Formação Modular Automóvel. Ligeiros

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3 Referências Colecção Formação Modular Automóvel Título do Módulo Sistemas Eléctricos / Electrónicos de Veículos Ligeiros Suporte Didáctico Manual do Formando Coordenação Técnico-Pedagógica CEPRA - Centro de Formação Profissional da Reparação Automóvel Departamento Técnico Pedagógico Direcção Editorial CEPRA - Direcção Autor CEPRA - Desenvolvimento Curricular Maquetagem CEPRA Núcleo de Apoio Gráfico Propriedade CEPRA - Centro de Formação Profissional da Reparação Automóvel Rua Francisco Salgado Zenha, PRIOR VELHO Edição 1.0 Portugal, Lisboa, 2007/11/02 Depósito Legal /07

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5 Índice ÍNDICE DOCUMENTOS DE ENTRADA OBJECTIVO GERAIS... E.1 objectivos ESPECÍFICOS... e.1 CORPO DO MÓDULO 0 - INTRODUÇÃO INSTALAÇÃO ELÉCTRICA Electricidade Noção de condutor e isolador corrente contínua e corrente alternada cablagens eléctricas do automóvel instalação eléctrica no automóvel fusíveis SISTEMA DE CARGA E ARRANQUE SISTEMA DE CARGA alternador SISTEMA DE ARRANQUE motor de arranque AVARIAS NO SISTEMA DE CARGA E ARRANQUE SISTEMA DE GESTÃO ELECTRÓNICA DO MOTOR O QUE É A GESTÃO ELECTRÓNICA VANTAGENS E DESVANTAGENS SISTEMA DE IGNIÇÃO sistema de ignição convencional (com platinados) sistema de ignição com ajuda electrónica (com platinados) sistemas de ignição com ajuda electrónica (sem platinados) sistema com gerador de impulsos de indução sistema com gerador de efeito hall sistemas de ignição electrónica integral sistemas de alimentação a gasolina sistemas de injecção electrónica AVARIAS NO SISTEMA DE IGNIÇÃO sistema de ILUMINAÇÃO LÂMPADAS lâmpadas de incandescência...4.1

6 Índice lâmpadas de halogéneo lâmpadas de descarga Faróis e farolins reflector cristais marcas de homologação de faróis marcas de homologação de farolins focagem de faróis tipos e características dos focos utilização do regloscópio detecção de avarias em sistemas de iluminação PAINEL DE INSTRUMENTOS INDICADORES E AVISADORES detecção de avarias no PAINEL DE INSTRUMENTOS AVISADOR SONORO-BUzINA detecção de avarias no AVISADOR SONORO-BUSINA SISTEMAS DE CONFORTO E SEGURANÇA SISTEMAS DE LIMPA VIDROS LIMPA PÁRA-BRISAS LAVA PÁRA-BRISAS LIMPA E LAVA VIDRO TRASEIRO LIMPA E LAVA FARÓIS avarias no SISTEMA DE LIMPA VIDROS SISTEMA DE VENTILAÇÃO FORÇADA avarias no SISTEMA DE VENTILAÇÃO FORÇADA AR CONDICIONADO avarias no SISTEMA DE AR CONDICIONADO SISTEMAS DE SEGURANÇA PASSIVA PRÉ-TENSORES AIR-BAGS BIBLIOGRAFIA... C.1 Documentos de saída pós-teste... s.1 corrigenda do pós-teste... s.14

7 DOCUMENTOS DE ENTRADA

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9 Objectivos Gerais e Específicos do Módulo OBJECTIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS No final deste módulo o formando deverá ser capaz de OBJECTIVO GERAL Identificar os vários sistemas eléctricos e electrónicos que compõem o automóvel e descrever as suas funções, bem como as dos órgãos e componentes que deles fazem parte. OBJECTIVOS ESPECÍFICOS Identificar a função da instalação eléctrica Identificar os componentes principais da instalação eléctrica Identificar os cuidados a ter com a instalação eléctrica Identificar e caracterizar os diferentes tipos de cablagens Interpretar circuitos eléctricos e sua simbologia Identificar a função do sistema de carga Identificar os componentes do sistema de carga Identificar e descrever a função e funcionamento dos componentes do sistema de carga Identificar a função do sistema de arranque Identificar os componentes do sistema de arranque Identificar e descrever a função e funcionamento dos componentes do sistema de arranque Identificar tipos de avarias e anomalias mais comuns no sistema de carga e arranque E.1

10 Objectivos Gerais e Específicos do Módulo Identificar as causas mais comuns de avarias nos componentes do sistema de carga e arranque Identificar métodos de detecção de avarias no sistema de carga e arranque Identificar a função do sistema de ignição Descrever a evolução dos sistemas de ignição Identificar os principais componentes do sistema de ignição Identificar e descrever a função e funcionamento dos componentes do sistema de ignição Identificar tipos de avarias e anomalias mais comuns no sistema de ignição Identificar as causas mais comuns de avarias nos componentes do sistema de ignição Identificar métodos de detecção de avarias no sistema de ignição Identificar a função do sistema de iluminação Identificar e caracterizar tipos de lâmpadas utilizadas nos veículos ligeiros Descrever o funcionamento de lâmpadas utilizadas nos veículos ligeiros Identificar cuidados a ter no manuseamento das lâmpadas Identificar tipos e constituição de faróis e farolins utilizados nos veículos nos veículos ligeiros Identificar marcas de homologação de faróis e farolins Identificar e caracterizar os diferentes tipos de luzes utilizados nos veículos ligeiros Identificar tipos de avarias e anomalias mais comuns no sistema de iluminação Identificar as causas mais comuns de avarias nos componentes do sistema de iluminação Identificar métodos de detecção de avarias no sistema de iluminação E.2

11 Objectivos Gerais e Específicos do Módulo Identificar a função do painel de e seus instrumentos Descrever os princípios de funcionamento de um painel de instrumentos Identificar e caracterizar diferentes tipos de painéis de instrumentos Identificar a função dos indicadores e avisadores do painel de instrumentos Identificar a simbologia dos indicadores e avisadores Identificar tipos de avarias e anomalias mais comuns no painel de instrumentos Identificar as causas mais comuns de avarias no painel de instrumentos Identificar métodos de detecção de avarias no painel de instrumentos Identificar a função do sistema de ventilação forçada Identificar os componentes do sistema de ventilação forçada Identificar e descrever a função e funcionamento dos componentes do sistema de ventilação forçada Identificar a função do sistema de ar condicionado Identificar os componentes do sistema de ar condicionado Identificar e descrever a função e funcionamento dos componentes do sistema de ar condicionado Identificar tipos de avarias e anomalias mais comuns nos sistemas de ventilação forçada e de ar condicionado Identificar as causas mais comuns de avarias nos componentes dos sistemas de ventilação forçada e de ar condicionado Identificar métodos de detecção de avarias dos sistemas de ventilação forçada e de ar condicionado Identificar a função dos sistemas de limpa vidros E.3

12 Objectivos Gerais e Específicos do Módulo Identificar os componentes dos sistemas de limpa vidros Identificar e descrever a função e funcionamento dos componentes dos sistemas de limpa vidros Identificar a influência dos sistemas de limpa vidros na segurança do veículo Identificar tipos de avarias e anomalias mais comuns nos sistemas de limpa vidros Identificar as causas mais comuns de avarias nos componentes dos sistemas de limpa vidros Identificar métodos de detecção de avarias dos sistemas de limpa vidros Identificar e interpretar o conceito de gestão electrónica Identificar os sistemas de gestão electrónica no veículo Identificar e caracterizar os principais componentes dos sistemas com gestão electrónica Identificar e caracterizar os diferentes tipos de sensores existentes no veículo Identificar e caracterizar os diferentes tipos de actuadores existentes no veículo Identificar as unidades electrónicas de comando Identificar tipos de avarias e anomalias mais comuns nos sistemas de gestão electrónica Identificar as causas mais comuns de avarias nos sistemas de gestão electrónica Identificar métodos de detecção de avarias nos sistemas de gestão electrónica E.4

13 CORPO DO MÓDULO

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15 0 - INTRODUÇÃO O automóvel é um meio de transporte cada vez mais utilizado. Como tal, devido ao elevado número de veículos que circulam diariamente nas estradas há que assegurar que as suas condições de funcionamento são as necessárias de modo a garantir a segurança dos seus ocupantes e dos outros utilizadores da via pública. A inspecção dos veículos surge assim como um meio de controlar pontos chave dos veículos, em função de parâmetros pré-estabelecidos assegurando que estes apresentam condições para circular na via pública. Neste módulo pretende-se que o inspector adquira conhecimentos técnicos sobre os sistemas eléctricos e electrónicos mais usuais num automóvel, de modo a fazer uma inspecção correcta e ter argumentos técnicos para explicar as eventuais deficiências encontradas. Num primeiro capítulo será feita uma introdução ao módulo com conceitos de electricidade, a instalação eléctrica do automóvel e os seus principais componentes. De seguida, são abordados os principais sistemas eléctricos e electrónicos que actualmente se encontram num automóvel. É apresentado o sistema de carga e arranque, a sua função, seus principais componentes e como funcionam. Actualmente, os sistemas de gestão electrónica são de grande importância no funcionamento do veículo. Estes articulam o funcionamento dos sistemas de ignição e alimentação, procurando tirar o melhor rendimento do motor com baixos consumos e emissões poluentes. O painel de instrumentos integra também os sistemas eléctricos do veículo. Informa o condutor das condições do veículo. O sistema de iluminação garante ao condutor condições para circular em segurança à noite e/ou com condições de visibilidade reduzida. Assim, é um sistema que o inspector deve conhecer bem para poder efectuar uma adequada verificação. Ainda no âmbito da visibilidade, os sistemas de limpa vidros assumem elevada importância. É um dos sistemas estudados neste manual. Um factor significativo para a segurança rodoviária é o conforto do condutor. Sistemas como o de ventilação forçada e ar condicionado são importantes, pelo que são estudados neste módulo. Finalmente, são tratados alguns sistemas de segurança passiva. Salientam-se os pré-tensores e os air-bags, explicando os principais tipos e o seu funcionamento básico. 0.1

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17 Instalação Eléctrica 1 INSTALAÇÃO ELÉCTRICA ELECTRICIDADE Até hoje ainda não foi possível determinar a verdadeira natureza da electricidade; a esse respeito apenas se fazem suposições, tal como para a gravidade, o calor e a luz. Definir energia eléctrica é tão difícil como definir o termo energia, no entanto são bem conhecidos os efeitos produzidos pela electricidade, e isso permite tirar dela um grande partido, como as suas numerosas aplicações confirmam. A electricidade pode classificar-se em: Electricidade estática ou electricidade em repouso Electricidade dinâmica ou electricidade em movimento A electricidade estática aplica-se mais propriamente à electricidade obtida por fricção. A electricidade dinâmica é a que tem maior relevância pois é aquela que se traduz pela corrente eléctrica que se consome em casa, por ser a responsável pela luz e principalmente, é digna deste estudo por fazer parte integrante do automóvel. As correntes eléctricas consistem em fluxos orientados de partículas portadoras de carga eléctrica (os electrões nos metais). Só ocorrem quando existe uma diferença de potencial. O fluxo de corrente dependerá da quantidade de electrões que se movem numa mesma direcção e sentido, isto é, depende da quantidade de energia que lhes for aplicada. A bateria é o modo mais cómodo de armazenar a energia eléctrica, estando sempre presente nos terminais da bateria sob a forma de uma diferença de potencial eléctrico, à qual se dá, igualmente, o nome de força electromotriz. Entre os pólos da bateria dum automóvel existe uma diferença de potencial. Ligando-os por um fio metálico haverá passagem da corrente eléctrica. Deste modo, a bateria pode fornecer energia eléctrica aos vários componentes existentes no veículo. A polaridade da fonte de tensão determina o sentido da corrente no circuito. A tensão fornecida pela fonte determina a intensidade da corrente, em função da carga do circuito. A fonte de tensão poderá alimentar o circuito com corrente contínua (caso de bateria do automóvel ou das pilhas de um rádio portátil) ou com corrente alternada (caso da rede eléctrica geral ou de um gerador / alternador). 1.1

18 Instalação Eléctrica 1.2 NOÇÃO DE CONDUTOR E ISOLADOR O que distingue estes dois grupos de substâncias, condutores e isoladores, é a sua capacidade de conduzir, ou transmitir, carga eléctrica. O cobre, o latão, a prata, e em geral todos os metais, são bons condutores de electricidade. O vidro, a borracha, a madeira, a maioria dos plásticos, os óleos são maus condutores portanto são isoladores. Quanto maior for o valor da condutibilidade de certa substância, melhor conduz a corrente eléctrica. 1.3 CORRENTE CONTÍNUA E CORRENTE ALTERNADA Designa-se por corrente contínua, o fluxo de corrente originado pelo movimento dos electrões do pólo negativo para o pólo positivo, sem alteração do sentido, ou seja, sem alteração de polaridade. A fonte que origina este fenómeno é designada como fonte de corrente contínua, e sempre que for utilizada num circuito, este designar-se-á como circuito de corrente contínua. A corrente contínua pode ser designada por CC (corrente contínua) ou por DC (em inglês directcurrent). Fig. 1.1 Corrente contínua ao longo do tempo Na figura 1.1 podemos constatar que não existe variação, ao longo do tempo, do valor da intensidade da corrente. Este tipo de corrente é o fornecido pela bateria do automóvel e que alimenta os componentes eléctricos do veículo. 1.2

19 Instalação Eléctrica Existe um tipo de corrente que não mantém o mesmo sentido. O fluxo de electrões dá-se nos dois sentidos alternadamente. Este tipo de corrente designa-se por corrente alternada e pode ser representada por AC (em inglês alternating-current). Como em qualquer circuito, a corrente desloca-se do pólo negativo para o pólo positivo, só que neste caso, a polaridade da fonte de alimentação é alternada constantemente com uma determinada frequência (Fig e 1.3). Este tipo de fonte é designada por fonte de corrente alternada e os circuitos alimentados por ela são designados circuitos de corrente alternada, ou circuitos AC. A corrente AC é o tipo de corrente produzida pelo alternador do automóvel. Fig. 1.2 Variação do sentido da corrente num circuito Fig Variação da intensidade da corrente CABLAGENS ELÉCTRICAS DO AUTOMÓVEL Devido ao incremento do número de dispositivos eléctricos empregues nos automóveis modernos, a instalação eléctrica dos mesmos tem visto aumentada a sua complexidade Na figura 1.4 estão representados alguns componentes do equipamento eléctrico de um automóvel e a instalação eléctrica que os interliga. Fig Cablagem de um automóvel 1.3

20 Instalação Eléctrica Os cabos condutores estão reunidos entre si protegidos por uma fita plástica, formando conjuntos de cabos que tomam o nome de cablagens. Cada um dos condutores distingue-se pela cor o que permite identificá-los na entrada e saída da cablagem correspondente. A cablagem do automóvel segue o caminho mais conveniente principalmente debaixo da carroçaria, à qual é fixa com grampos fixadores. A figura 1.5 demonstra o caminho percorrido por uma cablagem ao longo de uma carroçaria. Fig Cablagem que percorre uma carroçaria A cablagem deve passar sempre em locais mais próximos possíveis dos componentes eléctricos que necessitam de ser ligados. Deve-se tomar em conta o facto da cablagem passar em locais o mais afastados possíveis de peças quentes ou que tendem a aquecer como por exemplo o tubo de escape, pois o aquecimento do escape poderá aquecer a cablagem, provocando o envelhecimento precoce do isolamento dos condutores eléctricos que dela fazem parte. Com o objectivo de facilitar as reparações eléctricas que eventualmente possam surgir no automóvel, bem como a localização e ligação dos vários componentes eléctricos e electrónicos, a instalação dividese por partes, encontrando-se interligada por meio de fichas de ligação ou conectores apropriados. 1.4

21 Instalação Eléctrica Fig Cablagem interligada por conectores Na figura 1.6 apresenta-se a disposição de uma instalação, em que se pode observar os conectores mencionados de interligação entre as distintas cablagens e a ligação destas aos diversos componentes eléctricos e electrónicos. As cablagens dividem-se em: Cablagem dianteira, que compreende os elementos eléctricos situados na parte dianteira do veículo (habitáculo do motor) que são fixos à carroçaria e vão até ao painel de instrumentos (ponto 4 na figura 1.6). Cablagem do motor, interliga os elementos montados no motor do veículo, como o alternador, etc, e o painel de instrumentos e unidade electrónica de comando (ponto 3 na figura 1.6). Cablagem traseira, que compreende os aparatos eléctricos do habitáculo e a parte de iluminação e desembaciador traseiros do veículo (ponto 5 na figura 1.6). 1.5

22 Instalação Eléctrica Cablagem auxiliar, interligam aos equipamentos referidos anteriormente aqueles elementos eléctricos que pela sua situação no veículo requerem uma cablagem especial e independente da cablagem geral, não implicando a desmontagem desta no caso de necessidade ou avaria de componente. São exemplos os circuitos eléctricos das fechaduras electromagnéticas e elevadores eléctricos dos vidros. Grande parte dos automóveis modernos dispõe de uma caixa denominada central de ligações donde divergem as cablagens que compõem os diversos circuitos eléctricos do automóvel. Normalmente, a central de ligações é composta por um circuito impresso como se apresenta na figura 1.7, que serve de suporte aos diferentes relés e aos fusíveis que protegem toda a instalação eléctrica do veículo. Fig Central de ligações e fusíveis 1.6

23 Instalação Eléctrica Assim a totalidade da cablagem que alimenta os componentes eléctricos do veículo passa forçosamente (à excepção do cabo condutor que alimenta o motor de arranque) pela central de ligações. Fig Central de ligações e porta-fusíveis Na figura 1.8, pode ver-se uma caixa de fusíveis e relé de piscas, situada no habitáculo do veículo, na parte inferior do painel de instrumentos. Existem determinados veículos onde a caixa de fusíveis e a central de relés se encontram no compartimento do motor como se mostra na figura 1.9. Fig Central de ligações e porta fusíveis situadas no compartimento do motor Dada a complexidade das instalações eléctricas dos veículos automóveis actuais, é imprescindível a utilização de esquemas eléctricos no momento de localizar uma avaria. Representar a instalação eléctrica total do veículo não é impossível mas na necessidade de localizar ou diagnosticar uma avaria no sistema eléctrico seria bastante complicado, começando logo pela dificuldade de leitura e interpretação do esquema eléctrico do veículo. Para haver maior facilidade na leitura e interpretação dos esquemas, os fabricantes de automóveis concebem os mesmos divididos em secções, por exemplo, sistema de iluminação, sistema de ignição, etc. 1.7

24 Instalação Eléctrica INSTALAÇÃO ELÉCTRICA NO AUTOMÓVEL Na instalação eléctrica do automóvel podemos distinguir dois grupos de sistemas (fig 1.10): Sistemas com ligação permanente Sistemas com comando principal no interruptor de ignição Alternador Bateria INTERRUPTOR DE IGNIÇÃO SISTEMAS COM COMANDO PRINCIPAL NO INTERRUPTOR DE IGNIÇÃO SISTEMAS COM ALIMENTAÇÃO PERMANENTE Fig Representação esquemática da instalação eléctrica num automóvel 1.8

25 Instalação Eléctrica Os sistemas com ligação permanente são aqueles que, mesmo quando a chave de ignição não está ligada, estão alimentados por corrente eléctrica directamente pela bateria. Neste grupo encontram-se os sistemas de iluminação exterior e interior do veículo, o rádio e a buzina. No entanto, existem certos modelos em que a buzina, o rádio e as luzes de cruzamento só se podem ligar com o interruptor de ignição fechado. Todos os restantes sistemas (motor de arranque, sistema de ignição e alimentação, etc.) só são alimentados quando se liga a chave de ignição. No momento de pôr o motor a trabalhar, a energia eléctrica é fornecida ao motor de arranque pela bateria. Quando o motor do veículo já está em funcionamento, o alternador, arrastado pelo motor, é o responsável pela alimentação de todos os sistemas indispensáveis ao funcionamento deste e, ao mesmo tempo, pelo carregamento da bateria. No entanto, se estiverem ligados vários sistemas de conforto e iluminação ao mesmo tempo (ar condicionado, faróis de nevoeiro, desembaciador do vidro, ou outros), poderá ser excedida a capacidade de fornecimento de energia por parte do alternador. Neste caso, a bateria ir-se-á descarregar, se essa situação se mantiver durante um tempo excessivo FUSÍVEIS Mesmo que toda a instalação do automóvel esteja bem dimensionada, isto é todos os condutores com secções bem previstas para aquilo que vão ligar, poderá haver uma falha no equipamento eléctrico ou no seu circuito (o cabo pode tocar no chassis do veículo). Então, o cabo receberá mais electricidade do que pode transportar e o isolamento eléctrico queima-se provocando um incêndio no veículo. Para que tal não aconteça, existem fusíveis no circuito, a fim de o proteger e evitar que os cabos aqueçam demasiado. Os fusíveis são constituídos por uma lâmina ou fio condutor devidamente calibrado, por forma a suportar apenas um valor limite de corrente eléctrica que define o seu calibre. Este fio não pode transportar mais corrente do que o valor do seu calibre. Se uma corrente que percorre o circuito atingir um valor superior ao suportado pelo fio do fusível, o mesmo queimar-se-á e dar-se-á uma interrupção da corrente eléctrica. Para proteger os circuitos e evitar o risco de incêndio, torna-se indispensável a aplicação de fusíveis. No interior da caixa de fusíveis, onde estes são encaixados sobre placas, existem uma série de conexões eléctricas que permitem as ligações entre fusíveis. 1.9

26 Instalação Eléctrica Como já foi referido os fusíveis são calibrados em função da intensidade máxima de corrente que deverá passar em determinada secção de um circuito. Por isso quando se fizer a substituição de fusíveis, é essencial que se respeite o seu valor de calibração para que se continue na presença de uma verdadeira protecção de todo o circuito. Toda a tentativa de substituição de um fusível queimado por um com calibre superior ao estabelecido pode levar a que, se ocorrer um curto-circuito no circuito protegido por esse fusível, o fusível não actue podendo provocar um incêndio no veículo. Se por outro lado, for colocado um fusível de calibre inferior ao estipulado, este não irá aguentar situações de intensidade de corrente máxima e fundir-se-á. 1.10

27 Sistema de Carga e Arranque 2 SISTEMA DE CARGA E ARRANQUE 2.1 SISTEMA DE CARGA A principal função do sistema de carga é fazer chegar energia eléctrica a todos os circuitos eléctricos do veículo, incluindo a bateria de modo a carregá-la. O principal componente do sistema de carga é o alternador (Fig.2.1). Fig. 2.1 Alternador de um automóvel ALTERNADOR A função do alternador é transformar energia mecânica em energia eléctrica, gerando corrente. Esta corrente vai alimentar todos os circuitos eléctricos do veículo assim como recarregar a bateria. Por sua vez, a bateria alimenta o motor de arranque no momento do arranque e os circuitos eléctricos do veículo quando o motor não se encontra em funcionamento. Em geral, o alternador é accionado na polia por uma correia ligada ao veio da cambota (Fig.2.2). É arrefecido por um ventilador a ele acoplado. Fig.2.2 Ligação do alternador ao veio da cambota. 2.1

28 Sistema de Carga e Arranque Na figura 2.3 é apresentado um exemplo de um alternador, em vista explodida. É constituído por um indutor ou estator, formado por uma série de bobinas fixas, e por um induzido ou rotor, que gira no interior do estator. A carcaça do alternador cobre e encerra este conjunto, alojando também o conjunto rectificador, formado por vários díodos rectificadores. 1 e 5 Carcaça; 2 Rectificador de tensão; 3 Indutor ou estator; 4 Induzido ou rotor; 6 Ventilador; 7 Polia Fig Alternador (vista explodida) O funcionamento do alternador é baseado no efeito que produz um campo magnético (íman) a girar junto de uma bobina (Fig. 2.4). O íman, ao rodar, provoca uma variação de campo magnético que induz uma corrente alterna monofásica na bobina (Fig. 2.5). No caso concreto do alternador, o rotor é formado por uma bobina enrolada a um núcleo magnético (garantindo o campo magnético) e o estator é constituído por três enrolamentos independentes. A rotação do rotor (variação do campo magnético) origina uma corrente alterna em cada enrolamento do estator. A tensão originada é proporcional à velocidade de rotação do rotor. Como os enrolamentos são três, os enrolamentos estão desfasados 120º entre si, de modo a garantir uma corrente alterna trifásica de máximo rendimento. Fig Efeito do campo magnético numa bobina Existe uma corrente de excitação que chega ao enrolamento do rotor para originar o campo magnético, através de um conjunto de anilhas de cobre e escovas. Fig Tensão produzida na bobina 2.2

29 Sistema de Carga e Arranque Rectificador de tensão A tensão alterna trifásica gerada no alternador tem que ser rectificada em corrente contínua para poder ser utilizada nos diversos equipamentos do veículo. Esta função é desempenhada por díodos dispostos de forma apropriada, constituindo uma ponte ou conjunto rectificador. Fig Rectificação de tensão do alternador Regulador de tensão A tensão gerada pelo alternador é proporcional à velocidade de rotação do motor. Como esta varia constantemente durante a marcha do veículo, é necessária uma regulação para manter a tensão dentro dos limites de utilização dos vários receptores, assegurando-lhes um bom funcionamento. A regulação da tensão consegue-se actuando sobre a corrente de excitação do alternador e, por conseguinte, sobre o campo magnético criado no rotor. Enquanto a tensão gerada pelo alternador permanecer abaixo do valor da tensão de regulação, o regulador não entra em funcionamento. Se a tensão nos terminais do alternador ultrapassar o valor prefixado, o regulador provoca, de acordo com o estado de carga da bateria, uma redução ou mesmo interrupção total da corrente de excitação, diminuindo o campo magnético do rotor, que por sua vez, faz diminuir a tensão nos terminais do alternador. A descida de tensão dá-se até um valor prefixado, aumentando em seguida a corrente de excitação, que faz aumentar de novo a tensão nos terminais até ao seu valor máximo. O processo repete-se tantas vezes, quantas a tensão subir para além do limite. O regulador actua com tanta rapidez que a tensão do alternador é mantida no valor constante desejado. Existem vários tipos de reguladores de tensão. O mais convencional é o de contactos, que baseia o seu funcionamento na abertura e fecho de contactos. Posteriormente surgiram os reguladores electrónicos, em que os contactos foram substituídos por transístores (componentes electrónicos). 2.3

30 Sistema de Carga e Arranque SISTEMA DE ARRANQUE Os motores de combustão interna são incapazes de iniciarem o seu funcionamento autonomamente, necessitam de um sistema que os impulsione até conseguirem autonomia de marcha. É o sistema de arranque, e em particular o motor eléctrico, conhecido por motor de arranque, que cumpre esta missão. O sistema de arranque é composto pelos seguintes órgãos: Bateria Motor de arranque Interruptor de ignição Fig. 2.7 Circuito de arranque MOTOR DE ARRANQUE Uma das principais exigências no fabrico de motores de arranque é o seu tamanho. Deverá ser o mais pequeno possível para permitir um fácil acoplamento ao motor de combustão e, ao mesmo tempo, resultar robusto e leve. O motor eléctrico, no arranque, é acoplado à cremalheira do volante de inércia, à qual transmite movimento através de um pinhão. Na figura 2.8 podem ver-se alguns motores de arranque empregues nos automóveis. Fig Exemplos de motores de arranque 2.4

31 Sistema de Carga e Arranque Quando o motor de combustão estiver a trabalhar, o pinhão desengrena da cremalheira, pois se continuassem engrenados o motor de combustão arrastaria o motor de arranque até rotações elevadas, podendo danificá-lo. Entre o pinhão e a cremalheira do volante existe uma relação de desmultiplicação de 1:8 a 1:20, de modo a poder aumentar o binário de arranque dos motores eléctricos de baixa potência. Isto permite, também, uma diminuição da corrente de arranque, podendo-se utilizar baterias de menor capacidade. De acordo com as exigências impostas, o motor de arranque é constituído por um motor eléctrico de corrente contínua e por um dispositivo de engrenamento. De todos os modelos de motores de arranque existentes, o mais empregue actualmente é o de accionamento por relé incorporado no próprio motor. Nestes, a alavanca de accionamento A do pinhão de engrenamento B é comandada pelo núcleo C, que no seu extremo oposto termina na placa D isolada electricamente. Esta placa pode estabelecer o circuito entre os contactos E e F.. O contacto E está ligado ao positivo da bateria, enquanto F está ligado às bobinas do estator. Todo o conjunto é mantido na posição representada na figura 2.9 por acção da mola G. A Alavanca de accionamento do pinhão de engrenamento; B Pinhão de engrenamento; C Núcleo; D Placa isolada electricamente; E Contacto ligado ao positivo da bateria; F Contacto ligado às bobinas do estator; G Mola; H Bobina; J Mola; K Roda livre; M Mola; N Mola Fig Vista interna de um motor de arranque 2.5

32 Sistema de Carga e Arranque Quando se liga o interruptor de ignição, a bobina H atrai o núcleo C para a direita. Deste modo, a alavanca A desloca o pinhão B, engrenando-o parcialmente à cremalheira do volante de inércia (Fig. 2.10). Ao mesmo tempo, a placa D fecha o circuito entre os terminais E e F, alimentando o estator do motor de arranque, que por sua vez faz girar o rotor. O núcleo C continua a ser atraio para a direita e a alavanca A engrena totalmente o pinhão B, chegando em seguida ao fim de curso. As molas J e M permitem que o contacto entre a placa e os terminais, bem como o engrenamento do pinhão, sejam bem feitos. Quando o motor se põe em funcionamento, o pinhão permanece engrenado enquanto o relé estiver accionado. No entanto, a roda livre K impede o pinhão de transmitir o movimento do motor ao rotor do motor de arranque. No momento em que o relé é desactivado, o pinhão regressa à sua posição de repouso, por acção da mola N, e circuito do rotor é aberto nos terminais E e F, deixando este de ser alimentado. Fig Pormenor do engrenamento do pinhão do motor de arranque AVARIAS NO SISTEMA DE CARGA E ARRANQUE Condição Causa provável Correcção Motor de arranque não funciona Baixa tensão da bateria. O cabo da bateria está solto, corroído, Motor de arranque avariado ou circuito do motor de arranque está aberto. Interruptor de ignição ou fusível defeituoso. Curto-circuito à terra. Carregar a bateria ou substituíla. Reparar ou substituir a bateria ou o cabo danificado. Reparar ou substituir o motor de arranque/circuito do motor de arranque. Substitua o interruptor de ignição ou o fusível se estiver queimado. Reparar o curto-circuito à terra. 2.6

33 Sistema de Carga e Arranque Condição Causa provável Correcção Cambota OK, mas demasiado lenta Motor de arranque não pára O motor de arranque roda mas não arranca Baixa tensão da bateria. Bateria. Os cabos da bateria estão soltos, corroídos ou danificados. Motor de arranque avariado. Motor de arranque avariado. Carregar a bateria ou substituíla. Reparar ou substituir o cabo da bateria. Reparar ou substituir o motor de arranque. Reparar ou substituir o motor de arranque. Interruptor da ignição avariado. Substituir o interruptor da ignição. Engrenagem partida do pinhão da embraiagem ou motor de arranque avariado. Roda de coroa do volante partida. O circuito ligado está aberto. Substituir o motor de arranque. Substituir o volante do motor. Reparar o circuito aberto. Sobrecarga da bateria Regulador IC avariado. Substituir o regulador IC. Descarga da bateria Lâmpada indicadora de carga não funciona quando o interruptor da ignição está LIGADO (Motor não funciona) Soltar a correia accionadora do gerador. O circuito está aberto ou em curto-circuito. Regulador IC avariado. Bateria falhou. Circuito de terra aberto. Regulador IC avariado. A lâmpada indicadora de carga está fundida ou o fusível está fundido. Ajustar a tensão da correia ou substituí-la. Reparar o circuito aberto ou em curto-circuito. Substituir o regulador IC. Substituir a bateria. Reparar o circuito de terra aberto. Substituir o regulador IC. Reparar ou substituir a lâmpada indicadora de carga/o fusível. Interruptor da ignição avariado Substituir o interruptor da ignição. O circuito de terra do gerador está aberto ou em curtocircuito. Regulador IC avariado. O cabo da bateria está corroído ou danificado. Lâmpada indicadora de carga não apaga as luzes depois de se ligar o motor Cablagem avariada. Soltar a correia accionadora do gerador. Reparar o circuito. Substituir o regulador IC. Reparar ou substituir o cabo da bateria. Ajustar a tensão da correia ou substituí-la. Reparar a cablagem. 2.7

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35 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor 3 SISTEMAS DE GESTÃO ELECTRÓNICA DO MOTOR O QUE É A GESTÃO ELECTRÓNICA Nos tempos presentes tem-se vindo a verificar um aumento bastante significativo do nível de complexidade das viaturas. Desde os acabamentos até ao motor, verifica-se que há um esforço significativo para aumentar o conforto, segurança e performance, sem descuidar no entanto, o consumo e protecção ambiental. Com este aumento da exigência imposta à tecnologia de uma viatura, satisfazendo assim o cliente, ter-se-á que recorrer a sistemas capazes de proceder ao tratamento desta informação de uma forma rápida e eficaz. Para estas aplicações serem viáveis, como já referido, recorre-se a processos mais evoluídos que permitam estabelecer um controlo do processo criado e tratar todo o tipo de informação que é gerada, assim como mediante essa informação actuar nos parâmetros correspondentes. Numa definição simples, poder-se-á definir gestão electrónica, como sendo um circuito electrónico, autónomo, com um determinado número de entradas e de saídas, e que quando excitada/alterada a(s) entrada(s), e de acordo com o programa contido na memória, irá actuar a(s) saída(s) necessárias que por sua vez, irão dar uma nova informação à central, realimentar as entradas de modo a obter/manter o resultado expresso na memória. Nos veículos com gestão electrónica a programação da memória traduz-se num mapa cartográfico. Por exemplo, o mapa cartográfico da figura 3.1 não é mais do que um mapa tridimensional que traduz o comportamento da viatura em função do regime do motor, linha 1, e da carga do mesmo. Estes comportamentos vão determinar o ângulo da ignição. Com os mapas cartográficos de avanço electrónicos teremos o mesmo comportamento eléctrico, para as mesmas situações, situações essas que são definidas como estados ou pontos de funcionamento. Estes mapas são elaborados pelos fabricantes de acordo com as capacidades da viatura e dos estudos realizados. Fig. 3.1 Mapa cartográfico da ignição 3.1

36 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor Genericamente, a gestão electrónica numa viatura funciona do seguinte modo: quando se carrega no acelerador, existe um movimento do potenciómetro da borboleta, que vai permitir que a central reconheça a acção desencadeada pelo condutor, através de uma variação de tensão. A central, ao obter esta informação, em tensão, e de acordo com o processo de aprendizagem, programa ou mapa cartográfico, irá então aumentar ao tempo de injecção, até ao valor que está expresso na memória. No caso de o motor se encontrar numa fase de desenvolvimento, que será detectado pelos sensores de rotação, estes irão actualizar a central com uma informação evolutiva do processo, que por sua vez irá comandar o(s) actuador(es) até que o sistema fique no ponto de funcionamento que o condutor deseja, e que dentro do possível se mantenha esse equilíbrio. Um sistema de gestão electrónica, nada mais é do que um circuito gerido por uma central, Unidade Electrónica de Comando, UEC, que tendo em conta os valores que se apresentam na sua entrada, parâmetros de entrada, valores esses gerados pelos sensores em tensão, frequência, corrente, ou noutra forma de informação, e seguindo um programa preestabelecido, vai desencadear acções que vão resultar na acção dos actuadores, parâmetros de saída, que por sua vez vão dar origem a um novo valor pela parte do sensor que será apresentado novamente à UEC que definirá novamente o que fazer, baseada no programa e assim sucessivamente (figura 3.2) Unidade electrónica de comando; 2 Potenciómetro da borboleta; 3 Medidor de massa de ar; 4 Auxiliar de ralenti; 5 Sensor de temperatura do ar; 6 Válvula do filtro de carvão activo; 7 Válvula de entrada de ar no filtro de carvão activo; 8 Filtro de carvão activo: 9 Sensor de pressão absoluta: 10 Válvula de controlo de EGR; 11 Sensor de pressão de combustível; 12 Injector; 13 Válvula de retorno dos gases de escape (EGR); 14 Filtro de combustível; 15 Bobina de ignição; 16 Sensor de fase; 17 Sensor de detonação; 18 Sensor de temperatura do líquido refrigerante; 19 Sensor de posição angular da cambota; 20 Bomba de ar secundária; 21 Válvula de ar; 22 Sonda lambda; 23 Sensor de aceleração da carroçaria; 24 Sensor de pressão do depósito de combustível; 25 Bomba eléctrica de combustível; 26 Interface de diagnóstico; 27 Lâmpada de diagnóstico Fig. 3.2 Circuito de um sistema de gestão electrónica 3.2

37 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor Para a gestão de um sistema de injecção/ignição, a central terá que analisar sistematicamente elementos que tenham em conta a quantidade de ar admitida, sua temperatura, temperatura do motor, rotações, e outros elementos que prevejam casos particulares de funcionamento do mesmo, tal como o sensor de detonação. A gestão electrónica veio permitir um controlo mais eficaz sobre os sistemas dos veículos, em função da informação dos sensores. Tem-se, deste modo, a vantagem de possuir sistemas com mais variáveis de entrada permitindo um controlo mais sofisticado de um modo mais simples, o qual leva a uma melhor performance do motor tirando desde cedo o melhor rendimento de um modo calculado, permitindo assim levar ao máximo o esforço do motor sem causar qualquer tipo de dano VANTAGENS/DESVANTAGENS As vantagens de um sistema que possui gestão electrónica são inúmeras: Redução no consumo com sistemas deste tipo pode obter-se uma redução significativa no consumo, uma vez que estamos perante um sistema controlado autonomamente, que se adapta a novos pontos de funcionamento do motor. Arranque facilitado uma vez que a UEC tem, inicialmente a informação da temperatura do motor, calcula a quantidade de combustível necessária para o arranque, evitando desgaste no motor de arranque. Maior potência um aumento de potência na ordem dos 10%, é alcançado, face ao sistema convencional, carburador. A UEC leva a cabo uma mistura controlada, adaptando-a a cada momento às exigências do condutor e às capacidades do motor. Tendo em consideração os vários sensores que dão informação a UEC, esta efectua um controlo permanente da dosificação, obtendo como resultado final uma maior potência do motor. Acelerações imediatas na sequência do que foi dito anteriormente, existindo a cada momento uma melhor dosificação, a viatura encontra-se mais apta a realizar uma alteração ao seu estado de rotação, levando com que o motor altere de regime com maior facilidade e rapidez. Protecção ambiental todas as medidas colocadas em prática vão de encontro à melhoria da qualidade do meio ambiente. Com este tipo de gestão tem-se um maior controlo de todo o processo de combustão, face a num sistema convencional, que terá como uma das consequências uma menor libertação de gases nocivos. Em sistemas bastantes mais evoluídos podemos ter um controlo independente a cada cilindro, permitindo assim a mistura correcta de uma forma individualizada, diminuindo ainda mais o consumo, respeitando o meio ambiente. 3.3

38 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor 3.3 SISTEMA DE IGNIÇÃO Num motor de combustão interna a gasolina, a inflamação da mistura admitida é produzida por uma faísca que salta entre os dois ou mais pólos da vela. Para que haja faísca, isto é, para que a corrente atravesse a mistura fortemente comprimida, é necessário que uma tensão de 6000 a volts seja desenvolvida. Esta corrente de ignição geralmente é produzida por um sistema de ignição. Este consiste num conjunto de componentes que utilizam a corrente fornecida pela bateria de acumuladores (12 Volts). Esta corrente da bateria é transformada em corrente de alta tensão e, depois, distribuída às velas do motor Sistema de ignição convencional (com platinados) Para se compreender melhor o funcionamento do sistema de ignição, apresenta-se o sistema convencional, cujo princípio de funcionamento se mantém nos outros sistemas mais recentes. O sistema de ignição convencional é constituído pelos seguintes órgãos: Bateria (Fig. 3.3), que fornece energia eléctrica ao sistema. Fig Bateria Interruptor ou chave de ignição (Fig. 3.4), que permite ligar ou desligar o sistema de ignição da bateria, ligando ou desligando o motor. Fig Interruptor de ignição 3.4

39 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor Bobina (Fig. 3.5), que transforma a corrente de baixa tensão da bateria, geralmente 12 V, em corrente de alta tensão, V ou mais, para que se produza uma faísca intensa. Algumas bobinas especiais atingem V. Fig Bobina Condensador (Fig. 3.6), que evita que se produzam faíscas nos platinados e intensifica a faísca de ignição. Fig Condensador Ruptor (Fig. 3.7), que controla o momento em que as faíscas devem ser produzidas. Fica geralmente instalado no interior do distribuidor. Dele fazem parte os platinados. Fig Ruptor Distribuidor (Fig. 3.8), que distribui a corrente de alta tensão pelos diferentes cilindros do motor. É constituído pelo rotor e pela tampa do distribuidor. 1 Tampa do distribuidor 2 Rotor Fig Distribuidor 3.5

40 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor Mecanismos de avanço (Fig. 3.9), que controlam os momentos em que devem saltar as faíscas, em função da velocidade de funcionamento do motor e da carga a que está submetido. Estão instalados no corpo do distribuidor. 1 Mecanismo de avanço mecânico 2 Mecanismo de avanço por vácuo ou depressão Fig Mecanismos de avanço no distribuidor Cabos (de baixa e de alta tensão) (Fig. 3.8), que estabelecem as ligações eléctricas entre os vários órgãos anteriormente mencionados. Fig Cabos de vela 3.6

41 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor Velas, (Fig. 3.11) que produzem as faíscas no interior das câmaras de combustão, por forma a incendiarem a mistura ar/combustível. A mistura oferece uma resistência importante à passagem de corrente. Esta resistência será tanto maior quanto mais afastados estiverem os eléctrodos da vela, quanto mais rica for a mistura admitida e quanto mais elevada for a compressão. Para inflamar a mistura, entre os eléctrodos da vela a tensão deve, no mínimo, atingir um valor de 6000 volts. O eléctrodo central da vela é isolado, de modo a poder suportar estas tensões elevadas. A extremidade dos eléctrodos é composta por uma liga de tungsténio que resiste à temperatura do arco eléctrico. Em funcionamento, a parte interna da vela deve atingir uma temperatura entre 500ºC e 850ºC. Esta temperatura permite: 1) Aquecer a mistura situada na proximidade dos eléctrodos, de modo a produzir uma queima que se propaga através da massa de gás, no momento da ignição; 2) Queimar todas as partículas de carbono, vestígios de carburante e lubrificante que porventura se tenham depositado nos eléctrodos. Assim, o eléctrodo central permanece limpo e o isolante interno seco. Quando a temperatura da vela é muito baixa, a ignição é fraca; o isolamento dos eléctrodos leva rapidamente ao curto-circuito e à supressão de ignição. Quando a temperatura da vela é muito elevada, produz-se uma auto-ignição da mistura gasosa durante a compressão. Fig Vela de ignição 3.7

42 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor O fenómeno de indução magnética é de grande importância no funcionamento do sistema de ignição. Como foi referido, a bobina de ignição é o elemento encarregado de transformar a electricidade de baixa tensão em corrente de alta tensão. No interior da bobina existe um núcleo de ferro sobre o qual se encontra enrolado o chamado enrolamento secundário. Este consiste numa grande quantidade de espiras (entre a ) de fio de cobre muito fino, de grossura inferior à de um cabelo (6 a 8 centésimos de mm), todas elas isoladas entre si através de verniz isolador que envolve toda a superfície do condutor. Neste enrolamento será gerada corrente de baixa intensidade e elevada tensão. Sobre este enrolamento secundário, encontra-se o enrolamento primário, formado por um conjunto de espiras de um fio de cobre com secção superior ao enrolamento secundário e com um total de 250 a 300 espiras. Este enrolamento é alimentado pela bateria e portanto, sujeito a uma tensão de 12V, aproximadamente. Quando este enrolamento é alimentado, cria-se um fluxo magnético através do núcleo de ferro, semelhante a um electroíman. Uma variação deste campo magnético gerado vai induzir uma corrente no enrolamento secundário. Como o fio deste enrolamento apresenta uma menor secção e uma maior quantidade de espiras, a corrente lá gerada apresenta baixa intensidade e elevada tensão. Por exemplo, se o enrolamento secundário tiver espiras e o enrolamento primário apenas tiver 10 espiras, então a tensão induzida no secundário será 1000 vezes superior à tensão do primário (10000/10 = 1000). Isto é, se aplicarmos 12 V no enrolamento primário, obteremos 12 mil Volt no enrolamento secundário, partindo da hipótese que a eficiência de transformação é de 100% (Fig. 3.12). Fig Representação esquemática dos enrolamentos primário e secundário 3.8

43 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor Por outro lado, esta corrente gerada será tanto mais importante quanto mais brusca for a variação do campo magnético. Esta variação é originada pelo corte da alimentação ao enrolamento primário. Assim, cada vez que se dá esse corte, o fluxo magnético decresce abruptamente, induzindo uma corrente de elevada tensão no enrolamento secundário, devido à sua grande quantidade de espiras. O corte da alimentação ao enrolamento primário é efectuado através de um interruptor com platinados. Quando os contactos dos platinados estão fechados, a corrente passa pelo primário da bobina e cria este campo magnético que se referiu. Ao abrirem-se os contactos, o campo varia bruscamente, produzindo a corrente da alta tensão no enrolamento secundário. Esta, por sua vez, é conduzida até à vela de ignição e, ao saltar entre os eléctrodos da vela, origina a faísca que inflama a mistura comprimida no interior da câmara de combustão do motor (Fig. 3.13). Fig Esquema de funcionamento do sistema de ignição convencional. Durante o tempo de fecho dos platinados (quando o enrolamento primário está a ser alimentado) dá-se a magnetização da bobina, que tem que ser suficiente para que a corrente induzida no secundário seja forte e consequentemente, a faísca produzida nas velas seja intensa. O condensador já referido anteriormente é instalado entre os platinados (em paralelo com o interruptor) para absorver picos de corrente e evitar que se produzam faíscas nos mesmos, reduzindo o seu desgaste e melhorando a qualidade da faísca na vela de ignição. A abertura dos platinados é controlada por uma came que roda solidária com a árvore de cames. Assim, quando um pistão se aproxima do ponto morto superior, na fase de compressão, a came abre os platinados e gera-se a corrente de elevada tensão no enrolamento secundário, que é encaminhada para a vela do cilindro respectivo, através do rotor do distribuidor e cabos de alta tensão. Fig Pormenor da came e platinados 3.9

44 Sistemas de Gestão Electrónica do Motor Sistema de ignição com ajuda electrónica (com platinados) O ruptor dos sistemas convencionais era um componente que, além do desgaste rápido dos platinados, dá alguns problemas, originando falhas do sistema de ignição e incorrecto funcionamento do motor, especialmente a altas rotações. Assim, os fabricantes optaram por acrescentar ao sistema um componente electrónico, o transístor, para interruptor da alimentação do enrolamento primário. Neste sistema, o ruptor e seus platinados continuam a existir mas são atravessados por uma corrente de baixa intensidade, de controlo do transístor. O ruptor comanda o transístor, que por sua vez abre ou fecha a alimentação do primário. Para que fenómenos de sobretensão não destruam o transístor, existe um díodo de Zener em paralelo com ele, que conduz a partir de um determinado valor de tensão. O resto do sistema mantém o mesmo funcionamento. Estes sistemas também são vulgarmente conhecidos por sistemas de ignição transistorizada. Fig.3.15 Sistema de ignição com ajuda electrónica (com platinados) O uso de componentes electrónicos nos sistemas de ignição permite uma maior duração destes, uma vez que os platinados ficam sujeitos a correntes inferiores e a eficiência geral do sistema melhora. 3.10