Análises e diagnósticos nas Válvulas InjetorasAnálises e diagnósticos nas Válvulas Injetoras

 

NUM SISTEMA DE GERENCIAMENTO ELETRÔNICO DO MOTOR AS VÁLVULAS INJETORAS SÃO ATUADORES ELETROMAGNÉTICOS CUJA FUNÇÃO É PULVERIZAR O COMBUSTÍVEL NECESSÁRIO PARA ATENDER A DEMANDA CALCULADA. O CONHECIMENTO DO FUNCIONAMENTO E A INTERPRETAÇÃO DOS OSCILOGRAMAS TÍPICOS DESTES ATUADORES SÃO FUNDAMENTAIS PARA A REALIZAÇÃO DE DIAGNÓSTICOS E ANÁLISES.

Na grande maioria dos motores de combustão interna as válvulas injetoras pulverizam o combustível sob pressão nos coletores individuais de admissão dos cilindros, imediatamente antes da abertura da válvula ou válvulas de admissão. Estes injetores são acionados eletromagneticamente, abrindo e fechando o fluxo de combustível para a linha de admissão, por meio de impulsos elétricos provenientes da unidade de comando do gerenciamento eletrônico do motor.

Dentro das características construtivas dos sistemas de gerenciamento de motores encontramos sistemas monoponto (singlepoint) e multiponto (multpoint) de injeção. O primeiro sistema é aquele que utiliza somente uma válvula injetora para atender a demanda de todos os cilindros.

Uma válvula injetora típica é composta de um corpo de válvula e de uma agulha na qual se assenta o induzido do magneto. O corpo da válvula contém o enrolamento e a guia para a agulha. Quando não há corrente elétrica no enrolamento, a agulha é pressionada através de uma mola helicoidal contra o seu assento na saída da válvula.

O sitema multiponto é aquele em que existe uma válvula injetora para cada cilindro. Neste caso são classificados como: full group (todas as válvulas injetoras pulverizam combustível a cada 180º de giro da árvore de manivelas); banco a banco (duas válvulas injetoras pulverizam combustível a cada 180º de giro da árvore de manivelas); e a seqüencial (a injeção do combustível ocorre no exato momento da admissão de cada cilindro).

Filtro de entrada de combustível

1.                               Conexão elétrica

2.                               Bobina magnética

3.                               Induzido

4.                               Agulha

5.                               Pino cônico

No injetor apresentado, quando a bobina magnética é energizada, a agulha se eleva por aproximadamente 0,1mm do assento para permitir a passagem de combustível pelo orifício calibrado. A extremidade da agulha possui uma superfície cônica retificada cujo apoio e vedação é dado por uma sede também retificada.

Outro tipo de injetor muito usado atualmente são os compactos que, ao contrário dos injetores com agulha, utilizam um assento de válvula com placa que veda múltiplos orifícios calibrados. Esta vedação é dada pelo acabamento das superfícies, carga da mola e pressão do combustível de forma que, por meio de geometrias específicas, ambas cargas (pressão do combustível e mola), atuam pressionando a agulha contra a placa.

Nestes tipos de válvulas injetoras, o induzido pode cursar entre 0,6 e 1,0 mm e seu tempo de injeção pode variar entre 1,5 e 18 ms com a freqüência de ativação que varia entre 3 e 125 Hz (de 3 a 125 acionamentos por segundo).

VÁLVULA INJETORA COMPACTA

Filtro de entrada de combustível

1.                               Conexão elétrica

2.                               Bobina Magnética

3.                               Induzido

4.                               Mola

5.                               Placa com orifício calibrado

6.                               Orifício de descarga do combustível

A massa de combustível injectada por unidade de tempo definida pela unidade de gerenciamento eletrônico do motor, depende da pressão do sistema de combustível, dos diâmetros dos orifícios calibrados, da passagem entre o orifício da agulha e o da placa e da pressão na linha de admissão do coletor. É fundamental que a capacidade de fornecimento da massa de combustível por unidade de tempo, atenda as necessidades especificadas para cada motor cuja necessidade é dada pelo consumo específico no regime de potência máxima. Em geral este dado é expresso em gramas / minuto (g/min).

Outro fator importante na definição dos injetores refere-se à geometria do jato de injeção isto porque, o formato do leque, o ângulo e o tamanho das gotículas influenciam diretamente na qualidade da mistura ar e combustível. Tudo depende da geometria do coletor de admissão e do cabeçote para exigir diferentes formatos geométricos dos jatos dos injetores.

Um jato cônico, por exemplo, formado a partir da somatória dos jatos dos diversos orifícios de injeção, é típico para motores com uma válvula por cilindro cujo alvo de injeção está entre o prato da válvula de admissão e a sede da válvula de admissão.

Válvula injetora com jato duplo é aplicada em motores que possuem duas válvulas de admissão por cilindro. Para isto, as aberturas da placa de orifícios são dispostas de forma que os dois jatos saiam simultaneamente da válvula injetora e sejam direcionados para as válvulas de admissão.

BAIXA E ALTA IMPEDÂNCIA

Além das características esperadas das válvulas injetoras como capacidade de atendimento à demanda de combustível solicitada, estanqueidade, capacidade de atomização (pulverização) do combustível e geometria do leque de pulverização, as válvulas injetoras também são classsificadas tendo como referência a impedância da bobina cuja classificação pode ser de baixa ou alta impedância.

As válvulas de baixa impedância, geralmente são utilizadas em controladores com drivers tipo “peak and hold”. Esses drivers funcionam com uma alta corrente criando o impulso de abertura e outra mais baixa que mantém a agulha do induzido na posição aberta até que o sinal do tempo de injeção seja encerrado fechando o injetor. Também podem os injetores de baixa resistência serem comandados através de drivers saturados, desde que o chicote tenha resistores em linha para aumentar a resistência elétrica.

Era o caso do sistema LE Jetronic. As bobinas das válvulas injetoras deste sistema tinham resistências que variavam entre 2,3 a 2,5. Já os resistores montados em série aos injetores do sistema LE Jetronic trabalham com resistência da ordem de 5,5 a 6,4.

As válvulas de alta impedância são utilizadas nos controladores que possuem drivers saturados. A grande maioria dos sistemas com injeção seqüencial utiliza circuitos 12 V saturados nos drivers. Eles são simples e trabalham com a tensão de 12 V no injetor para criar o impulso de abertura com uma corrente elétrica baixa. Isto faz com que o sistema trabalhe em temperaturas mais baixas protegendo os drivers de comando.

Geralmente, os injetores de alta impedância são os que possuem resistência superior a 12 e os de baixa, inferior a 8. Estes dados dependem da resistência elétrica da bobina do injetor, portanto, para classificar um injetor como sendo de alta ou baixa impedância deve-se medir a resistência elétrica da bobina. Em geral encontramos:

BAIXA IMPEDÂNCIA: 2 A 6

ALTA IMPEDÂNCIA: 12 A 16

Com esta informação é importante entender que, quanto maior é a impedância, menor é a corrente elétrica em circulação e, quanto menor for a impedância, maior será a corrente elétrica demandada do sistema.

Esta informação é importante porque o osciloscópio é o recurso que responde às necessidades atuais para a realização de diagnósticos na oficina. Até há pouco tempo, utilizava-se o osciloscópio apenas para diagnóstico nos sistemas de ignição. Muitos mecânicos fizeram escola nos analisadores de motores Sun e Bosch que tinham um osciloscópio analógico para análise dos circuitos primário e secundário dos sistemas de ignição.

Hoje, modernos osciloscópios digitais são utilizados para medição e teste de componentes e circuitos eletrônicos nos automóveis. Saber ler e interpretar um oscilograma é a base do diagnóstico com osciloscópios. Assim como o médico precisa ler sinais no equipamento de monitoração do coração, por exemplo a forma de onda do batimento cardíaco para diagnosticar um paciente, o reparador tem que conhecer os parâmetros da medição que está em execução para poder transformar o dado em parâmetros conclusivos de análise.

A INTERPRETAÇÃO DOS OSCILOGRAMAS DAS VÁLVULAS INJETORAS

Vamos analisar o sinal de comando das válvulas injetoras. Este estudo tem especial importância pois, amplia a interpretação simples dos comandos dos atuadores feito pela unidade de comando normalmente obtido pelo scanner. Quando esta medida é apresentada por este equipamento nas estratégias de leituras do modo contínuo, essa grandeza representa puramente o comando da injeção feito pela unidade de gerenciamento em milésimos de segundos.

Para entender esta análise com o osciloscópio, é importante saber que o tempo de injeção é resultado do somatório de três parâmetros: o primeiro é o tempo de injeção básico definido pelo valor de pressão atmosférica e pela rotação do motor; a segunda adição considera a tensão de alimentação do injetor corrigindo o tempo de injeção em função da demanda energética da bateria e pela capacidade de suprimento do alternador; o terceiro parâmetro aditivo do cálculo do tempo de injeção é definido pelas variáveis de controle do motor como as temperaturas do ar e do motor, o enriquecimento da acelaração, o fator lambda etc.

LOGO: TI = TB + TV + TC SENDO:

TI = Tempo de Injeção

TB = Tempo Básico de Injeção (pressão atmosférica e rotação)

TV = Tempo de Injeção em função da alimentação dos injetores (tensão)

TC = Tempo de Injeção em função dos elementos de controle do motor

Considerando que a injeção de combustível num sistema seqüencial deve acontecer durante o tempo de admissão de cada cilindro, podemos dizer que a medição do tempo de injeção deve, obrigatoriamente, considerar a velocidade angular do motor: ou seja quantos graus o motor evolui por segundo para determinarmos, durante o tempo de injeção, quantos graus o motor evoluirá durante este período e se o tempo de injeção poderá ser utilizado durante este período. Trabalhando a 1.000 RPM por exemplo, teremos 6.000º por segundo.

Logo, um tempo de injeção de 3 ms com o motor trabalhando com 1.000 RPM ocorre durante um giro de 18º na árvore de manivelas o que significa 36º na árvore de comando das válvulas. Considerando que o tempo de abertura das válvulas para entrada de ar é muito maior do que o tempo de injeção, vemos que, a injeção de combustível começa ainda com a válvula de admissão fechada e termina com a válvula parcialmente aberta. Este período restante de entrada de ar no cilindro sem a entrada de combustível, serve para homogeneizar a mistura para garantir a máxima eficiência de combustão.

Com esta explicação, analisando-se somente o dado tempo de injeção vemos que não é possível, somente com este parâmetro, identificar problemas elétricos nos injetores, nem tão pouco analisar os inevitáveis fenômenos elétricos que ocorrem nas válvulas injetoras provocados pela descarga da saturação da bobina. Com o osciloscópio podemos analisar a performance elétrica desse atuador em função do comando tempo de injeção realizado ampliando assim, os parâmetros de análise.

Oscilograma das válvulas injetoras – Inicialmente é fundamental saber-se o que está sendo medido. Um exemplo que contradiz a visão óbvia dos sinais como vimos até aqui é o pulso das válvulas injetoras. Como nos motores Volkswagen estas válvulas são alimentadas permanentemente por uma linha 15 (positivo derivado da chave de ignição e partida) e são controladas pelo negativo comandado pela unidade do sistema de gerenciamento do motor, torna-se fundamental saber para se realizar a medição, qual é a linha de controle do atuador para que você reconheça o oscilograma que será apresentado na tela do osciloscópio.

OSCILOGRAMA DAS VÁLVULAS INJETORAS

A válvula injetora tem um positivo constante. Quando a válvula não está recebendo negativo, o fato que identifica que o injetor está desligado é a linha de 12 V (linha A). Assim que a válvula é ativada pelo negativo, o sinal desce para 0 V e tem uma duração (tempo de injeção (B)). Assim que a válvula é novamente desligada, induz-se uma tensão reversa na bobina em função da sua saturação elétrica (C). O tempo de sinal baixo (0V) corresponde ao tempo de injeção.

Com base nesta análise, começamos a perceber que neste caso, o que aparentemente é um flanco de descida, é na verdade um flanco de subida e o que aparentemente é um flanco de subida é o de descida. Ou seja, torna-se fundamental saber-se o que está sendo medido para entender o oscilograma que será apresentado pelo osciloscópio.

Neste caso o flanco de subida é descente no oscilograma. O que “aparentemente” é o flanco de descida é na verdade, o flanco de subida para a ativação da válvula injetora. Quando o atuador tiver um negativo constante e for ativado pelo positivo, a interpretação do oscilograma deve considerar o raciocínio natural para o levantamento do sinal para a interpretação dos flancos de subida e descida do sinal.

Em função deste fato, torna-se fundamental identificar qual é a linha de controle do atuador para correta interpretação do oscilograma e conseqüente diagnóstico. Para isto basta identificar se a linha de controle do atuador é positiva ou negativa. Havendo um positivo constante no componente, a linha de controle será negativa e, se houver um negativo constante no atuador, a linha de controle será positiva. Esta verificação pode ser feita diretamente no componente usando uma ponta de polaridade ou um multímetro com base no esquema elétrico do componente ou sistema.

Agora que já aprendemos a interpretar corretamente os flancos dos sinais, vamos aprender a “ler” o fenômeno elétrico no atuador que o oscilograma está retratando. Observando o oscilograma da válvula injetora, notamos três pontos de destaque além dos flancos de subida e descida do sinal: (A) início da subida do sinal; (B) tempo de duração do sinal e (C) tensão reversa para o circuito elétrico gerado pela saturação da bobina do injetor.

OSCILOGRAMA DE UMA VÁLVULA INJETORA

Como já comentamos os scanners reportam para o reparador os tempos de injeção em milésimos de segundo exatamente como a unidade de gerenciamento comanda os sinais de saída da unidade. Em geral pode-se monitorar estes tempos pelas leituras dinâmicas do scanner, porém, somente com o uso do osciloscópio pode-se definir como está a atuação da alimentação elétrica na bobina dos injetores e como esta bobina está se comportando ao receber esta alimentação elétrica. O ponto (A) demonstra que a bobina foi energizada pelo comando de negativo no atuador. O ponto (B) sinaliza o momento em que a alimentação da bobina do injetor foi desligada e o ponto (C) sinaliza o pico de tensão em função da saturação da bobina do injetor. Assim que se interrompe a alimentação de negativo desativando o injetor, descarrega-se um pico de tensão no circuito elétrico de alimentação do injetor provocado pela saturação da bobina.

Este detalhe tem elevada importância para entender o funcionamento do injetor e realizar diagnósticos. Notem que, como estamos falando da bobina do injetor, temos no momento da rampa de subida da tensão, uma curva progressiva no acréscimo da corrente. Ou seja: a mudança de 0 para 12 V da tensão, não tem o mesmo comportamento para a corrente elétrica. Para elevar a agulha do injetor é demandado elevado consumo de corrente até que ocorra a abertura do injetor. Isto faz com que o oscilograma do comportamento elétrico pela tensão, não corresponda exatamente ao mesmo comportamento eletromecânico do injetor.

Assim que o tempo de injeção é encerrado, a pressão hidráulica que está atuando no induzido e a carga de mola dificulta o fechamento imediato do injetor. A tensão reversa tem esta propriedade. A inversão da polaridade com tensão elevada favorece o fechamento imediato do injetor auxiliando o induzido a vencer a pressão hidráulica do combustível juntamente com a mola.

ANÁLISE DA SATURAÇÃO DA BOBINA DO INJETOR PELO OSCILOGRAMA

Para análise deste dado pode-se capturar este sinal em todos injetores para se obter parâmetros comparativos. Quando este pico de tensão fica muito baixo e o tempo de escoamento de tensão até o nível de alimentação positiva do atuador é muito pequeno deve-se questionar a performance do componente. Quando esta análise levanta dúvidas, deve-se abrir o parâmetro tempo por divisão do osciloscópio para permitir melhor visualização do sinal.

Com o osciloscópio podemos identificar todos os parâmetros elétricos para análise dos injetores monitorando o componente além do tempo de injeção. É importante destacar que esta é a análise da performance elétrica do componente porém, falta ainda a análise mecânica do injetor monitorando-se a estanqueidade da vávula, a vazão, o equilíbrio dinâmico e o formato do leque de pulverização. Por esta razão não se recomenda a limpeza dos injetores no local (instalado no motor) pois, estas análises só podem ser feitas em equipamentos que limpem e avaliem os injetores com as válvulas removidas.

MATÉRIA ELABORADA PELA FATEC DE AUTOTRÔNICA SANTO ANDRÉ – S.P.