador: Aqui o injector fica seguro por um fixador (fornecido pelo fabricante do motor) que fica posicionado em dois planos trabalhados no corpo do porta-injector. Este fixador encaixa por cima de uma espiga na cabeça do motor e é seguro por uma porca e uma anilha de mola. Como alternativa, pode ser usada uma flange solta, com dois parafusos de fixação. Montagem por atarraxamento: Desta maneira o injector incorpora uma rosca exterior na porca de aperto ou no corpo do porta-injector, que atarraxa na cabeça do motor. Montagem por enroscamento: Neste caso o injector é seguro por uma porca de colarinho tubular no porta-injector. Para um posicionamento exacto (que controla exactamente a posição das pulverizações de gasóleo dentro da câmara de combustão), quase sempre existe uma marca de referência de posição no lado exterior do corpo do porta-injector. 2.3.3 – MANUTENÇÃO E ENSAIO 2.3.3.1 – GERAL Os primeiros sintomas de problemas no injector manifestam-se geralmente na forma de uma ou mais seguintes avarias: Sobreaquecimento do motor Funcionamento pouco suave Sistemas Electrónicos Diesel 2.17 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores Batida de êmbolos Perda de potência Emissão de fumo negro pelo escape Aumento de consumo de gasóleo Arranque difícil Efectue todas os trabalhos de manutenção usando o equipamento de ensaio e procedimentos de regulação recomendados pelos fabricantes de sistemas quanto a ensaios, ferramentas especiais e tensões de aperto. 2.3.3.2 MONTAGEM/DESMONTAGEM DOS INJECTORES Os injectores têm de ser desmontados e montados de acordo com as instruções do fabricante do motor. Existe uma ferramenta extractora “de impacto” para aliviar injectores difíceis de sair, quer dizer, aqueles que podem ter ficado agarrados nos furos na cabeça do motor, possivelmente devido a corrosão. Na maioria dos casos, é usada uma anilha de prato especial para vedar o injector na cabeça do motor. Tem de haver muito cuidado para se assegurar que esta anilha é retirada. Se for colocada uma anilha nova sobre a anilha velha, a pulverização do injector será incorrectamente dirigida para dentro da câmara de combustão, afectando por isso negativamente o rendimento do motor. 2.18 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores O injector está por vezes encostado a uma anilha, figura 2.24, de resguardo do calor (1) ondulada ou “abaulada”, posicionada na base do rebaixo do injector para reduzir o efeito do calor de combustão na face da extremidade do injector. Em alguns casos a anilha de resguardo do calor (2) fica metida dentro da porca de aperto. 1 – Resguardo de calor 2 – Resguardo de calor Fig. 2.24 – Injector com anilha resguardo de calor Alguns modelos de cabeças de motor têm mangas de cobre onde estão montados os injectores. Estas mangas atravessam o sistema de arrefecimento do motor e não podem ser retidas a menos que se suspeite de uma fuga de refrigerante. Anilhas individuais não são normalmente especificadas com estas mangas. O furo do injector na cabeça do motor deve estar perfeitamente limpo, especialmente no fundo, onde fica posicionada a anilha vedante. Deve haver muito cuidado para evitar a entrada de quaisquer resíduos para dentro do cilindro. Todas as anilhas de vedação e de resguardo do calor depois de retiradas têm de ser deitadas fora e substituídas por componentes novos que, estão especificados na lista de Peças do fabricante do sistema ou junto do fabricante do motor. Assegure-se que todas as anilhas de resguardo do calor ficam montadas no sentido correcto dentro da abertura do injector. Consulte as instruções de montagem do fabricante do motor. Montagem incorrecta resulta em sobreaquecimento do injector, com a sua consequente avaria prematura. Regra geral, os injectores devem ser retirados do motor nos intervalos recomendados pelo fabricante do motor, para ensaio e para qualquer rectificação necessária. Sistemas Electrónicos Diesel 2.19 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores 2.3.3.3 2.3.3.3.1 DIAGNÓSTICO E INSPECÇÃO TABELAS DE DIAGNÓSTICO Fig. 2.25 – Diagrama de diagnóstico de avarias 2.3.3.3.2 - INSPECÇÃO Examine o corpo do injector para ver se tem furos de pulverização e galerias de gasóleo entupidos. Certifique-se que o corpo do injector e a agulha não estão “azulados” como resultado de sobreaquecimento; se estiverem “azulados”, substitua o bico de injector. 2.20 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores Nas figuras que se seguem são apresentadas outras avarias que mais facilmente podem ser detectadas por inspecção visual. a) Erosão Fig. 2.26 – Erosão (1) Isto pode ser causado pela presença de partículas sólidas, tanto na forma de resíduos de combustão, como de sujidade vinda da admissão de ar do motor. Estas partículas, sujeitas à influência da turbulência na câmara de combustão, criam um efeito, figura 2.26, de “jacto de areia” na face (1) do injector. Com o tempo a face do injector fica completamente gasta, tornando assim o injector inoperativo. b) Corrosão fria Fig. 2.27 – Corrosão (1) Sistemas Electrónicos Diesel 2.21 Sistema de Combustível, Pré-Aquecimento e Injectores Esta situação de corrosão (1), figura 2.27, é mais provável de ocorrer em motores marítimos, ou em qualquer outro motor com um sistema de arrefecimento em circuito aberto, ou “fluxo directo”. Isto é causado pelos ácidos sulfúrico e sulfuroso produzidos durante a combustão como resultado do motor trabalhar demasiado frio durante períodos prolongados. b) Ponta do bico do injector partida Fig. 2.28 – Ponta de bico partida (1) Esta avaria, figura 2.28, pode resultar de furos de pulverização entupidos, ou de avanço excessivo contra o assento da agulha, enfraquecendo por isso a ponta (1). d) Furo da “mama” gasto Fig. 2.29 – Injector com furo gasto (1) Isto é causado por partículas de sujidade no gasóleo que desgastam tanto o orifício da “mama” (1) como a agulha. Isto é normalmente acompanhado por sinais de desgaste excessivo em todas as peças móveis do injector. 2.22 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Controlo Electrónico Diesel 3 - SISTEMAS DE CONTROLO ELECTRÓNICO DIESEL 3.1 - DESCRIÇÃO DE UM SISTEMA GENÉRICO DE GESTÃO ELECTRÓNICA No sentido se poder compreender como funciona o EDC (Diesel controlado electronicamente) deveremos ser capazes de distingir circuitos de controlo fechado e circuito de controlo aberto. Existe uma diferença decisiva entre estes dois tipos de controlo, que será demonstrado pelo exemplo que adiante apresentaremos. Em principio os dois sistemas servem para controlar parâmetros pré-definidos de um determinado processo. Estes processos são descritos pela interpretação dos chamados valores desejados (set points). No circuito de controlo fechado (e em casos particulares do circuito de controlo aberto), as quantidades medidas são utilizadas para efectuar o controlo do processo. O exemplo que vamos usar é o do controlo de temperatura de uma sala (controlo aberto ou fechado). A temperatura desejada para a sala em questão é ajustado num interruptor sendo este o valor desejado (set point). Com controlo fechado a temperatura actual de sala é também medida. Há decisões a tomar usando os valores de set point ( levar a temperatura da sala até á temperatura desejada) e há acções a tomar depois de calculadas as variáveis manipuláveis ( manter a temperatura da sala na temperatura desejada). Estas variáveis têm a função de durante o processo manter/assegurar rigorosamente o valor desejado (set point) e durante o tempo que for necessário. Sistemas Electrónicos Diesel 3.1 Sistema de Controlo Electrónico Diesel Exemplo: Em controlo aberto A unidade de controlo do sistema de aquecimento deverá ter memorizada uma tabela que relaciona a posição do interruptor (temperatura desejada) com a posição da válvula de controlo de temperatura, fica assim caracterizada a curva característica de variação de temperatura da sala. Esta curva define quanto é necessário abrir a válvula de controlo para atingir a temperatura desejada. A válvula de controlo é a nossa variável manipulável. A cada temperatura seleccionada corresponde uma e só uma posição de válvula de controlo (variável manipulada). Controlo fechado A unidade de controlo compara a temperatura desejada determinada pelo interruptor e a temperatura actual da sala (quantidade medida). A variável manipulável, noutras palavras, o valor de abertura ou fecho de válvula do radiador é então calculado a partir da diferença entre a temperatura medida e a desejada. Se o valor desejado está acima do valor actual de temperatura da sala a válvula abrirá mais e se estiver abaixo a válvula fechará. A temperatura subirá ou descerá até que a temperatura da sala seja a temperatura desejada. A diferença entre os dois métodos (controlo fechado e controlo aberto) encontra-se na possibilidade de comparação entre o valor desejado e a correspondente quantidade medida, assegurando assim que o parâmetro desejado é mantido no valor correcto durante todo o tempo em que o processo decorrer. O facto de essa comparação não acontecer no controlo aberto pode ter efeitos não desejados durante o processo. Nem sempre é possível usar controlo fechado, dado que nem todas as quantidades correspondentes aos valores desejados podem ser registadas. 3.2 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Controlo Electrónico Diesel Se por exemplo, na sala foram acesas velas a temperatura ambiente aumentar como reagirão os dois tipos de controlo ? Controlo fechado Por comparação do valor desejado e valor real de temperatura da sala essa fonte adicional de temperatura poderá ser tomada em consideração. A válvula do radiador será fechada do valor proporcional á diferença de temperatura medida e a de set-point a sala manter-se-á na temperatura desejada. Controlo aberto Se como referido se acederem as velas e a temperatura subir. O controlo aberto não reage a essa fonte de energia extra e a variável manipulável (a válvula do radiador) manter-se-á inalterável, e a temperatura real da sala subirá e manterse-á para além da temperatura desejada. Relacionemos esta experiência com o controlo de um motor Diesel. CONTROLO ELECTRÓNICO DO SISTEMA DE INJECÇÃO DIESEL (EDC) O controlo aberto ou fechado aplicado ao EDC é bem mais complexo que o controlo de temperatura da sala. Nos sistemas mais populares (menos dispendiosos) usa-se controlo aberto na gestão da quantidade combustível injectado e controlo fechado na gestão do ponto/tempo de avanço de injecção. Existem sistemas mais sofisticados que controlam quer a quantidade, quer o avanço de injecção por controlo fechado, os fabricantes de motores escolhem um ou outro de acordo com as necessidades da aplicação ou por razões de custo. Dependendo da situação de funcionamento e da posição do pedal do acelerador, existem valores predefinidos de quantidade e avanço de injecção que asseguram uma combustão eficiente do combustível injectado. O controlo (EDC) deverá registar as condições de funcionamento, (avaliar as quantidades medidas) e influenciar o sistema de injecção com as acções correspondentes, (cálculo das variáveis manipuláveis). Sistemas Electrónicos Diesel 3.3 Sistema de Controlo Electrónico Diesel Controlo mecânico (controlo aberto ou fechado) É também possível com sistemas puramente mecânicos, figura 3.1, no controlo do tempo/ avanço de injecção e quantidade de combustível injectada ter controlos do tipo aberto ou tipo fechado. Fig. 3.1 – Sistema de controlo mecânico Por exemplo quando o condutor altera a posição do acelerador por intermédio de um cabo de acelerador, altera a quantidade de combustível injectado para um valor referente a essa posição (controlo–aberto). Mas foram introduzidos dispositivos que embora mecânicos permitem a medição de alguns parâmetros e o seu uso para controlo-fechado tais como: Compensador de pressão de altitude A quantidade de combustível injectado é alterado em função da pressão atmosférica. Compensador da pressão de admissão Nos motores equipados com turbo compressor a quantidade de combustível injectada é função da pressão do turbo, dentro de valores pré definidos podemos aumentar o volume de combustível injectado com o aumento de pressão na admissão. 3.4 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Controlo Electrónico Diesel Acelerador de arranque em frio O tempo de inicio de injecção ( avanço) é alterado para melhorar o arranque em frio, e por vezes em sistemas de injecção mais antigos, também o volume de combustível injectado na fase de arranque é significativamente aumentado, esta prática foi abandonada pelos fabricantes de sistemas de injecção dado o alto nível de emissões de partículas que nestas condições eram emitidas pelo escape no momento do arranque. Ralenti acelerado dependendo de temperatura Para melhorar o aquecimento do motor quando frio e estabilizar a rotação do motor o ralenti é aumentado, alterando a quantidade de combustível injectado e o ponto de injecção. Avanço de carga ligeira O avanço da injecção é alterado em função da carga aplicada ao motor para reduzir ruídos e emissões de escape. Controlo Electrónico Mesmo com sistemas adicionais era impossível a um sistema mecânico de controlo assegurar as necessidades dos tempos modernos. Electrónica moderna com a sua possibilidade de medir quantidades físicas e a enorme capacidade de armazenar e processar Informação, provou ser a resposta. Na figura 3.2, podemos ver um esquema de um sistema de controlo EDC. Sistemas Electrónicos Diesel 3.5 Sistema de Controlo Electrónico Diesel Fig. 3.2 – Sistema EDC 3.2 – PRINCÍPIOS BÁSICOS DE SISTEMAS DE CONTROLO ELECTRÓNICO 3.2.1 – SENSORES Para registar valores desejados e medir as correspondentes quantidades físicas estas são convertidas em sinais eléctricos (por exemplo Volt) pelos sensores ou pelos geradores de valores desejados. Estas quantidades são normalmente valores fixos correspondentes a quantidades físicas, ou seja, para cada valor da variável medida existe apenas um valor para o sinal gerado. Sinais pulsantes são também usados por exemplo na medição de rotação. Exemplos de sensores: Medidor de massa de ar É normalmente instalado entre o filtro de ar e o turbo compressor e mede a massa de ar introduzida no motor, podendo também aparecer montado nos motores aspirados é nos veículos com turbo que a sua função é indispensável dado a necessidade de ajustar a quantidade de combustível debitado ao volume de ar introduzido no motor. Estes medidores são normalmente do tipo de fio quente. 3.6 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Controlo Electrónico Diesel Medidor de velocidade da cambota Este sensor ligado á cambota informa a ECU com um sinal eléctrico, com este sinal a ECU calcula a velocidade da cambota. São normalmente usados sensores indutivos. Medidor de posição de cambota Ligado à cambota este sensor indica a unidade electrónica de controlo (UEC) com um sinal eléctrico indicando o inicio do ciclo de compressão do 1º cilindro. Usam-se frequentemente sensores do tipo de efeito de hall para esta função. Sensor de posição de pedal Este sensor mede a posição do pedal de acelerador e estipula o valor de velocidade do motor desejada pelo condutor. Dependendo das versões, são usados potenciómetros indutivos ou capacitivos. Sensor de inicio de injecção Com a finalidade de indicar o momento do inicio de injecção para permitir o controlo fechado do avanço da injecção. É normalmente parte integrante do injector (conhecido com injector instrumentado). Medidor pressão de sobrealimentação O sensor de medição da pressão de sobrealimentação gerada pelo turbo está ligado ao colector de admissão e mede a pressão absoluta no interior deste. Utilizam-se sensores piezoeléctricos. Medidor da temperatura de líquido refrigerante Como o nome indica este sensor mede a temperatura do líquido refrigerante. Aplica-se quase em exclusividade resistências dependentes da temperatura (termoeléctricas), ou seja, cujo valor varia com a temperatura. Sistemas Electrónicos Diesel 3.7 Sistema de Controlo Electrónico Diesel Medidor de temperatura do ar Mede a temperatura do ar que entra no motor. Usa-se também resistências termoeléctricas. 3.2.2 – ACTUADORES Os actuadores são responsáveis pela correcção da variável, ou seja, alteração das quantidades de combustível e tempos de inicio de injecção de acordo com o pedido da UEC. Depende do sistema de injecção, o tipo e quantidade de actuadores que são utilizados para controlar o sistema. Como exemplo, os actuadores que constituem um sistema de controlo electrónico poderão ser: Válvulas de controlo de pressão hidráulica controladas por sinais pulsantes modulados por largura de impulso. Actuadores electromagnéticos de posição. Válvulas on-off (normalmente usadas para actuadores de paragem). Transdutores de corrente-vácuo (usados no controlo de EGR). Injectores electrónicos 3.2.3 – U.E.C. ( UNIDADE DE CONTROLO) A unidade electrónica de controlo (ECU) recebe os sinais eléctricos dos sensores e dos geradores de sinais dos valores desejados. Para cada motor e para cada situação de operação calcula o valor correcto da quantidade de combustível a ser injectado e o inicio da injecção(avanço). 3.8 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Controlo Electrónico Diesel Tabelas com os valores ideais são armazenadas em memórias electrónicas e os cálculos são efectuados por um microprocessador, sendo enviado um sinal aos actuadores para corrigir eventuais desvios. A UEC têm capacidade para executar simultaneamente uma grande variedade de cálculos para assegurar o controlo fechado de todas as variáveis. Exemplo de variáveis calculadas em controlo fechado: Controlo da quantidade de combustível para arranque Em temperaturas baixas os motores Diesel têm mais dificuldade de arranque. Se usar-mos o sistema de velas de incandescência e aumentarmos a quantidade de combustível a injectar, o arranque melhora significativamente. A quantidade de combustível de arranque é então função da temperatura do motor, o condutor não tem qualquer influência na quantidade de débito de arranque. Controlo do processo de operação Durante o processo de operação normal do veiculo a velocidade do motor é controlada alterando a quantidade de combustível injectado. O condutor muda a posição do acelerador (de acordo com o seu desejo) para conduzir mais rápido ou mais lento. A quantidade de combustível a injectar é calculada em função do curso do pedal de acelerador e carga aplicada ao motor e ser for caso disso da pressão de sobrealimentação. Controlo velocidade ralenti A velocidade do motor deve ser controlada de modo que seja aproximadamente a mesma independentemente do motor estar frio ou já tenha atingindo a temperatura de funcionamento. Mesmo quando outras cargas são ligadas, como por exemplo o ar condicionado, a velocidade de ralenti deve manter-se constante sendo por isso controlada (controlo fechado) para um determinado valor de velocidade (set point). Controlo de estabilidade de funcionamento Nem todos os motores funcionam da mesma maneira e devido aos efeitos das tolerâncias ou desgaste com o uso. Essas diferenças notam-se particularmente ao ralenti. Sistemas Electrónicos Diesel 3.9 Sistema de Controlo Electrónico Diesel Por isso em baixas velocidades do motor a quantidade injectada é calculada e estipulada individualmente para cada cilindro. Para isso é necessário avaliar as alterações que ocorrem na velocidade do motor. Controlo da quantidade limite É necessário limitar a quantidade de combustível no sentido de prevenir excesso de poluição e emissão de particular e também para evitar sobrecargas mecânicas ou térmicas. Uma série de outros factores como a massa de ar, velocidade do motor e temperatura do motor são considerados no cálculo da quantidade limite (débito máximo). Controlo da desaceleração e galope continuado Em conjunto com a massa do veiculo o sistema de transmissões originam o chamado efeito de “embicadas” (semelhante ao que se nota se conduzirmos o veículo em baixa velocidade com uma mudança de caixa incorrecta, alta, não nos é possível manter uma velocidade constante). Quando o condutor altera a posição do acelerador e a quantidade de combustível injectada também altera, este efeito pode provocar o oscilação do sistema. Dado que esta situação pode provocar instabilidade indesejada (galope ou embicadas) a UEC contra actua esta situação, adaptando adequadamente a quantidade de combustível injectada. Paragem de motor Dado que se trata de um motor de auto ignição, o motor Diesel só pode ser “parado” por interrupção do fornecimento do combustível. Nesse sentido para parar o motor a UEC define como “zero” a quantidade a injectar, ou seja deixa de injectar combustível. Operação de emergência Mesmo quando um dos sensores avaria, deve ser possível o motor funcionar em segurança e em condições de ser conduzido pelo menos o tempo suficiente para chegar à oficina mais próxima. 3.10 Sistemas Electrónicos Diesel Sistema de Controlo Electrónico Diesel Em situações de avarias menores a UEC substitui o sinal que deveria ser enviado pelo sensor por um valor standard pré definido. Monitorização do processo Todos os sensores são constantemente monitorados verificando se os valores registados “fazem sentido” e se são valores entre limites possíveis. No caso de falsos sinais o sistema muda para operação de emergência e em casos extremos pode parar o motor. Sistemas Electrónicos Diesel 3.11 Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente 4 – PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DE SISTE MAS DIESEL CONTROLADOS ELECTRONICA MENTE 4.1 – SISTEMAS COM BOMBA INJECTORA EM LINHA As bombas de injecção em linha são chamadas assim pela disposição longitudinal dos elementos de bomba, sendo aplicadas normalmente em veículos pesados. Como forma de simplificar a descrição deste tipo de sistema podemos dividi-lo em três grandes conjuntos comuns a todos os sistemas de injecção Diesel, os circuitos de baixa pressão e de alta pressão e o circuito de controlo. CIRCUITO DE BAIXA PRESSÃO No sistema de injecção com bomba em linha o combustível transportado desde o depósito até á bomba injectora com o auxilio de uma bomba auxiliar, conhecida como bomba de alimentação. Em cada cilindro da bomba é gerada a alta pressão necessária para abrir o injector. Este processo é igual em todos os cilindros. CIRCUITO DE ALTA PRESSÃO A árvore de cames da bomba move um êmbolo numa camisa onde o combustível é comprimido. Assim que a pressão sobe acima de determinada pressão a válvula de retenção abre e tem início a injecção propriamente dita. O combustível é injectado até que o canal de controlo existente no êmbolo (normalmente conhecido por hélix dada a sua configuração) estabelece ligação entre a câmara de alta pressão e o furo de escapamento. Nesse momento a pressão baixa repentinamente e o processo de injecção termina. Sistemas Electrónicos Diesel 4.1 Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente A duração de injecção e a quantidade injectada depende da posição da hélix relativamente ao furo de escapamento. É por isso que alguns se referem a este sistema como sendo controlado por hélix. CONTROLO DO PROCESSO Esta bomba pode dispor de vários tipos de regulador de velocidades o regulador pneumático (por vácuo, já em desuso), regulador mecânico com contra-pesos ou em versão mista centrifuga/pneumática usada em algumas aplicações Japonesas e que concilia os dois tipos de controlo. Actualmente é comum o uso de regulador electrónico, neste caso a gestão do sistema é feita por uma UEC e respectivos sensores. Em todos os casos a posição do hélix do elemento bombante relativamente ao furo de escapamento é controlado simultaneamente em todos os cilindros da bomba por acção de uma régua de controlo actuada pelo regulador, como mostra a fig. 4.1. 1 – Mola de válvula de retenção 2 – Válvula de retenção e sede 3 – Cilindro 4 – Êmbolo 5 – Cremalheira 6 – Quadrante 7 – Camisa de regulação Fig. 4.1 – Elemento de bomba de injecção em corte 4.2 Sistemas Electrónicos Diesel Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente O curso do êmbolo é constante no entanto o curso usado efectivamente na injecção depende da posição do hélix do êmbolo, na figura 4.2 o ciclo começa em (a) com a alimentação da câmara, o combustível entra pelos orifícios de alimentação a baixa pressão. Em (b) inicia-se a injecção propriamente dita, que termina em (c) quando a aresta do canal em forma de hélix existente no êmbolo destapa o furo de alimentação provocando nesse momento uma quebra abrupta da pressão na câmara e o fim da injecção. Podemos também na figura 4.2, em (d), (e) e (f) exemplos de diferentes posições que o êmbolo pode assumir por acção da régua cremalheira, sendo a posição (d) a de máximo combustível, a (e) uma de débito baixo (aprox. ralenti) e (f) a posição de débito nulo, quando o corte longitudinal do embolo coincide com o furo de alimentação, impedindo o êmbolo de gerar qualquer pressão e por conseguinte de debitar qualquer combustível. Fig. 4.2 – Elemento de bomba mostrando o êmbolo em varias posições Assim podemos determinar simultaneamente e com rigor a quantidade e o tempo de injecção em todos os cilindros. As quantidades de combustível injectadas neste tipo de bomba são normalmente maiores do que nas bombas rotativas, sendo por isso bombas de uso comum em veículos pesados. Nestas bombas o controlo de avanço é de difícil implementação pelo que não existe em aplicações comuns este sistema de injecção com controlo de avanço em “Controlo fechado”, quando necessário só é possível com dispositivos complexos e quase sempre integrados na distribuição do motor, ou seja parte integrante do próprio motor. Sistemas Electrónicos Diesel 4.3 Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente 4.2 – SISTEMAS DE INJECÇÃO COM BOMBAS ROTATIVAS Desde muito cedo nos motores de injecção indirecta se começou a privilegiar o uso de bombas injectoras rotativas, bombas estas compostas por um único conjunto bombante rotativo, tendo uma aplicação em motores até oito cilindros, das quais se destacam as bombas Bosch, Lucas, Nippodenso e Stanadyne. Também nestes sistemas com bombas rotativas são usados reguladores de velocidade electrónica que substituem os convencionais reguladores de contrapesos ( mecânicos ) e hidráulicos. Os reguladores electrónicos de velocidade foram um passo importante para responder a algumas necessidades importantes como a de assegurar rotação constante em grupos geradores e a diminuição de emissão de partículas. No entanto esta evolução pouco melhorou os outros parâmetros poluentes das emissões de escape do motor Diesel. Recentemente concluiu-se que a principal razão de emissões de gases poluentes (não visíveis), se devia á impossibilidade de adaptar o inicio de injecção (tempo de injecção) às várias necessidades de funcionamento, diferentes rotações do motor, diferentes situações carga/esforço, diferentes temperaturas e diferentes tipos de condução, etc. Mais uma vez se recorreu ao controlo electrónico para permitir este tipo de controlo de avanços. Hoje todos os sistemas electrónicos integram este sistema de gestão de avanço por UEC e mantendo em alguns casos o controlo de combustível ainda por processos mecânicos, como é o caso do sistema apresentado na fig. 4.3. Fig. 4.3 – Sistema mecânico com avanço electrónico controlado em circuito fechado 4.4 Sistemas Electrónicos Diesel Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente Este sistema apresenta ainda hoje em dia algumas vantagens dado o seu baixo custo por usar bombas injectoras praticamente na sua forma mecânica tradicional. A fig. 4.4 apresenta um esquema eléctrico de um sistema electrónico Diesel com controlo de débito Fig.4.4 – Diagrama eléctrico de um sistema EDC com controlo de débito Sistemas Electrónicos Diesel 4.5 Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente Os vários componentes do sistema electrónico são instalados em vários sítios, como mostra a fig. 4.5, estando conectados entre si para controlar a alimentação de combustível. Fig. 4.5 – Localização de componentes de um sistema com controlo electrónico de avanço 4.6 Sistemas Electrónicos Diesel Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente 4.3 – SISTEMAS COM CONTROLO ELECTRÓNICO INTE GRAL 4.3.1 – COMMONRAIL Commonrail é um sistema de injecção controlado electronicamente. É um sistema que tem uma decisiva contribuição para as necessidades dos fabricantes de motores e para atingir os futuros requisitos legais sobre emissões de escape. Fig. 4.6 – Sistema Commonrail É um sistema alternativo aos actuais sistemas Diesel mecânicos. O facto de ser relativamente simples a integração do Commonrail nos motores existentes faz deste sistema o mais interessante do ponto de vista de adaptação de motores. Fig. 4.7 – Localização do sistema Commonrail no veículo Sistemas Electrónicos Diesel 4.7 Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente O sistema é também composto pelos três grandes conjuntos típicos : Circuito de baixa pressão Cuja função é transportar o combustível do depósito até ao motor. Uma bomba de alimentação, figura 4.8, existente no depósito alimenta de combustível, através de tubos até ao circuito de alta pressão, passando por um filtro onde são retiradas do combustível as partículas contaminantes para prevenir o desgaste prematuro dos componentes de grande precisão que compõe o sistema Commonrail. Fig. 4.8 – Bomba de alimentação Circuito de alta pressão Cuja função é gerar e manter o combustível em alta pressão. O combustível que passa através do filtro para a bomba de alta pressão, figura 4.9, que por acção dos conjuntos bombantes, figura 4.10, comprime o combustível para o acumulador ( rail ) gerando uma pressão normalmente até 1350 bar. Fig. 4.9 – Bomba de alta pressão 4.8 Sistemas Electrónicos Diesel Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente Fig. 4.10 – Elemento bombante da bomba de alta pressão Uma válvula de controlo de pressão, figura 4.11, controlada pela UEC permite o retorno de combustível para o deposito baixando a pressão no interior do acumulador, figura 4.12, assegurando assim que esta se mantém dentro dos valores de pressão requeridos. Fig. 4.11 – Válvula de controlo de pressão Sistemas Electrónicos Diesel 4.9 Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente Fig. 4.12 – Acumulador O combustível para cada injecção é retirado a alta pressão do acumulador e injectado pelo injector respectivo, figura 4.13, directamente no cilindro. Cada injector possui um actuador ( válvula solenóide), figura 4.14, comandada pela UEC, enquanto esta se mantiver aberta o combustível é “injectado” na câmara de combustão do cilindro. Fig. 4.13 – Injector Fig. 4.14 – Actuador integrado no injector 4.10 Sistemas Electrónicos Diesel Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente UCE e sensores Cuja função é assegurar os sinais de comando necessários para, manter a pressão no acumulador a um valor constante e também iniciar e finalizar cada processo de injecção. Os valores necessários para determinar a quantidade e momento ideal para cada injecção são fornecidos á UCE pelos sensores( ex: velocidade motor, temperaturas de ar e combustível, posição de pedal de acelerador, ....). Fig. 4.15 – Sensores, UEC e actuador As chamadas matrizes de valores mantidas em memória pela UEC indicam os valores de injecção ideais em função dos valores medidos. O facto de estar sempre disponível alta pressão no acumulador torna possível ter sequências de injecção muito flexíveis podendo usar-se períodos quer de pré e pos-injecção muito úteis para a introdução de significativas melhorias na diminuição de ruído e emissões. Está também entregue á UEC a função de diagnóstico de eventuais avarias. Fig. 4.16 – Sistema Commonrail Sistemas Electrónicos Diesel 4.11 Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente 4.3.2 – UNIDADE INJECTORA ELECTRÓNICA Dado que as necessidades que impõem o uso de sistemas de controlo electrónico em motores Diesel são de âmbito universal ( ambientais e de conservação de recursos ), estas acabam por afectar todos os tipos de motores Diesel incluindo os de grande porte com potências de 150 até 2000 Hp por cilindro. Os sistemas de injecção usados nestes motores são do tipo Sistema de Bombas Individuais (UPS - unit pump system) , que hoje já existem com a opção de comando gerido electronicamente. Nesta área de motores de grande porte ( Heavy Duty) fabricam-se bombas com capacidade de debitarem até 39250 mm cúbicos por cada injecção. Fig. 4 .17 – Conjunto injector bomba e respectiva UEC para motores de grande porte Para motores de menores dimensões usados nos veículos automóveis, existe também um sistema semelhante adaptado para essas dimensões. Ambos os sistemas são semelhantes na sua constituição: CIRCUITO DE BAIXA PRESSÃO O sistema de alimentação de baixa pressão é semelhante ao do sistema commonrail sendo comum usar uma bomba de dois estágios, instalada no interior do depósito . O combustível passa duas vezes (dois estágios) pela bomba antes de chegar ao motor. No primeiro estágio o combustível circula pelo filtro colocado junto ao depósito voltando depois à bomba onde é então pressurizado e enviado para o motor a 4 bar. O primeiro estágio serve para eliminar ar do circuito e proteger o filtro de pressões mais elevadas. O combustível fornecido ao motor ( linha C ) figura 4.18 através de uma galeria situada na cabeça de motor. 4.12 Sistemas Electrónicos Diesel Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente Os injectores usam uma parte desse combustível e o excesso é canalizado de volta ao filtro de combustível ( linha D e E ) da figura 4.18. Fig. 4.18 – Circuito de combustível típico de um sistema EUI CIRCUITO DE ALTA PRESSÃO Os injectores são a parte mais importante do circuito de alta pressão e são operados electronicamente, cada injector é constituído por um embolo, por um bico de injector convencional e por um actuador. O embolo é actuado por uma touche accionada pela árvore de cames do motor. Num ciclo de injecção o injector opera em quatro fases: O excêntrico da árvore de cames transfere força mecânica para o embolo. Isto implica que o embolo começa o seu deslocamento dentro do injector. Simultaneamente o injector contem combustível fornecido pela bomba existente no tanque de combustível. Sistemas Electrónicos Diesel 4.13 Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente Com o movimento do embolo este fecha o orifício de alimentação impedindo que entre mais combustível para o injector. No entanto o combustível existente dentro do injector continua a poder sair dado que o actuador ainda não fechou o orifício de controlo. No momento calculado a UEC fornece tensão ao actuador do solenóide activando-o . Isto fechará o orifício de controlo e origina que a pressão no interior do injector suba muito rapidamente. Neste momento o bico de injector pulveriza a alta pressão ( entre 1500 e 2000 bar ) combustível para dentro do câmara de combustão do cilindro de motor. Também num exacto momento calculado a UEC retira a tensão aplicada no actuador, provocando a abertura do orifício de controlo provocando a quebra de pressão no interior do injector terminando assim o ciclo de injecção. O embolo retorna á sua posição inicial por acção de uma mola. Ficando pronto para novo ciclo de injecção. SISTEMA DE CONTROLO É essencial que cada injector debite a quantidade de combustível desejada no correcto momento, para obter estes resultados os tempos de abertura e fecho têm um controlo muito preciso. Mesmo considerando que estes injectores são fabricados com tolerâncias muito apertadas, alguma variação pode existir entre eles. Cada injector durante o processo de fabrico cada injector é testado e marcado com um código que indica os valores de teste. Durante o processo de montagem no motor a UEC é informada do código de cada injector, chamado procedimento de calibrarão. 4.14 Sistemas Electrónicos Diesel Princípios de Funcionamento de Sistemas Diesel Controlados Electronicamente Estes valores permitem á UEC de ajustar vos pontos de abertura e fecho para obter a melhor eficiência quer de consumo quer de emissões de escape. É a nossa conhecida unidade de gestão UEC que controla o actuador electromecânico que provocando ou não escapamento de combustível da câmara de alta pressão permite determinar não só o início de injecção como a quantidade de combustível debitada. Fig. 4.19 – Diferentes tipos de EUI Sistemas Electrónicos Diesel 4.15 Manutenção e Reparação 5 – MANUTENÇÃO E REPARAÇÃO 5.1 – DIAGNÓSTICO DO SISTEMA NO VEÍCULO Quando o sistema apresenta qualquer avaria é necessário usar uma ordem correcta de diagnóstico, e cumprir sempre as regras de segurança e os procedimentos recomendados pelos fabricantes dos veículos. Dividiremos então em dois os tipos de diagnóstico a estudar: Diagnóstico ao sistema de combustível. Diagnóstico ao sistema de controlo Electrónico (interpretação de códigos de erro). O diagnóstico ao sistema de combustível quer seja com controlo electrónico ou não, e depois de conhecida a queixa ou avaria apresentada pelo condutor, pressupõe que seja verificado previamente o que nós consideramos elementar mas que normalmente nos esquecemos sempre se o depósito do veículo tem gasóleo e se a bateria está em condições. No circuito de combustível é possível existirem problemas causados por: Entupimento ou estrangulamento no circuito de baixa pressão Fugas de combustível ou entrada de ar Contaminação do combustível Com a ajuda de uma pequena bomba vácuo/pressão também conhecida como Mitivac poderemos testar o circuito de baixa pressão e concluir da sua estanquecidade e ou entupimento. Sistemas Electrónicos Diesel 5.1 Manutenção e Reparação Desligando o tubo de combustível que liga na bomba injectora e com o acessório adequado ligar-lhe o Mitivac e na função “vácuo” verificar se o fluxo que obtemos é suficiente e flui livremente ( não indicando valor de depressão no manómetro), se fizermos a mesma operação mas desligando e tapando o tubo junto ao depósito teremos a situação inversa uma leitura de vácuo alta e que se mantém sem quebra durante pelo menos um minuto significa que o circuito entre a bomba injectora e o ponto junto ao depósito onde bloqueamos o tubo está vedado e portanto isento de fugas ou entrada de ar. Se neste teste o valor de vácuo não se mantiver significa que teremos uma fuga, e nesse caso podemos usar o Mitivac com as mesmas ligações mas na função de pressão para pressurizar combustível no circuito permitindo assim verificar em que ponto do circuito se verifica a fuga facilmente reconhecível pelo escapamento de combustível agora sobre pressão. Se no final destes testes continuarmos com dificuldades de arranque por falta de alimentação de combustível poderemos também verificar a capacidade de sucção da própria bomba injectora ou bomba auxiliar nos circuitos que a usem ( normalmente com bomba injectora em linha ) sendo o valor de vácuo mínimo nestes casos de 0,1 bar para as bombas injectoras rotativas e de 0,3 bar para as bombas auxiliares mecânicas. O passo seguinte trata-se de verificar o dispositivo de paragem quer seja mecânico ou eléctrico, se este estiver preso na posição de parado ou se a electroválvula não abrir o motor não arrancará. Se suspeitarmos de contaminação de combustível poderemos fazer um despiste simples que consiste em retirar para um recipiente de vidro transparente cerca de dois litros de combustível e deixá-lo em repouso pelo menos duas horas, se existir contaminação significativa esta será visível no fundo do recipiente( por vezes já não é possível encontrar o combustível contaminado dado que este já foi totalmente consumido pelo motor, sendo vulgar só se notar as consequências da contaminação posteriormente). 5.2 – INTERPRETAÇÃO DE CÓDIGOS DE ERRO A UEC analisa continuamente as condições de motor e é capaz de detectar quando o sistema não está a funcionar devidamente. As avarias são classificadas como ‘Históricas ou intermitentes’ e ‘actuais’. Uma avaria histórica é uma que apareceu no passado, assim como as avarias intermitentes não se verificam no momento mas ficaram anteriormente registadas na memória da unidade de controlo. 5.2 Sistemas Electrónicos Diesel Manutenção e Reparação Uma avaria ‘actual’ é uma que está presente quando se liga a chave de ignição. Quando aparece uma ou várias avarias, fica ‘registado’ pela UCE (na memória) um código da avaria respectiva e a luz EMS acende-se para indicar ao condutor do veículo a presença de uma avaria. O código ou códigos de avaria, podem ser mais tarde recuperados usando-se o equipamento de diagnóstico, conhecido como leitor de códigos de erro. LUZ AVISADORA DO SISTEMA DE CONTROLO DO MOTOR A luz avisadora está normalmente montada no painel de instrumentos do veiculo. É directamente controlada pela UEC e acende-se, para ensaio da lâmpada, quando é ligada a chave de ignição. Esta luz permanece acesa até que o motor arranque e nessa altura se não houver avarias registadas na memória da UEC, apaga-se. Se uma avaria for intermitente ou seja, foi registada mas não esta já presente, na maioria dos sistemas a lâmpada apaga-se passados poucos segundos. se a avaria for actual isto é, está presente, e requer atenção imediata, a luz permanece continuamente acesa. Dependendo da gravidade da avaria, o motor pode ser posto pela UEC num certo numero de modos de recuperação, que permitem que o veiculo seja conduzido para reparação na oficina autorizada mais próxima. EQUIPAMENTOS DE DIAGNÓSTICO O método pelo qual um técnico de Serviço pode recuperar os dados da UEC através de uma tomada de diagnóstico é usando um de Leitor de Códigos de Erro. Se houver uma avaria no sistema, é registado um código numérico dessa avaria na memória da UEC. É este código que é recuperado durante o diagnóstico, o que permite identificar a causa da avaria. Em alguns sistemas e com o leitor adequado para esse sistema é possível ler vários parâmetros sobre a bomba injectora e sobre o motor, isto é, velocidade do motor, posição do rotor da bomba injectora, entrega de combustível, temperaturas etc. Os equipamentos mais sofisticados podem ser regulados para o modo ‘instantâneo’ o que permite visualizar os valores instantâneos da maioria dos valores usados na UEC. Se programado para esta função antes de uma prova de estrada permite o diagnóstico em avarias intermitentes. Sistemas Electrónicos Diesel 5.3 Manutenção e Reparação Se houver uma avaria, o aparelho armazena os dados relevantes do motor para posterior inspecção. Pode também ser usado para limpar da memória da UEC o código de uma avaria depois desta ter sido rectificada. 5.3 – REPARAÇÃO DE SISTEMAS Quando se reparam sistemas de injecção é poupar muito tempo usando literatura técnica adequada. Em complemento do Manual de Oficina, existe notas técnicas conhecidas como Instruções de Serviço (SIN). Quando identificada uma anomalia num sistema de injecção referente á bomba injectora nem sempre é necessário desarma-la completamente, excepto no caso de uma reparação geral. Antes de se efectuar qualquer trabalho, é recomendado que a bomba seja verificada num banco de ensaio para se determinar a causa do defeito. As operações de reparação e regulação podem então ser efectuadas com base nos resultados obtidos. O desarme, verificação, montagem e regulação da bomba só devem ser efectuados por pessoal qualificado usando as ferramentas especiais correctas e um banco de ensaio do tipo especificado. Para informação complementar iremos descrever resumidamente quais os cuidados a ter na manutenção de : UMA OFICINA DE REPARAÇÃO DE BOMBAS INJECTORAS: Uma oficina de reparação de bombas injectoras deverá estar sempre devidamente limpa. É necessário o equipamento que se segue: Uma instalação de lavagem com uma linha de ar comprimido aprovado, fluido de lavagem (não se pode usar água ou à base de água) para lavar exteriormente as bombas antes de as desarmar. 5.4 Sistemas Electrónicos Diesel Manutenção e Reparação Uma bancada exclusivamente para uso em reparação de bombas coberta com um metal que não se oxide ou com um linóleo do tipo industrial. Um tabuleiro compartimentado fácil de limpar para colocação das peças um torno com mordentes em metal macio ou em plástico. Uma vasilha contendo fluído de ensaio limpo com uma tampa de fecho automático. Uma vasilha contendo massa de lubrificação e uma vasilha contendo vaselina. Trapos macios sem fios, ou papel absorvente. As peças avariadas tem de ser substituídas por peças de substituição genuínas. Cada trabalho/reparação deverá ter uma folha de obra. É também fundamental que: Se cumpram os métodos descritos nos manuais específicos. Se usem as ferramentas especificadas. Se substituam por novos os vedantes, anilhas, arames de selagem e selos em chumbo. Se substituam por novos os rolamentos sempre que sejam removidos. Se substituam todos os componentes que apresentem sinais de danos, desgaste, aderência, corrosão, fissuras ou deformação. Se usem todos os componentes de um kit ainda que somente seja necessário um dos seus componentes. Sistemas Electrónicos Diesel 5.5 Manutenção e Reparação Assegure-se que sabe e cumpre as recomendações dos fabricantes dos sistemas de injecção e dos veículos e que procede e faz proceder de acordo com as normas de segurança. CONDIÇÕES DE ARMAZENAGEM DO MATERIAL REPARADO Meta as tampas de protecção especificadas em todos os orifícios ou adaptadores de entrada ou saída de combustível. Qualquer bomba reparada que vá ficar armazenada durante um período prolongado tem de ter todas as partes internas lubrificadas com óleo de ensaio em conformidade com a norma ISO 4113, para se evitar o risco de corrosão ou “colagem” dos seus componentes internos. As bombas devem ser armazenadas assegurando as condições mínimas para este tipo de produtos: Numa área sem poeiras, protegidas da humidade e fora da luz directa do sol ou de qualquer fonte de calor artificial. Os limites de temperatura máxima para a área de armazenagem são de 60ºC. A humidade tem de estar entre 0 e 80%. Mantenha um sistema de rotação de peças em armazém de modo a limitar o tempo que as bombas e todo o outro material em stock permanecem em armazém. 5.6 Sistemas Electrónicos Diesel Bibliografia BIBLIOGRAFIA DOLZA,C. ; VIALAGA, C. – Pompe Iniezione Ed Inietori BOSCH – Manuais didácticos e promocionais LUCAS VARITY – Manuais didácticos e promocionais LUCAS VARITY – Manual de Oficina - Injectores de Gasóleo Sistemas Electrónicos Diesel C.1 DOCUMENTOS DE SAÍDA Pós-Teste PÓS-TESTE Assinale com X a resposta correcta. Apenas existe uma resposta correcta para cada questão. 1 – A utilização de sistemas electrónicos associados ao controlo de motores Diesel tem como vantagem: a) Aumentar as emissões poluentes................................................................. b) Aumentar o consumo de combustível........................................................... c) Diminuir as emissões poluentes e aumentar o consumo de combustível. .................................................................................................................. d) Diminuir as emissões poluentes e diminuir o consumo de combustível.. .................................................................................................................... 2 - Qual dos seguintes componentes não faz parte de um sistema elementar de combustível de um motor Diesel: a) Sistema de injecção...................................................................................... b) Carburador.................................................................................................... c) Tubos de combustível................................................................................... d) Tubos de retorno........................................................................................... Sistemas Electrónicos Diesel S.1 Pós-Teste 3 – Diz-se que um motor Diesel é de injecção directa : a) Quando a injecção de combustível se dá directamente no circuito de alimentaçao....................................................................................................... b) Quando a injecção de combustível se dá no interior do cilindro. ................. c) Quando o motor tem uma vela de incandescência no interior da câmara de pré-combustão.................................................................................... d) Quando a admissão de combustível é feito por carburador......................... 4 – A vela de incandescência : a) Está localizado no filtro de gasóleo para aquecer o combustível que vem do depósito................................................................................................ b) Está localizadono interior da câmara de combustão de modo a provocar uma faísca para inflamar a mistura ar/combustível. ............................... c) Está localizado na câmara de pré-combustão e tem como função aquecer o ar admitido de modo a facilitar o arranque do mo-tor...................... d) Está localizado na câmara de pré-combustão e tem como função aquecer o óleo do sistema de lubrificação na fase de arranque do motor................................................................................................................. S.2 Sistemas Electrónicos Diesel Pós-Teste 5 – Nos sistemas fechados de controlo: a) O aumento do valor da variável a controlar, em comparação com o valor desejado, não é ajustado......................................................................... b) A diminuição do valor da variável a controlar, em comparação com o valor desejado, não é ajustado......................................................................... c) Existe um ajustamento permanente da variável a controlar, de modo a que o seu valor seja o valor desejado. .............................................................. d) Não existe um controlo da variável a controlar, aumentando ou diminuindo esta em função dos múltiplos factores a que está sujeita..................... 6 – No controlo electrónico do sistema de alimentação Diesel os responsáveis pela correcção da variável a controlar são: a) Actuadores.................................................................................................... b) Sensores....................................................................................................... c) O condutor. .................................................................................................... d) As oficinas de reparação automóvel............................................................. Sistemas Electrónicos Diesel S.3 Pós-Teste 7 – As variáveis calculadas pela unidade electrónica de controlo o sistema electrónico Diesel poderão ser: a) A quantidade de combustível de retorno e o fim do momento de injecção............................................................................... b) A velocidade de ralenti e o regime máximo de rotação do motor.......................................................................................... c) A temperatura do líquido de refrigeração e do óleo do motor................................................................................................................. d) A quantidade de combustível no depósito.................................................... 8 – Qual dos seguintes sistemas não é identificado como seja um sistema electrónico Diesel: a) Sistema Commonrail..................................................................................... b) Unidade injectora electrónica........................................................................ c) Sistemas de injecção com bombas rotativas com o avanço electrónico controlado em circuito fechado.................................................................... d) Sistema de injecção K-Jetronic..................................................................... S.4 Sistemas Electrónicos Diesel Pós-Teste 9 – No sistema Commonrail a pressão no acumulador é gerada pela : a) Bomba de alimentação................................................................................. b) Bomba de alta pressão................................................................................ c) Válvula de controlo de pressão..................................................................... d) Injector.. ......................................................................................................... 10 – Nos sistemas Commonrail e Unidade Injectora Electrónica a abertura dos injectores é comandada: a) Pela pressão existente no acumulador......................................................... b) Pela depressão existente no interior do cilindro........................................... c) Por sinais eléctricos enviados pela unidade electrónica de controlo do sistema de injecção. ..................................................................................... d) Por sinais pneumáticos enviados pela unidade electrónica de controlo do sistema de injecção.................................................................................. Sistemas Electrónicos Diesel S.5 Pós-Teste 11 – No sistema de Unidade Injectora Electrónica a pressão do combustível no momento de injecção é gerada : a) Pela bomba de alimentação. ......................................................................... b) Por uma bomba em linha............................................................................. c) Por uma bomba rotativa................................................................................ d) Por um êmbolo que é actuado por uma touche que é accionada pela árvore de cames. ............................................................................................... 12 – Uma avaria num sistema electrónico Diesel pode ser provocada por : a) Depósito de combustível cheio..................................................................... b) Combustível isento de água......................................................................... c) Fugas de combustível ou entrada de ar no sistema de alimentação Diesel................................................................................................................ d) Ausência de pré-câmara de combustão num motor de injecção directa.................................................................................................................. S.6 Sistemas Electrónicos Diesel Corrigenda e Tabela de Cotação do Pós-Teste CORRIGENDA E TABELA DE COTAÇÃO DO PÓS-TESTE QUESTÃO Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 CORRIGENDA D B B C C A B D B C D C TOTAL COTAÇÃO 2 1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 2 20 Sistemas Electrónicos Diesel S.7 ANEXOS Exercícios Práticos EXERCÍCIOS PRÁTICOS Exemplos de exercícios práticos a desenvolver no seu posto de trabalho e de acordo com a matéria constante no presente módulo. EXERCÍCIO N.º 1 – ENSAIO DE INJECTORES - ENSAIAR INJECTORES, REALIZANDO AS TAREFAS INDICADAS EM SEGUIDA, TENDO EM CONTA OS CUIDADOS DE HIGIENE E SEGURANÇA. EQUIPAMENTO _ 1 VEÍCULO EQUIPADO COM MOTOR DIESEL _ MANUAL DO FABRICANTE DO MOTOR / VEÍCULO UTILIZADO _ CHAVE DINAMOMÉTRICA _ EQUIPAMENTO DE ENSAIO DE INJECTORES _ BANCADA COM SUPORTE PARA DESMONTAR INJECTORES OU TORNO COM MORDENTES MACIAS TAREFAS A EXECUTAR 1 - LIMPE / LAVE PREVIAMENTE (SE NECESSÁRIO) A ÁREA DO MOTOR ONDE SE ENCONTRAM OS INJECTORES E DESMONTE TODOS OS ÓRGÃOS OU PEÇAS QUE IMPEÇAM O ACESSO AOS INJECTORES (EX.: FILTROS DE AR, RESGUARDOS, ETC.). 2 - DESMONTE OS INJECTORES, MANTENDO A SUA ORDEM DE MONTAGEM. 3 - VERIFIQUE O ESTADO DE VEDAÇÃO NA CABEÇA DO MOTOR E RETIRE SE FOR CASO DISSO TODAS AS ANILHAS DE VEDAÇÃO. 4 - EXECUTE O TESTE DOS INJECTORES E AVALIAR O SEU ESTADO QUANTO A VEDAÇÃO, PRESSÃO DE ABERTURA E CONDIÇÕES DE PULVERIZAÇÃO. 5 - DESARME, LIMPE OU SUBSTITUA OS BICOS. 6 - ENSAIE E CALIBRE AS PRESSÕES DE ABERTURA DOS INJECTORES. 7 - MONTE OS INJECTORES NO MOTOR E INSTALE TODOS OS ÓRGÃOS DESMONTADOS. 8 - ARRANQUE COM O MOTOR E VERIFIQUE A EXISTÊNCIA DE FUGAS DE COMBUSTÍVEL. Sistemas Electrónicos Diesel A.1 Exercícios Práticos EXERCÍCIO N.º 2 – TESTE DE PRESSÃO DIESEL DE COMBUSTÍVEL NUM SISTEMA - REALIZAR UM TESTE DE PRESSÃO DE COMBUSTÍVEL NUM SISTEMA DIESEL, REALIZANDO AS TAREFAS INDICADAS EM SEGUIDA, TENDO EM CONTA OS CUIDADOS DE HIGIENE E SEGURANÇA. EQUIPAMENTO _ 1 VEÍCULO EQUIPADO COM MOTOR DIESEL _ MANUAL DO FABRICANTE DO MOTOR / VEÍCULO UTILIZADO _ MANÓMETRO DE PRESSÃO DE COMBUSTÍVEL E ACESSÓRIOS TAREFAS A EXECUTAR: 1 – IDENTIFIQUE O SISTEMA DIESEL QUE EQUIPA O MOTOR EM TESTE: SISTEMA MECÂNICO COM OU SEM CONTROLO ELECTRÓNICO: COM BOMBA EM LINHA COM BOMBA ROTATIVA SISTEMA ELECTRÓNICO INTEGRAL: COMMONRAIL EUI 2 - LOCALIZE COM A AJUDA DO MANUAL DO FABRICANTE AS PRESSÕES QUE SE ESPERAM OBTER E ONDE SE DEVE MEDIR CADA UMA DELAS, NOMEADAMENTE: PRESSÃO DE ALIMENTAÇÃO PRESSÃO INTERNA DE BOMBA INJECTORA PRESSÃO DE RETORNO PRESSÃO DE ACUMULADOR ( COMMONRAIL ) 3 – ESCOLHER MANÓMETRO E ACESSÓRIOS ADEQUADOS PARA CADA PRESSÃO A MEDIR NAS CONDIÇÕES INDICADAS PELO MANUAL DO FABRICANTE ( REGIME DO MOTOR, TEMPERATURA ETC.) E REGISTÁ-LAS. 4 – INSTALAR OS MANÓMETROS E RESPECTIVOS ACESSÓRIOS NO SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DIESEL. A.2 Sistemas Electrónicos Diesel Exercícios Práticos 5 – Realize a leitura das pressões nos vários pontos de medição e registe-as na tabela seguinte. Ponto de medição Pressão medida Pressão do fabricante 6 – RETIRE OS MANÓMETROS E RESPECTIVOS ACESSÓRIOS DO SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DIESEL. Sistemas Electrónicos Diesel A.3 Guia de Avaliação dos Exercícios Práticos GUIA DE AVALIAÇÃO DOS EXERCÍCIOS PRÁTICOS EXERCÍCIO N.º 1 – ENSAIO DE INJECTORES TAREFAS A EXECUTAR 1 – Limpar / lavar previamente (se necessário) a área do motor onde se encontram os injectores e desmontar todos os órgãos ou peças que impeçam o acesso aos injectores (ex: filtros de ar, resguardos, etc.). 2 – Desmontar injectores, mantendo a sua ordem de montagem. 3 – Verificar estado de vedação na cabeça do motor e retirar se for caso disso todas as anilhas de vedação. 4 – Teste dos injectores e avaliação o seu estado quanto a vedação, pressão de abertura e condições de pulverização. 5 – Desarmar, limpeza ou substituição de bicos. 6 – Ensaio e calibração das pressões de abertura 7 – Montagem dos injectores no motor e instalação de todos os órgãos desmontados. 8 – Arrancar com o motor, verificação de existência de fugas . NÍVEL DE EXECUÇÃO GUIA DE AVALIAÇÃO (PESOS) 1 2 2 3 5 4 2 1 TOTAL 20 A.4 Sistemas Electrónicos Diesel Guia de Avaliação dos Exercícios Práticos EXERCÍCIO N.º 2 – TESTE DE PRESSÃO DE COMBUSTÍVEL NUM SISTEMA DIESEL TAREFAS A EXECUTAR 1 – Identificação do sistema Diesel que equipa o motor em teste. 2 – Identificar com a ajuda do manual do fabricante as pressões que se esperam obter e onde de deve medir cada uma delas. 3 – Escolha do manómetro e acessórios adequados para cada pressão a medir nas condições indicadas pelo manual do fabricante . 4 – Instalar os manómetros e respectivos acessórios no sistema de alimentação Diesel. 5 – Realização da leitura nos vários pontos de medição e respectivo registro . 6 – Remoção dos manómetros e respectivos acessórios do sistema de alimentação Diesel. NÍVEL DE EXECUÇÃO GUIA DE AVALIAÇÃO (PESOS) 3 3 3 4 5 2 TOTAL 20 Sistemas Electrónicos Diesel A.5