Capítulo 2: O motor Total Flex, suas características e O Gerenciamento eletrônico

Por: Redação

O motor com a tecnologia Total Flex é um motor de combustão interna que trabalha com o ciclo Otto, ou seja: admissão, compressão, combustão e escape, assim como um motor totalmente a gasolina ou etanol. Contudo, o que diferencia este tipo de motor dos motores monocombustíveis são algumas características construtivas do motor, alguns componentes periféricos e o software da unidade de comando eletrônica do motor.

A característica construtiva que mais sofreu modificação foi a taxa de compressão. Enquanto um motor capaz de funcionar somente com gasolina tem uma taxa de compressão de, por exemplo, 10:1 e o mesmo motor capaz de funcionar somente com etanol teria uma taxa de compressão 13,5:1, em um motor com a mesma cilindrada sendo transformado para
Total Flex teria esta taxa de compressão de aproximadamente 11:1.

Já os componentes periféricos de um motor Total Flex são uma junção dos componentes presentes nos motores a gasolina e a etanol. Um exemplo disto são os sistemas de filtro de carvão ativado e partida a frio, que inicialmente estavam presentes somente nos motores a gasolina e etanol respectivamente.

O sistema de partida a frio proporciona ao motor Total Flex uma partida rápida e eficiente mesmo quando o reservatório de combustível está abastecido totalmente com etanol. Já o filtro de carvão ativado armazena os vapores oriundos do reservatório de combustível e os reaproveita lançando-os para o coletor de admissão do motor em momentos oportunos

Outros componentes que também sofreram modificações e valem a pena serem citados são: as válvulas injetoras, velas de ignição, bomba de combustível, mangueiras de borracha e tubulação do sistema de alimentação de combustível e válvulas de admissão e escape.

Os eletroinjetores possuem maior capacidade de vazão, para garantir o fornecimento da quantidade requerida de combustível em qualquer condição de funcionamento do motor, tanto quando abastecido com gasolina como com etanol.

As válvulas de admissão, escape e suas respectivas sedes são fabricadas com um material mais resistente ao desgaste.

As velas de ignição possuem um Grau Térmico intermediário entre Álcool e Gasolina. São mais profundas na câmara de combustão, com o objetivo de proporcionar uma queima mais rápida, melhorando a eficiência e estabilidade principalmente em marcha lenta.

A bomba de combustível, reservatório e linha principal possuem proteção contra corrosão mesmo quando se utiliza 100% de etanol, garantindo também a vazão necessária para qualquer condição de funcionamento do motor.

Alguns destes componentes tiveram que ter um tratamento especial quando comparado aos motores somente a gasolina, pois em contato com o etanol estes componentes poderiam se deteriorar mais facilmente. Já que o etanol tem um poder corrosivo maior que o da gasolina e por ter uma maior quantidade de água em sua composição, o que poderia oxidar os componentes metálicos.

Outra mudança que proporcionou o lançamento dos motores Totais Flex foi a alteração do software (programa) da unidade de comando eletrônica do motor. Porém, antes de entendermos as novas funções deste dispositivo é importante conhecer como funcionavam os motores monocombustíveis. Para isto analise o fluxograma a seguir:

Para medir a quantidade de ar admitida pelo motor, a unidade de comando do motor monitora duas variáveis primordiais: a temperatura e a pressão do ar de admissão. Para isso ela utiliza um sensor duplo capaz de medir estas duas grandezas.

Fluxograma de funcionamento básico do gerenciamento eletrônico do motor

 

Para medir a temperatura do ar de admissão há na extremidade deste encapsulamento um sensor NTC que informa à unidade de comando do motor, através de uma variação na resistência (que resultará em uma variação de tensão) deste material, qual é a temperatura do ar.

Já para monitorar a pressão do ar de admissão, este sensor está equipado com dois elementos condutores que estão fixos em um diafragma de silício, como pode ser visualizado na ilustração a seguir:

A depressão de referência é aproximadamente igual à pressão atmosférica. Isso quer dizer que se a pressão no coletor de admissão for igual à pressão atmosférica, não haverá deformação alguma no diafragma de silício e logo também não haverá mudanças no sinal deste sensor. Já se houver uma depressão no coletor de admissão (pressão menor que a pressão atmosférica), ocasionada pelo fechamento da válvula borboleta, por exemplo, o diafragma de silício se deformará, logo haverá uma alteração na resistência deste material que será transmitida para um analisador eletrônico através dos elementos semicondutores. Este sinal passa por um condicionamento eletrônico dentro do próprio sensor e tem seu sinal externado através de uma variação do nível de tensão conforme a variação da depressão do coletor de admissão

Este sensor possui 4 pinos em seu conector, sendo que para o bom funcionamento do mesmo a alimentação de tensão que chega através dos pinos 1 e 3 devem estar em bom estado, podendo o reparador testá-la com a utilização de um multímetro. O valor encontrado deve ser de aproximadamente 5 V. Nos outros dois pinos podem ser encontrados os valores de variação de tensão referentes aos sinais de temperatura e pressão do ar de admissão, assim como ilustrado a seguir:

Representação gráfica do circuito do sensor de temperatura e pressão do ar de admissão

Ao obter estas duas informações e com a junção de alguns outros parâmetros (sinal do sensor de posição da válvula borboleta e rotação do motor) a unidade de comando do motor é capaz de calcular a quantidade de combustível necessária para a mistura correta, bem como determinar o ponto ideal da centelha, comandando posteriormente as válvulas injetoras e bobinas de ignição no momento exato e com o tempo exato para que não ocorra excesso de combustível e nem detonação no motor.

Para reconhecer o estado da queima de combustível e ter um feedback para conferência da mesma, a unidade de comando do motor monitora o sinal do sensor da sonda lambda, geralmente de banda estreita. Este sensor é capaz de monitorar a quantidade de oxigênio no coletor de escapamento do motor, informando para a unidade de comando do motor se a mistura A/C está pobre (muito oxigênio no coletor de escape), rica (pouco oxigênio no coletor de escape) ou ideal.

Para monitorar a quantidade de oxigênio oriundo da combustão da mistura A/C, a sonda lambda precisa inicialmente alcançar uma temperatura de aproximadamente 300o, a partir de então uma variação de tensão se iniciará através dos eletrodos de platina, dependendo da diferença entre o oxigênio de referência (ar atmosférico) e o oxigênio presente nos gases de escape. Variação esta que é possível graças a penetração de íons de oxigênio no cone de óxido de zircônio

Quando o sistema está funcionando em perfeito estado o sinal da sonda lambda se alterna entre aproximadamente 0,2 V (mistura pobre) e 0,8 V (mistura rica) e provém um sinal praticamente senoidal para a unidade de comando do motor. Desta forma o reparador pode, com a ajuda de um osciloscópio (e não de um multímetro), realizar a medição deste sinal.

Sinal da sonda lambda capturado através da medição com um osciloscópio

 

Particularidades do gerenciamento dos motores Total Flex – SFS (Software Fuel Sensor)
O software gravado em uma unidade de controle eletrônico que controla um motor Total Flex sofre algumas modificações quando comparado a uma unidade que controla um motor monocombustível. Contudo, a essência do controle desta unidade é bem parecida com as demais, tendo apenas algumas alterações que permitem o reconhecimento do combustível que está sendo utilizado e a adaptação no comando dos atuadores.

O SFS (Software Flex Fuel Sensor) é a rotina computacional que determina o tipo de combustível que está sendo queimado, para que a UCM adapte os parâmetros de controle do motor. O SFS é viável porque pelas propriedades físico-químicas do álcool e da gasolina, não há possibilidade de separação de fases no tanque. Isto quer dizer que mudanças bruscas de combustível só podem ocorrer durante o abastecimento. O processo de reconhecimento do combustível ocorre em pouco tempo. Após o motor entrar em funcionamento e atingir temperatura mínima para tal, mesmo em regime de marcha lenta, já é possível ao SFS fazer o aprendizado do tipo de combustível, através do sinal do sensor de oxigênio (sonda lambda). Após o abastecimento do veículo com mudança de combustível, o sistema se adapta completamente ao novo combustível em até 5 km percorridos

O fluxograma a seguir indica os processos básicos de controle de uma unidade de controle eletrônico de um motor equipado com a tecnologia Total Flex. Com linhas grossas, indica-se a nova rotina de cálculo da UCM (Unidade de Controle do Motor) Total Flex. Em paralelo ao processamento da UCM, a informação do sensor de oxigênio (lambda) é analisada pelo SFS para determinar o tipo de combustível que está chegando ao motor, ou a proporção da mistura entre eles. Para cada tipo de combustível (ou mistura deles), mudam as características dos gases de escape referente ao teor de oxigênio, sendo assim mudam também as reações do sinal do sensor. Analisando esse sinal, o processador SFS acompanha o desvio do fator de correção da mistura e vai ajustando o A/F até obter a relação estequiométrica ideal para o combustível que está sendo queimado, ou seja, quando o fator de correção for praticamente nulo. Para um ótimo rendimento do motor a UCM também altera os mapas característicos de injeção e ignição para o combustível utilizado.

Durante o processo de aprendizagem do combustível, a estratégia de autoadaptação da mistura é desabilitada.

Como é possível utilizar tanto gasolina quanto etanol nos motores Total Flex a UCM determina o parâmetro A/F para identificar qual é o combustível ou a mistura entre eles que está sendo utilizada momentaneamente e assim define os parâmetros para os comandos dos atuadores. A octanagem do combustível também é alterada conforme a proporção entre etanol e gasolina utilizados, alterando assim o avanço de ignição do motor

Uma vez determinado o valor de A/F o sistema de controle do motor continuará seguindo o mesmo controle executado anteriormente, ou seja, calcula a massa de ar para determinar a massa de combustível a ser injetada e o ponto ideal de ignição, comanda os atuadores e monitora a queima através da sonda lambda. Esta rotina é chamada de rotina de autoadaptação. A mesma só será alterada quando for percebida uma alteração no nível de combustível de aproximadamente 4 litros para mais (motor EA111), o que significa que o condutor abasteceu o veículo. Se esta situação acontecer, a UCM entra em uma estratégia chamada de rotina de aprendizado, na qual a unidade irá identificar novamente qual é o combustível ou mistura entre eles utilizada naquele momento (valor A/F) e a octanagem desta proporção.

A rotina de aprendizagem também utiliza o sinal da sonda lambda para determinar qual combustível está sendo queimado, por exemplo, o veículo estava abastecido somente com gasolina (A/F = 132) e ao abastecer o condutor encheu o reservatório com etanol, ocasionando uma mistura proporcional entre gasolina e etanol. Para determinar o novo valor A/F a UCM iniciará o processo de injeção de combustível considerando o valor A/F atual (132). Como o condutor abasteceu o veículo com etanol a mistura irá ficar pobre, ou seja, o sinal da sonda lambda será de aproximadamente de 0,2V. Desta forma a UCM injetará um pouco mais de combustível na próxima injeção, e isso ocorrerá até o sinal da sonda lambda começar a variar entre os 0,8 V e 0,2 V como visto anteriormente. De acordo com a quantidade de combustível a mais injetada o SFS consegue determinar qual é o novo valor de A/F e a UCM sai então da rotina de aprendizado e volta para a rotina de autoadaptação. Todo este processo de aprendizado ocorre em aproximadamente 5 km de percurso com o veículo desde seu abastecimento.

Existem duas formas de a UCM aprender qual combustível está sendo utilizado. Uma delas é realizando a rotina de aprendizagem, executada automaticamente toda vez que o sensor de nível detecta uma alteração de 4l para mais no reservatório de combustível, de forma que o mesmo informará o painel de instrumento que por sua vez informará a UCM, que iniciará a rotina. A outra forma é através de um aparelho de diagnóstico, alterando manualmente o valor de A/F, porém, esta possibilidade será abordada na próxima edição

Nos motores a partir de 2010 o monitoramento dos gases de escape ganhou uma segunda sonda lambda após o conversor catalítico de oxidação (catalisador). Esta tem basicamente a função de monitorar a eficiência do catalisador, pois a UCM consegue comparar o sinal da primeira sonda (antes do catalisador) e o da segunda sonda (após catalisador) e identificar se os gases que ali entraram (CO, NOX e HC) foram realmente oxidados e transformados em gases menos nocivos para a saúde humana e ao meio ambiente (CO2, H2O e N2).

Conversor catalítico após o coletor de escapamento com o monitoramento de duas sondas lambda

Algumas vezes, avarias podem ser registradas na memória da UCM, acusando falhas no catalisador, como por exemplo, o código de avaria DTC SAE/ISO P0420, que indica um evento na eficiência do sistema de catalisador “banco 1”. Esta avaria pode ser detectada graças à utilização desta nova sonda lambda, e inicialmente podemos dar o diagnóstico de avaria no catalisador. Porém, deve-se tomar cuidado, pois além do catalisador esta avaria pode também indicar falhas na sonda lambda ou em algum outro componente do sistema de injeção do motor. Por isso, antes de trocar o catalisador, faça a análise dos componentes responsáveis pelo bom funcionamento do motor: válvulas injetoras, velas e bobinas de ignição, sonda lambda e outros sensores que poderiam interferir neste sistema.