Tópicos:
- Geral
- Medindo um ciclo de trabalho
- Ciclo de trabalho com circuito positivo
- Ciclo de trabalho para um circuito de aterramento
- Ciclo de trabalho medido a partir da fonte de alimentação
- Solução de problemas do regulador de pressão de combustível controlado por PWM
Geral:
Com um circuito de ciclo de trabalho, a intensidade da corrente pode ser controlada por um consumidor. A corrente pode ser regulada sem causar perda de potência, como é o caso de um resistor em série. Na tecnologia automotiva, o ciclo de trabalho pode ser utilizado, entre outras coisas, para regular a velocidade do ventilador do aquecedor, a posição, por exemplo, do motor de posição do acelerador ou para acender luzes.
Ao aplicar um ciclo de trabalho a uma lâmpada, a lâmpada pode queimar com menos intensidade. Isto é utilizado, entre outras coisas, para luzes traseiras, onde uma lâmpada pode acender em duas intensidades diferentes, nomeadamente para iluminação normal e luz de freio. Com iluminação normal, a lâmpada queima fracamente (aqui é aplicado um ciclo de trabalho para limitar a corrente que passa pela lâmpada). Com a luz de freio, a lâmpada mudará o ciclo de trabalho para que a lâmpada acenda com mais brilho.
A imagem mostra uma luz traseira de um BMW série 5, onde a lâmpada esquerda da luz traseira também funciona como luz de freio, iluminando-a com mais intensidade.
Medindo em um ciclo de trabalho:
O ciclo de trabalho pode ser medido com um osciloscópio. O osciloscópio exibirá graficamente o desenvolvimento da tensão em função do tempo.
Quando um ciclo de trabalho é medido com um multímetro, o valor correto da tensão nunca será exibido. Como a tensão varia constantemente durante um ciclo de trabalho, o multímetro indicará a tensão média porque é muito lento.
Ciclo de trabalho com circuito positivo:
A imagem abaixo mostra um diagrama em cascata com o positivo da bateria (12 volts) no topo, seguido do fusível, da ECU (a chave eletrônica), do consumidor (neste caso uma lâmpada) e por último o terra. A ECU liga e desliga constantemente a fonte de alimentação.
O osciloscópio mede a tensão entre o positivo da lâmpada e o terra do veículo. As configurações do osciloscópio são as seguintes: 2 volts por divisão e 5 milissegundos por divisão. Isso significa que cada caixa de baixo para cima tem 2 volts, portanto, se forem somadas as caixas da linha ascendente (6 no total), a tensão mais alta medida é de 12 volts.
A duração é da esquerda para a direita. Cada caixa (divisão) é definida como 5 milissegundos. Se você olhar da esquerda para a direita, verá que a linha tem 10 milissegundos de altura e 10 milissegundos de altura.
Assim como o multímetro, o osciloscópio mede a diferença de tensão entre o cabo positivo e o cabo negativo conectado ao medidor. Quando a lâmpada é ligada no diagrama abaixo, o cabo positivo tem tensão de 12 volts e o cabo negativo (sempre) tem 0 volts porque está conectado ao terra. A diferença entre eles é indicada pelo medidor; a diferença entre 12 volts e 0 volts é de 12 volts. Esses 12 volts são exibidos na tela do medidor. Quando o ciclo de trabalho é alto, a lâmpada acende. Este não é o caso de um circuito de aterramento. Isso é explicado no próximo parágrafo.
Para determinar o ciclo de trabalho, é importante saber o que significa 1 período. Durante um período, a tensão é uma vez alta e uma vez baixa. Após este período começa o próximo período. Na imagem do escopo abaixo, 1 período está marcado em azul. Isso mostra que o período dura um total de 20 milissegundos, ou seja, 10 ms de altura e 10 ms de baixa. Pode-se, portanto, ler que metade do tempo a tensão é alta e a outra metade é baixa. O ciclo de trabalho nesta imagem do osciloscópio é, portanto, de 50%. Neste caso a lâmpada queima fracamente.
Na imagem abaixo, o período permaneceu o mesmo (20 ms), mas neste caso a tensão só é alta durante um quarto do tempo (5 ms) e baixa durante três quartos do tempo (15 ms). Com esta medição o ciclo de trabalho é de 25%. Isto significa que a lâmpada agora queima ainda mais fraca do que com o ciclo de trabalho de 50%, porque a lâmpada só recebe energia durante um quarto do período total.
Ciclo de trabalho para um circuito de terra:
Na tecnologia automotiva, geralmente são usados circuitos de aterramento. Com um consumidor comutado em massa, o ciclo de trabalho será invertido em comparação com um circuito positivo. Um exemplo disso pode ser visto na imagem abaixo.
Quando a lâmpada está apagada, a ECU interrompeu a conexão ao terra. Isso significa que o circuito está interrompido. Nesse caso, a tensão de 12 volts está na entrada da ECU. Isso significa que esta tensão também está na conexão negativa da lâmpada. Neste caso, a diferença de tensão quando a lâmpada está desligada é de 12 volts.
Assim que a ECU ligar a lâmpada ao terra, a lâmpada acenderá. Uma corrente então flui de positivo para negativo. A lâmpada usa 12 volts para queimar, então há 0 volts na conexão negativa da lâmpada. Nesse caso, há 0 volts no cabo positivo e 0 volts no cabo negativo. A diferença de tensão é então de 0 volts. Isso significa que em 0 volts a lâmpada está ligada e em 12 volts a lâmpada está desligada.
Para tornar a lâmpada mais fraca, o tempo durante o qual a lâmpada recebe energia deve ser reduzido. Isso pode ser visto na imagem abaixo. Em um período a tensão é alta por 15 ms (lâmpada apagada) e baixa por 5 ms (lâmpada acesa). Neste caso, a lâmpada só ficou acesa durante um quarto do período, por isso terá uma queima mais fraca.
Ciclo de trabalho medido a partir da fonte de alimentação:
As medições anteriores foram todas realizadas em relação à massa do veículo. Outra opção é medir desde o positivo da bateria até o terra do consumidor, conforme imagem abaixo.
Quando a ECU estiver conectada ao terra, a lâmpada acenderá. Nesse caso, a tensão de alimentação de 12 volts é consumida pela lâmpada para queimar. Portanto, haverá uma tensão de 0 volts no cabo negativo do osciloscópio. Há uma tensão de 12 volts no cabo positivo. Nesse caso existe uma diferença de tensão de 12 volts entre os cabos de medição, portanto a linha de 12 volts na tela indicará que a lâmpada está ligada. Então isso é 25% do período.
Assim que a ECU interromper a conexão ao terra, a tensão de 12 volts também estará no lado negativo da lâmpada. A diferença de tensão entre os cabos de medição do osciloscópio será então de 0 volts. 0 volts serão exibidos na tela quando a lâmpada for desligada.
Solução de problemas do regulador de pressão de combustível controlado por PWM:
Página op Circuito ECU de uma válvula PWM explica como é o circuito na ECU de um regulador de pressão ferroviário controlado por PWM. Portanto, é aconselhável ler primeiro as informações contidas nessa página.
O regulador de pressão do rail no rail de alta pressão do motor diesel common rail é feito por ele dispositivo de controle do motor controlado com PWM (modulação por largura de pulso).
Quando em repouso, a válvula do regulador de pressão é aberta, permitindo que a pressão do combustível saia do trilho de alta pressão pelo retorno. A válvula fecha quando é ativada. A pressão no trilho aumenta. Quando o sensor de pressão do rail registra uma pressão (muito) alta, a ECU ajusta o sinal PWM.
A figura abaixo mostra o esquema da unidade de controle do motor (J623) e do regulador de pressão do rail (N276). O regulador de pressão do rail é alimentado no pino 2 com uma tensão entre 13 e 14,6 volts (dependendo da tensão de carga com o motor em funcionamento). A ECU conecta o pino 45 ao terra quando a válvula precisa ser ativada. Uma corrente fluirá pela bobina do N276 assim que o pino 45 for conectado ao terra. A pressão no common rail está aumentando. No momento em que a ECU interrompe a conexão entre o pino 45 e o terra, o aumento de pressão no trilho de combustível para. A mola no regulador de pressão abre um pouco a válvula, permitindo que o combustível retorne ao tanque através das linhas de retorno.
A imagem do osciloscópio mostra uma tensão de alimentação (azul) e o controle PWM (vermelho). A tensão de alimentação é de cerca de 13,5 volts e é constante.
A tensão do sinal de controle PWM (vermelho) está entre 0 e 13,5 volts. Esta imagem do osciloscópio mostra que a válvula está sendo constantemente ligada e desligada.
A corrente (verde) aumenta assim que a válvula é energizada e diminui após a desativação.
Em repouso a tensão é de 13,5 volts. A válvula PWM não é controlada.
A mola na válvula garante que a válvula esteja aberta quando em repouso.
No momento em que a ECU é ligada ao terra (isso pode ser visto na imagem do osciloscópio quando o sinal vermelho é 0 volts), uma corrente flui pela bobina (a imagem verde), fazendo com que a válvula feche.
A imagem do osciloscópio mostra que a válvula está sempre ligada por um curto período de tempo e desligada por um longo período de tempo. Isto significa que a pressão do combustível deve ser relativamente baixa.
Lemos o carro e visualizamos os dados ao vivo. A pressão do combustível é de quase 300 bar em marcha lenta. Tudo bem.
Avaria: o motor já não arranca ao arrancar.
O motor não dá partida durante a partida. Temos certeza de que há combustível suficiente no tanque. Naturalmente começamos lendo as falhas. Neste caso nenhuma falha é armazenada. É por isso que olhamos para os dados em tempo real (em VCDS estes são chamados de blocos de valores medidos). Durante a partida, a velocidade inicial é de 231 rpm. A ECU recebe o sinal do virabrequim. Multar.
A pressão do combustível durante a partida é de 7.1 bar. Isso é muito baixo para o motor dar partida.
A pressão de combustível muito baixa pode ter as seguintes causas:
- muito pouco combustível no tanque
- bomba de combustível (bomba de alimentação ou bomba de alta pressão) com defeito
- filtro de combustível entupido
- válvula de controle de pressão de combustível com defeito
Para determinar por que a pressão do combustível permanece muito baixa, verificamos as tensões dos componentes elétricos com o osciloscópio.
Anteriormente nesta seção, foi mostrada a imagem do escopo do regulador de pressão de combustível PWM funcionando corretamente. A próxima imagem do osciloscópio é outra medição deste regulador de pressão, mas agora com defeito.
À medida que a corrente aumenta, a tensão de alimentação diminui. A tensão de alimentação, portanto, diminui quando a corrente flui. Além disso, destacam-se os seguintes pontos:
- Quando ligada, a tensão de alimentação cai para um valor mais baixo; normalmente uma resistência de transição causa uma queda abrupta (uma linha vertical na imagem do osciloscópio para uma tensão mais baixa);
- Após ligar a bobina, o acúmulo de corrente segue a curva de carga característica de acordo com o e-power. O fluxo de corrente durante a descarga é refletido pelo aumento gradual da tensão de alimentação. A corrente não cai para 0 A. A corrente continua a fluir após o término do controle.
- Assim que a bobina é desligada, nenhum pico de indução é visível na imagem vermelha (onde a tensão sobe de 0 a 14 volts). Considere desligar a bobina do injetor, o que pode causar um pico de até 60 volts.
Existe, portanto, uma resistência de transição no fio de alimentação do regulador de pressão de combustível. Somente quando a corrente flui é que ocorre queda de tensão devido à resistência de transição. Quando o terra é desligado, nenhuma corrente flui e a tensão de alimentação permanece exatamente igual à tensão da bateria.
Agora, de volta ao diagrama: o fio de alimentação está circulado em vermelho. A próxima etapa é localizar o fio danificado. Podem ocorrer danos como resultado do atrito contra peças do motor ou porque o fio ficou preso durante trabalhos de instalação anteriores. Uma vez encontrado o dano, ele poderá ser reparado.
Agora está claro o que resultou na resistência de transição. Você já deve ter notado que se fala sobre a falta de um pico de indução no sinal do osciloscópio. Quando a bobina é desligada, o padrão de corrente cai lentamente para um valor inferior. Portanto não há interrupção do controle; isso é encerrado, mas a corrente continua a fluir através da bobina.
Quando o FET se torna condutor pelo microprocessador, uma corrente pode fluir do dreno para a fonte e, portanto, também através da bobina. A bobina é assim energizada e a válvula de controle pode fechar contra a força da mola devido ao campo magnético resultante.
Assim que o controle do FET termina, não há mais fluxo de corrente através da bobina para o terra. O diodo de roda livre garante que a corrente de indução, como resultado da energia residual na bobina, seja alimentada para o positivo. Isso garante uma redução gradual da corrente e evita a ocorrência de indução. Este processo é indicado pelas setas vermelhas na imagem.
Isso explica por que um fluxo de corrente ainda é visível na imagem do osciloscópio após o controle já ter terminado.
