Como funcionam os sistemas de injeção de combustível?
Na tentativa de atender às leis de emissões e consumo, o sistema de combustível usado nos carros modernos mudou muito nos últimos anos.
Apesar de a injeção eletrônica existir desde a década de 50, a injeção eletrônica de combustível foi amplamente usada em carros europeus apenas a partir de1980.
Hoje em dia, todos os carros vendidos nos Estados Unidos, na Europa e no Brasil têm sistemas de injeção de combustível.
O pedal do acelerador em seu carro está conectado à válvula-borboleta. Esta é a válvula que regula a quantidade de ar que entra no motor. Portanto, o pedal de combustível é, na verdade, o pedal de ar. Quando você pisa no pedal de combustível, a válvula-borboleta abre um pouco mais, deixando entrar mais ar. A unidade de controle eletrônico do motor (ECU, o computador que controla todos os componentes eletrônicos em seu motor) "vê" a válvula de aceleração aberta e aumenta a vazão de combustível antes de entrar mais ar no motor.
Quando você pisa no acelerador
O pedal do acelerador em seu carro está conectado à válvula-borboleta. Esta é a válvula que regula a quantidade de ar que entra no motor. Portanto, o pedal de combustível é, na verdade, o pedal de ar. Quando você pisa no pedal de combustível, a válvula-borboleta abre um pouco mais, deixando entrar mais ar. A unidade de controle eletrônico do motor (ECU, o computador que controla todos os componentes eletrônicos em seu motor) "vê" a válvula de aceleração aberta e aumenta a vazão de combustível antes de entrar mais ar no motor.
É importante aumentar a vazão de combustível assim que a válvula-borboleta se abre, caso contrário, assim que o pedal do acelerador for pressionado, pode haver uma hesitação caso o ar atinja os cilindros sem haver combustível suficiente nele.
Os sensores monitoram a massa de ar que entra no motor, bem como a quantidade de oxigênio no escapamento. A ECU usa esta informação para fazer o ajuste fino da entrega de combustível de modo que a relação ar-combustível seja correta.
Sensores do motor
A fim de fornecer a quantidade correta de combustível para cada condição de operação, a ECU tem de monitorar um gigantesco número de sensores de entrada. Eis apenas alguns:
- sensor de massa do fluxo de ar - diz à ECU a massa de ar que está entrando no motor;
- sensor(es) de oxigênio - monitora a quantidade de oxigênio no escapamento para que a ECU possa determinar o quão rica ou pobre a mistura de combustível está e fazer os ajustes necessários;
- sensor da posição do acelerador - monitora a posição da válvula-borboleta de aceleração (que determina quanto ar passa para dentro do motor) para que a ECU possa responder rapidamente às mudanças, aumentando ou diminuindo o fluxo de combustível conforme necessário;
- sensor de temperatura da água - permite à ECU determinar quando o motor atingiu sua temperatura de funcionamento normal;
- sensor de voltagem - monitora a voltagem do sistema no carro para que a ECU possa elevar a rotação do motor em ponto-morto se a voltagem estiver caindo (o que indicaria haver uma alta carga elétrica);
- sensor de pressão absoluta do coletor - monitora a pressão do ar no coletor de admissão. A quantidade de ar sendo aspirada para dentro do motor é um bom indicativo de quanta potência está produzindo; e quanto mais ar entra no motor, mais baixa se torna a pressão do coletor. Portanto, essa leitura é usada para medir quanta potência está sendo produzida;
- sensor de rotação do motor - monitora a rotação do motor, que é um dos fatores usados para calcular a largura do pulso.
Há dois tipos principais de controle para sistemas multiponto: todos os injetores de combustível abrem ao mesmo tempo, ou cada um pode abrir pouco antes da válvula de admissão de seu cilindro se abrir (isso é chamado injeção de combustível seqüencial, necessariamente multiponto ).
A vantagem da injeção de combustível seqüencial é que, se o motorista fizer uma alteração repentina, o sistema pode responder de maneira mais rápida. Isto porque a partir do momento em que a alteração é feita, ele tem apenas de aguardar até que a próxima válvula de admissão se abra em vez de aguardar a próxima rotação completa do motor.
Controles do motor e chips de desempenho
Os algoritmos que controlam o motor são bem complicados. O software tem de permitir que o carro satisfaça as exigências de emissões por 160.000 quilômetros, cumpra os requisitos de consumo de combustível da EPA (a agência de proteção ambiental dos Estados Unidos) e proteja os motores contra abuso. E há dúzias de outras exigências a satisfazer também.
A unidade de controle eletrônico do motor usa uma fórmula e um grande número de tabelas de referência para determinar a largura de pulso para determinadas condições operacionais. A equação será uma série de muitos fatores multiplicados entre si. Muitos desses fatores virão das tabelas de referência.
Passaremos por um cálculo simplificado da largura de pulso do injetor de combustível. Neste exemplo, nossa equação terá apenas três fatores, considerando que um sistema de controle real teria de ter uma centena ou mais.
Largura de pulso = (largura de pulso básica) x (fator A) x (fator B)
A fim de calcular a largura de pulso, a ECU primeiro pesquisa a largura de pulso básica em uma tabela. A largura de pulso básica é uma função darotação do motor (rpm) e carga (que pode ser calculada a partir da pressão absoluta do coletor).
Digamos que a rotação do motor é de 2.000 rpm e a carga é 4. Encontramos o número na interseção de 2.000 e 4, que é 8 milissegundos.
Nos exemplos a seguir, A e B são parâmetros que vêm dos sensores.
Vamos dizer que A é a temperatura da água e B é o nível de oxigênio. Se a temperatura da água for igual a 100 e o nível de oxigênio igual a 3, as tabelas de referência nos dizem que Fator A = 0,8 e Fator B = 1,0.
A fim de calcular a largura de pulso, a ECU primeiro pesquisa a largura de pulso básica em uma tabela. A largura de pulso básica é uma função darotação do motor (rpm) e carga (que pode ser calculada a partir da pressão absoluta do coletor).
Digamos que a rotação do motor é de 2.000 rpm e a carga é 4. Encontramos o número na interseção de 2.000 e 4, que é 8 milissegundos.
Vamos dizer que A é a temperatura da água e B é o nível de oxigênio. Se a temperatura da água for igual a 100 e o nível de oxigênio igual a 3, as tabelas de referência nos dizem que Fator A = 0,8 e Fator B = 1,0.
Então, uma vez que sabemos que a largura de pulso básica é uma função da carga e rotação e que largura de pulso = (largura de pulso básica) x (fator A) x (fator B), a largura de pulso geral em nosso exemplo é igual a:
8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 milissegundos
8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 milissegundos
A partir deste exemplo, você pode ver como o sistema de controle faz os ajustes. Com o parâmetro B como o nível de oxigênio no escapamento, a tabela de referência para B é o ponto no qual há (de acordo com os projetistas de motores) muito oxigênio no escapamento e, consequentemente, a ECU reduz o fornecimento de combustível.
Os sistemas de controle reais podem ter mais de cem parâmetros, cada um com sua própria tabela de referência. Alguns dos parâmetros até mesmo mudam no decorrer do tempo para compensar alterações no desempenho dos componentes do motor, como o catalisador. E dependendo da rotação do motor, a ECU pode ter de fazer esses cálculos centenas de vezes por segundo.
Chips de desempenho
Isso leva à nossa discussão sobre chips de desempenho. Agora que entendemos um pouco sobre como os algoritmos de controle na ECU funcionam, podemos entender o que os fabricantes de chips de desempenho fazem para obter mais potência do motor.
Os chips de desempenho são feitos por empresas de peças de mercado paralelo e são usados para aumentar a potência do motor.
Há um chip na ECU que detém todas as tabelas de referência; o chip de desempenho substitui aquele chip. As tabelas no chip de desempenho conterão valores que resultarão em vazões mais altas de combustível durante certas condições de uso.
Por exemplo, podem fornecer mais combustível em plena aceleração a cada rotação do motor. Também podem alterar o avanço de ignição (há tabelas de referência para isso também). Uma vez que os fabricantes de chips de desempenho não estão preocupados com questões como confiabilidade, quilometragem por litro ou controles de emissões da mesma forma que os fabricantes de carros se preocupam, eles usam configurações mais agressivas nos mapas de combustível de seus chips de desempenho.
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