Os detalhes do sistema de sobrealimentação do motor 1.0 TSI

Capítulo 1

Os detalhes do sistema de sobrealimentação do motor 1.0 TSI

Os motores TSI são os mais desejados graças a sua alta eficiência: são capazes de entregar consideráveis faixas de torque e potência em baixas rotações. A sigla TSI não necessariamente requer que você entenda ao pé da letra suas iniciais. Porém, é importante saber que todos os motores TSI são equipados com Injeção Direta de combustível e Turbocompressor na linha de admissão de ar.

Detalhes da Injeção Direta – o sistema de alimentação de combustível trabalha sob alta pressão. Para a fabricação dessa alta pressão, que tem o range de variação entre 50 e 250 bar, o sistema conta com uma bomba de alta pressão, puramente mecânica, instalada no cabeçote e acionada pelo comando de válvulas. Já a injeção é feita diretamente na câmara de combustão, por meio de válvulas injetoras eletromagnéticas.

A bomba de alta pressão de combustível (3) é instalada no cabeçote e acionada pelo comando de válvula de admissão. Para a redução do atrito foi empregado um tucho roletado (1) no mecanismo de acionamento da bomba. O anel de vedação (2) deve ser substituído sempre que houver remoção da bomba.

Para que o combustível chegue até a linha de alta pressão, o sistema conta com uma linha de baixa pressão, a qual possui uma bomba de combustível instalada no interior do tanque e tem o seu funcionamento monitorado pela unidade de controle da bomba de baixa J538 (localizada abaixo do assento do banco traseiro na tampa de acesso ao tanque), que utiliza o sinal PWM (Pulso com Largura Modulada) na linha de alimentação de tensão dessa bomba e trabalha controlando essa pressão num range de 4 a 7 bar. Esse sistema de controle da bomba de baixa por PWM dispensou o uso da válvula mecânica de regulagem da pressão.

O motor 1.0 TSI que equipa os modelos de veículos Volkswagen é da família de motores EA211. Como já dito em outras edições, essa família de motores é constituída por uma série de desenvolvimentos tecnológicos que proporciona vários benefícios, entre os quais estão economia de combustível, diminuição da emissão de poluentes ao meio ambiente e conforto ao conduzir o veículo, por conta da entrega de torque em baixas rotações. Além de todas essas vantagens, o motor EA211 1.0 TSI vem de série equipado com a tecnologia Flex, que permite o uso de etanol, gasolina ou uma mistura desses dois combustíveis em qualquer proporção.

Dispensa de sistemas de partida a frio

Por ser um motor de injeção direta e, com isso, trabalhar com alta pressão de combustível (de 50 a 250 bar), a tecnologia Flex do motor 1.0 TSI pôde dispensar os sistemas de partida a frio. Ou seja, esse motor não possui o popular tanquinho de gasolina instalado no cofre do motor nem o atual sistema E-Flex, utilizado nos motores Flex aspirados, que aquecem o etanol existente no interior do tubo distribuidor de combustível. Esses sistemas auxiliares, utilizados para as partidas no motor na fase fria, foram dispensados graças à união entre o sistema de injeção direta e o emprego do sensor de etanol G708. Esse sensor de etanol está instalado na linha de baixa pressão, um pouco antes da entrada da bomba de alta pressão. Ele analisa a capacitância do combustível oriundo do tanque no exato momento em que esse combustível passa pelo sensor e produz um sinal PWM, o qual é processado pela ECU (Unidade de Controle do Motor) e transformado em duas informações: (1) temperatura do combustível e (2) percentual de etanol existente na gasolina do tanque.

O sinal PWM produzido pelo sensor de etanol é peculiar, pois, além de variar a largura do pulso, varia também o período desse sinal. Dessa forma é possível obter duas informações distintas:

Variação da largura do pulso: quanto maior for a largura de “Off” (representada pela letra A na figura), maior é a temperatura do combustível;

Variação do período: o tempo de cada ciclo (representado pela letra B na figura) varia de 8 a 12 milissegundos. Sabemos que a frequência do sinal é inversamente proporcional ao período. Com isso, ao medirmos esse sinal com um osciloscópio, podemos concluir que:

- se o período é de 8 ms à a frequência está em 133 Hz, o que significa que temos 100% de etanol no tanque de combustível.

- se o período é de 12 ms à a frequência está em 83 Hz, o que significa que só existe gasolina no tanque de combustível.

Como a proposta de uso do veículo é abastecê-lo em qualquer proporção entre os dois tipos de combustível, o sensor será capaz de informar em tempo real essa proporção dependendo da frequência dentro desse range (de 83 a 133 Hz).

Turbocompressor e o sistema de sobrealimentação

O motor EA211 1.0 TSI é muito bem conceituado em termos de eficiência. Parte desse conceito foi possível graças ao moderno sistema de sobrealimentação, que trabalha com uma turbina do tipo TGF (Turbo de Geometria Fixa), a qual aproveita a energia dos gases do sistema de escape para produzir pressão positiva (acima da pressão atmosférica) na linha de admissão de ar do motor.

A figura apresenta o turbocompressor (1), o duto de entrada de óleo lubrificante (2), o duto de saída do óleo lubrificante (3), os dutos de entrada e saída do líquido de arrefecimento (4) e o duto de entrada dos gases do sistema de ventilação do cárter (5).

Lubrificação

O eixo de ligação dos rotores é lubrificado pelo sistema de lubrificação do motor. Esse é mais um dos motivos para trocar o óleo do motor no período adequado e utilizar o lubrificante correto.

Circuito de arrefecimento

Esse motor possui um terceiro circuito de arrefecimento. Trata-se de um circuito específico para a sobrealimentação de ar. Apesar de utilizar o mesmo líquido que circula nos circuitos de arrefecimento do bloco do motor e do cabeçote, esse terceiro circuito conta com um radiador auxiliar, localizado no conjunto de radiadores próximo ao painel frontal, além de outros componentes, como intercooler, sensor de temperatura e bomba elétrica auxiliar, os quais veremos mais adiante. A missão desse circuito é exatamente controlar as temperaturas:

·       do turbocompressor à a carcaça da turbina possui canais para a circulação do líquido de arrefecimento;

·       do ar de admissão à a sobrealimentação utiliza o líquido de arrefecimento para o controle da temperatura do ar sobrealimentado.

Outro detalhe peculiar nesse sistema de sobrealimentação é o uso do intercooler com o princípio ar/água, também chamado de “watercooler”. Ou seja, o ar sobrealimentado ganha calor por conta do aumento da sua pressão e, para ser resfriado, o sistema conta com o watercooler, alojado no coletor de admissão. Esse componente é um tipo de radiador que em alguns canais recebe o líquido de arrefecimento e em outros permite a passagem do ar sobrealimentado. Esse tipo de intercooler é mais eficiente do que os convencionais (de princípio ar/ar), pois o líquido de arrefecimento, ao atingir a temperatura de trabalho do motor, não sofre variações bruscas. Com isso, a temperatura do ar sobrealimentado, depois de resfriado, é também constante.

O ar sobrealimentado sai do turbocompressor e entra na tubulação 4, na qual é feita uma leitura da pressão e da temperatura por meio do sensor combinado GX26, identificado pelo número 5 na figura. Na sequência, esse ar sobrealimentado entra no coletor de admissão 3 e é direcionado para o watercooler 2 para ser resfriado. Por fim, esse ar é novamente submetido à leitura dos valores de pressão e temperatura por meio do sensor MAP (medidor da pressão de admissão) 6.

O circuito de arrefecimento conta ainda com uma bomba elétrica auxiliar (V188) e um sensor de temperatura auxiliar (G83).

·       G83 – Com o sinal desse sensor, a eletrônica do motor determina a necessidade de ativação da bomba elétrica auxiliar.

·       V188 – Trabalha sob demanda. A eletrônica do motor ativa essa bomba auxiliar para fazer circular o líquido de arrefecimento no watercooler e no turbocompressor. Além disso, a gestão do motor está preparada para utilizar essa bomba elétrica auxiliar na estratégia de “refrigeração posterior”. Ou seja, assim que o veículo é desligado a eletrônica analisa se há necessidade de controlar a temperatura da turbina e, havendo a necessidade, a V188 é acionada e o líquido de arrefecimento passa a circular pelo circuito. Essa refrigeração posterior é praticamente imperceptível, pois a bomba auxiliar V188 é silenciosa.

A figura mostra a bomba auxiliar do circuito de arrefecimento da sobrealimentação de ar.

Controle da pressão de sobrealimentação

Outra peculiaridade no conjunto do sistema de sobrealimentação do motor EA211 1.0 TSI é o emprego do atuador elétrico para o controle da válvula wastegate (válvula de descarga da turbina). Trata-se do motor de passo V465. Esse motor trouxe uma série de vantagens em relação aos sistemas de sobrealimentação que utilizam o controle da wastegate convencionais (por atuadores pneumáticos). Por meio do V465, a eletrônica do motor tem total autonomia no controle da pressão do turbocompressor, permitindo a abertura e o fechamento totais ou parciais da válvula wastegate, sem escalonamentos, otimizando a eficiência na fabricação do torque do motor.

Para a remoção do atuador V465, basta retirar os grampos de fixação 3 e os parafusos indicados pelas setas. Porém, esse componente deve sempre ser submetido ao ajuste básico quando reinstalado por conta de uma remoção ou substituição.

Para efetuar o ajuste básico no atuador V465, você deverá seguir estes passos:

- Conecte o equipamento de diagnóstico e acesse a eletrônica do motor;

- Em “funções assistidas”, selecione a função “adaptação do atuador V645”;

- O atuador entrará em funcionamento para que a eletrônica leia os batentes inicial e final de abertura e fechamento da válvula wastegate;

- Na tela do equipamento de diagnóstico, você poderá visualizar informações dos valores (em tensão) da posição real da válvula e, consequentemente, do atuador;

- Caso os valores de posição não estejam dentro do esperado, os números serão apresentados na cor vermelha na tela do equipamento e você poderá ajustar manualmente a haste até que os valores entrem no range aceitável; caso contrário, o ajuste básico não será finalizado;

- Para o ajuste, retire o grampo de fixação da alavanca 4 e retire-a do atuador. Realize giros na alavanca, volte a encaixá-la no atuador e leia o valor apresentado na tela. Repita esse procedimento até encontrar o valor ideal.

- Assim que o valor de ajuste for alcançado, volte a encaixar a alavanca 4 no atuador e trave-a com o grampo de fixação. Aperte a contraporca de fixação da alavanca da haste, aplicando um torque de 6 Nm.

Procedimentos de remoção do turbocompressor

Na maioria dos casos, o trabalho de remoção do turbocompressor é feito quando este está danificado, o que demanda a sua substituição. Geralmente esse tipo de dano apresenta outros componentes também danificados. Por conta disso, você deverá analisar outros componentes como segue:

- Verificar o filtro de ar, o elemento filtrante e as mangueiras condutoras de ar quanto à possibilidade de haver impurezas;

- Verificar todos os componentes do sistema de sobrealimentação que estiverem após o turbocompressor quanto à possibilidade de haver excesso de óleo lubrificante ou pedaços de componentes que tenham sofrido quebra.

Ferramentas necessárias

As ferramentas que você deverá ter em mãos para os trabalhos de remoção e instalação do turbocompressor são:

VAS 6122 – Kit de tampões que são utilizados para tampar os locais dos dutos de arrefecimento e lubrificação que serão abertos e todos os pontos que estiverem expostos na linha de admissão;

VAS 6362 – Alicate para o manuseio das braçadeiras de pressão;

3094 – Abraçadeiras para estrangulamento dos dutos flexíveis;

T10527 – Clipes para retirada do tubo condutor do ar sobrealimentado;

Bandeja para escoamento dos fluidos de arrefecimento e de lubrificação.

Ferramentas especiais

Inicie a remoção do turbocompressor retirando o filtro de ar. Em seguida, remova o tubo condutor do ar sobrealimentado e, para isso, instale os clipes T10527 nas travas do tubo localizadas nas extremidades. Agora, remova a tampa de cobertura da correia dentada da bomba d’água, localizada na parte traseira do cabeçote.

O turbocompressor deverá ser desconectado das linhas de arrefecimento e de lubrificação. E, a partir de agora, todos os pontos que forem abertos deverão ser fechados com os tampões do kit VAS 6122. Remova as tubulações de entrada e de retorno de óleo do turbocompressor. Faça também a remoção dos dutos do sistema de arrefecimento.Depois de todos os dutos de lubrificação e arrefecimento terem sido removidos, remova o conector de ligação do atuador V465 e as porcas de fixação do turbocompressor. O conjunto pode ser removido conforme a figura. Vale lembrar que a saída do coletor do escapamento, que ficará aberta por conta da remoção desse componente, deverá ser fechada utilizando um dos tampões do kit VAS 6122.

Recomendações para a reinstalação do turbocompressor

Se para o seu reparo você precisou substituir o turbocompressor ou a peça usada será reaproveitada, algumas medidas deverão ser respeitadas, a começar pela lubrificação do eixo dos rotores: você terá que preencher o canal de entrada da lubrificação com óleo do motor (novo). Outro cuidado é deixar o motor em marcha lenta por no mínimo 1 minuto ao funcionar, antes de acelerar, para que a lubrificação do eixo dos rotores seja restabelecida.

Outra recomendação tem relação com o uso dos anéis de vedação dos dutos: se há ou não a possibilidade de serem reaproveitados. O fato é que alguns desses anéis podem ser reaproveitados, enquanto outros deverão ser substituídos por terem sido removidos. Como segue:

·       Dutos das linhas de entrada e retorno do óleo lubrificanteà os anéis deverão ser substituídos por conta da remoção. O torque de aperto dos parafusos de fixação é de 9 Nm.

·       Dutos da linha de arrefecimentoà os vedadores dos dutos deverão também ser substituídos, com torque de aperto dos parafusos de 8 Nm.

·       Duto de entrada dos gases do sistema de ventilação do cárterà Os anéis de vedação não necessariamente deverão ser substituídos, porém deverão ser inspecionados quanto a danos. O torque de aperto dos seus parafusos é de 8 Nm.

Por fim, a junta de vedação do turbocompressor ao coletor de escapamento deverá ser substituída por ter sido removida. O torque de aperto das porcas de fixação do turbocompressor é de 25 Nm.

Capítulo 2

Teste de estanqueidade no sistema de sobrealimentação

Para os casos de perda de potência nos quais o sistema de diagnóstico do motor gere algum DTC (código de falha) na linha de sobrealimentação, convém efetuar o teste de estanqueidade desde a entrada do turbocompressor até o coletor de admissão do motor. Para esse teste você precisará das seguintes ferramentas:

·       Detector de vazamentos VAG 1687;

·       Adaptador VAG 1687/6;

·       Tomada de ar comprimido.

O detector de vazamentos VAG 1687 costuma possuir uma maleta para acomodação. Tem como características um manômetro para o monitoramento da pressão e de alguns pontos de conexão dos adaptadores.

A preparação para o teste

Inicie fazendo a remoção do filtro de ar, pois a aplicação da pressão será feita no bocal de entrada de ar fresco no turbocompressor. Instale nesse bocal o adaptador VAG 1687/6, garantindo que não haverá fuga de pressão nesse local.

Após instalado o adaptador, ele será conectado ao detector de vazamentos conforme a indicação 1.

Para a realização do teste de estanqueidade, você não deverá funcionar o motor, ou seja, todo o procedimento é realizado com o motor desligado.

Com o detector de vazamentos devidamente conectado ao adaptador instalado no bocal de entrada de ar do turbocompressor, é hora de ajustar o equipamento e liberar a pressão do ar comprimido.

 -Puxe a válvula 2 para que se destrave e permita que seja feita a regulagem da pressão de ar;

- Feche as válvulas 3 e 4;

- Conecte a tubulação de ar comprimido na entrada 1 do detector de vazamentos. O adaptador deverá ser conectado na saída do equipamento identificada pelo número 5;

- Abra a válvula 4 e monitore a pressão pelo manômetro, deixando-a regulada em 0,5 bar.

Com a pressão mantida em 0,5 bar, faça uma verificação em toda a linha de sobrealimentação com o intuito de identificar perda de pressão por algum dos componentes. Uma pequena perda de pressão é aceitável, desde que não seja causada pelos componentes externos do motor, tais como watercooler, tubo de passagem da sobrealimentação ou alojamento dos sensores.

Verificação dos sensores

Com o teste de estanqueidade, é possível ainda fazer a verificação da funcionalidade dos sensores de pressão da linha de sobrealimentação. Isso porque nessa linha, que será submetida à pressão aplicada pela ferramenta, encontramos o sensor de pressão de sobrealimentação G31, que faz parte do sensor combinado GX26 e, ainda, o sensor MAP G71. Ambos estão preparados para informar a pressão em tempo real. Para fazer essa verificação, basta conectar o veículo a um equipamento de diagnóstico, identificar a eletrônica do motor e fazer a leitura dos valores de medição dos sensores citados. Na tela do equipamento de diagnóstico serão exibidas as informações sobre os valores de pressão lidos pelos dois sensores. Basta confirmar se esses valores estão condizentes com a pressão aplicada, que não deve exceder 0,5 bar. Caso um dos valores esteja divergente, é provável que você tenha que substituir o respectivo sensor.

Remoção e instalação do watercooler

Nos motores EA211, o watercooler fica localizado em um lugar de fácil acesso, na parte superior do motor, junto ao coletor de admissão e visualmente próximo ao conjunto de radiadores. Para que ele seja removido, você terá de retirar primeiramente o coletor de admissão e, com o coletor de admissão em uma bancada, retirar o watercooler.

Após a instalação do watercooler, efetue o procedimento de retirada de ar no sistema de arrefecimento.