Antigamente o carburador era o cara responsável por enviar a quantidade adequada de ar e combustível para os cilindros. Felizmente, hoje esse trabalho é todo feito por um sistema eletrônico chamado “Unidade de Controle do Motor” e graças a ela não precisamos mais regular carburadores, soprar giclês, controlar afogadores ou lixar platinados. E não tem problema se você não sabe o que significa tudo isso. O que interessa neste post é o que veio depois disso: a injeção eletrônica de combustível.
Se o coração do carro é o seu motor, o cérebro é a Unidade de Controle do Motor (ECU), também conhecida de modo informal como “módulo de injeção” e vários outros nomes com termos parecidos. A ECU otimiza o desempenho do motor usando sensores para controlar certas variáveis em um motor. A ECU de um carro é responsável basicamente por quatro tarefas. A primeira delas é controlar a mistura ar-combustível. A segunda é controlar a marcha lenta, a terceira é controlar o tempo de ignição e a última, em alguns casos, ela controla o comando de válvulas. Os carros dotados de sistemas mais complexos como controle de tração e estabilidade também têm essas funções incorporadas à ECU ou controladas por ela através de unidades de controle separadas (os tais “módulo de ABS”, “módulo de ESP” etc).
Antes de falar sobvre como a ECU realiza essas tarefas, vamos seguir o caminho que o combustível percorre dentro do carro. Ao entrar no tanque o combustível é sugado por uma bomba elétrica. Esta bomba geralmente está integrada a um módulo dentro do tanque, junto ao um filtro e a uma unidade de envio. Esta unidade de envio usa um divisor de oltagem (tensão) para dizer ao marcador de combustível do seu painel quanto combustível há no tanque. A bomba envia o combustível através de um filtro, depois pelas mangueiras e até a flauta de combustível, lá no motor.
Um regulador de pressão a vácuo garante que a pressão do combustível no fim da flauta seja sempre adequado à demanda da admissão. Para um motor a gasolina, essa pressão fica em torno de 35 a 50 psi. Os injetores são conectados a esta flauta, mas suas válvulas permanecem fechadas até que a ECU decida o momento de injetar combustível nos cilindros.
Normalmente os injetores têm dois pinos. Um pino é conectado à bateria através do relê de ignição, e o outro pino vai para a ECU. A ECU envia um pulso aterrado ao injetor, que fecha o circuito, fornecendo corrente ao solenoide do injetor. O magneto no topo do injetor é atraído pelo campo magnético do solenoide, abrindo a válvula. Como o combustível está pressurizado na flauta, a abertura da válvula libera o combustível em alta velocidade através da ponta do injetor, formando um leque de spray. A duração da abertura da válvula (“abertura do bico”, em termos informais) e, consequentemente, a quantidade de combustível injetado no cilindro depende da duração do pulso, ou seja, de quanto tempo a ECU envia o sinal ao injetor.
Controlando a mistura de combustível
Já vimos como funciona o acelerador eletrônico. Mostramos que, quando o motorista pisa no pedal, o sensor de posição do pedal de acelerador envia um sinal à ECU, que faz a borboleta abrir. A ECU cruza as informações do sensor de posição da borboleta e do sensor de posição do acelerador até que a borboleta alcance a posição desejada pelo motorista. Mas o que acontece a seguir?
Um sensor de massa de ar (MAF) ou sensor de pressão no coletor (MAP) determina quanto ar está passando pelo corpo de borboleta e envia a informação à ECU. Ela usa essa informação para definir quanto combustível injetar nos cilindros para manter a relação estequiométrica ideal da mistura ar-combustível. O computador usa continuamente as informações do sensor de posição da borboleta (Throttle Position Sensor, ou TPS) e do MAP/MAF para verificar quanto ar está fluindo pelo coletor para ajustar o pulso enviado aos injetores, garantindo que a quantidade correta de combustível seja misturada ao ar admitido.
Além disso, a ECU usa sensores de oxigênio para verificar quanto desse gás há no escape. O oxigênio contido no escape indica a qualidade da queima do combustível. Comparando os dados dos sensores de ar e de O2, o computador ajusta o pulso enviado aos injetores.
Essa precisão do controle da mistura permite que a ECU mantenha a razão estequiométrica sempre adequada em diferentes condições de altitude, umidade e temperatura do ar.
Controlando a marcha lenta
Vamos falar sobre a marcha lenta. A maioria dos antigos sistemas de injeção eletrônica usavam uma válvula de controle de ar baseada em solenoides para variar o fluxo de ar admitido em marcha lenta (o pequeno conector branco da imagem acima). Controlado pela ECU, essa válvula contornava a borboleta e permitia que o computador proporcionasse uma lenta lisa enquanto o acelerador não era pressionado. A válvula de ar é semelhante ao injetor no sentido de permitir o fluxo de um fluido por um pino ativado por solenoide.
A maioria dos carros novos não tem essa válvula. Nos carros que usam acelerador por cabos, o ar que entra no motor precisa contornar a borboleta. Hoje isso não é mais necessário, já que os sistemas de acelerador eletrônico permitem que a ECU mova a borboleta por meio de um motor de passo.
A ECU monitora a velocidade rotacional do motor por meio de um sensor de posição do virabrequim, que é geralmente um sensor óptico ou de efeito Hall que lê a velocidade rotacional do virabrequim, do volante do motor ou da polia/corrente do virabrequim. A ECU envia combustível ao motor baseada na velocidade de rotação do virabrequim, que é diretamente relacionada à carga do motor. Digamos que você ligue seu ar-condicionado ou coloque uma marcha mais baixa. A velocidade do virabrequim irá diminuir em relação à velocidade de referência anterior usada pela ECU. O sensor de posição do virabrequim irá comunicar esta redução de velocidade à ECU, que por sua vez abrirá mais a borboleta e enviará pulsos mais longos aos injetores para compensar a carga do motor. Esta é a beleza do controle de feedback.
Por que seu motor gira mais alto logo após a partida? Quando você liga o motor a ECU verifica a temperatura do motor por meio o sensor do líquido de arrefecimento. Se ele notar que o motor está frio, ele ajusta uma lenta mais alta para esquentar o motor, algo que você fazia com o afogador em um carro carburado.
Controlando o ponto de ignição
Já que mencionamos as demais tarefas da ECU, vamos falar do ponto de ignição. Para obter uma operação otimizada, a vela precisa receber corrente elétrica em momentos muito precisos, que varia entre 10 a 40 graus do virabrequim antes do ponto morto superior, dependendo da velocidade do motor. O momento exato da ignição da vela em relação à posição do pistão é otimizada para facilitar o desenvolvimento da compressão máxima. Isso permite que o motor recupere o máximo possível da energia da explosão em forma de trabalho.
Motores mais antigos (feitos até meados da década passada) usavam distribuidores para controlar a centelha. O diagrama acima ilustra o sistema, que consiste de um rotor e uma tampa distribuidora. O rotor é conectado eletricamente à bobina de ignição, que é basicamente um transformador que recebe 12 Volts e entrega os mais de 10.000 Volts necessários para gerar a centelha na vela. Este rotor está conectado mecanicamente ao virabrequim/volante por uma engrenagem. À medida que ele gira, o rotor gira junto e passa pelos contatos de cobre (um para cada cilindro). A transmissão da eletricidade da bobina “salta” entre os contatos de cobre tocados pelo rotor, enviando a energia a cada vela por meio dos cabos de vela de modo sincronizado. É o que chamamos de “ponto de ignição”.
Os veículos modernos não usam uma bobina centralizada. Em vez disso, eles usam uma bobina elétrica para cada vela. A ECU determina quando disparar um transistor que energiza a vela de acordo com as variáveis de diversos sensores como o de posição do virabrequim, de fluxo de ar e de posição do acelerador.
A ECU é capaz de monitorar a posição do pistão por meio do sensor de posição do virabrequim. A ECU recebe continuamente a informação da posição do virabrequim, e a usa para otimizar o ponto de ignição. Se a ECU recebe informações do sensor de detonação (que é nada mais que um pequeno microfone) de que houve pré-detonação (a chamada “batida de pino”, causada pela ignição prematura da vela), a ECU consegue atrasar o ponto de ignição para evitar a batida.
Como se vê, a injeção eletrônica é muito mais do que um mero sistema de injeção. Ele é capaz de controlar e otimizar uma série de variáveis fundamentais para o funcionamento correto do motor, substituindo mecanismos antiquados e complexos como os carburadores e os distribuidores de ignição, muito mais propensos a falhas do que um sistema eletro-mecânico. Graças à capacidade de processamento das ECU modernas, também foi possível desenvolver sistemas auxiliares de segurança como o controle de tração e largada, o ABS e o controle de estabilidade,