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Compreendendo a estratégia e importância do Monitor de Sobrealimentação em motores turbo


A presente matéria tem por objetivo apresentar a funcionalidade do monitor de sobrealimentação (“OverBoost”) presente nos sistemas que aderem à norma OBDII

Por: Humberto Manavella - humberto@hmautotron.eng.br - 02 de janeiro de 2017

Para auxiliar na compreensão das diversas funções do monitor, as figuras apresentam configurações típicas presentes em veículos equipados com turbocompressor. São a título de exemplo e não cobrem todos os casos. 

A figura 1 corresponde a uma configuração de 1 estágio na qual a regulagem da pressão de sobre-alimentação é feita com válvula de alívio ou “wastegate”.

Figura 1
A figura 2 corresponde a uma configuração de 1 estágio com turbocompressor de geometria variável (VGT) pelo que dispensa o uso de válvula de alívio. No entanto, cabe ressaltar que podem ser encontrados sistemas de geometria variável com válvula “wastegate”.

Figura 2
A figura 3 apresenta a configuração correspondente a um sistema de sobrealimentação de 2 estágios ou seqüencial. Nela, a sigla VDCAP identifica a válvula de desvio do compressor de alta pressão, a sigla VRAP, a válvula reguladora de alta pressão e a sigla VRBP, a válvula reguladora de baixa pressão.

Figura 3
As funções básicas do monitor, apresentadas a seguir, correspondem às configurações com turbo-compressor. No entanto, são similares àquelas presentes nos sistema com supercompressor.

1. Verificar as condições de operação com relação ao controle da pressão de sobrealimentação, detectando as situações de “pressão excessiva” e “pressão insuficiente”. 

2. Em sistemas com turbo de geometria variável (VGT), monitorar o tempo de resposta para atender às modificações da pressão de sobrealimentação solicitadas, detectando a condição de “resposta lenta”.

3. Verificar o funcionamento do pós-resfriador ou “intercooler”, detectando a condição de “resfriamento insuficiente” do ar admitido.

4. Verificar a operação do sistema na condição de controle da pressão em malha fechada, detectando a situação de “tempo excessivo para operar em malha fechada”.

Nota: A este conjunto de funções se soma a verificação do funcionamento dos sensores e atuadores envolvidos, feita pelo Monitor Abrangente de Componentes.

1. Controle da pressão de sobrealimentação

Para manter a pressão de sobrealimentação desejada, em toda a faixa de temperatura e em todos os modos de operação do motor, o controle é realizado em malha fechada.

Para verificar o correto funcionamento do sistema, o monitor, de forma contínua, estima a pressão de sobre-alimentação desejada a partir de valores de torque e rotação retirados de mapas armazenados na memória. Por sua vez, esse valor estimado de pressão é comparado com o valor medido, informado pelo sensor de pressão de sobrealimentação (MAP) e a diferença assim calculada é utilizada para determinar o estado do sistema.

a) Se [pressão estimada - pressão medida] superior ao limite, verifica-se a condição de pressão insuficiente.

Se o limite de calibração for superado por um tempo determinado (5 a 7 segundos, por exemplo) o código de falha correspondente é gravado como “pendente”. Esta condição de falha pode ser causada por vazamento de ar na saída do compressor, na conexão com o pós-resfriador, por resposta lenta, por vazamento de gases de escape antes do turbo.No caso de turbo de geometria variável (VGT) pode ser também por turbo travado na posição “aberto”. 

b) Se [pressão medida - pressão estimada] superior ao limite, verifica-se a condição de pressão excessiva.

Se o limite de calibração for superado por um tempo determinado (5 a 7 segundos, por exemplo) o código de falha correspondente é gravado como “pendente”. Esta condição de falha pode ser causada por resposta lenta e, no caso de turbo de geometria variável (VGT) pode ser também, por turbo travado na posição “fechado”. 

Em ambos os casos, se a falha é detectada em dois ciclos de condução consecutivos, o código passa à condição de “confirmado” e a MIL/LIM é iluminada.

Para o estágio de baixa pressão nos sistemas seqüenciais, o critério de monitoramento é similar, variando somente os limites de calibração.

Códigos DTC 

Para o primeiro ou único estágio:

- P0234 Turbocompressor/Supercompressor “A” com pressão de sobrealimentação excessiva.

- P0299 Turbocompressor/Supercompressor “A” com pressão de sobrealimentação insuficiente.

Pra o segundo estágio (sistemas seqüenciais):

- P02CA Turbocompressor/Supercompressor “B” com pressão de sobrealimentação excessiva.

- P02CB Turbocompressor/Supercompressor “B” com pressão de sobrealimentação insuficiente.

2. Tempo de resposta

O monitoramento é feito com o objetivo de verificar o desempenho do turbocompressor de geometria variável, quanto ao tempo de resposta a solicitações de aumento de pressão de sobrealimentação, detectando situações em que o sistema reage lentamente.

Para isto, são definidas 2 faixas de rotação, alta e baixa, com base nas condições de funcionamento do motor.

Quando o motor opera na faixa de baixa rotação, o monitoramento da pressão de sobrealimentação é contínuo. Quando as condições fazem com que o motor saia da faixa de baixa rotação, o monitor armazena a última medição de pressão. Assim que o motor entra na faixa de alta rotação, é ativado um temporizador. Ao expirar este, o monitor compara a pressão de sobrealimentação atual com aquela armazenada ao sair da faixa de baixa rotação. Se a diferença não iguala ou supera o limite de calibração para aquelas condições de funcionamento, o código de falha correspondente é gravado como “pendente”. Se a falha é detectada em dois ciclos de condução consecutivos, o código passa à condição de “confirmado” e a MIL/LIM é iluminada.

Código DTC 

- P226C Controle da pressão de sobrealimentação. Resposta lenta.

3. Eficiência do pós-resfriador ou “intercooler”

O monitoramento é feito com o objetivo de verificar o desempenho e pode ser feito comparando a temperatura real de saída (medida pelo sensor CACT) com a estimada (calculada) a partir de mapas armazenados na memória. Outro procedimento consiste em calcular a eficiência, com base nas temperaturas de entrada e saída. 

a) O monitoramento do pós-resfriador, com base na eficiência calculada, é feito a partir da temperatura medida após o pós-resfriador (sensor CACT) e a temperatura de entrada ao mesmo; esta última calculada (não medida) a partir de mapas armazenados na memória da UC cujos dados dependem das condições de rotação do turbo, fluxo de ar admitido e temperatura ambiente. 

A cada ciclo de condução e com as condições de habilitação satisfeitas, o monitor calcula a eficiência durante um período de tempo determinado (10 minutos, por exemplo). Se durante esse período, a eficiência calculada resulta inferior ao limite de calibração, o pós-resfriador é considerado com baixa eficiência. 

b) No monitoramento com base na temperatura de entrada (calculada) e de saída (medida), a UC compara a temperatura de saída com um limite máximo de calibração que varia em função da temperatura ambiente e do fluxo de ar. Na situação em que a temperatura medida supera o limite de calibração por um período de tempo acumulativo (120 segundos, por exemplo), o pós-resfriador é considerado com baixa eficiência. 

Dependendo do sistema e estratégia de avaliação considerada, a falha é gravada quando:

- A temperatura medida (saída do pós-resfriador) supera em 10ºC ou 15ºC a temperatura calculada.

- A eficiência calculada resulta inferior a 60% ou 65%.

Em todos os casos, o código DTC correspondente é gravado como “pendente”. No segundo ciclo de condução consecutivo com detecção da falha, o código passa à condição de “confirmado”.

Como função complementar à avaliação de desempenho do pós-resfriador, o monitor pode detectar falha de desempenho do sensor de saída do pós-resfriador (CACT), comparando as temperaturas medida e calculada; por exemplo, quando a temperatura medida supera a calculada em 35ºC ou 40ºC.

Códigos DTC 

- P026A Eficiência do pós-resfriador inferior ao limite de calibração.

- P007E Sensor de temperatura do pós-resfriador intermitente/errático.

4. Controle da pressão de sobrealimentação

O controle da pressão é feito em malha fechada regulando a posição do turbo de geometria variável ou controlando a rotação da turbina através da válvula de alívio (“wastegate”).

No caso de sistemas com supercompressor ou “blower”, o controle da pressão é feito regulando a válvula de desvio instalada em paralelo com o compressor.

A norma OBDII estabelece a detecção de mau funcionamento: 

- Se o sistema não passa à condição de controle em malha fechada em um tempo máximo especificado.

- Se uma falha no sistema provoca a passagem à condição de controle em malha aberta ou operação em estado degradado de funcionamento.

- Se o sistema utilizou todo o ajuste permitido pelos dispositivos de controle, e não atingiu o nível de pressão comandado.

Para este tipo de falha não há previsão de código genérico. Isto se deve a que este tipo de defeito é conseqüência de falha prévia em algum outro dos dispositivos utilizados na regulagem da pressão de sobre-alimentação, o que impede de fato, o controle em malha fechada.