Injeção Eletrônica: Sistemas de admissão

N Alpha - Speed Density - Mass Flow


Houve um tempo em que um motor precisava de três coisas pra funcionar: combustível, ar e faísca. É isso o que carburadores, bobinas e distribuidores faziam. Motores modernos injetados ainda precisam destes três elementos, mas usam dispositivos diferentes para os fornecer, e são controlados por um computador (ECU ou ECM) que gerencia o processo inteiro.

Hoje em dia os sistemas de gerenciamento eletrônico de motores podem processar milhões de instruções por segundo para continuamente ajustar faíscas, quantidade de ar e combustível de maneira a otimizar a performance ao máximo.

O computador ou ECU regula os pulsos elétricos dos bicos injetores (o tempo que o bico fica aberto) e a ignição de acordo com instruções de vários sensores. Um dos elementos-chave que o ECU precisa saber é quanto ar o motor consome sob determinadas condições. Foram desenvolvidas três estratégias diferentes para fornecer esta informação ao computador; em ordem de sofisticação, elas são: N-Alpha, Speed Density e medição Mass Flow.

N-Alpha
De design relativamente simples, os sistemas N-Alpha se baseiam somente nas informações de giro do motor e posição da borboleta para calcular a quantidade de combustível requerida pelo motor.

Este sistema não mede o fluxo de ar diretamente; ao invés disso, a solicitação do motor é calculada de acordo com o giro do motor e a posição da borboleta. O módulo ECU consulta uma tabela pré-programada, onde consta a quantidade de combustível necessária para cada faixa de RPM do motor.

Sistemas N-Alpha funcionam bem em motores que operam principalmente na posição WOT (wide open throttle - fim de curso da borboleta ou resumindo, pedal no fundo), como carros de corrida, mas são muito imprecisos nas outras posições da borboleta, ao longo do curso do acelerador, devido à tabela de mapeamento ser muito simples e baseada somente no RPM do motor.

Geralmente estes sistemas não tem um modo closed-loop (sistema das Cherokees com duas sondas O2, por exemplo) para corrigir a mistura ar/combustível, resultando em uma calibração da aceleração muito crua comparada a outros sistemas. Isto também os torna incompatíveis com os sistemas de catalisadores modernos, visto que qualquer alteração significativa no motor requer um remapeamento da ECU.

Speed-Density
Sistemas baseados em Speed-Density (S-D) recebem dados de sensores que medem o giro do motor (RPM) e a solicitação (vácuo da admissão em kPa), então o ECU calcula a necessidade de fluxo de ar consultando uma tabela muito mais precisa (comparada a um sistema N-Alpha) de posições pré-programadas, um mapa de milhares de valores que remetem à eficiência volumétrica do motor (VE) em diferentes condições de aceleração e giro do motor.

O RPM do motor é indicado por um sinal de tacômetro, enquanto o vácuo da admissão é transmitido pelo sensor MAP (Manifold Absolute Pressure). Como a densidade do ar muda de acordo com a temperatura, um sensor IAT (Intake Air Temperature ou MAT - Manifold Air Temperature) fornece as informações para cálculo da densidade do ar.

Map Sensor:


ECUs baseadas no sistema Speed-Density com gerenciamento de emissões também utilizam uma sonda lambda (sensor O2) montado no tubo do escapamento para obter informações. O ECU monitora a proporção de ar/combustível do sensor O2 e corrige o fornecimento de combustível adequadamente.

Isto ajuda a compensar o desgaste de componentes ao longo do tempo bem como variações de emissões do motor. Outros sensores em um sistema S-D normalmente incluem um motor de passo que controla o fluxo de ar em marcha lenta (IAC - Idle Air Control), um sensor de posição do acelerador (TPS - Throttle Position Sensor) que transmite a porcentagem de abertura da borboleta, um sensor de temperatura de arrefecimento (CTS - Coolant Temperature Sensor) e um "knock sensor" ou sensor de detonação, que monitora a detonação de modo que o ECU possa atrasar o ponto do motor conforme necessário.

Este é o sistema utilizado pelas XJs e ZJs, e outros veículos Chrysler, além de outras marcas.

Como um sistema S-D ainda não possui sensores que meçam diretamente o fluxo de ar, todos os pontos de mapeamento da injeção tem que ser pré-programados, então alterações significativas que alterem a eficiência volumétrica do motor necessitam de reprogramação do ECU.

Mass-Flow
Em contrapartida, os sistemas Mass Air Flow (MAF) utilizam um sensor montado à frente do corpo da borboleta que mede diretamente a quantidade de ar absorvida pelo motor.

O tipo mais comum de sensor MAF é do tipo hot-wire: o ar circula através de um fio aquecido que é parte de um circuito que mede a corrente elétrica. O fio é aquecido a uma temperatura fixa, maior do que a temperatura da entrada de ar. Conforme o ar circula sobre o fio, ele retira calor do mesmo, assim aumenta a corrente necessária para manter o fio aquecido à mesma temperatura fixa. Esse aumento na corrente necessário para manter o fio aquecido é proporcional à massa de ar que flui sobre o fio.

O medidor de massa de ar também inclui um sensor de temperatura que permite uma correção de acordo com a temperatura da admissão de ar, de modo que o sinal de saída não seja afetado.

Sensor MAF:


O circuito dos sensores MAF converte a leitura da corrente em uma voltagem que serve de sinal para o ECU, que por sua vez relaciona a voltagem ao fluxo de massa de ar. Sistemas MAF tradicionais também utilizam sensores adicionais similares aos do sistema Speed-Density.

Uma vez que o ECU sabe a quantidade de ar entrando no motor, ele busca informações destes sensores para determinar o estado de operação do motor (marcha lenta, aceleração, velocidade constante, desaceleração, temperatura, etc), e então consulta o mapeamento eletrônico para definir a mistura ar/combustível apropriada e selecionar a largura de pulso adequada para os bicos injetores.

Sistemas MAF são muito mais flexíveis em sua habilidade de compensar alterações no motor, já que medem o fluxo real de ar ao invés de calcular uma aproximação baseado em dados pré-programados. Estes sistemas são auto-compensatórios para a maioria das alterações em motores, além de serem extremamente precisos em marcha lenta e ao longo do curso da borboleta.

Por outro lado, o sensor MAF montado no corpo da borboleta, pode ser uma restrição de fluxo de ar em motores de alta potência. Em motores não originais ou convertidos para injeção eletrônica pode ser difícil a adaptação de um sistema MAF, devido às restrições de espaço disponível na admissão.

Qual é o melhor?
Em um mundo perfeito, virtualmente todos os carros de rua usariam o sistema MAF, devido à maior precisão e maior tolerância à alterações no motor. No passado, houve problemas com motores de alta potência devido à dificuldade em se encontrar sensores MAF de alta capacidade, além do seu preço proibitivo.

Hoje em dia, sensores MAF grandes estão disponíveis em diversos fabricantes. Para adaptações em motores que originalmente não eram injetados entretanto, a maior parte dos kits disponíveis são baseados no sistema Speed-Density e não em MAF.

Fonte da tradução: artigo na Car Craft - Electronic Fuel Injection Mass Flow vs. Speed Density- Car Craft Magazine