Glauco Diniz Duarte – Sistema de injeção diesel common rail

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, o sistema Common Rail é um sistema modulado, diferente de um sistema convencional, pois trabalha com o combustível pressurizado dentro de um tubo distribuidor (Rail) e distribuídos na ordem de injeção através dos bicos injetores controlados através de válvulas eletromagnéticas, que possibilita a injeção do diesel sobre alta pressão (até 1400 bar) até a câmara de combustão do pistão, diminuindo ruídos e emissão de poluentes.

As vantagens do sistema Common Rail:

• A pressão de injeção pode ser livremente selecionada;

• Otimização da pressão de injeção em baixas rotações e na faixa de torque;

• Adequação do motor em situações com variação climáticas;

• Controle dos gases de escape.

Sensores e atuadores

Sensor de pressão e temperatura do ar de admissão

Este sensor é do tipo duplo e informa o ECM sobre a temperatura e a pressão do ar admitido para calcular a massa de ar utilizada na combustão através da densidade X volume. Está localizado na curva de admissão.

Sensor de temperatura do liquido de arrefecimento

Do tipo NTC (Coeficiente Negativo de Temperatura), informa a temperatura de arrefecimento do motor. O ECM utiliza esses parâmetros para corrigir o valor de injeção de combustível, ângulo de início de injeção e rotação de marcha lenta.

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Dicas especiais

Este sensor é importantíssimo no sistema injeção diesel, ele monitora a temperatura ideal do liquido de arrefecimento e passa esta informação precisa para a ECM, esta vai monitorar através da temperatura do liquido de arrefecimento do motor tempo correto de injeção. Conforme a temperatura aumenta até o ponto ideal, a central vai monitorando a injeção até que fique estabilizada, diminuindo assim, consumo, poluentes, etc.

Porem se não existir a válvula termostática no sistema, de nada irá valer ter o sensor de temperatura, apesar do sensor trabalhar corretamente, não vai passar para a central medidas corretas da temperatura do liquido de arrefecimento por que hora vai estar frio, hora morno e hora quente demais. Imaginam uma viagem de 1000kM onde a temperatura vai ser a mesma! Porque todos sabem que carro em movimento tende a baixar ou estabilizar a temperatura devido ao fluxo de ar que passa pelo radiador.

Imaginou a média que este veículo vai fazer? Sem contar se tiver catalizador ou válvula EGR, filtros de partículas neste caso vai trabalhar totalmente errada, mesmo com as sondas enviando os sinais corretos, aliás neste caso nem funciona.

Todos estes fatores são riscos para o motor, para todo o sistema pois sem temperatura ideal os componentes do motor, como camisa, pistões, anéis, válvulas, cabeçote não se expande corretamente dentro de seus limites programados, na verdade trabalham frio o tempo todo, isto gera, consumo de óleo, de combustível, contaminação do óleo, deterioração dos matérias em ferros fundidos, as famosas (ferrugens) e também corrosão em materiais de alumínio.

Sensor de posição do pedal do acelerador

Este sensor é do tipo potenciômetro rotativo e o sinal tem como objetivo calcular a rotação em marcha-lenta, ângulo de início de injeção e tempo de injeção em aceleração e desaceleração. A movimentação do pedal aciona um contato deslizante que, através de uma trilha de resistência elétrica, gera o sinal de acordo com a situação solicitada.

Cálculos da ECM em relação ao pedal do acelerador

O ECM, através da variação de tensão no sensor, constata as seguintes posições do pedal:

• Posição Marcha-lenta (CT = 0 – 8%): a posição CT controla a marcha-lenta e a desaceleração do veículo ou freio-motor;

• Posição aceleração (PT = 8 – 73%): a posição PT controla uma melhor utilização do mapa de injeção;

• Posição Aceleração Plena (WOT = a partir de 74%): a posição WOT controla a dosagem de combustível com o objetivo de evitar emissão de poluentes devido ao excesso de combustível e a sobrecarga térmica ocasionado pelo torque ou rotação.

Obs.: Carros com pedal do acelerador eletrônico não necessitam pisar para dar a partida no motor e muito menos pisar a fundo para que o carro ande mais! Isso tudo é inútil e danifica a peça, pois o sistema, já tem tudo monitorado.

Existem motores que só pegam na partida se pisar na embreagem e também não acelera se tiver parada e outros no pedal do freio e outros não funcionam se tiver engatado, todos estes itens servem para poupar o sistema de panes, desgastes desnecessários, etc.

Sensor de pressão do Rail

O sensor do tubo (Rail) monitora a pressão do combustível que chega ao sistema de alta pressão. O sensor é um elemento Piezo-Resistivo e um circuito integrado com compensação de temperatura; atua através de um diagrama deformado pela pressão do combustível. Com a mudança da pressão interna, a deformação do diafragma altera a resistência e os valores de sinal. Esses valores são utilizados pela ECM para regular a pressão de combustível no circuito de alta pressão.

Sensor de Posição do Motor (Comando de Válvulas)

O sensor de posição de posição comando de válvulas (fase) está posicionado na tampa de válvulas e tem como objetivo ler o sinal provocado por um ressalto na árvore do comando, sincronizando a injeção através da localização do 1º cilindro que está em combustão e a posição do pistão no cilindro. A informação é utilizada pela ECM para cálculo de sincronismo de injeção. Este sensor tem várias construções conforme modelo do motor, porem tem as mesmas funcionalidades.

Sensor de Pressão Atmosférica

Está localizada no ECM e tem a função de monitorar a pressão atmosférica, indicando a altitude geográfica onde se encontra o veículo. Conforme o sinal enviado pelo sensor, a ECM faz a correção do débito de injeção, monitora a entrada de ar e sua temperatura. Se o veículo trafegar em altitude acima do programado, o sistema do veículo não vai funcionar e se funcionar vai apresentar avarias no sistema de injeção.

Sensor de Rotação do Motor (Árvore de manivelas – virabrequim)

O sensor de rotação da árvore de manivelas é do tipo indutivo e está posicionado na carcaça do volante. O sinal do sensor é responsável pela leitura da rotação do motor e é por ele que a ECM recebe os primeiros sinais que o motor entrou em funcionamento, a seguir estas informações é usada pela ECM para cálculo do ângulo de início de injeção.

Este sensor opera a partir do momento em que o motor rodar através do motor de partida, por ser indutivo, ou seja, quando o virabrequim gira, o seu imã capta a rotação da roda fônica, indicando para a central que o motor está sincronizado juntamente com o sensor de fase, assim já pode ser injetado o combustível.

Ele tem três fios: Um é alimentado com positivo e ao entrar em funcionamento gera uma freqüência (pulso) através de outro fio e o terceiro fio é o massa, ligado a malha do chicote para evitar interferências em seu funcionamento.

Se este sensor não funcionar por algum motivo, a ECM não libera sinais para os bicos injetores e o motor não funciona por falta de combustível. Existem também o sensor de rotação hall, muito comum em sistema Otto.

Roda de Fônica (ou roda de pulso)

A roda fônica é montada na árvore de manivelas, entre o volante e a engrenagem. Uma defasagem na roda fônica serve como referência para o sensor. Através do sinal são localizadas a rotação do motor e a posição exata da árvore de manivelas. Esta informação é usada pelo ECM para controle de sincronismo de injeção. Veja abaixo na tabela as folgas exigidas entre o sensor e a roda fônica:

Este é um sistema de roda fônica aplicado em motores Sprint MWM 4.07 e 4.08, em alguns motores o sinal do sensor de rotação é direto no volante do motor, lateralmente ou paralelo.

Bomba de alta pressão

A bomba de alta pressão tem a função de gerar pressão necessária para atomização do combustível.

Essa pressão é gerada por três elementos dispostos 120° entre si. O eixo de acionamento da bomba é movido pelo trem de engrenagens e possui um eixo excêntrico que movimenta os três elementos produzindo admissão e compressão do combustível.

Estão montadas na bomba: a válvula reguladora de pressão de combustível MPROP e a bomba alimentadora de engrenagens. No caso desta bomba a bomba alimentadora é incorporada e pode ser substituída.

Dica: No caso de pressão insuficiente, perca de potência do motor, ou falha no funcionamento do motor, motor demora pegar ou não pega, pode ser esta bomba alimentadora que é composta de engrenagem. Este tipo de bomba é aplicado também em caminhões com motores Cummins de 4 e 6 cilindros.

Válvula Reguladora de Pressão de combustível (MPROP)

A válvula reguladora de pressão de combustível tem a função de ajustar a pressão do combustível em função da rotação e carga do motor, dentro da faixa previamente definida no mapeamento de funções do ECM. Dessa forma, a bomba de alta pressão gera somente pressão que será requerida no momento, diminuindo a potência que será consumida no funcionamento da bomba e também o aquecimento do combustível. Esta válvula está localizada na bomba de alta pressão.

Tubo Rail ou Tubo Distribuidor

O acumulador de pressão é um tubo fabricado de aço forjado ele tem a função de armazenar combustível exigido para a injeção de todos os cilindros sobre alta pressão.

Dicas especiais

O cuidado que deve ter com esta peça é não deixar entrar sujeira em seu interior quando em manutenção. Caso necessite a retirada dos tubos de alta pressão, tampe os orifícios onde vão roscado estes tubos.

Nunca inverta os tubos de alta pressão ou aperte demasiadamente pois poderá danificar o tubo rail e vazamentos serão impossíveis de ser controlados.

Nunca retire a válvula de alivio para manutenção e o sensor rail sem necessidades, estas peças são calibradas por fabrica, qualquer alteração o sistema de injeção poderá sofrer alterações consideráveis. Hoje já existe estas peças de reposição, mas antes e ainda original vem completa.

Bico injetor

Os bicos injetores estão montados no cabeçote e tem a finalidade de pulverizar o combustível na câmara de combustão. O controle dos bicos é feito pela ECM que determina a quantidade e o momento da injeção de combustível para cada cilindro.

Funcionamento dos bicos injetores

Posição de Repouso

Na posição de repouso, o bico injetor está fechado (desenergizado). A agulha do bico permanece fechada pela ação da alta pressão do combustível na haste do bico, que possui uma área maior em relação à área inferior do bico injetor.

Início da Injeção

O ECM determina o início de injeção, energizando a válvula eletromagnética que abre a passagem de saída do combustível para o retorno. O combustível pressurizado entra pelo furo calibrado, criando uma depressão na câmara de controle; essa depressão faz a agulha do injetor se movimentar para cima, iniciando a pulverização do combustível na câmara de combustão.

O fim da injeção

No fim da injeção ocorre quando a válvula eletromagnética é desenergizado pelo ECM. A mola aciona a válvula que fecha a passagem do furo de retorno. O combustível pressurizado ocupa a câmara de controle fazendo a agulha do injetor se movimentar para baixo, voltando de repouso.

Dicas

Os bicos injetores eletrônicos tem problemas quando o motor falha ou quando não pega na partida,  isto é, se for realmente o bico injetor, para isto existe testes para saber como estão a estanqueidade, vazão, pressão e retorno, este último é o mais essencial, pois se haver retorno muito alto, o sistema perde pressão.

Bico injetor eletrônico não é recomendado recondicionar e sim substituir por novos e originais. Em algum sistema deve ser codificado ao sistema, ou então o motor não funcionará.

Fique atento: máquinas de testes de bicos injetores eletrônicos não tem precisão como montado no motor, porque no motor o sistema faz leituras precisas de temperatura, compressão e algo mais, já nas maquinas somente testam de maneira superficial, sem precisão. Já aconteceu vários problemas em motores novos e retificados por causa de bicos recondicionados, principalmente engripamento de pistões, furo na antecâmara do pistão e a mais comum detonação da cabeça do pistão.

Ajuste da pressão

O ajuste da pressão necessária de combustível é feito pela válvula reguladora de combustível, que é comandada e processada pelo ECM. O ECM gerencia o regulador com um sinal modulado de pulso a distância (PWM); um pulso largo é igual à alta pressão e um pulso curto é igual à baixa pressão. Em função da carga requerida no motor, o ECM altera a largura do pulso com a qual o regulador é gerenciado. O sensor de pressão informa a pressão de momento e a vazão de combustível é ajustada à bomba de alta pressão.

Observações

Verifique através da imagem que o sistema de alta pressão não depende somente do gerenciamento do regulador de pressão e sim de todos os sensores e atuadores em conjunto, cada um tem uma função especifica, mas a ECM calcula todos os dados recebidos e envia aos atuadores sinais prontos para uma correta injeção. Isto quer dizer que: qualquer pane em um sensor a ECM vai ficar desinformada e poderá entender que isto é um grande problema ou não, mesmo assim vai avisar através da lâmpada de anomalia e o mesmo poderá deixar um ou vários atuadores sem funcionamento, pois não tem informações suficiente para tal.

Por isso, que tem que ficar muito atento quando existe problemas de funcionamento em algum atuador, muitos vão trocando peças, sem ter o conhecimento do que está acontecendo no sistema, trocam ECM, bicos, e outros componentes sem necessidades porque não estão com defeitos e sim sem sinal adequado por ausência de informações por causa de um sensor inoperante, fio quebrado, fusível queimado, rele que não funciona, aterramento, etc.

Modulador do Turbo compressor

O modulador é uma válvula eletromagnética com a função de liberar ou broquear a passagem de vácuo para a válvula wastegate do Turbo compressor. Controlada pela ECM, a válvula ajusta, eletronicamente, a passagem de ar que vem da admissão para a válvula wastegate, controlando com isso o movimento da haste do wastegate e posteriormente a pressão do turbo.

Módulo de Controle Eletrônico (ECM)

O ECM é o cérebro do controle eletrônico do sistema Common Rail e tem a função de controlar as operações do motor através de funções pré-programadas na memória. O acesso aos dados disponíveis na ECM é feito através de um conector de diagnóstico. O Scanner deve estar habilitado para o tipo de sistema de injeção ou atualizado.

Dica: Dependendo do problema apresentado e não possível ser diagnosticado por scanner de oficinas independentes, somente aparelhos da concessionaria é capaz de diagnosticar, principalmente se for um veículo novo ainda na garantia ou sistemas fechados por revisões direto na concessionária.

Velas aquecedoras

As velas aquecedoras facilitam a partida do motor em baixas temperaturas ambientais. O rele das velas aquecedoras é acionado pelo comando da ECM, automaticamente quando a temperatura de arrefecimento estiver abaixo de 9°C (nove graus centigrados). As velas incandescentes são alimentadas com corrente continua de 12 Volts.

Circuito elétrico e eletrônico

Esquema elétrico GM S10

O circuito abaixo mostra as configurações do sistema, no qual são apresentados os sinais que são usados pela ECM (Sensores de temperatura da água e rotação do motor) para controlar os atuadores (Vela aquecedoras e rele de lâmpada no painel).

Chicote elétrico

Este é um componente muito bem elaborado de perfeita aplicação nos mais variados modelos de veículos. Apesar de apresentar estas confiáveis características, este é um conjunto que atualmente vem apresentando muitos problemas de conectividade, rompimentos de fios, seus terminais se soltam ou quebram com facilidade na manutenção, etc. Com isso existe uma dificuldade na manutenção do veículo, pois muitos reparadores esquecem ou não conhecem estes defeitos.

Sistema de injeção diesel cammon rail na minha opinião é um dos melhores que existem, tanto é, que todas as montadoras já aderiram a este sistema. Porém, nem tudo é perfeito, principalmente em se tratando de veículos utilitários, que trabalham em todos os tipos de terrenos, e ainda não fazem as manutenções adequadas, ignoram os sinais de advertências do sistema quando em pane, passam por reparações curiosas e duvidosas e por ai vai.

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