AULA 3

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INJEÇÃO ELETRÔNICA
AUTOMOTIVA
AULA 3
 
 
 
 
 
 
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Prof. Anderson GabardoCONVERSA INICIAL
Nesta aula, estudaremos mais a fundo o gerenciamento eletrônico do
motor.
Entenderemos o significado do termo e sua base de funcionamento, que
será utilizada em todo percurso de aprendizagem. Esse recurso é utilizado
também em outros sistemas do veículo, uma vez que o gerenciamento
eletrônico do motor foi precursor para gerenciarmos eletronicamente vários
outros sistemas do veículo, como freios, direção, condicionador de ar, entre
outros.
Veremos as estruturas internas e estratégias de funcionamento de nossa
central de gerenciamento.
Por fim, entraremos a fundo nos sensores do sistema de gerenciamento
eletrônico do motor.
TEMA 1 – GERENCIAMENTO ELETRÔNICO DO MOTOR
Antes de iniciarmos nossa caminhada nos sistemas de gerenciamento do
motor, precisamos entender bem o significado de gerenciamento eletrônico, o
porquê de sua utilização e as vantagens que trazem a nossos veículos. Veremos
agora a estratégia utilizada e nossa central de gerenciamento eletrônico. 
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1.1 GERENCIAMENTO ELETRÔNICO
Para melhor entendermos o termo gerenciamento eletrônico, que
poderemos empregar em qualquer sistema do veículo, faremos uma analogia
com o nosso corpo.
Nós, seres humanos, possuímos cinco sentidos: audição, tato, paladar, olfato
e visão.
Com base nas informações desses sentidos, alimentamos nosso cérebro
para que ele promova as reações em nossos órgãos.
Alguns órgãos funcionam praticamente de forma automática, como o
coração, porém outros são comandados intencionalmente pelo cérebro, como
nossos braços, por exemplo.
Se nossa mão tocar em uma superfície muito quente, a informação de
perigo é enviada imediatamente ao cérebro (por sinais elétricos), que, com uma
resposta imediata, comanda nossa mão a deixar de tocar essa superfície.
Logo, nossa pele sentiu uma característica de onde estava tocando (sensor),
enviou a informação ao cérebro (gerenciador), que instantaneamente comandou
o movimento ao nosso braço (atuador).
Figura 1 – Corpo humano e gerenciamento eletrônico
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Créditos: Mybox/Shutterstock.
Em todos os sistemas de gerenciamento eletrônico dos veículos, o princípio
de funcionamento será este: sensores, central de gerenciamento e atuadores.
Figura 2 – Princípio de funcionamento dos sistemas de gerenciamento
eletrônico de veículos
1.1.1 COMPONENTES DO GERENCIAMENTO
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Podemos definir então que um sensor é o componente que transforma
efeitos da física em sinais elétricos, os quais serão enviados à central de
gerenciamento através dos chicotes elétricos.
Figura 3 – Componentes de gerenciamento
Créditos: Olga Litvinchuk/Shutterstock.
O sensor de temperatura do motor capta a variação da temperatura do
líquido de arrefecimento do motor e informa para a central de gerenciamento do
motor, a qual é o cérebro do sistema, que recebe e interpreta os sinais de todos
os sensores ao mesmo tempo e age comandando os atuadores. A central então
é o cérebro do sistema.
Figura 4 – Central de gerenciamento
Créditos: Bachtub Dmitrii/Shutterstock.
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Já os atuadores receberão os sinais elétricos enviados pela central e
realizarão algum trabalho, que influenciará no funcionamento do motor.
Com esse atuador da marcha lenta, dependendo da informação da central
de gerenciamento do motor, aumentará ou diminuirá a rotação de marcha lenta
do motor.
Figura 5 – Atuador da marcha lenta
Créditos: Monte_a/Shutterstock.
1.1.2 CENTRAL DE GERENCIAMENTO
Vamos entender agora as estratégias e o funcionamento da central de
gerenciamento eletrônico do motor.
A central de gerenciamento recebe e interpreta os sinais vindos dos
sensores, aplica a seus mapas previamente memorizados e impõe os parâmetros
necessários para comandar os atuadores, como a bobina de ignição, o tempo de
injeção, a quantidade de ar para mistura e a marcha lenta.
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Podemos classificar a central como um computador cujo microprocessador é
o cérebro do sistema que executa as instruções contidas em seus programas.
Sua memória possui o programa principal que controla o sistema de dados
e parâmetros recebidos e um programa de diagnose, responsável pela gravação
dos códigos de falha e da comunicação com o equipamento de teste.
Isso ocorre graças a três tipos de memórias diferentes RAM (Random Access
Memory = Memória de Acesso Aleatório), ROM (Read Only Memory = Memória
de Leitura) e EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory =
Memória para Leitura Programável/apagável eletricamente).
Figura 6 – Unidade de controle eletrônico do motor
Créditos: Henadzi Kllent/Shutterstock.
Figura 7 – Scanner
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Créditos: Rumruay/Shutterwtock.
A central processa os dados e consegue ter parâmetros que se adaptam às
alterações mecânicas e de desgaste dos componentes, além de armazenar
eventuais falhas que podem ser consultadas e apagadas via scanner.
No interior da central existem diferentes blocos de componentes para cada
etapa de tratamento de sinais elétricos.
O bloco de alimentação é o local por onde a central é alimentada com carga
da bateria e é composto por capacitores, transistores, resistores, diodos e
transformadores.
No bloco de entrada da central, existem componentes que transformam
sinais elétricos enviados pelos sensores em sinais eletrônicos para interpretação
do processador.
O bloco de saída de sinais para atuadores, composto basicamente por
transistores de potência, transforma os sinais eletrônicos do processador em
sinais elétricos para comandar os atuadores.
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Figura 8 – Raio X de uma unidade de controle de motor
Créditos: Radiological Imaging/Shutterstock.
TEMA 2 – SENSORES
Para nosso entendimento de injeção eletrônica, é essencial entendermos a
fundo cada sensor do sistema, pois toda decisão calculada na peça central terá
por base as informações dos sensores.
Logo, é comum termos mau funcionamento em um atuador e este mau
funcionamento ser relativo a uma informação enviada de maneira equivocada
por um sensor qualquer.
Veremos agora como são construídos os sensores, onde estão localizados,
que tipo de sinal enviam à central e como procedemos em seus testes.
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2.1 SENSORES DE MOVIMENTO
Figura 9 – Sensores de movimento
Créditos: Alexander Kazharski/Sdobe Stock.
Veremos agora quais são os principais sensores que transformam
movimento em sinal elétrico, pois a central precisa saber a posição de cada
cilindro, das válvulas de admissão e também a velocidade do veículo.
Para isso, estudaremos agora os sensores de rotação, fase e velocidade.
Os sensores de rotação têm a função de enviar sinal à central de
gerenciamento eletrônico, que calcula a rotação e a velocidade do eixo onde é
instalado o sensor, que pode ser a árvore de manivelas, identificando a posição e
a velocidade dos cilindros, o comando de válvulas, identificando a posição de
cada válvula e até o eixo das rodas, sabendo a velocidade de rotação dos pneus.
Para cada item que estudarmos, veremos sua função, como são construídos,
seu funcionamento e principalmente seus testes.
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Saber testar e interpretar os resultados dos testes é fundamental para uma
perfeitacorreção de falhas no sistema.
2.1.1 SENSOR DE ROTAÇÃO E PMS (CKP)
Para os sistemas de injeção e ignição eletrônica, é fundamental a central de
gerenciamento eletrônico saber com precisão a posição de cada cilindro e sua
velocidade. Para isso, é instalado o sensor de rotação e PMS, captando a rotação
da árvore de manivelas.
Com essas informações, a central de gerenciamento saberá o momento
exato de comandar as bobinas de ignição e os eletroinjetores.
Os sensores de rotação mais utilizados são de relutância magnética variável,
efeito Hall e magneto-resistivo.
O sensor de relutância magnética variável ou indutivo possui um imã
permanente com uma bobina enrolada sobre ele. Solidária à árvore de manivelas
é instalada uma da roda fônica.
Figura 10 – Interruptor de nível magnético
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Créditos: ZhdanHenn/Shutterstock.
Toda vez que um dente da roda passa pelo sensor indutivo, a relutância do
circuito magnético diminui e, na ausência do dente, a relutância aumenta,
induzindo uma corrente alternada (onda completa).
Assim, quando a roda gira, o fluxo magnético varia e induz uma corrente
alternada na bobina captora, formando pulsos sincronizados com a passagem
dos dentes pelo sensor.
Figura 11 – Dentes do sensor
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Crédito: Elias Aleixo.
Nos terminais do sensor então é possível medir pulsos de tensão e, toda vez
que um dente passa pelo sensor, esse valor depende da velocidade de rotação
da roda fônica.
Para a central de gerenciamento eletrônico, não basta saber somente a
rotação da árvore de manivelas; é preciso também conhecer o PMS de cada
cilindro.
Para se criar uma referência de posição, a roda fônica é construída com a
ausência de um dos dentes. Utilizaremos o exemplo de uma roda fônica com 60
dentes (leremos 60-2 dentes), logo a distância entre cada dente será
correspondente a determinado ângulo – neste exemplo, de 6° (360° dividido por
60 dentes menos 2) que foram removidos para se criar nossa referência.
O início do sincronismo para a injeção e ignição é reconhecido assim que o
sensor passa pelo espaço vazio dos dois dentes faltantes, criando assim a
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referência.
Com base nessa referência, a central inicia a contagem a partir do primeiro
dente depois da falha, contando um determinado número de dentes, de acordo
com o projeto, encontra-se o PMS do pistão 1 e, com base nele, monta-se o
mapa de sincronismo.
Na montagem de um sensor indutivo, sempre precisamos verificar com
precisão a posição do suporte do sensor em relação à roda fônica, uma vez que
o ângulo em relação à árvore de manivelas interferirá no reconhecimento da
posição dos pistões pela central de gerenciamento.
Figura 12 – Sensor indutivo
Crédito: Elias Aleixo.
A distância entre o sensor e a roda fônica também precisa ser respeitada,
uma vez que ela interferirá na formação da onda de corrente alternada. Para
medirmos essa distância, utilizaremos o especímetro (ou calibre de lâminas).
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Para testarmos o sensor indutivo ainda instalado no veículo, utilizamos o
ohmímetro graduado na posição adequada, removemos a conexão entre o
sensor e o chicote do veículo e tocamos com os cabos do ohmímetro aos cabos
de saída do sensor de rotação e PMS. Nesse teste, medimos os valores de
resistência da bobina interna do sensor, os quais devem ser bem próximos ao
valor orientado pelo fabricante. Valores de resistência muito altos ou infinitos
indicam interrupção na bobina do sensor; valores muito baixos ou próximos a
zero ohms indicam curto circuito na bobina do sensor. É preciso atentar para a
temperatura do sensor no momento do teste, pois é comum a bobina do sensor
entrar em curto circuito com a elevação de temperatura, retornando ao valor
ideal com a baixa na temperatura, causando um defeito intermitente ao veículo.
Com o multímetro ainda conectado aos cabos do sensor de rotação e PMS,
graduamos nosso multímetro para tensão alternada e acionamos a partida do
motor, observando a geração de tensão alternada pelo sensor. O mesmo teste
pode ser feito com auxílio do osciloscópio.
O sensor de efeito Hall consiste em um sensor de duas partes, uma fixa e
outra rotativa. O impulsor possui um ímã permanente com peças condutoras e
de um circuito integrado (CI – Hall) que age como um interruptor eletrônico que
possui um modelador de impulsos, um amplificador, um estabilizador de tensão
e um compensador de temperatura, além da placa semicondutora Hall.
No efeito Hall, uma corrente elétrica percorre uma camada semicondutora
(camada Hall). Quando essa camada é exposta a um campo magnético de
sentido perpendicular, origina-se entre as áreas de contato A1 e A2 uma tensão
baixa denominada de tensão Hall. Com intensidade da corrente constante, a
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tensão Hall dependerá exclusivamente da intensidade do campo magnético.
Quanto mais intenso o campo, maior será a tensão de Hall. Em nossos testes
com osciloscópio ou caneta de polaridade, observaremos a geração de
eletricidade por uma onda quadrada.
Figura 13 – Efeito Hall
Crédito: Elias Aleixo.
2.2 SENSOR DE FASE (CMP)
Para os sistemas com injeção eletrônica sequencial fasada, a central de
gerenciamento do motor precisa reconhecer a posição do comando de válvulas,
pois é necessário comandar os eletroinjetores no momento correto da abertura
das válvulas de admissão.
Essa informação é enviada pelo sensor de fase CMP, que é, em geral, um
sensor semelhante ao sensor de rotação da árvore de manivelas, porém medindo
a velocidade de rotação do eixo do comando de válvulas.
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Diferentemente do sensor de rotação e PMS, o sensor de fase precisa
somente conhecer a velocidade e a posição de um dos cames do comando,
calculando posteriormente a posição de todos os outros. Para isso, é forjado ao
eixo um dente que permitirá a geração de sinal pelo sensor.
2.2.1 SENSOR DE FASE VIA SOFTWARE
Para alguns sistemas com injeção eletrônica, o sensor de fase físico já foi
substituído por uma estratégia que chamaremos de sensor de fase via software.
Quando se aciona a ignição, a rotação vai a em torno de 1500 rpm e
posteriormente baixa para rotação de marcha lenta 850 rpm. Durante esse
período, a central de injeção corta a alimentação do eletroinjetor 1, sem injeção
de combustível no primeiro cilindro por 2 a 3 ciclos consecutivos (uma a cada
720°). Percebendo a oscilação na desaceleração, a central reconhece a fase de
combustão do primeiro cilindro. Percebendo esse momento, o mapa da injeção é
mantido na sequência de ignição do motor.
Em alguns sistemas existe apenas a redução da quantidade de combustível
injetado no primeiro cilindro para detectar a fase.
Esse procedimento pode ainda se repetir em desaceleração de 2.000 a 1.000
rpm.
Figura 14 – Car camshaft
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Créditos: Oleksandr Grechin/Shutterstock.
Figura 15 – Controle metálico do motor do carro com elementos plásticos
Créditos: Aleksandr Kondratov/Shutterstock.
2.3 SENSOR DE VELOCIDADE DO VEÍCULO (VSS)
O sensor de velocidade indica para a central de gerenciamento qual é a
velocidade do veículo.
Essa informação é utilizada pela central para as estratégias de freio motor,
cut off e marcha lenta, além de repassar a informação ao conjunto dos
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instrumentos.
O sensor de velocidade é montado solidário ao sistema de transmissão, por
meio de roda dentada ou acionado por mecanismo de saída do velocímetro.
Quando o veículo está em movimento e a aceleração é interrompida, a
central de gerenciamentoentende que o motorista quer utilizar o freio motor,
pois o veículo recebe informações do sensor de velocidade e do sensor do pedal
do acelerador. Nessa condição, a central interrompe o pulso dos eletroinjetores,
de modo que os pistões não recebam combustível e, consequentemente, não
produzem potência. Essa estratégia é conhecida como cut off, porém, à medida
que o veículo comece a ter a velocidade cada vez mais reduzida chegando quase
ao repouso, é necessário que a central comande novamente os eletroinjetores e
o atuador de marcha lenta para que estes mantenham o motor funcionando sem
trepidações. A informação mais importante utilizada pela central nesse momento
vem do sensor de velocidade do veículo.
Figura 16 – Sensor de velocidade da roda do carro
Créditos: Notsuperstar/Shutterstock.
Figura 17 – Sensor de ABS
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Créditos: Kudrin/Ilia/Shutterstock.
TEMA 3 – SENSORES DE TEMPERATURA
Veremos agora quais são os principais sensores que transformam energia
térmica em sinal elétrico.
Sabemos que o processo de combustão do motor precisa reagir de maneira
diferente quando houver variações de temperatura tanto do motor quanto do
nosso meio.
Para isso, os diferentes sensores de temperatura têm fundamental
importância no bom funcionamento do motor.
Antes do gerenciamento eletrônico do motor existiam redundâncias de
sensores, por exemplo, nos primeiros veículos com injeção eletrônica do Brasil LE
Jetronic + EZK, somente para se medir a temperatura do motor, eram
necessários seis sensores.
Sensor de indicador de temperatura do painel de instrumentos;
Sensor para partida a frio;
Sensor de para unidade Le Jetronic;
Interruptor de acionamento do eletro ventilador;
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Sensor de temperatura do cofre do motor (partida a quente);
Sensor de temperatura do ar incorporado ao medidor de fluxo de ar.
Com o gerenciamento eletrônico, a informação de um sensor é enviada à
central de gerenciamento, que trata este sinal e o envia para toda rede de
comunicações do veículo.
Figura 18 – Sensor de temperatura do carro
Créditos: Notsuperstar/Shutterstock.
3.1 SENSOR DE TEMPERATURA DA ÁGUA
O sensor de temperatura da água está localizado no sistema de
arrefecimento próximo à válvula termostática e é capaz de perceber a variação
de temperatura do líquido de arrefecimento e informar essa variação sob a
forma de sinal elétrico à central de gerenciamento eletrônico do motor.
O sensor é construído em uma estrutura metálica ou plástica que serve de
guarnição ao elemento resistivo que é composto por um termístor do tipo NTC
(coeficiente negativo de temperatura) ou PTC (coeficiente positivo de
temperatura).
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Sistemas mais modernos contam com dois sensores de temperatura em
diferentes pontos do sistema de arrefecimento, principalmente sistemas que
possuem gerenciamento eletrônico de bomba d’água e ou válvula termostática.
3.1.1 SENSOR DE TEMPERATURA NTC
Em um termístor do tipo NTC, seu valor da resistência é inversamente
proporcional ao valor de variação da temperatura, ou seja, quando a
temperatura sobe, a resistência elétrica do sensor diminui e quando a
temperatura desce, a resistência elétrica do sensor aumenta.
3.1.2 SENSOR DE TEMPERATURA PTC
Em um termístor do tipo PTC, seu valor da resistência é diretamente
proporcional ao valor de variação da temperatura, ou seja, quando a
temperatura sobe, a resistência elétrica do sensor também aumenta e quando a
temperatura desce, a resistência elétrica do sensor baixa.
3.1.3 FUNCIONAMENTO DO SENSOR
A estratégia que a central utiliza para ter a correta informação da variação
de tensão do sensor dada a variação de temperatura da água é alimentar o
sensor com uma tensão de referência de 5 V.
Dado que esse circuito é projetado como um divisor de tensão, essa tensão
é dividida entre uma resistência existente na central eletrônica e a resistência do
sensor de temperatura da água.
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Assim, a central de gerenciamento consegue avaliar constantemente as
variações de resistência do sensor observando suas mudanças de tensão e
garantindo assim confiabilidade na informação recebida do sensor independente
de variações de tensão externas.
Todas as estratégias para o funcionamento do motor dependem da
informação de temperatura do líquido de arrefecimento, rotação de marcha
lenta, volume de combustível injetado (tempo de injeção), interpretação do
sensor de oxigênio e cálculo do avanço de ignição.
Para testarmos o sensor de temperatura da água, podemos utilizar nosso
ohmímetro graduado na escala indicada e, à medida que percebemos a variação
de resistência, aplicamos a variação na temperatura do sensor.
Figura 19 – Invólucro do termostato e sensor de temperatura do motor
Créditos: Trotz Olga/Shutterstock.
É preciso sempre respeitar sempre a curva que relaciona resistência e
temperatura de cada modelo de sensor.
3.2 SENSORES DE AR
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Vimos que, para a melhor estequiometria, é fundamental dosarmos a
perfeita concentração de ar, combustível e calor. Veremos agora quais são os
sensores que informam à central de gerenciamento a massa de ar admitido pelo
motor.
Sabemos que a massa de um gás depende de sua temperatura e da pressão
atmosférica à qual está submetido o gás.
Nos sistemas de injeção eletrônica, utilizamos o sensor de temperatura do ar
admitido, medidas de fluxo de ar e sensor de pressão absoluta.
Vejamos agora como eles funcionam.
3.2.1 SENSOR DE TEMPERATURA DO AR
Como vimos, a massa do ar que nossos motores respiram varia conforme
sua temperatura. Para poder calcular a estequiometria, a central de
gerenciamento do motor precisa dessa informação que vem diretamente do
sensor de temperatura do ar.
Figura 20 – Sensor de temperatura do ar
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Composto por um termístor, normalmente do tipo NTC (coeficiente negativo
de temperatura), que, alimentado pela central com 5V, varia sua tensão de
retorno conforme varia a temperatura do ar do coletor.
Figura 21 – Sensor de temperatura de refrigeração
Créditos: Levchenko Hanna/Shutterstock.
O sensor de temperatura do ar pode estar instalado no próprio coletor de
admissão ou na mangueira que conecta o filtro de ar com o coletor de admissão.
Em alguns sistemas, esse sensor já pode vir integrado ao medidor de fluxo
de ar, ao sensor de pressão absoluta ou ao próprio corpo de borboleta.
3.2.2 SENSOR DE PRESSÃO ABSOLUTA (MAP)
Sabemos que a pressão atmosférica pode variar bastante durante o
deslocamento de um veículo, que pode estar no nível do mar e algum tempo
depois estar a altitudes bem mais altas.
Para que o motor não seja colocado em risco e a massa de ar admitida seja
sempre a mais próxima da ideal, utilizamos o sensor de pressão absoluta (MAP).
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Esse sensor tem como função informar as variações de pressão existentes no
coletor de admissão e a pressão atmosférica local. Essa informação auxilia o
cálculo da massa de ar admitida realizado pela central de gerenciamento.
Figura 22 – Sensor de temperatura de ar
Créditos: Aleksandr Kondratov/Shutterstock.
O sensor MAP possui um diafragma (membrana) e um circuito cerâmico. Em
sua superfície são serigrafados resistores com propriedades piezoelétricas que
dividem as duas câmaras: uma delas é selada por uma placa de vidro e contém
vácuo absoluto chamada de câmara aneroide; a outra está em comunicação
direta com a fonte de depressão do motor (coletor).
O sinal piezoelétrico deriva da deformação sofrida pela membrana. Antes de
ser enviado à central, é amplificado por um circuito eletrônico internoà estrutura
do sensor.
Com o motor desligado (pressão no interior do coletor igual à pressão fora
do coletor), o diafragma curva-se em função da pressão atmosférica. Dessa
maneira, ao acionarmos a ignição a central de gerenciamento, obtemos a exata
informação da altitude do veículo.
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Com o motor em funcionamento, a depressão gerada no coletor causa a
ação mecânica no diafragma do sensor que se curva variando seus valores de
tensão que informam a central a medida da depressão do coletor de admissão.
Para testarmos o sensor MAP, utilizaremos nosso voltímetro graduado na
escala adequada e, com auxílio de uma bomba de vácuo, aplicaremos uma
depressão à entrada de ar do sensor, percebendo a variação de tensão conforme
aplicamos variação na depressão do sensor.
3.2.3 MEDIDOR DE MASSA DE AR (MAF)
Veremos agora como funciona o sensor que mede a massa de ar admitido,
que chamamos de medidor de fluxo de ar.
Figura 23 – Sensor de pressão absoluta do coletor de admissão
Créditos: IevgenGluzhetsky/Shutterstock.
Esse sensor que mede a massa de ar pode ser classificado como fio quente
(hot wire) e filme aquecido (hot film).
Está localizado entre o filtro de ar e a borboleta de aceleração. São
considerados sensores térmicos de carga, que registram a massa de ar em kg/h
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(quilogramas por hora), de acordo com o fluxo do ar aspirado. Esse fluxo resfria
um corpo eletricamente aquecido.
O fluxo de ar aspirado é conduzido através do fio aquecido, que é parte do
circuito elétrico em ponte que mantém a temperatura do fio constante a 120 ºC.
Com o fluxo de ar, a temperatura do fio tende a baixar. Para se manter a
temperatura a 120 ºC, faz-se necessário mais corrente elétrica. Calculando essa
variação de corrente, obtém-se um sinal elétrico da massa de ar admitida
Um sensor de temperatura montado junto ao medidor de fluxo de ar
garante que o sinal de saída não dependa da temperatura do ar admitido, ou
seja, o fio aquecido será mantido na temperatura constante de 120 ºC.
Figura 24 – Sensor do fluxo da massa de ar
Créditos: Aleksandr Kondratov/Shutterstock.
Como qualquer sujeira na superfície do fio aquecido pode alterar o sinal de
saída, cada vez que se desliga o motor, eleva-se eletricamente durante um
segundo a temperatura do fio para eliminar as possíveis impurezas.
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TEMA 4 – SENSORES DE ACELERAÇÃO
Veremos agora os sensores que interferem diretamente na aceleração do
motor e quais são os sensores que transformam ações do motorista em sinais
elétricos para que a central de gerenciamento possa deixar a condução do
veículo mais estável possível.
Veremos também algumas estratégias utilizadas para melhorar a
estequiometria e otimizar o desempenho do veículo.
4.1 SENSOR DE POSIÇÃO DA BORBOLETA (TPS)
Nos sistemas mais antigos, sempre que acionamos o pedal do acelerador,
puxamos um cabo que movimenta o eixo da borboleta de aceleração,
permitindo a passagem de ar para o coletor de admissão.
Nos primeiros sistemas de injeção eletrônica, o mesmo ocorre, mas, além da
passagem mecânica do ar, precisamos informar eletricamente à central o quanto
pretendemos acelerar o motor. Para isso, é instalado, solidário ao eixo da
borboleta de aceleração, um sensor, chamado de sensor de posição da borboleta
(TPS).
O TPS é um potenciômetro com a função de traduzir o ângulo de abertura
da borboleta de aceleração em um sinal elétrico para a central de gerenciamento
do motor.
Figura 25 – Conjunto do corpo do acelerador com sensor de lados
diferentes
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Créditos: Bachtub Dmitri/Shutterstock.
A central alimenta o potenciômetro com tensão constante de 5 V e o sinal
devolvido para a central aumenta a tensão à medida que se aumenta a abertura
da borboleta.
O parâmetro medido é a posição da borboleta desde a abertura mínima até
a abertura máxima.
O sinal do TPS é utilizado para as estratégias de aceleração, desaceleração,
controle de emissões, freio motor e plena carga.
Figura 26 – Parte automática do sensor de posição do acelerador
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Créditos: Notsuperstar/Shutterstock.
Figura 27 – Teste do TPS
O teste do TPS deve ser feito com voltímetro graduado na escala 12V DC,
com o sensor conectado ao veículo e auxílio de uma ponte conectora. O primeiro
teste é o de alimentação do sensor que deve ter resultado de 5V entre os pinos
+ e –.
Com a ponte conectora instalada, mediremos a tensão no borne de saída do
sensor para a central. Essa tensão deve variar à proporção que varia a aceleração.
O detalhe, porém, é que não se podem observar oscilações no valor medido pelo
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voltímetro durante a aceleração, pois essa oscilação pode indicar desgaste na
pista do resistor variável interno ao sensor.
4.2 SISTEMAS DE ACELERADOR MOTORIZADO
Nos sistemas mais modernos, o cabo do acelerador foi substituído por
componentes eletroeletrônicos.
Nesses sistemas, ao acionamos o pedal do acelerador, estamos deslocando
um potenciômetro (resistor de posição variável) e informando à central de
gerenciamento do motor o quanto desejamos acelerar o motor. A central, por
sua vez, entende essa informação e, em conjunto com outras informações dos
mais diversos sensores, determina o quanto o servo motor no conjunto de
borboleta deve abrir e permitir a entrada de ar para o motor.
Figura 28 – Acelerador do carro
Créditos: Bachtub Dimtrii/Shutterstock.
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4.2.1 SENSOR DO PEDAL DO ACELERADOR
O sensor do pedal de acelerador transforma o movimento do pedal em sinal
elétrico.
Essa tensão permite à central de gerenciamento comandar o motor
conforme o desejo do condutor, seja em aceleração ou desaceleração.
Ao mesmo tempo, esse sinal também alimenta outros sistemas de
gerenciamento, como o sistema da transmissão automática, freios ABS, controle
de estabilidade e tração do veículo.
Esse sensor possui pistas redundantes, ou seja, o mesmo cursor comanda
duas pistas resistivas simultâneas, de modo que, caso exista falha em um dos
sensores, o outro continue funcionando.
Para o teste do sensor, devemos proceder como nos testes do sensor de
posição da borboleta, seguindo o diagrama do sensor do pedal de acelerador e
considerando que são dois potenciômetros.
Figura 29 – Sensor do pedal do acelerador
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Créditos: Aleksandr Kondratov/Shutterstock.
4.2.2 INTERRUPTOR DE PLENA CARGA DA DIREÇÃO
HIDRÁULICA
Alguns sistemas possuem um interruptor no sistema de pressão da direção
hidráulica.
Esse interruptor atua quando se aplica carga total à direção. Virando o
volante totalmente para um dos lados, essa carga excessiva influencia na rotação
do motor, principalmente em regime de marcha lenta.
Figura 30 – Interruptor de plena carga da direção hidráulica
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Crédito: Jefferson Schnaider.
Sempre que o interruptor percebe esse aumento de pressão no sistema,
informa à central de gerenciamento, que, com base nessa informação, corrige a
rotação de marcha lenta, aumentando a passagem de ar e também o tempo de
injeção dos eletroinjetores.
4.2.3 CONDICIONADOR DE AR
Como sabemos, o sistema condicionador de ar interfere sensivelmente no
desempenho do motor e consumo de combustível. Veremos agora como ele
interfere no gerenciamento eletrônico do motor.
Quando o sistema de condicionador de ar também possui gerenciamento
eletrônico, a integração entre os sistemas já é automática, porém alguns sistemas
ainda não possuem esse gerenciamento.
Nessescasos, sempre que o compressor de ar é acionado, a central de
gerenciamento do motor também recebe esse sinal.
Figura 31 – Três diferentes compressores de ar condicionado para motores
de carro diferentes
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Créditos: Stason4ik/Shutterstock.
Figura 32 – Bomba de direção hidráulica
Créditos: Stason4ik/Shutterstock.
Esta informação é utilizada pela central para corrigir a rotação de marcha
lenta e principalmente o tempo de injeção, já considerando a nova carga
recebida pelo motor.
TEMA 5 – SENSORES DE OXIGÊNIO
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O controle nas emissões de poluentes é uma busca constante pelas
montadoras.
Poder mensurar a qualidade da estequiometria é um dos grandes desafios
do gerenciamento eletrônico do motor.
Veremos agora os componentes que informam à central com que tipo de
combustível o veículo foi abastecido, a proporção de oxigênio resultante da
queima e se o avanço de ignição está sendo realizado no tempo correto.
5.1 SENSOR DE OXIGÊNIO
O sensor de oxigênio ou sonda lambda, um dos sensores mais interessantes
de toda indústria automotiva, transforma a diferença na concentração de
oxigênio em sinal elétrico.
O sensor de oxigênio está instalado no sistema de escapamento do veículo
antes do conversor catalítico e é componente fundamental do sistema de
controle de emissões de poluentes. A sonda lambda indica à central qual é a
relação de ar/combustível que está sendo queimada naquele instante pelo
motor.
Figura 33 – Sensor de oxigênio
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Créditos: Love the wind/Shutterstock.
O sensor de oxigênio mede a concentração de oxigênio presente nos gases
de descarga e compara com a concentração de oxigênio fora do sistema de
escapamento (meio ambiente).
O sensor de oxigênio é constituído por um corpo cerâmico à base de
zircônia recoberto por uma fina camada de platina (eletrodos) que permite
passagem de moléculas de oxigênio, fechada em uma das extremidades e
instalada em um tubo protetor metálico.
Figura 34 – Sensor de oxigênio
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Créditos: Stason4ik/Shutterstock.
A parte externa do elemento de zircônio encontra-se exposta ao fluxo dos
gases de escapamento, enquanto a parte interna está em comunicação com o ar
ambiente onde a taxa de oxigênio na atmosfera é sempre igual a 21%
(composição do ar atmosférico 79% de nitrogênio e 21 % de oxigênio).
A sonda é o único sensor que gera corrente contínua DC. Essa geração se dá
quando ocorre uma diferença de concentração de oxigênio entre os dois lados
da zircônia. A tensão gerada pela sonda é de 0 mV (não existe diferença na
concentração de oxigênio entre os lados da zircônia) a 1.100 mV (grande
diferença na concentração de oxigênio entre os dois lados da zircônia).
Esse efeito só ocorre quando a zircônia está a uma temperatura entre 300 ºC
e 350 ºC. Para que essa temperatura se mantenha estável nesses níveis, é
instalado junto à sonda um aquecedor resistivo, que é alimentado pelo sistema
elétrico do veículo e protegido por fusível.
O funcionamento da sonda é possível por seu material cerâmico ser poroso
e permitir uma difusão do oxigênio do ar (eletrólito compacto).
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Portanto, quando o sensor detecta concentração de oxigênio no interior do
escapamento muito alta, este produz pouca tensão, e a central entende que a
mistura está pobre, aumentando assim o tempo de injeção a fim de enriquecer a
mistura.
Como as leituras e correções são dinâmicas e constantes, após esta
alteração, a central novamente vai consultar a sonda a fim de perceber se o
aumento no tempo de injeção surtiu efeito. Caso a resposta da sonda seja
positiva, ou seja, se diminuiu a concentração de oxigênio no escapamento
(aumentou a tensão enviada pela sonda), a central entende que a correção
funcionou e novamente inicia um processo de baixa no tempo de injeção,
processo que se segue sucessivamente.
Figura 35 – Diferença entre mistura rica e mistura pobre
Crédito: Smile Ilustras.
5.1.1 MISTURA RICA
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Vejamos agora o que ocorre no sensor de oxigênio quando o sistema está
com mistura rica: a concentração de oxigênio no escapamento está mais baixa
que a concentração que entra vinda do ar atmosférico, e a sonda então gerará
uma tensão mais alta para que a central baixe o tempo de injeção.
5.1.2 MISTURA POBRE
Nesse caso, a concentração de oxigênio no escapamento está alta, logo
existe menor diferença de concentração entre os gases do escapamento e os
gases que entram no sensor. A sonda então gerará uma tensão mais baixa para
que a central aumente o tempo de injeção e corrija a proporção de ar
combustível.
5.1.3 CABOS DO SENSOR DE OXIGÊNIO
Ao longo do tempo, os sensores de oxigênio também foram evoluindo, e
uma das evoluções é com relação ao número de fios utilizados pelas sondas.
Vejamos alguns exemplos:
A sonda lambda de 1 fio é um tipo de sensor que apresenta somente o cabo
de envio de sinal para a central e realiza seu aterramento diretamente na carcaça
do sensor e também não possui o resistor de aquecimento interno. A central
então calcula a temperatura ideal de trabalho da sonda com base na
temperatura da água do motor.
Figura 36 – Sonda lambda de 1 fio
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Créditos: Yanik88/Shutterstock.
Sonda lambda de 2 fios: esse tipo de sensor apresenta cabo de envio de
sinal para a central mais um cabo para aterramento e também não possui o
resistor de aquecimento interno.
Sonda lambda de 3 fios: esse tipo de sensor apresenta cabo de envio de
sinal para a central realiza o aterramento do sensor pela carcaça metálica e já
possui resistor de aquecimento interno.
Sonda lambda de 4 fios: cabo de envio de sinal para a central, e o cabo para
aterramento do sensor também possui resistor de aquecimento interno.
Figura 37 – Diferença entre as sondas lambda
Crédito: Jefferson Schnaider.
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5.1.4 DEFEITOS NO SENSOR
Como vimos, o sensor de oxigênio tem na base de seu funcionamento a
entrada de moléculas de oxigênio pelo corpo cerâmico do sensor.
A principal causa de falha nesse sensor é a contaminação da cerâmica da
sonda. Essa contaminação se dá por materiais estranhos ao processo natural de
combustão.
Esses materiais podem vir de combustível ou lubrificante contaminados ou
ainda de veículo que trabalhe em regime de temperatura de motor abaixo do
ideal.
Essas condições geram materiais que contaminam o sensor e bloqueiam a
passagem das moléculas de oxigênio para o interior do sensor, assim a sonda
deixa de perceber a presença correta de oxigênio no interior do sistema de
escapamento e informa de maneira equivocada os dados à central de
gerenciamento.
Ainda não existe maneira eficaz de descontaminar o sensor, uma vez que a
contaminação se dá em níveis moleculares.
5.2 SENSOR DE DETONAÇÃO
O sensor de detonação é um sensor piezoelétrico, ou seja, transforma a
deformação de suas placas em sinal elétrico e é construído de forma que alguns
ruídos bem específicos causem a torção de suas placas e produzam esse sinal.
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Está preso ao bloco do motor em posição que possa perceber os ruídos de
detonação de cada cilindro.
Figura 38 – Sensor de detonação instalado no bloco do motor
Créditos: Polsinaut/Shutterstock.
Quando o sensor percebe a detonação, o ponto de ignição será retardado
em etapas apenas para o cilindro específico, até que cesse a detonação. Na
sequência, o ponto de ignição é lentamente ajustado até que o ponto de ignição
especificado pelo PCM seja novamenteatingido.
FINALIZANDO
Nesta aula, vimos como se dá a estratégia de gerenciamento eletrônico e
como podemos dividir as etapas em sensores, processamento de dados e
atuadores.
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Vimos também os sensores que envolvem o gerenciamento eletrônico do
motor, suas influencias na estratégia de funcionamento e os principais testes.
REFERÊNCIAS
BOSCH, R. Manual de tecnologia automotiva. 25. ed. São Paulo: Edgard
Blucher, 2005.
MTE-THOMPSON. Materiais técnicos. MTE-Thompson, S.d. Disponível em:
<https://www.mte-thomson.com.br/novidades/materiais-tecnicos/>. Acesso em:
19 jul. 2021.