INJEÇÃO ELETRÔNICA (MECÂNICA)

INJEÇÃO ELETRÔNICA

INJEÇÃO DIRETA

INJEÇÃO MECÂNICA

IGNIÇÃO ELETRÔNICA

CRDI – COMMON RAIL

INTRODUÇÃO

Logo acima, uma imagem esquemática simplificada do sistema de injeção eletrônica Bosch LE-Jetronic, um dos sistemas mais utilizados nas últimas décadas. Logo abaixo, uma imagem esquemática do sistema de injeção Bosch Motronic, também fabricado em larga escala.

A injeção eletrônica de combustível é um moderno e eficiente sistema de alimentação e gerenciamento de combustível instalado em modernos veículos automotores a combustão interna e híbridos. Atualmente, a eficiência da injeção eletrônica é uma unanimidade entre todos os grandes fabricantes de veículos do mundo e entre consumidores. Em função do rígido controle de emissão de poluentes na atmosfera, com parâmetros estabelecidos no Brasil pelo PROCONVE - Programa de Controle de Poluição do Ar por Veículos Automotores, uma divisão do IBAMA – Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Renováveis, é impossível encontrar no Brasil automóveis novos que saiam de fábrica sem a injeção eletrônica, porque é tecnicamente impossível controlar a emissão de poluentes sem ela.

Por outro lado, ainda é possível encontrar modelos de motocicletas novos com carburador.

Nos automóveis, a utilização em larga escala da injeção eletrônica em conjunto com o catalisador, este uma espécie de “filtro” de ar embutido no escapamento do veículo, é uma das necessidade das indústrias de automóveis para reduzir o consumo de combustível e reduzir o índice de emissão de gases poluentes na atmosfera e assim se enquadrar nas exigências estabelecidas pelos governos. O sistema de injeção eletrônica permite um controle mais eficaz e rigoroso da mistura ar-combustível admitida pelo motor, o que resulta em maior economia de combustível, inclusive, já que o motor do veículo trabalha sempre com a mistura adequada de ar-combustível, na pressão correta e na temperatura correta, e também melhora o desempenho do motor.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

A injeção eletrônica é um moderno e avançado sistema integrado aos motores a combustão interna de automóveis, pickups, comerciais leves e caminhões, que faz o gerenciamento e a injeção sob pressão de combustível nos cilindros, ajustando instantaneamente a quantidade e a pressão de admissão da mistura ar-combustível dentro dos cilindros e ajustando o momento de ignição da mistura ar-combustível, neste caso conjugado com o sistema de ignição eletrônica.

De modo geral, a injeção eletrônica é considerada parte integrante do motor do veículo e uma parte dos especialistas em manutenção automotiva considera a ignição eletrônica como parte integrante da injeção eletrônica.

Aviões a pistão mais modernos também possuem injeção eletrônica.

Basicamente, a injeção eletrônica controla o fluxo de combustível e o fluxo de ar, combinando ambos de forma a obter alta precisão no consumo de combustível e, assim, aumentando a performance do motor e melhorando o seu rendimento, portanto diminuindo o consumo de combustível e, por consequência, a emissão de poluentes na atmosfera. Ela possui um módulo, central de controle ou unidade de comando, com um circuito integrado, microchip ou processador de dados, que analisa dados recebidos dos sensores espalhados por algumas partes do motor, do escapamento e do tanque de combustível, e toma, em tempo real, segundo a segundo, decisões a respeito da melhor mistura ar-combustível e pressão mais adequada naquele momento, medindo a temperatura do ar externo, inclusive.

Modelos de injeção eletrônica sem processadores ou microchips também foram fabricados no Brasil, a maioria deles na década de 1990. Atualmente, praticamente todos os modelos de injeção eletrônica possuem processadores de dados.

De modo geral, considerando os mercados automobilístico e de utilitários rodoviários de transporte de cargas leves e pesadas, os sistemas de injeção podem ser classificados de diversas formas, tomando por base diversas tecnologias de performance e precisão, lógica de funcionamento, épocas em que foram fabricadas, função e propostas dos fabricantes:

TIPOS DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL
INÍCIO	TIPO	CARACTERÍSTICAS
1937	Mecânica	Sistema puramente mecânico, sem componentes eletrônicos e elétricos. Primeiramente usado em aviões e, posteriormente, em automóveis e caminhões.
1967	Eletrônica	Sistema eletrônico de injeção, desenvolvido pela alemã Bosch, mas ainda sem o uso de processadores ou microchips para o controle da injeção
1976	Digital	Desenvolvida também pela Bosch, primeira injeção eletrônica digital de série no mundo, com uso de processadores ou microchips e lambda, inclusive
1990	Direta	Tecnologia introduzida inicialmente pela Mitsubishi, no Galant, um sedan de produção seriada, seguida por outros fabricantes
1990	CRDI	Injeção direta de diesel por meio de duto único, tecnologia desenvolvida pela Bosch

Importantes inovações tecnológicas foram introduzidas no mercado automobilístico desde o início do século XX, entre elas a carroceria monobloco, a tração 4X4 e a tração dianteira, o motor de quatro tempos, o câmbio, o cinto de segurança e o airbag, o pneu radial, o turbocompressor, a ignição eletrônica e a injeção eletrônica, esta considerada um divisor de águas dentro da indústria automobilística, dividindo os modelos clássicos ou antigos de automóveis dos modelos mais modernos.

CRIAÇÃO E DESENVOLVIMENTO

A injeção eletrônica foi criada para substituir o antigo carburador, um dispositivo essencialmente mecânico (alguns modelos de carburadores eletrônicos também foram fabricados) cuja principal função é fazer a distribuição de combustível (gasolina ou etanol, por exemplo) vaporizado nos cilindros para a sua queima. Um dos problemas apresentados pelo carburador é a imprecisão na distribuição da mistura ar-combustível nos cilindros, por isso atualmente ele está praticamente extinto na indústria automotiva, exceto para a fabricação de motocicletas.

Pelo que se sabe, algumas partes das diversas tecnologias presentes no que chamamos atualmente de injeção eletrônica de combustível foram sendo criadas e desenvolvidas, década após década, sendo agregadas, gradativamente, até chegar ao que nós conhecemos hoje como injeção eletrônica, começando em 1912 pela gigante alemã de alta tecnologia automobilística ou automotiva Bosch, em seu centro de desenvolvimento de novas tecnologias, aplicada inicialmente em motores aeronáuticos a partir de 1932, e, posteriormente, anos depois, empregada na indústria automobilística.

Os primeiros tipos de injeção, da década de 1930, eram puramente mecânicos, pois naquela época ainda não existiam componentes eletrônicos, como transistores, por exemplo. Posteriormente, anos depois, surgiram os sistemas de injeção eletromecânicos, mas ainda não eletrônicos. Eles começaram a ser usados em aviões antes de automóveis e caminhões porque lá em cima o ar é mais frio e menos denso, portanto a necessidade de injeção sob pressão de mistura ar-combustível nos cilindros.

Em 1954, por exemplo, o automóvel alemão de luxo Mercedes Benz 300 SL foi o primeiro veículo fabricado em série a usar a tecnologia de injeção mecânica, que apenas em parte lembra os sistemas atuais de injeção eletrônica, portanto não tão moderna como os atuais sistemas. Os componentes desse sistema instalado na Mercedes 300 SL ainda eram mecânicos. Por exemplo, a bomba injetora era mecânica, não era elétrica.

O primeiro sistema que pode ser considerado, de fato, injeção eletrônica foi desenvolvido pela Bosch na década de 1960, a D-Jetronic. Porém ele ainda não era digital, pois os microprocessadores ou microchips passaram a ser fabricados em série somente a partir da década de 1970. A sonda lambda, item que atualmente integra a grande maioria dos sistemas de injeção eletrônica modernos, foi integrada ao sistema também na década de 1970.

CRONOLOGIA DA INJEÇÃO ELETRÔNICA NO BRASIL
INÍCIO	MODELO	TIPO
1988	Gol GTI	Bosch LE-Jetronic, multiponto, indireta, sem chip
1990	Monza 500 EF	Bosch LE-Jetronic, multiponto, indireta, sem chip
1990	Santana Executivo
1991	Santana GLS	Bosch LE-II-Jetronic, indireta,
1991	Versailles Ghia	Bosch LE-II-Jetronic, indireta,
1992	Kadett
1992	Uno CS	Weber SPI, monoponto, indireta,
1993	Tempra	Weber IAW-88, indireta,
1993	Escort XR3
1993	Omega GLS	Bosch Motronic, multiponto, indireta,
1995	Gol	FIC EEC IV, indireta,
1995	Omega CD 4.1
1997	Kombi

LÓGICA DE FUNCIONAMENTO

A injeção eletrônica é um sistema de alimentação de combustível que faz diversas leituras e/ou medições por meio de diversos sensores espalhados em pontos estratégicos do motor, do tanque de combustível e das linhas, examina as informações coletadas, processa-as, compara-as com a base de parâmetros / configurações gravados em sua memória pelo fabricante, e envia comandos reguladores de alta precisão para os diversos atuadores espalhados em pontos estratégicos do motor. Esse procedimento é efetuado várias vezes por minuto com base nos movimentos da cambota.

Esse sistema possui vários componentes, o principal é a unidade de comando, o módulo ou a central, em que estão gravadas as informações de funcionamento do veículo, com seus parâmetros de fábrica. Ela também realiza cálculos programados para gerenciar o motor, controlando com precisão a alimentação e a ignição. Os demais componentes podem ser divididos em dois grupos, os sensores e os atuadores.

A maioria dos sistemas modernos de alimentação e ignição de combustível baseados nas tecnologias de injeção eletrônica e ignição eletrônica de combustível possui os seguintes componentes:

Tanque de combustível;
Bomba elétrica de combustível;
Filtro de combustível;
Galeria de combustível;
Regulador de pressão;
Unidade de comando de injeção;
Válvula injetora;
Regulagem da marcha lenta;
Interruptor da borboleta;
Borboleta;
Medidor de vazão de ar;
Sensor de temperatura;
Sensor de oxigênio ou lambda;
Distribuidor de ignição;
Válvula de ar adicional;
Bateria;
Chave de Ignição;
Relé de controle;
Unidade de comando de ignição;
Sensor de detonação;
Bobina;
Linha de pressão;
Linha de sucção;
Velas

OS SENSORES

Os sensores são componentes do sistema de alimentação que fazem as medições e enviam as informações para a central, percebendo movimentos, pressões, temperaturas e concentrações de poluentes, enviando sinais elétricos correspondentes para que a central possa analisar e decidir qual estratégia seguir:

Corpo de borboleta: O sensor de posição da borboleta, montado no eixo dela.
Sensor de posição da borboleta de aceleração: Esse sensor informa a central sobre a posição instantânea da borboleta. Ele é montado junto ao eixo da borboleta e dá informações à central para que esta identifique instantaneamente a potência que o condutor está requerendo do motor naquele momento.
Sensor de temperatura do líquido de arrefecimento: Informa a central sobre a temperatura do líquido de arrefecimento, o que é muito importante, pois identifica a temperatura do motor, enviando um sinal à unidade de comando, que por sua vez altera o tempo de injeção, avanço de ignição, entrada de ar no coletor e até uma dose extra de combustível pelo injetor de partida a frio.
Sensor de temperatura de ar: Esse sensor informa a central sobre a temperatura do ar que entra no motor. Junto com o sensor de pressão a central consegue calcular a massa de ar admitida pelo motor e assim determinar a quantidade de combustível adequada para formação de uma mistura ar-combustível completa.
Sensor de pressão do coletor: Esse sensor informa a central sobre as diferenças de pressão do ar dentro do coletor de admissão, entre a borboleta e o motor, e o ar atmosférico.
Sensor de rotação: Informa a central sobre a rotação do motor e, na maioria dos sistemas, a posição dos êmbolos para a central realizar o sincronismo da injeção e ignição. Na maioria dos projetos ele é montado acima de uma roda magnética dentada fixada no virabrequim.
Sensor de detonação: Permite à central detectar batidas de pino no interior do motor. Esse sensor é fundamental para a vida útil do motor, já que os motores modernos trabalham em condições criticas, com taxas de compressão altas. A central diminui o ângulo de avanço de ignição a fim de eliminar a "pré-detonação", tornando a avançá-lo posteriormente. Também corta a potência, quando o corte é necessário, para evitar uma quebra.
Sonda lambda ou sensor de oxigênio: Também conhecido com sensor O2, esse sensor fica localizado no escapamento do automóvel, ele informa a central sobre a presença de oxigênio nos gases de escape. Ele é responsável pelo equilíbrio da injeção, pois ele tem a função de enviar a informação de qual é o estado dos gases à saída do motor, se pobres ou ricos, e é em função desta informação que a unidade do motor controla o pulso da injeção. Nos automóveis que podem rodar com mais de um combustível ou com uma mistura deles, os motores flex ou bicombustível, a central consegue identificar o combustível utilizado, ou a mistura deles, por meio do sinal desse sensor.
Sensor de velocidade: Informa a velocidade do automóvel, essencial para várias estratégias da central.

OS ATUADORES

Os atuadores são componentes responsáveis pelo controle do motor, recebendo os sinais elétricos da central, módulo ou unidade de comando e atuando para o funcionamento do motor, sempre subordinados à central:

Injetores: Os injetores são os componentes responsáveis pela injeção de combustível no motor. A central controla o volume de combustível injetado indiretamente ou diretamente na câmara de combustível através do tempo de abertura do injetor, chamado de tempo de injeção. Esses injetores podem ser classificados por seu sistema de funcionamento, os monoponto, com apenas um injetor para todos os cilindros, e multiponto, com um injetor por cilindro. Os injetores podem injetar combustível de forma indireta, antes das válvulas de admissão, entretanto os injetores mais avançados injetam combustível diretamente na câmara de combustível.
Bobinas: Nos motores a gasolina e/ou etanol, a bobina é o componente que fornece os pulsos elétricos necessários para produção das faíscas ou centelhas no motor, por meio das velas, nas suas câmaras de combustão. No entanto, motores a diesel não precisam de ignição constante, não precisam de velas. Os sistemas antigos de ignição convencional utilizam uma bobina e um distribuidor para distribuir a faísca em todas as câmaras de combustão. Entretanto, os sistemas mais modernos de ignição estática utilizam uma bobina ligada diretamente a dois cilindros ou até uma bobina por cilindro. A central é responsável pelo avanço e sincronismo das faíscas.
Motor corretor de marcha lenta ou motor de passo: Esse componente é utilizado para permitir uma entrada de ar suficiente para que o motor mantenha estável a marcha lenta. Através do movimento da ponta cônica ele permite mais ou menos passagem de ar. Normalmente esse atuador é instalado em um desvio ou bypass da borboleta, podendo controlar o fluxo de ar enquanto ela se encontra em repouso.
Bomba de combustível: Esse componente é responsável por fornecer o combustível sob pressão aos injetores, que por sua vez injetam combustível nas câmaras. Na maioria dos sistemas de alimentação, a bomba de combustível é instalada dentro do reservatório ou tanque de combustível do automóvel. Ela bombeia o combustível de forma constante e pressurizada, passando pelo filtro de combustível até chegar aos injetores.
Válvula purga canister: Esse componente permite a circulação dos gases gerados no reservatório de combustível para o motor. Normalmente é acionada quando o condutor exige mais do motor.
Eletroventilador de arrefecimento: Esse componente está posicionado atrás do radiador. Ele é acionado quando o motor encontra-se em uma temperatura mais alta, gerando mais passagem de ar pelo radiador mesmo quando o automóvel está parado. Nos sistemas modernos ele é desativado se o automóvel estiver acima de 90 km/h.
Luz de alerta de avaria do sistema: Esse componente permite à central avisar o condutor do automóvel quando há uma avaria no sistema de injeção eletrônica, ela armazena um código de falha referente ao componente e aciona a estratégia de funcionamento para o respectivo componente permitindo que o veículo seja conduzido até um local seguro ou uma oficina.

INJEÇÃO DIRETA

A injeção direta de combustível é um moderno e altamente eficiente sistema de alimentação e gerenciamento de combustível instalado em modernos veículos automotores a combustão interna e híbridos, seja em motores a gasolina e/ou etanol e seja em motores a diesel. Atualmente, a eficiência da injeção direta também é uma unanimidade entre todos os grandes fabricantes de veículos do mundo e entre consumidores, exceto por alguns detalhes menos graves ainda não plenamente resolvidos.

Em função dos controles cada vez mais rígidos de emissão de poluentes na atmosfera, com parâmetros cada vez mais exigentes estabelecidos por governos, no Brasil e no mundo, é provável ou possível que nos próximos anos a injeção direta de combustível (ou uma solução intermediária ou mista de injeção direta com injeção indireta) se torne padrão nos automóveis e utilitários de transporte de cargas, pois se tornará tecnicamente impossível controlar a emissão de poluentes sem ela. E mais ainda, é provável ou possível também que, em razão justamente desse controle cada vez mais rígido dos governos, as soluções híbridas de propulsão, metade a combustão interna e metade por motores elétricos, ganhe o protagonismo na indústria automobilística.

Uma solução ainda mais radical, mas que ainda não é possível prever, seria a adoção definitiva dos motores puramente elétricos em 100% dos veículos terrestres produzidos, seja em automóveis seja em utilitários. A razão dessa incerteza são as limitações técnicas das baterias atuais e o custo da energia elétrica para carregamento.

De forma semelhante à injeção eletrônica, a injeção direta é um moderno e avançado sistema integrado aos motores a combustão interna de automóveis, pickups, comerciais leves e caminhões. No entanto, no caso da injeção direta, ela faz o gerenciamento e a injeção sob altíssima pressão de combustível diretamente na câmara de combustão ou cilindros, ajustando instantaneamente a quantidade e a pressão de admissão da mistura ar-combustível dentro dos cilindros e ajustando o momento de ignição da mistura ar-combustível, neste caso conjugado com o sistema de ignição eletrônica.

Na verdade, para ser mais preciso, a atual injeção direta de combustível nada mais é que uma injeção eletrônica com mais pressão na introdução da mistura ar-combustível na câmara de combustão ou cilindro, inclusive com a introdução direta dessa mistura na câmara, o que resulta numa elevada eficiência no consumo de combustível, aumento de torque, aumento de potência e redução da emissão de gases poluentes.

De modo geral, a injeção direta também é considerada parte integrante do motor do veículo. Para entender o seu funcionamento é preciso entender o funcionamento do motor a combustão interna de quatro tempos de Ciclo Otto, com ignição constante, popularmente conhecido como motor a pistão a gasolina ou etanol, e o motor a combustão interna de Ciclo Diesel, popularmente conhecido como motor a diesel, também de quatro tempos, movido a diesel, mas que não precisa de ignição constante, portanto sem velas, pois neste caso o combustível injetado diretamente na câmara de combustão se inflama “espontaneamente” ao se misturar com o ar altamente comprimido (portanto muito aquecido) dentro dos cilindros.

Quando ambos os tipos de motores, gasolina / etanol e diesel, possuem injeção direta de combustível o rendimento aumenta em relação aos sistemas convencionais de injeção eletrônica. No caso dos motores a gasolina e/ou etanol, o resultado prático é de um aumento em torno de 30% do torque, aumento em torno de 10% da potência e redução entre 50% e 80% na emissão de gases. Lembre-se que para acelerar um automóvel o mais importante é o torque (força) e para manter a velocidade elevada o mais importante é a potência. Para veículos utilitários de transporte de cargas, a grande maioria deles a diesel, o mais importante é o torque, nem tanto a potência.

CRIAÇÃO E DESENVOLVIMENTO

A injeção direta para motores a gasolina é uma tecnologia desenvolvida a partir da década de 1950, mas que só alcançou praticidade na década de 1980, com a sua introdução no mercado e sua fabricação em larga escala a partir da década de 1990, em vários fabricantes de automóveis. A partir da década de 1950 ela já estava em testes (desenvolvimento) pela fabricante alemã Mercedes-Benz em seus motores de Fórmula 1, seguida por outros fabricantes de automóveis e fornecedores de peças e componentes para a indústria automobilística ou automotiva, incluindo a empresa alemã Bosch.

No caso dos motores a gasolina, o “segredo” da eficiência da injeção direta está na alta pressão de injeção de combustível diretamente na câmara de combustão, em torno de 300 bars, combinada com uma redução da quantidade de combustível injetada, em relação aos sistemas convencionais de injeção, que, por sua vez, injetam o combustível por meio dos coletores, dos dutos de admissão ou próximo das borboletas, em vez de injetá-lo diretamente na câmara.

Embora a Mercedes-Benz tenha sido uma pioneira no desenvolvimento da injeção direta de gasolina na câmara de combustão, foi a japonesa Mitsubishi que deu o salto definitivo no mercado automobilístico com a introdução da tecnologia de injeção direta em série e em larga escala. Ela foi introduzida inicialmente no modelo sedan de luxo Mitsubishi Galant, mas levou alguns anos ainda até o mercado entender as suas vantagens.

Durante a década de 1980, as gigantes alemã e italiana fornecedoras de peças e componentes para automóveis e utilitários rodoviários de transporte de cargas Bosch e Fiat / Magneti desenvolviam a versão a diesel do sistema de injeção direta, inclusive para o seu uso em automóveis. No caso alemão, este sistema foi nomeado pela empresa de CRDI – Common Rail Direct Injection, conhecida também aqui no Brasil como injeção direta de duto único ou flauta. Ele consiste em bicos injetores que fazem a injeção de combustível diretamente nas câmaras, de acordo com as instruções recebidas em tempo real de uma central eletrônica, com ajustes de segundo a segundo, com pressão ainda mais alta que no caso dos motores a gasolina, algo em torno de 1.000 bars. Em relação aos motores a diesel convencionais, os motores com sistema Common Rail melhoraram a perfomance e a economia de combustível, com 20% a mais de torque e redução de 15% no consumo de combustível.

O CRDI – Common Rail Direct Injection é um sofisticado sistema de injeção direta de combustível por meio de um duto único, patenteado pela fabricante de componentes automotivos alemã Bosch. Ele melhora o desempenho dos motores diesel, tornando-os mais econômicos, bem menos ruidosos e com menor nível de vibração.

Em décadas passadas era inviável tracionar automóveis de luxo com motores a diesel, pois a altíssima taxa de compressão desses motores os tornava brutos demais para essa função, sem refinamento para tracionar automóveis chiques. Talvez você não saiba, mas atualmente é comum motores a diesel em automóveis sedans de luxo e utilitários esportivos de luxo comercializados na Europa. De modo geral, o consumidor europeu tem bom poder aquisitivo, mas tem o bolso sensível, ele gosta de economizar combustível.

Na década de 1970 não era possível tracionar automóveis de luxo com motores a diesel, na década de 1980 os motores a diesel melhoraram, com redução do ruído e vibração, mas faltava uma tecnologia definitiva e refinada para tracionar automóveis de alto luxo, o que só veio na década de 1990, com a entrada no mercado do sistema CRDI – Common Rail Direct Injection, que tornou tecnicamente possível e mercadologicamente viável tracionar automóveis chiques, principalmente utilitários esportivos premium e pick-ups médias de luxo, todos esses grandes e pesados.

O sistema CRDI – Common Rail Direct Injection resulta num conjunto com baixo nível de ruído e com menos vibrações dentro do habitáculo do veículo, aumentando assim o conforto para os ocupantes, principalmente em longas viagens, tornando-as menos cansativas. De modo geral, motores diesel são mais econômicos que motores a gasolina e a nova tecnologia de injeção eletrônica com CRDI - Common Rail Direct Injection melhora o desempenho.

RECOMENDAÇÃO

Se a luz de aviso do sistema de injeção eletrônica acender no painel do veículo é sinal de algo está errado em algum dispositivo do sistema de injeção. Isso pode ser percebido também quando há um funcionamento irregular do motor do veículo. Não significa necessariamente que você precisa parar o carro imediatamente onde está, pois os modelos de injeção eletrônica digitais possuem um modo “parcial” de funcionamento que permite conduzir o veículo em baixa velocidade até uma oficina mecânica mais próxima para solucionar definitivamente o problema.

Por esse e por outros motivos, planeje sua viagem com pelo menos uma semana de antecedência. Leve o carro em uma oficina mecânica de confiança e faça nele o que precisa fazer, todas as revisões necessárias, troca de lubrificantes e filtros, troca de pneus, troca de correias ou correntes, etc.

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