A evolução dos módulos de gerenciamento do motor (ECUs) nos sistemas de injeção direta

A principal diferença entre o sistema de injeção convencional ou indireta e a injeção direta, é o local onde o combustível é injetado. Diferentemente dos motores de injeção eletrônica indireta, em que o combustível é injetado no coletor de admissão, no sistema de Injeção direta o combustível é injetado diretamente na câmara de combustão. Além disso, graças ao gerenciamento eletrônico, todo o processo de distribuição de queima é feito na quantidade e no tempo adequados. Essa tecnologia proporciona menos perda de energia no processo de combustão e, portanto, mais rendimento. 

Funcionamento básico do sistema de Injeção Direta

O processo de injeção começa com a pressurização do combustível contido no tanque através da bomba elétrica de baixa pressão. Acoplado à bomba, encontra-se um módulo de gerenciamento, responsável pela medição do nível de combustível no tanque e também por garantir que a quantidade apropriada de combustível seja enviada para o motor, com uma taxa de pressão determinada e de acordo com a quantidade solicitada. Esse sistema é conhecido como “on demand”. O combustível é enviado com uma pressão em torno de 3 a 6 BAR, passando por um regulador de pressão e também pelo filtro do combustível. 
Após ser drenado pela bomba, o combustível segue para uma segunda bomba, de alta pressão, onde as particularidades desse sistema começam a aparecer. Os valores de pressurização gerados pela bomba de alta podem atingir até 200 BAR, no qual um tucho comprime o combustível, enviando-o ao tubo distribuidor. Para manter o máximo de controle sobre o sistema, é utilizada uma válvula reguladora de pressão também na bomba de alta pressão.
Finalmente, quando o combustível chega aos injetores, estes são acionadas diretamente pela ECU e injetam o combustível diretamente na câmara de combustão. A bomba de alta pressão trabalha de uma forma que permite que o combustível excedente retorne à sua entrada e não seja desperdiçado.  Isso faz com que somente a gasolina necessária para a queima seja enviada, e o restante, ao invés de ser desperdiçado, permanece à disposição do sistema. 

Evolução dos Módulos Eletrônicos do motor

Para gerenciar todo esse sistema mecânico, foi necessário reestruturar as ECUs, com o foco na maior velocidade de processamento aliada a um robusto sistema de potência e amplificação de tensões de trabalho para disparo dos injetores. Faz-se necessário injetar combustível nos cilindros entre períodos muito menores, e ao mesmo tempo, suprir uma demanda de tensão e corrente elétrica de forma bem maior do que nos sistemas de injeção convencionais.  
O acionamento dos injetores do sistema de injeção direta necessita de pulsos positivos com curto espaço de tempo entre tais pulsos. Os circuitos eletrônicos de acionamento evoluíram para realizarem operações em períodos de tempo na casa dos microssegundos. No quesito potência dos pulsos, a tensão e corrente dos acionamentos são superiores às do sistema de injeção indireta. Por ser um sistema que opera muito rápido e que precisa vencer resistências altas dos injetores - que terão que injetar combustível em um ambiente que está em alta pressão – as tensões de trabalho foram consideravelmente elevadas. 

O pico de tensão maior tem a função de “abrir” o injetor, vencendo a inércia inicial da mola do injetor. Os picos menores são para manter o injetor aberto para a passagem de combustível em pressão, controlando assim os tempos dessa injeção. A tensão de pico para abertura do injetor, variando de sistema pra sistema, pode chegar até 150V.  A tensão para manter o injetor aberto e também realiza possíveis pré e pós-injeções ficam próximas da tensão de bateria.
 
Circuitos eletrônicos de acionamento dos Injetores

Como exemplo de Módulo do motor com sistema de injeção direta, usaremos o Jetta 2.0 16V TSI 200 cv, que usa a ECU sistema MED 17.5.2.
O princípio da eletrônica usado pelos módulos de comando para comando de atuadores diversos é o transistor. Esse componente eletrônico trabalha com chaveamentos, para emitir pulsos positivos ou negativos. No sistema de injeção direta, teremos disparos constantes positivos de altas tensões e outros chaveamentos individuais negativos. Esses transistores de chaveamento negativo darão às tensões disparadas nos injetores um “destino final” no aterramento, e assim um sentido de corrente. 
Assim sendo, são necessários dois pulsos: um que chamamos de pulso “comum” – que chegará para dois injetores, com tensão positiva – e outro que chamamos de “individual” – que chegará para apenas um injetor por vez, sendo esse um sinal negativo. Por exemplo, e m um veículo 4 cilindros teremos 2 pulsos comuns (1 para cada 2 injetores) e 4 pulsos individuais (1 para cada injetor). Para haver a injeção deve ocorrer no mesmo instante um pulso comum e um pulso individual com diferença de potencial positiva e negativa. Na imagem abaixo vemos o disparo positivo e o retorno desse mesmo sinal em um destino negativo dentro da ECU, porém com uma pequena queda de tensão devido às resistências do circuito e fiações. 

No módulo em questão, podemos localizar tais componentes fazendo uso de um esquema elétrico e um multímetro na escala de continuidade. Partindo do esquema elétrico, mapeamos o sinal de acionamento do Injetor 1.  Nesse exemplo da central MED 17.5.2 a saída de sinal individual para o injetor 1 é no pino 33 do conector A e o pulso comum pelo pino 31 do conector A.
Seguindo o mesmo procedimento para identificar o sinal de acionamento do injetor 1, vamos identificar o transistor “comum” de 2 injetores. Como exemplo, vamos identificar o componente de sinal comum dos injetores 1 e 4. Partindo do esquema elétrico, a saída de sinal comum do injetor 1 e 4 é nos pinos 31 e 46 do conector A. 

Para que seja possível amplificar as tensões de disparo e manter as tensões como fonte constante para os transistores, o hardware passou por um processo de robustez dos componentes de armazenamento de energia, como capacitores e indutores de amplificação. É possível fazer a leitura dos sinais amplificados em bancada, com o auxílio de um simulador de centrais em bancada e um osciloscópio. 

Pode-se concluir que com o uso da injeção direta de combustível, e usando tensões altas para disparo, conseguimos uma injeção mais eficaz por atomizar de maneira mais eficiente o combustível durante a injeção e conseguirmos intervalos cada vez menores entre uma injeção e outra. Também conclui-se que a evolução e robustez do hardware dos novos módulos tornou possível esses disparos amplificados e melhor controle dos tempos de injeção.