Sistemas de medição de ar admitido (Parte 1)

Sistemas de medição de ar admitido

Esses sensores são cruciais para garantir que o motor opere de maneira eficiente, mantendo a mistura na proporção correta para a condição de operação atual. Isso não apenas otimiza o desempenho do motor, mas também ajuda a reduzir as emissões de poluentes

 

artigo por Diego Riquero Tournier   fotos Arquivo Bosch

Os motores a combustão de ciclo Otto estão cada vez mais eficazes na obtenção de uma combustão completa, principalmente por conta da maior precisão da mistura ar-combustível.

Com isso, podemos concluir que para a elaboração de uma mistura ideal é necessário contar com alguns sistemas ou métodos de medições para que o sistema defina a forma precisa da dosagem correta do combustível que se combine com a proporção certa do ar.

Nesse sentido, e agora falando especificamente da quantidade de ar admitido pelo motor, existem basicamente dois métodos para realizar essa tarefa: diretos e indiretos. A diferença entre eles define a capacidade que cada sistema tem de gerir o ar (Air management), para fornecer para a unidade de controle do motor (ECU), um valor já calculado pela massa de ar admitida pelo motor.

Reparem que estamos falando de um valor expressado em unidades representativas de massa (peso), sendo a unidade básica de medição a grama (g) e utilizando os múltiplos e submúltiplos para medir objetos de massas maiores ou menores.

Desta forma, para que a ECU consiga calcular de forma direta a quantidade de ar que está sendo admitida pelo motor, ela precisa, antes, receber a informação de massa de ar para uma determinada unidade de tempo; exemplo: 3g/seg. (3 gramas por segundo), valores que podem ser facilmente constatados com a utilização de um scanner em modo de leituras de parâmetros (para os veículos que incorporam sistemas de medição direta) e quando comparados com os valores de referência em função da situação de carga e giro do motor.

Nesta entrega, para compreender a lógica de funcionamento de um dos tipos de medição, vamos começar estudando o método de medição indireta – Speed Density.

 

Conceito Speed Density:

Trata-se de um método de medição da densidade do ar em um sistema de injeção de combustível que utiliza sensores para medir variáveis ​​como a pressão absoluta do coletor de admissão, a temperatura do ar de admissão, a rotação do motor e outras informações relevantes para estimar a massa de ar que está entrando no motor em um determinado momento.

O termo “speed density” é usado em contraste com outro método de medição de ar, conhecido como “mass air flow” (MAF), que utiliza um sensor de fluxo de massa de ar para medir diretamente a quantidade de ar que entra no motor. Ambos os métodos têm suas vantagens e desvantagens, e a escolha entre eles depende das especificações do veículo e dos requisitos de engenharia.

 

Entre as magnitudes estão:

Velocidade; determinada pelo giro do motor RPM.

Densidade; determinada pelo conceito de carga do motor

 

Como mostra a representação da figura 1, o sensor de pressão do coletor de admissão MAP (manifold absolute pressure sensor) e o sensor de rotação (CKP) são os principais protagonistas dentro da estratégia Speed Density.

Para entender melhor o funcionamento é importante destacar o conceito de “carga do motor”; neste sentido, podemos considerar a “carga” como a capacidade de enchimento do volume do cilindro (eficiência volumétrica) e a capacidade de colocar a maior ou a menor quantidade de ar no cilindro, essa função pode variar em função de diversos fatores. Porém, os números mais relevantes para uma base de cálculo estão representados pela velocidade do deslocamento dos pistões (medida indiretamente medida pelo sensor de RPM) e a pressão reinante no coletor de admissão, valor mensurado pelo sensor MAP.

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Justamente sobre a pressão do coletor de admissão podemos ressaltar que em um motor de ciclo Otto, normalmente aspirado (sem turbo), existem dois tipos de pressões que se combinam durante o funcionamento. Por um lado, no ambiente acima da borboleta de aceleração se encontra a pressão atmosférica, e por outro lado, abaixo da borboleta de aceleração se encontra uma pressão negativa (vácuo), gerada pelo movimento descendente dos pistões do motor durante o curso da admissão.

Esta pressão negativa (vácuo) é o que permite a entrada do ar no motor; só que, durante o funcionamento normal do motor, na medida que a velocidade dos pistões varia em harmonia com a posição da borboleta, ocorre uma mistura de pressões (positivas e negativas), dentro do coletor de admissão. O produto da entrada, pressão atmosférica, que se mistura com a depressão provocada pelos pistões fornece uma nova condição de pressão, denominada de pressão absoluta.

Esta pressão absoluta é uma informação de extrema importância para que a ECU do motor consiga calcular a condição de carga do motor.

Desta forma, a velocidade dos pistões (Sensor de RPM) e pressão absoluta do coletor de admissão (sensor MAP) são os sinais mais importantes para o cálculo da lógica do Speed Density. Porém, existem outras informações complementares como a temperatura do Ar admitido, posição da borboleta e o fator lambda, das quais serão levadas em consideração para a realização dos ajustes de cálculo do Ar admitido.

Na figura acima, é possível ver o comportamento das pressões dentro coletor de admissão, sendo estes valores obtidos a partir de leituras com scanners automotivos ou com o auxílio de um osciloscópio através do sinal do sensor MAP.

Na figura 2 estão representadas com a cor azul a pressão do coletor (sinal do sensor MAP) e com a vermelho, a posição da borboleta de aceleração.

Desta forma, é possível constatar o comportamento dinâmico do sensor MAP, conforme a variação da posição da borboleta de aceleração e a consequente mudança nas RPM do motor, fatores que incidem diretamente na pressão reinante no coletor de admissão.

Dessa forma, é possível obter referências das pressões do coletor de admissão para um veículo específico, em condições de aceleração, desaceleração e marcha lenta. Com relação ao diagnóstico, a figura abaixo mostra a forma de realizar as medições em sensores MAP.

Os sensores de pressão (exemplo sensor MAP), trabalham com o princípio piezo resistivo, onde um elemento sensor (semicondutor), modifica sua resistência elétrica quando sofre uma deformação produto das mudanças das pressões reinantes no coletor de admissão.

Os valores de leitura do sensor MAP são muito importantes durante o processo de diagnóstico, já que a partir deles, é possível identificar problemas mecânicos, como fugas de válvulas ou até motores fora do ponto de sincronismo.

Os sensores MAP são conhecidos como sensores conjugados, já os que estão dentro da mesma peça, o sensor de pressão e um sensor de temperatura do Ar, como na figura 3, com um conetor de 4 pinos (exemplo genérico), no qual é possível identificar os pontos para realizar medições com multímetros ou osciloscópios.

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