Regulação eletrónica da pressão de sobrealimentação

Hoje em dia, praticamente todos os motores modernos a gasóleo ou a gasolina estão equipados com um turbocompressor de gases de escape para aumentar a performance e a eficiência do motor. Para assegurar que a pressão de sobrealimentação otimizada esteja sempre disponível, esta tem de ser adaptada à respetiva situação de carga do motor. Nos veículos modernos, essa adaptação é assegurada pela regulação eletrónica da pressão de sobrealimentação.

Aviso de segurança importante

As seguintes informações técnicas e dicas práticas foram elaboradas pela HELLA, com o intuito de apoiar as oficinas profissionalmente nos trabalhos do dia a dia. As informações disponibilizadas nesse site somente devem ser usadas por pessoal especializado e devidamente qualificado.

1. Princípios básicos

Regulação da pressão de sobrealimentação no turbocompressor

O turbocompressor utiliza a energia dos gases de escape para aspirar e comprimir o ar fresco para a combustão. Assim, é injetado um maior volume de ar e, consequentemente, mais oxigénio para dentro da câmara de combustão. A potência do motor e o binário do motor são aumentados. De forma simplificada, o turbocompressor de gases de escape está equipado com uma turbina para os gases de escape e uma turbina de compressão, que estão ligadas por um eixo. Os gases de escape que saem do motor acionam a turbina dos gases de escape e, consequentemente, a turbina de compressão.

Para adaptar a pressão de sobrealimentação à respetiva condição de carga e para proteger o motor e o turbocompressor, é necessária uma regulação da pressão de sobrealimentação. Dependendo do tipo de turbocompressor, pode ser utilizada uma unidade de regulação mecânico-pneumática ou eletromecânica. No presente capítulo iremos focar-nos principalmente na regulação eletromecânica.

Unidade de regulação eletromecânica para turbocompressores de gases de escape

O atuador do turbocompressor, também designado por câmara de pressão ou regulador da pressão de sobrealimentação, é uma unidade de regulação eletrónica para turbocompressores reguláveis e é principalmente utilizada para turbocompressores do tipo “Variable Nozzle Turbine (VNT)” e “Variable Turbine Geometry (VTG)”.

Nestes turbocompressores com turbina de geometria variável, o atuador controla de forma fiável e precisa o movimento das pás de distribuição. Uma regulação das pás de distribuição tem uma influência direta sobre o fluxo de gases de escape e a roda da turbina, alterando, assim, a pressão de sobrealimentação e permitindo a sua adaptação otimizada a todas as gamas de rotação. A pressão de sobrealimentação necessária é regulada de acordo com um campo ou curva característica guardada no módulo de comando do motor. O módulo de comando do motor envia a pressão de sobrealimentação desejada, na forma de um sinal, para o atuador do turbocompressor, através de uma ligação de barramento de dados. O atuador ajusta as pás de distribuição de acordo com a posição angular especificada no sinal.

As vantagens de uma unidade de regulação eletrónica são:

  • Resposta mais rápida do turbocompressor, mesma a baixas rotações
  • Regulação precisa das pás de distribuição, em todas as gamas de rotação
  • Redução dos valores de emissão

Regulação das pás de distribuição

Na carcaça da turbina, as pás de distribuição estão alojadas em forma circular sobre um anel portador e ligadas através dos eixos ao anel de ajuste, via pinos guia. Por sua vez, o anel de ajuste está ligado ao atuador do turbocompressor através de tirantes.

Assim que o anel de ajuste for movido pelo atuador, todas as pás de distribuição são ajustadas de forma síncrona, reduzindo ou aumentado o volume de entrada na turbina. Isto, por sua vez, influencia o comportamento do fluxo no fluxo de gases de escape e, portanto, a rotação da turbina. Assim, a pressão de sobrealimentação pode ser aumentada ou reduzida seletivamente.

2. Construção e funcionam

O atuador do turbocompressor

A função principal do atuador consiste em ajustar o eixo para a posição especificada pelo módulo de comando ou calculada a partir da curva característica.

Com a ajuda do sensor de posição indutivo sem contacto (sensor CIPOS), a posição do eixo é continuamente identificada. A definição do ângulo é realizada indutivamente através de um método sem contacto direto e consequentemente livre de desgaste, assegurando uma elevada precisão de medição ao longo de toda a vida útil. A tecnologia CIPOS caracteriza-se especialmente pela sua imunidade a campos magnéticos e a elevada estabilidade de temperatura.

Além do sensor CIPOS, para a identificação precisa da posição, o sistema eletrónico integrado também inclui o controlo do motor elétrico e um diagnóstico de erros. Assim, é possível detetar erros, reportá-los e acionar reações automáticas para os mesmos. O atuador tem uma gama de ângulos de trabalho flexível e executa um movimento controlado até ao batente final.

Dependendo da versão, a comunicação no veículo pode ser realizada via CAN-Bus ou através de um sinal modulado por largura de impulso (PWM).

3. Sintomas

Regulador eletrónico da pressão de sobrealimentação defeituoso

A avaria do atuador eletromecânico do turbocompressor pode fazer-se notar da seguinte forma:

  • Redução de potência
  • Aceleração fraca ou insuficiente
  • Luz de controlo do motor acende
  • Redução da velocidade do veículo
  • O veículo entra no “modo de emergência”
4. Causa da avaria

Causa da avaria do regulador eletrónico da pressão de sobrealimentação

As causas para um defeito do atuador do turbocompressor podem ser:

  • Tirantes da unidade de regulação ou pás de distribuição com defeito ou com erros
  • Corrosão nos componentes elétricos devido a influências climatéricas (água, sal, etc.)
  • Danos mecânicos por influências externas

Por norma, uma avaria do atuador do turbocompressor é precedida por uma avaria na regulação das pás de distribuição no turbocompressor. Ao longo do tempo, o fluxo de gases de escape provoca uma forte contaminação no interior do turbocompressor. Esta acumulação de fuligem deteriora o bom funcionamento das pás de distribuição. As consequências são o aumento do esforço do binário para todo o sistema do atuador e, por fim, danos na transmissão no atuador e um registo de erro no módulo de comando do motor.

5. Aviso de reparação

Localização de erros e reparação do regulador eletrónico da pressão de sobrealimentação

No âmbito da localização de erros, deve-se realizar um diagnóstico do módulo de comando, seguido de um controlo visual do turbocompressor no compartimento do motor.

O turbocompressor e todos os seus componentes individuais devem ser sempre considerados uma unidade completa e diagnosticados nesse sentido. A maioria dos fabricantes de automóveis não fornece peças sobressalentes para turbocompressores VNT/VTG. Isto não se deve ao facto de não se confiar nos técnicos da oficina para reconstruir componentes individuais, mas porque o turbocompressor e o atuador eletromecânico têm de ser calibrados com extrema precisão, antes da instalação no veículo. Esta calibração é efetuada, em estado desmontado, num banco de fluxo para turbocompressores (Flowbench ou flow bench). Neste banco de ensaio especial, é determinada e ajustada a taxa de fluxo específica do veículo (MIN/MAX flow). Consoante a versão e modelo, pode ser necessário que alguns atuadores tenham de ser primeiro ativados com uma curva característica especial, antes da calibração, para que possam ser reconhecidos pelo módulo de comando do motor no veículo.

Embora muitos atuadores de turbocompressores tenham o mesmo aspeto exterior, a construção e configuração diferem muito, consoante o tipo de veículo e a unidade de turbocompressor. Na respetiva combinação com o turbocompressor, de acordo com os requisitos do fabricante do veículo, podem estar instalados dois tipos de atuadores de turbocompressores HELLA. Neste caso, é distinguido entre as versões "Smart" e "Simple". Na versão "Smart" a regulação das pás de distribuição é realizada autonomamente por um módulo de comando integrado e na versão "Simple" a regulação é realizada por um módulo de comando do motor supraordenado. Embora visualmente semelhantes, a construção técnica do sistema eletrónico, da engrenagem ou da configuração da carcaça são substancialmente diferentes.

Assim sendo, uma reparação através da troca de vários componentes, tais como a engrenagem ou o sistema eletrónico de diferentes atuadores não é possível.

6. Diagnóstico do módulo de comando

Verificação com o aparelho de diagnóstico no modelo Mercedes-Benz E350

As seguintes informações de diagnóstico são apresentadas para um Mercedes-Benz E350 24V CDI (212) com o ano de fabrico 2014.

O funcionamento do atuador do turbocompressor é monitorizado pelo respetivo módulo de comando do sistema supraordenado. Quaisquer erros são registados na memória de erros do módulo de comando do motor e podem ser lidos com um aparelho de diagnóstico adequado. Dependendo do veículo e do sistema podem ser selecionadas outras funções como, por exemplo, parâmetros ou teste do atuador e visualizadas no aparelho de diagnóstico. Os dados da comunicação do módulo de comando são a base para os trabalhos de localização de erros e para uma reparação bem-sucedida.

1

Código de erro

Nesta função é possível consultar e apagar os códigos de erro registados na memória de erros. Além disso, é possível aceder às informações sobre o código de erro.

Neste exemplo, foi desconectado o conector elétrico no atuador do turbocompressor, dando origem ao código de erro P004500 na memória de erros.

P004500 / Válvula limitadora da pressão
> erro elétrico ou desconexão

2

Parâmetros

Nesta função podem ser selecionados e visualizados valores de medição atuais como, por exemplo, a pressão atmosférica e a pressão de sobrealimentação.

3

Ajuste base

Com esta função, é possível programar os valores de fim de curso, do novo turbocompressor, no módulo de comando supraordenado.

4

Teste dos atuadores

Com esta função, é possível comandar o atuador eletromecânico do turbocompressor com o aparelho de diagnóstico. Assim, é possível verificar o bom funcionamento da periferia e do respetivo componente do sistema, sem ter de recorrer a trabalhos morosos de desmontagem.

5

Esquemas de conexão

Esquemas de conexão específicos do sistema, provenientes das informações do veículo, podem ser utilizados para a procura de erros. Estes podem ser utilizados, por exemplo, para identificar a distribuição dos pinos no atuador do turbocompressor e para outros processos de localização de erros.

Aviso!

As diferentes opções de diagnóstico foram apresentadas, a título de exemplo, com base no dispositivo de diagnóstico mega macs 77 . A profundidade de verificação e a diversidade de funções podem variar consoante o fabricante do veículo e dependem da configuração do sistema do módulo de comando.

Apresentações esquemáticas, figuras e descrições têm a finalidade de facilitar a compreensão e exemplificação e não podem ser utilizadas

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