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No sistema de injeção Common Rail, a produção de pressão e a injeção são desacopladas. A pressão de injeção é produzida independente da rotação do motor e do volume de débito, e está pronta na galeria de combustível para a injeção instantânea. Volumes de débito são calculados eletronicamente na Unidade de Comando (ECM) e injetados pelo injetor – unidade de injeção em cada cilindro do motor – através de uma válvula eletromagnética. Com alta pressão sempre disponível, é possível formar uma injeção de extrema precisão, além da possibilidade de efetuar uma pré-injeção antes da injeção principal. A principal vantagem do sistema Common Rail em relação aos sistemas convencionais é que a pressão e o volume de injeção podem ser determinados de modo independente para cada ponto de operação do motor, oferecendo assim maior grau de liberdade para a formação da mistura. Além disso, o volume e a pressão de injeção podem ser reduzidos no início da injeção, durante o atraso da ignição entre o início da injeção e o início da combustão. Tudo isso contribui para que o motor tenha seu máximo rendimento com o menor índice de emissões de poluentes e ruído de operação.
Mas para que possamos entender como tudo isso é possível, vamos dividir o estudo do sistema Common Rail nas seguintes partes: o sistema de alimentação/injeção de combustível; o sistema de controle eletrônico do motor; as estratégias do sistema de controle eletrônico; o diagnóstico de falhas.
O sistema de alimentação/injeção de combustível tem por função fornecer o combustível pressurizado a um valor de pressão adequado para ser pulverizado através das eletroválvulas injetoras no interior dos cilindros do motor. Para que possamos entender melhor o funcionamento desse sistema, vamos dividi-lo nos seguintes circuitos: circuito de alimentação; circuito de baixa pressão; circuito de alta pressão; circuito de retorno de combustível.
E é no circuito de alimentação que estão localizados os componentes responsáveis pelo fornecimento do combustível ao circuito de baixa pressão. Fazem parte desse circuito os seguintes componentes: reservatório de combustível (onde o combustível encontra-se armazenado); tanque de combustível (em seu interior existe um pré-filtro com malha de filtragem, possuindo orifício de aproximadamente 300 micrómetros (0,3 mm), responsável em reter partículas maiores de sujeira); filtro separador de água (após sair do reservatório, o combustível passa pelo filtro separador, que é composto pelos seguintes componentes: bomba manual (serve para efetuar um enchimento do elemento filtrante e a purga do ar do sistema de alimentação de combustível sem a necessidade de soltar as conexões); sensor de presença de água (tem por função informar a ECM quando o nível de água está muito alto); elemento filtrante (possui orifício de aproximadamente 10 micrómetros (0,01 mm) e tem por função reter partículas menores e efetuar a decantação da água presente no óleo diesel); dispositivo de dreno (encontra-se na extremidade inferior do copo visor do separador e tem por função permitir o escoamento da água acumulada); placa de arrefecimento do módulo ECM (antes de chegar ao circuito de baixa pressão, o combustível circula dentro de uma câmera na parte traseira do módulo ECM e tem por função reduzir a temperatura de trabalho dos componentes). Importante: qualquer falha nos componentes acima relacionados poderá ocasionar a entrada de ar nos componentes do sistema de alimentação/injeção de combustível. Atenção: nos veículos com sistema de injeção Common Rail, a falta de água e impurezas no diesel poderá causar sérios danos aos componentes principais do sistema de alimentação/injeção de combustível (módulo ECM, bomba de alta pressão, eletroinjetores, etc.). Por isso é importante o uso de filtros que respeitem as normas exigidas pelo fabricante, ou seja, filtros originais.
O circuito de baixa pressão tem a função de succionar e filtrar o combustível através do circuito de alimentação para suprir as necessidades do circuito de alta pressão. Fazem parte deste circuito os seguintes componentes: bomba de combustível de baixa pressão (funciona como bomba de transferência, deslocando o combustível do reservatório e o pressuriza para entrada na bomba de alta pressão); filtro principal (logo após sair da bomba de baixa pressão, o combustível passa por um outro filtro, cuja malha possui orifício de aproximadamente 3 micrómetros (0,003 mm), para garantir que o combustível chegue à bomba de alta pressão totalmente livre de contaminantes). A pressão na saída desse filtro pode atingir de 3 a 11 bar e, ao sair do filtro, o combustível é enviado diretamente ao cabeçote da bomba de alta pressão, onde fica localizada a válvula reguladora de pressão e a eletroválvula de controle de combustível. A válvula reguladora de pressão controla o retorno do combustível ao tanque e é composta de um êmbolo com conjunto de orifícios calibrados, controlados pela ação de uma mola, e possui três estágios de funcionamento. A eletroválvula de controle de combustível controla a quantidade de combustível que entra nos cilindros da bomba de alta pressão; trata-se de uma válvula controlada por um solenóide que é comandado pelo módulo ECM através de pulso PWM (Pulse Width Modulation).
O circuito de alta pressão tem a função de pressurizar o combustível ao valor ideal e efetuar a injeção do mesmo no interior do cilindro. Fazem parte deste circuito os seguintes componentes: bomba de combustível de alta pressão (recebe o combustível filtrado e gera a pressão necessária para a injeção; é uma bomba de pistões radiais acionada pelo conjunto de engrenagens da distribuição); válvula de retenção (localizada no interior da conexão de saída da bomba de alta pressão e tem por função evitar o retorno do combustível ao tanque quando o motor não estiver em funcionamento); acumulador de pressão (peça tubular de aço forjado que recebe o combustível pressurizado pela bomba de alta pressão e o distribui para as eletroválvulas injetoras); válvula limitadora de pressão (montada na saída do tubo rail e tem por função limitar a pressão no circuito, evitando que pressões demasiadamente altas danifiquem os componentes do sistema); conector de alta pressão (o combustível de alta pressão é fornecido ao injetor a partir do tubo rail ou por uma linha de suplemento e usa este conector para pressionar o corpo do injetor). Atenção: para reduzir a possibilidade de danos no motor, utilize sempre o torque correto nas porcas da linha de alta pressão. O torque neste conector de alta pressão e nas linhas de suprimento dos injetores são críticos. O conector de alta pressão contém um filtro para pequenos contaminantes.
As eletroválvulas injetoras do sistema Common Rail são componentes de altíssima precisão, fabricadas com folgas e tolerâncias mínimas. Tem como função direcionar e pulverizar o combustível pressurizado através do bico injetor, controlando a quantidade correta do mesmo e sua dispersão no interior da câmara de combustão. As eletroválvulas injetoras recebem o combustível através dos conectores de alta pressão instalados nos furos do cabeçote; o combustível excedente retorna através de um orifício no corpo do injetor. Suas partes principais são: solenóide (controlado pelo módulo ECM através de pulsos de corrente elétrica); válvula de controle (tem duas posições: fechada e aberta); câmara de controle; pistão; mola do bico; agulha do bico; bico (possui oito orifícios calibrados por onde ocorre a injeção). Para entender como funciona a válvula injetora, é preciso identificar as forças que atuam em dois de seus componentes móveis: as forças que atuam na agulha do bico e as forças que atuam na válvula de controle. O funcionamento da válvula injetora pode ser entendido como um processo composto de três fases: válvula injetora na condição fechada; válvula injetora na condição aberta, injetando o combustível; válvula injetora finalizando a injeção. Esses diagramas mostram como algumas variáveis se comportam ao longo do tempo durante o processo de injeção.
O ciclo de injeção é dividido em pré-injeção e injeção principal. Isto significa que em cada ciclo a válvula injetora injeta duas vezes. A pré-injeção consiste em injetar uma pequena quantidade de combustível (aproximadamente 1 mm³) antes da injeção principal. Segue-se um curto intervalo de tempo para o combustível injetado começar a queimar; em seguida é feita a injeção principal. A breve combustão resultante da pré-injeção aumenta a temperatura e a pressão na câmara de combustão; o combustível da injeção principal inicia imediatamente uma combustão mais homogênea e completa. Assim, a injeção principal propicia uma combustão com o máximo rendimento, otimizando o processo de combustão, resultando em maior potência e torque e economia de combustível. Outro resultado positivo é a redução na emissão de gases poluentes. Esta divisão do ciclo de injeção também reduz significativamente a emissão de ruído da combustão.
O circuito de retorno tem a função de retornar o combustível não utilizado ao reservatório. Fazem parte deste circuito os seguintes componentes: válvula de controle da pressão de retorno (localizada na saída do duto de retorno do combustível das eletroválvulas injetoras e é responsável pelo controle da pressão de retorno do combustível). Todos os componentes da linha de baixa pressão são conectados através de engates rápidos para facilitar sua montagem e desmontagem.
Este diagrama é fornecido como uma ferramenta de diagnóstico de falhas apenas para técnicos treinados e experientes. Diagnósticos de falhas inadequados podem resultar em sérios acidentes pessoais.