Na prática: o diagnóstico do Common Rail – Parte 1

Conceitos práticos de diagnóstico baseados no conhecimento da estratégia de funcionamento de um sistema Common Rail

Este treinamento foi desenvolvido a partir do curso sobre o sistema Common Rail oferecido por André Bernardo, da Design Mecânica, e Celso Corsino, especialista em desenvolvimento de sistemas e programação de softwares de injeção eletrônica em motores Diesel no Brasil e exterior. 

Introdução

Antes de tudo, esclarecemos aos iniciantes que um sistema de injeção eletrônica Diesel nomeado “Common Rail” é basicamente aquele que utilizada um tubo distribuidor de combustível comum a todos os bicos injetores, como num motor ciclo Otto. Para motores em “V” podem ser utilizado mais de um tubo, um para cada bancada de cilindros, mas com a mesma pressão de trabalho.

A vantagem é a alta pressão e velocidade de injeção, que possibilitam o uso de estratégias que auxiliam na redução de ruídos, consumo e desempenho. O módulo reconhece a velocidade do motor e faz a injeção no momento e quantidade ideal para que se consiga extrair o melhor resultado, levando em consideração informações sobre a densidade do ar admitido, carga e temperatura do motor.

A pressão é ajustada conforme fluxo gerado por uma bomba rotativa, acionada pelo motor, e um regulador controlado pelo módulo que dosa a quantidade de combustível admitida pelos pistões da bomba ou cria uma restrição na saída. 

A vazão é controlada alterando a capacidade volumétrica dos cilindros da bomba de alta pressão. Esta é alimentada por uma bomba de transferência que retira o combustível do tanque e o faz passar por um filtro, podendo ser elétrica, no tanque, ou mecânica, acoplada a bomba de alta pressão.

Estratégias

Cada motor possui sua estratégia de funcionamento que pode variar muito de uma para a outra. Portanto é imprescindível que identifique a estrutura do sistema instalado antes de iniciar um diagnóstico. O reconhecimento visual dos componentes já dará uma diretriz aos testes que deverão ser efetuados, inicialmente.

Caso o defeito seja mais complexo, uma avaliação da estratégia de funcionamento é o caminho mais seguro e rápido de identificar a causa. As estratégias citadas aqui são específicas para cada modelo ou vale para uma grande maioria, mas cada caso novo deve ser estudado e a informação necessária pode ser adquirida através dos seguintes meios:

- Buscas na internet;

- Fóruns de discussão;

- Treinamentos (aproveite para ampliar a rede de contatos);

- Manuais Técnicos.

As informações mais relevantes ao diagnóstico são:

• Forma de alimentação e sinais de cada sensor e atuador;

• Tipo de bomba de alta pressão e transferência – onde também estão instalados os atuadores de controle de pressão e fluxo de combustível;

• Tipos de bicos injetores, valores de pressão do rail nas diversas fases do motor.  Podem ser eletromagnéticos ou piezoelétricos, que no Brasil são utilizados apenas na Ford Ranger.

Os valores de pressão no Rail são determinados na estratégia de funcionamento para as diversas fases do motor.

Situações de emergência – Como o sistema reage ao reconhecer a falha ou perda de sinal de um sensor.

Acompanhe a seguir um vídeo sobre os componentes do sistema de injeção Common Rail que equipa a Ford Transit:

Ajuste fino do motor

Para avaliar se o motor está “redondo” a central analisa através da comparação dos valores de rotação do motor em pontos determinados qual a aceleração obtida após uma queima. É definido em projeto que, se o motor queimar determinada massa de ar em determinada condição, irá ocorrer  “x”aceleração da árvore de manivelas.

Mesmo que o melhor valor não seja obtido, busca-se manter todos os cilindros com aceleração próxima para que o motor se mantenha equilibrado.Essa tática também pode ser utilizada para medir o torque que está sendo gerado pelo motor.

Na ausência do sensor de fase, a central não pode recorrer a injeção de combustível em todos os cilindros como num motor ciclo Otto, então faz a injeção apenas no primeiro cilindro a cada volta do motor e aguarda a aceleração da árvore de manivelas, quando isso acontece, passa a realizar a injeção de modo seqüencial novamente.

Alguns motores trabalham com sonda lambda de banda larga. Os valores fornecidos por esse tipo de sonda só podem ser analisados via scanner ou osciloscópio.

Bicos injetores com série

A quantidade de combustível injetada em cada injeção num motor de ciclo Diesel determina de forma direta qual será a força da explosão, consequentemente a aceleração da árvore e o torque gerado. O ponto (momento) em que a injeção é feita irá determinar a qualidade da queima no cilindro, e então a emissão de fumaça e poluentes, além do desempenho.

Cada sistema tem uma tolerância para a diferença entre a quantidade de combustível injetado determinado em projeto (nominal) e aquela que acontece realmente. Com as exigências quanto ao nível de emissões, essa tolerância precisou ficar mais estreita. Então os bicos injetores de veículos como Toyota Hilux e Renault Master são classificados por classe de acordo com a diferença de vazão em relação ao “ideal”. A central deve ser informada da classe de cada injetor e a sua posição para efetuar as devidas correções na injeção. Sempre que remover um injetor que possua classe, marque sua posição para a reinstalação.

Caso faça a substituição, será preciso levar  a um scanner específico para passar a informação a central. A falta deste procedimento irá deixar o motor “quadrado” e marcha lenta.

Peak and Hold

Como dica, nunca retire o conector  do eletroinjetor  quando o motor estiver em funcionamento. Este procedimento poderá causar a queima da bobina do eletroinjetor ou danificar o drive da central de injeção que comanda os eletroinjetores.

Durante o funcionamento de um eletroinjetor “Common Rail”, são gerados níveis de tensão bem acima dos 12 volts da bateria, para a abertura do eletroinjetor. Por que isto pode ocorrer?  veja a explicação a seguir:

Os eletroinjetores utilizados na área automotiva, podem ser de dois tipos:

- Baixa impedância: normalmente entre 2 de 3 ohms.

- Alta impedância: normalmente acima de 10 ohms.

Para  aplicações como injeção direta a gasolina e Diesel “common rail”,são usados injetores de baixa impedância devido à necessidade de respostas rápidas de abertura do injetor.

Para utilizar injetores de baixa impedância é necessário aplicar uma técnica de controle da corrente, chamada Peak and Hold.

Nesta técnica, é aplicada uma tensão (aproximadamente 80 Volts) na bobina do eletroinjetor e o nível de corrente é controlado até um certo limite (peak threshold) .

Na sequência, a tensão cai até o nível de tensão da bateria ( aproximadamente 12 Volts) e o controle de corrente  é mantido para que o injetor  permaneça aberto. (hold threshold).

Este processo se repete durante todo o funcionamento do motor, gerando no circuito um nível de tensão bem maior que os 12 volts existentes na bateria.

A comutação de cargas indutivas,ou seja, ligar e desligar dispositivos que internamente possuam uma bobina, pode levar  a um transiente de sobretensão.Este transiente pode gerar a queima do drive que comanda os eletroinjetores.  Por isso não corra riscos retirando os conectores elétricos dos eletroinjetores.