ALIMENTAÇÃO DA INJEÇÃO ELETRÔNICA E SEUS DEFEITOS

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1 ALIMENTAÇÃO DA INJEÇÃO ELETRÔNICA E SEUS DEFEITOS Se um componente eletrônico não funciona, a primeira coisa que se deve questionar é se este está devidamente alimentado, e não basta apenas verificar os fusíveis. Em muitos casos o módulo de injeção e componentes adjacentes é alimentado pelo relê principal, o qual é ativado pelo próprio módulo no momento que um de seus bornes recebe +12V (linha 15) através da chave de ignição. A ligação do bloqueador antifurto nesta linha não é recomendado pelos fabricantes de veículos, porém é uma prática muito comum que causa um alto índice de falhas. Neste caso a dica é conferir a tensão de alimentação durante a partida, já que a medição estática, somente chave de ignição na posição de contato, nem sempre se constata a anormalidade. Também, emenda mal feita nesta linha freqüentemente causam paradas repentinas do motor de maneira intermitente. Além disso, o funcionamento do módulo depende de uma alimentação permanente do positivo da bateria (linha 30) que mantém um bloco de circuito responsável por sistemas auxiliares como: memória de diagnóstico, bus de dados e outras funções internas do módulo. Tão importante quanto a linha 15, a falta desta alimentação permanente impede o funcionamento do sistema de injeção e ainda pode bloquear a comunicação com o scanner de diagnóstico. Após desligar a chave de ignição, nesta configuração ilustrada, é possível a realização da função conhecida como powerlatch, que mantém o sistema de injeção alimentado pelo relê principal por alguns segundos ou vários minutos para a execução das funções de autoadaptatividade. Tenha em conta, sempre que se constate a perda de comunicação com o scanner ou irregularidades na luz indicadora do sistema, a primeira providência é conferir a tensão de alimentação do sistema. E não se esqueça a linha de alimentação do negativo, formado por um ou mais condutores ou ainda a própria carcaça do módulo, deve ser solidamente fixado ao chassi. Fique atento, pois em alguns casos as linhas do negativo são separadas de acordo com a função a ser alimentada, por exemplo: negativo da eletrônica do módulo, negativo de sensores, negativo de potência (bobina de ignição, injetores, etc.). w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 1

2 Porém em outros casos, mesmo possuindo vários fios de ligação (veja o diagrama acima) eles estão unidos internamente no módulo pelo circuito impresso. Independente do caso, geralmente estas ligações são conectadas ao chassi (ligação à massa) e costumam falhar devido a mau contato no ponto de massa específico ou nas cordoalhas que são fixadas nos agregados, como: caixa de cambio, bloco do motorchassi, bateria-chassi. O módulo de injeção pode funcionar com alimentação entre 8 e 17 V e a queda de tensão acentuada, principalmente durante a partida, pode causar distúrbios nas funções do módulo como: panes no imobilizador, travamento da função de adaptação de combustível, entre outros. Caso se constate uma queda de tensão acentuada na alimentação o profissional deve fazer o diagnóstico mais amplo envolvendo a bateria, alternador, motor de partida e seus respectivos cabos de ligação. O diagrama mostrado aqui abrange grande parte dos sistemas de injeção, entretanto sempre avalie previamente a validade do diagrama para o veículo sob teste e também para certificar-se do posicionamento dos fusíveis de proteção. IAW-5NF - DRIVER DA BOBINA DE IGNIÇÃO A quantidade de energia (W) que uma bobina de ignição pode armazenar é um fator muito importante para proporcionar a queima da mistura ar/combustível, e pode ser calculada pela fórmula abaixo: (W = ½ L I²) É uma relação diretamente proporcional à indutância (L) e o quadrado da corrente primária (I) da bobina de ignição. Consecutivamente a corrente primária deve ser controlada com precisão, afim de, garantir o desempenho ideal e preservar a bobina de ignição contra sobrecargas térmicas. A relação de indutância por resistência do primário destaca a constante de tempo (constante de tempo = L/R) para que a corrente alcance 63% da corrente máxima da bobina. Vale lembrar que a corrente máxima é aquela obtida pela lei de Ohm (I=U/R). Em linhas gerais, bobinas de alta potência requerem pulsos com 2 a6 milissegundos de ciclo ativo para regular a corrente primária. Para desempenhar esta tarefa o sistema de controle do motor IAW-5NF possui dois drivers bastante interessantes para comandar a bobina de ignição dupla, o circuito integrado VB025SP fabricado pela ST Microelectronics. DRIVERS DA BOBINA DE IGNIÇÃO, MÓDULO IAW-5NF As principais características são: limite de corrente, proteção contra alta temperatura, diagnóstico de corrente da bobina, limite de tensão primária. O sinal lógico de controle, acima de 4 Volts, gerado pelo processador da central de injeção IAW é aplicado ao pino (9) do CI estabelecendo o inicio de circulação da corrente primária com o chaveamento do transistor darlington para ligado, que cresce segundo a indutância da bobina. Ao interromper o sinal lógico de controle, nível de tensão abaixo de 1,9 V, a corrente primária é desligada. A tensão induzida no enrolamento primário ao desligar a bobina de ignição é limitada em cerca de 380 V pelo driver. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 2

3 A corrente primária efetiva é detectada pelo resistor em série (Rs) com a massa de potência. Diagnóstico de corrente da bobina: Um sinal de tensão, cerca de 5 Volts, é emitido pela saída de Diagnóstico, pino (10) do CI, enquanto a corrente primária se mantiver acima de 4,5 Amperes, e pode ser usado pelo processador para detectar a comutação real da bobina. Limite de corrente da bobina: A corrente primária é limitada a 10 Amperes pelo circuito interno do CI e em caso de excessos que resulte em derivações térmicas ela é reduzida para proteger o circuito. A queda de tensão estimada entre o coletor-emissor do transistor darlington é de 1,5 a 2 Volts sob uma carga de 6,5 Amperes. A base do transistor darlington, responsável pela etapa final, está accessível por meio do pino (8) do CI. CONCLUSÃO O uso de uma bobina inadequada vai alterar a corrente primária seja pela condição imposta pelo seu próprio enrolamento ou pelo comportamento interno do CI. Também qualquer falha que resulte em baixofluxo de corrente primária pode ser diagnosticado. Nem sempre encontramos estas informações nos manuais de serviço, e podemos até questionar a sua relevância, mas estou convencido da ajuda que isto representa no diagnóstico de falha do veículo. Espero que o exposto aqui seja suficiente para atender as necessidades básicas do reparador de veículo ou de módulos, caso deseje maiores detalhes consulte o datasheet do fabricante do componente. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 3

4 REPARO DE MÓDULOS DRIVERS Por vezes, frente a uma falha incomum, chegamos a suspeitar que o módulo de controle do sistema seja a causa do problema. Com seus circuitos discretos e sem informação técnica adequada é imaginado como uma caixa preta. Com o alto custo destes componentes e a alta incidência de danos o reparo de módulos eletrônicos conquistou seu espaço no mercado, contrariando a vontade dos fabricantes. Conhecer um pouco mais sobre os drivers das unidades eletrônicas é de grande ajuda para visualizar uma possível falha ou mesmo executar um teste superficial sem necessidade de abrir o módulo. O sistema de gerenciamento eletrônico do motor, dito comumente injeção eletrônica convertem as medições detectadas por meio de sensores em grandezas de controle que se efetuam através dos atuadores. Estas saídas de controle são perpetuadas por meio de drivers, que funcionam como booster ou amplificadores com potência suficiente para ligar/desligar ou controlar a energia dos elementos atuadores. Transistor ou multidriver (chips com várias saídas integradas) é a interface com os atuadores, portanto os elementos mais danificados por freqüentes curto circuitos no componente ou chicote elétrico, razão que alavanca substancialmente o negócio de reparo de módulos. Com a intenção de proporcionar a compreensão mais profunda do reparador, por hora vamos analisar o driver do relê principal do módulo de injeção motronic M 1.5.1, esquematizado abaixo. FUNCIONAMENTO O borne 85 bobina do relê principal - está conectado a uma linha direta com o positivo da bateria (linha 30). O borne 86 saída da bobina do relê - se conecta ao borne 36 da UCE. Para acionar o relê é necessário que haja uma ponte entre os bornes 36 e 2,14 ou 24 - conectados ao negativo da bateria (linha 31). Esta ponte se faz pela junção eletrônica do c-edo transistor T220 ao reduzir a resistência próxima de zero e a série formada pelos resistores R227-R220. Fato que ocorre após ligar a chave de ignição e alimentar com +12 Volts o borne 27da UCE, e circular corrente através do circuito série formado pelo diodo D221, resistor R221, b-e de T220 e resistores R227-R220. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 4

5 PROTEÇÃO DE SOBRETENSÃO Ao desligar a chave de ignição (linha 15), a força contra eletromotriz induzida na bobina do relê ao desconectar o driver, rompe a tensão zener imposta pelo diodo D220, levando o transistor T220 a conduzir novamente, fig. 2B, limitando o pico de tensão em aproximadamente 50 Volts. Esta função permite que a sobre tensão se mantenha a níveis suportados pelo driver. LIMITAÇÃO DE CORRENTE Para aumentar a segurança da operação o driver está protegido contra sobrecarga ou curto circuito com o positivo. O paralelo formado pelos resistores R220-R227 detecta a corrente máxima para T220, aprox. 1 Ampere. Com uma queda de tensão de aproximadamente 0,6 Volts entre a b-e do transistor T221, veja fig. 2 A, se inicia o grampeamento da corrente de excitação de T220 via c-e de T221, impedindo o aumento da corrente através do driver. Idealizados por seus projetistas a eletrônica se consolida em uma infinidade de circuitos, portanto, cada módulo pode conter funções específicas, diferentes das encontradas neste módulo. Informações precisas da sua arquitetura são sonegadas pelo fabricante, mas com algum recurso podemos desvendar o suficiente para o propósito do trabalho. Enfim, conhecer algumas técnicas empregadas é importante para a atribuição de falha e execução de testes plausíveis tanto para o reparador de módulos como para o técnico de campo. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 5

6 REDE CAN BUS NOS AUTOMÓVEIS A eletrônica do automóvel está se tornando cada vez mais complexa, graças a tecnologias avançadas cuja finalidade é controlar todos os dispositivos possíveis. Ignição eletrônica, Injeção Eletrônica, ABS, Sistemas de Conforto, Segurança são exemplos de onde a eletrônica está presente. Desta forma, o conhecimento do princípio de funcionamento dos sistemas automotivos é uma necessidade do profissional da área precisa. O termo "eletrônica embarcada" é comumente utilizado para designar os equipamentos usados em automóveis. No entanto, muito mais que isso, o termo também pode ser estendido a outros tipos de veículos tais como barcos e até mesmo aeronaves. A eletrônica embarcada visa fornecer um sistema inteligente que possa interagir com dispositivos capazes de realizar algum tipo de ação num veículo com sensores que informem quando essas ações precisam ser executadas ou quando não podem. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 6

7 ARQUITETURAS DOS SISTEMAS O modo como os sinais são analisados, processados e a partir de então gerados os sinais de ações podem ter arquiteturas centralizadas ou distribuídas. a) Arquitetura Centralizada Na arquitetura centralizada temos uma ECU central que recebe as informações de sensores e comandos e as processa fornecendo saídas, conforme mostra a figuras 2. Controle por um ECU A ECU contém tanto o hardware como o software para a leitura das entradas, processamento a fornecimento dos sinais de saída. O software é o "programa" que controla o funcionamento do veículo e o hardware consiste nos circuitos que permitem trabalhar com sinais fornecidos por sensores e comandos e que fornecem sinais que podem agir diretamente sobre os elementos efetores. A principal vantagem desse sistema está na simplicidade do hardware que consiste basicamente de sensores e atuadores, uma unidade de processamento (ECU) e os sensores/atuadores que devem ser controlados. A ECU varre constantemente as entradas, fornecendo nas saída os sinais necessários aos atuadores. A principal desvantagem está na necessidade de todo cabeamento convergir para essa unidade, o que além de tornar a fiação volumosa dificulta a manutenção. Outro problema está na possibilidade de se expandir ou alterar o sistema, pois isso exigiria modificação do hardware e do software, o que não é simples. b) Arquitetura distribuída Nessa arquitetura são usadas diversas ECUs colocadas em pontos apropriados do veículo. Cada uma é destinada a execução de determinadas funções atuando sobre determinados sensores e também se comunicando com outras ECUs. Neste sistema também é possível fazer com determinas ECUs apenas leiam as informações de sensores e comandos enquanto que outras apenas controlem atuadores. Um exemplo de arquitetura desse tipo é encontrada no VW Pólo onde cada porta tem sua própria unidade de comando. Essa arquitetura apresenta diversas vantagens. Uma delas consiste na necessidade de pouco cabeamento para o carro, já que as ECUs podem ser instaladas junto aos locais em que devem controlar (sensores e atuadores). w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 7

8 Essa redução do cabeamento também reduz o tempo de manufatura e torna o sistema mais robusto. Menor número de contactos leva a uma menor possibilidade de falhas. Outro ponto importante a ser considerado é que ele permite uma fácil ampliação do sistema, já que apenas uma ECU é alterada. A desvantagem está na necessidade de se ter um sistema segura de comunicação entre as ECUs. Como isso é feito é determinado pelo que se denomina Protocolo de Comunicação. A presença desse protocolo exige um software de controle para a rede, sendo difícil a determinação ideal da velocidade com que cada elemento envie ou receba os dados que devam ser processados. O maior problema que os projetistas de automóveis encontram é criar uma arquitetura que, com um mínimo de custo ofereça as funções que os usuários desejam com o máximo de confiabilidade. ARQUITETURA ELÉTRICA CENTRALIZADA ARQUITETURA ELÉTRICA DISTRIBUÍDA w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 8

9 EXEMPLO PRÁTICO ÔNIBUS AGRALE MA11 - SCANNER SEM COMUNICAÇÃO. Falha de comunicação com o scanner de diagnóstico pode acontecer pela ausência de software adequado ou ruptura na linha de comunicação com a unidade de controle em diagnostico. Considerando que o scanner possua o software necessário e o cabo do equipamento esteja em ordem, resta testar a rede de acesso à unidade de comando do veículo. Para exemplificar compartilho aqui esta experiência em que o scanner não acessava a UCM de um ônibus Agrale série M A 11, cuja comunicação se dá através da linha CAN. A princípio, com a chave de contato ligada, foi medido a tensão da linha CAN-H e CAN-L e ambas estavam com tensões em torno de 2,5 V, normal para este caso. Em um segundo procedimento, com a chave de contato desligada, mediu-se a resistência da rede CAN encontrando um valor de 25K ohms, incompatível com o esperado que seria de 120 Ohms. Ao constatar que a rede havia sofrido reparo próximo ao conector de diagnóstico, foi exposta a fiação onde se nota a inserção de um resistor de valor inadequado, vide imagem abaixo. Para teste, conectou-se em paralelo com o resistor uma década resistiva ajustada para 120 Ohms, tornando possível a comunicação com o scanner. Conector de diagnóstico - Agrale M A11 Substituído o resistor em questão por outro de 120 Ohms a falha foi corrigida. Para enriquecimento segue a imagem obtida com o osciloscópio onde pode ser observada a distorção causada no sinal e que impossibilitava a comunicação com o scanner. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 9

10 Este tópico demonstra que a medição de tensão não foi conclusiva, embora seja uma prática recomendada. Se o osciloscópio fosse usado inicialmente não haveria dúvida quanto ao motivo que impossibilitava a comunicação, entretanto restaria ainda fazer testes adicionais para identificar o que realmente causa tal distorção. Esta experiência nos leva ainda a outro patamar: a próxima vez que confrontar com este tipo de problema teremos mais convicção do que se sucede e que recursos cabem para esclarecer-lo. M as lembre-se, embora pareça óbvio, nem sempre a solução será esta, portanto não vá colocando resistência antes de realizar os testes necessários. SINCRONISMO DA CORREIA DENTADA DO PÓLO 2.0L Sabe-se que ao substituir a correia dentada é necessário colocar o eixo motor e do comando de válvulas na marca de sincronismo ou usar ferramentas para travar o motor, conforme o caso. Um trabalho relativamente simples que pode se complicar devido ao erro de paralaxe ao tomar como referência as marcas nas polias, principalmente se o sincronismo está perdido por danos na correia, por exemplo. As imagens a seguir ilustram o sincronismo das marcas de referência para montar a correia dentada do motor Volkswagen sigla BBX 2.0l usado no Pólo. Dica: Para evitar o erro de paralaxe use um pino guia para alinhar as marcas. Como precaução o técnico deve ter sempre uma medida alternativa caso surja algum inconveniente. Quem possui um osciloscópio de dois canais a imagem dos sensores de fase e rotação obtidas como referência facilita a conferência e pode poupar muito trabalho se ocorre algum transtorno. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 10

11 ERROS QUE ABORDAM A SONDA LAMBDA Muitos pensam que os erros de sonda lambda que ficam registrados freqüentemente na memória de defeito do sistema de injeção é a causa do mau funcionamento de um motor, e inclusive substituem inutilmente a sonda lambda. A falta de êxito nestes casos é algo que merece reflexão. Inicialmente os sistemas de injeção eletrônica não possuíam sonda lambda, ela foi implantada posteriormente para atender leis mais severas de controle de emissões de gases poluentes e reduzir o consumo de combustível. A figura que segue ilustra de forma simplificada o controle da sonda lambda no funcionamento da injeção eletrônica tradicional (mono combustível), entenda o processo. Com base na informação do sensor de carga (massa de ar admitido versos rotação do motor) e temperatura do motor a unidade de comando do sistema de injeção (UCM ) calcula a quantidade de combustível necessária para o correto funcionamento do motor, expresso por meio de um pulso de curta duração que regula a abertura do injetor de combustível. O volume de combustível injetado é produto do tempo de duração do pulso (ti tempo de injeção) e pressão do combustível. Ar e combustível são aspirados para o interior dos cilindros do motor e após comprimidos se inflamam pela centelha da vela de ignição. A queima da mistura ar/combustível gera gases residuais que são expelidos através do escapamento do motor. O oxigênio presente nestes gases, o único a ser detectado pela sonda lambda, é determinante para estabelecer a eficiência da combustão e para calcular o fator de correção (tc). O tempo de injeção corrigido torna a mistura ar/combustível ótima de maneira que os gases residuais da combustão sejam processados adequadamente pelo catalisador. O teor de oxigênio elevado, detectado pela sonda lambda no escapamento, pode indicar que volume de combustível injetado é pequeno, e para corrigir, o tempo de injeção (ti) é aumentado somando-se o tempo de correção calculado (tc). Da mesma forma a escassez de oxigênio pode representar um volume alto de combustível injetado, portanto agora a correção se faz deduzindo do tempo de injeção (ti) o tempo de correção apurado. O fator de correção máximo é cerca de +/-20 % do tempo de injeção principal (ti) e geralmente é incapaz de causar falha acentuada no funcionamento do motor. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 11

12 CONCLUSÃO A regulagem da mistura através da sonda é uma ação secundária, que tenta consertar irregularidades ocorridas na combustão. A sonda lambda pode ser usada como feedback do processo de combustão. Evidentemente qualquer problema que afeta a combustão do motor recai sobre a regulagem proporcionada pela sonda lambda. Ao alcançar o limite de compensação estipulado no sistema, a conseqüência será a suspensão da regulagem da mistura e registro de um erro que aborda a sonda lambda. Mecânica do motor, fuga de ar na admissão, defeitos nos injetores de combustível, qualidade do combustível, pressão de combustível, sensores de carga e temperatura do motor, falhas de ignição, entre outros são problemas freqüentemente identificados como elementos que provocam problemas de combustão e afetam a regulagem desempenhada pela sonda lambda. A sonda pode sofrer danos conseqüentes de defeitos da combustão, entretanto em grande parte deles, após serem sanados, a sonda volta a operar normalmente. Pense nisso na próxima vez que encontrar um erro que aborda a sonda lambda memorizado no sistema de injeção. Além disso, somente substitua a sonda após testar-la minuciosamente, assim como qualquer outro componente. w w w. m e c c o m e l e t r o n i c a. c o m Página 12

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