Tópicos:
- Geral
- Ignição da bobina de ignição
- Ignição de distribuidor convencional com pontos de contato
- Ignição controlada por computador
- Pressão de combustão e ponto de ignição
- Avanço de ignição
- Tempo de permanência
- Inflamação DIS
- Uma bobina de ignição por cilindro
- Meça o padrão de ignição primária com o osciloscópio
Geral:
Num motor a gasolina, a mistura ar/combustível deve ser inflamada no final do curso de compressão. Isto acontece porque o vela dá uma faísca. Para que a vela faísque, é necessária uma tensão entre 20.000 e 30.000 volts. Uma bobina de ignição converte a tensão da bateria (cerca de 12 a 14,8 volts) nesta alta tensão.
Com sistemas mais antigos, muitas vezes há uma bobina de ignição aparafusada em algum lugar do bloco do motor, que é conectada às velas por meio de cabos de vela. Os motores mais novos geralmente possuem bobinas de ignição de pino. Cada vela de ignição possui sua própria bobina de ignição. O número de bobinas de ignição no motor pode ser facilmente reconhecido pela presença de cabos de vela. Se os fios das velas passarem por cada cilindro, o carro terá 1 bobina de ignição fixa ou uma bobina de ignição DIS. Se não houver cabos de vela funcionando, há uma bobina de ignição separada em cada vela. Muitas vezes, a placa de cobertura do motor precisa ser desmontada para ver isso.
Bobina de ignição:
Um sistema de ignição usa uma bobina de ignição. Independentemente do tipo (convencional ou controlado por computador), o princípio é o mesmo. A bobina de ignição contém 2 bobinas de fio de cobre em torno de uma barra de ferro (núcleo). A bobina primária (no lado da chave de ignição) possui poucas voltas de fio grosso. A bobina secundária possui muitas voltas de fio fino. A bobina primária tem uma tensão de 12 volts. Uma corrente de 3 a 8 amperes é enviada através desta bobina primária. Isso gera um campo magnético. Quando este campo magnético desaparece, uma tensão de 250 a 400 volts é gerada na bobina primária. Devido à diferença no número de enrolamentos, uma tensão de até 40.000 volts é gerada na bobina secundária.
A bobina primária da bobina de ignição possui resistência ôhmica e indutiva. A resistência ôhmica pode ser medida com o multímetro ou calculada a partir das medições de corrente ou tensão. A resistência indutiva refere-se ao campo magnético desenvolvido na bobina primária e depende da taxa na qual a corrente muda e das propriedades magnéticas da bobina (o valor L). Cada bobina de ignição possui um valor L fixo, que depende do número de voltas e das dimensões da bobina e das propriedades e dimensões do núcleo.
Ignição de distribuidor convencional com pontos de contato:
O sistema de ignição convencional consiste em uma única bobina de ignição que é ligada e desligada com pontos de contato, cabo da bobina de ignição, cabos de vela e distribuidor mecânico com avanço do ponto de ignição.
Quando em repouso, os pontos de contato estão fechados. Uma corrente flui através da bobina primária, através dos pontos de contato com o terra. Nesse momento, um campo magnético está presente na bobina primária. Quando o came levanta a alavanca, o contato entre os pontos de contato é quebrado e uma tensão induzida é criada. Esta tensão induzida é amplificada na bobina secundária e transmitida ao distribuidor através do cabo da bobina de ignição. A saliência no distribuidor aponta para uma das conexões do cabo da vela de ignição. A tensão é transmitida à vela de ignição, que produz uma faísca.
A bobina de ignição transmite alta tensão através da conexão do cabo da bobina de ignição ao rotor no distribuidor. O rotor no distribuidor gira na metade da velocidade do virabrequim. Isto é possível porque, dependendo da construção, existe uma ligação direta entre a cambota e o distribuidor (como mostra a figura), ou porque o rotor é acionado diretamente pela árvore de cames. Afinal, a árvore de cames já gira na metade da velocidade do virabrequim. A imagem mostra uma vista explodida do distribuidor.
O rotor é sensível à manutenção. As partículas de contato entre o rotor e a tampa do distribuidor corroem com o tempo, o que deteriora a qualidade da faísca da vela. Lixando ocasionalmente a corrosão ou substituindo peças desgastadas, a qualidade da faísca permanece ideal. Ao girar a tampa do distribuidor no rotor, o ponto de ignição é ajustado.
Ignição controlada por computador:
Os carros modernos estão equipados com sistemas de ignição controlados por computador. O sistema de gerenciamento do motor controla a bobina de ignição. Um gerador de pulsos (sensor de posição do virabrequim e possivelmente um sensor de posição do eixo de comando) fornece um pulso de referência que funciona de forma síncrona com a manivela ou eixo de comando. Freqüentemente, falta um dente em um anel ou polia que serve de ponto de referência. A imagem mostra a polia usinada do virabrequim do Projeto MegaSquirt. A polia tem 36 dentes, 1 dos quais foi retificado. É por isso que também é chamada de roda de referência 36-1. A cada 10 graus, 1 dente passa pelo sensor (360/36).
Cada vez que o dente perdido passa pelo sensor, um sinal é enviado à ECU.
Este ponto de referência não é o ponto morto superior (TDC), como o nome geralmente sugere. Na realidade, este ponto de referência está entre 90 e 120 graus antes do TDC. Isto significa que quando não há avanço de ignição, o pulso de ignição ocorre 9 a 12 dentes após o ponto de referência.
A imagem mostra o sinal do virabrequim (amarelo) em relação ao pulso de controle da bobina de ignição (azul). No sinal do virabrequim, o dente faltante é visível onde falta o pulso. Neste motor, o dente que falta está 90 graus antes do TDC (são 9 dentes da roda de pulso).
Entre o dente perdido (ponto de referência, amarelo) e o pulso de controle (azul), são visíveis 8 dentes; Esta é uma pré-ignição de 10 graus.
O avanço da ignição tem a ver com a velocidade de combustão; a combustão precisa de tempo para atingir sua pressão máxima de combustão. Esta pressão máxima de combustão é ideal em uma posição do virabrequim de 15 a 20 graus após o PMS. Isto deve ser ideal em todas as condições operacionais. Os parágrafos seguintes explicam a influência do ponto de ignição na pressão de combustão, como ocorre o avanço da ignição e como é possível ler o tempo de permanência na imagem do osciloscópio.
Pressão de combustão e ponto de ignição:
O sistema de ignição deve garantir que a mistura no espaço do cilindro acenda no momento certo. Quando o pistão tiver ultrapassado o PMS, a pressão de combustão deverá ser mais elevada. Como existe um tempo entre a ignição e a ignição da mistura (onde a pressão máxima de combustão é atingida), a mistura deve ser acesa algum tempo antes do PMS. Resumindo: a vela já deve ter disparado antes do pistão atingir o PMS.
No diagrama a seguir vemos a progressão da pressão (linha vermelha) em relação aos graus do virabrequim. A vela de ignição acende no ponto a. O pistão avança em direção ao PMS (0) e a pressão de combustão aumenta. A pressão máxima de combustão é atingida aproximadamente 10 a 15 graus após o TDC (no ponto b).
- se o ponto b se mover muito para a esquerda, a mistura é acesa muito cedo e o pistão é impedido de subir;
- Quando o ponto b é movido para a direita, a combustão ocorre tarde demais. O pistão já se moveu muito em direção ao ODP. O golpe de força não é mais eficaz o suficiente.
Avanço de ignição:
Para que o pico de pressão ocorra na posição correta do virabrequim, é importante avançar a ignição quando a rotação do motor for aumentada. O ponto b (pressão máxima de combustão) não deve ser movido. Ao avançar e retardar o ponto de ignição, o ponto a (ponto de ignição) é deslocado para a esquerda ou para a direita. O tempo de combustão depende do nível de enchimento do motor e da relação de mistura atual. O avanço da ignição é, portanto, diferente para cada motor. É também por isso que o ponto de referência do virabrequim é definido alguns graus antes do PMS: entre o ponto de referência e o PMS há tempo para calcular o avanço de ignição.
Com uma bobina de ignição DIS (descrita mais adiante na página), o sensor de posição do virabrequim é suficiente para determinar o ponto de ignição. O primeiro pulso após o dente perdido é utilizado, por exemplo, para carregar a bobina secundária dos cilindros 1 e 4. Em seguida é contado o número de dentes (18 neste caso) para gerar o pulso para a bobina secundária dos cilindros 2 e 3. Se o motor estiver equipado com bobinas de ignição COP, um ponto de referência não é suficiente. Nesse caso, é necessário um sensor de posição da árvore de cames para detectar vários pontos de referência.
As duas imagens abaixo (tabela de avanço de ignição e visualização 3D) mostram as configurações do mapa de ignição no Projeto MegaSquirt. Eles são chamados de tabelas de pesquisa, campos de referência ou campos principais.
O avanço da ignição é determinado com base na configuração do motor. Os gráficos mostram as curvas de avanço de ignição em plena carga para ignição por distribuidor mecânico (convencional) (linha rosa) e um sistema controlado por computador (linha azul). A curva na linha rosa é o ponto onde o avanço do vácuo entra em vigor. Além disso, as linhas são retas; isso se deve a limitações mecânicas. Com um sistema controlado por computador isto pode ser controlado com mais precisão; portanto, a curva de ignição prossegue como uma curva. Entre 1200 e 2600 rpm a linha azul foi ligeiramente puxada para baixo; isso tem a ver com a área de detonação de carga parcial. Também pode ser visto que tanto as linhas de avanço convencionais como as controladas por computador terminam em aproximadamente 25 graus. O avanço não deve ser aumentado ainda mais, pois existe o risco de “batida em alta velocidade”, ou área de batida em alta velocidade.
O mapa de ignição serve de base para o avanço da ignição. A partir deste momento, o sistema de gerenciamento do motor tentará adiantar a ignição o máximo possível. Muito avanço levará a batidas; isso é registrado por sensores de detonação. No momento em que os sensores de detonação registram que o motor tende a bater, o sistema de gerenciamento do motor se desviará alguns graus do ponto de ignição. A velocidade será então acelerada novamente até que os sensores de detonação emitam um sinal.
Tempo de permanência:
Quando a corrente primária é ligada, um campo magnético é criado. A corrente através da bobina não atingirá imediatamente o seu valor máximo; Isso leva tempo. Na bobina existe uma resistência obtida a partir de uma tensão de indução oposta. A corrente também não excederá 6 a 8 amperes. Foi gerada energia suficiente em 2,3 milissegundos para fazer com que uma faísca salte através da vela, o que é suficiente para inflamar a mistura ar-combustível. O ponto t=2,3 ms é o ponto de ignição. O aumento da corrente desde o tempo t0 até t = 2,3 ms é chamado de tempo de carga da bobina primária ou tempo de permanência.
O aumento de corrente na bobina primária para em aproximadamente 7,5 amperes. A corrente não deve aumentar ainda mais, pois a bobina primária pode ficar muito quente. Quando a tensão de bordo do carro cai, é necessário mais tempo para carregar a bobina primária. O ponto de ignição não muda. Portanto, o carregamento deve começar mais cedo. Isso pode ser visto na figura, onde a linha verde mostra o fenômeno de ativação da bobina em tensão mais baixa. O processo de carregamento começa mais cedo (delta t) e termina ao mesmo tempo que a linha preta em 7,5 A.
O controle da bobina de ignição muda; a largura do pulso de acionamento afeta o tempo de carregamento da bobina primária. Quanto mais longo o pulso, mais tempo a bobina terá para carregar.
Nas duas imagens, a inflamação ocorre no oitavo dente (80 graus antes do CDT). A imagem certa mostra o tempo de permanência mais longo.
Inflamação DIS:
DIS significa Sistema de ignição sem distribuidor. É, como o nome sugere, uma ignição eletrônica sem distribuidor. O sinal de ignição vem diretamente da ECU, tornando-a uma ignição controlada por computador. Este sistema de ignição combina 2 bobinas de ignição em 1 caixa. Cada bobina de ignição fornece faísca para 2 cilindros. Há uma bobina de ignição de bobina única montada nos cilindros 1 e 4, e a outra bobina montada nos cilindros 2 e 3.
Como exemplo, tomamos a bobina de ignição DIS com conexões para os cilindros 2 e 3. Não há rotor, o que significa que ambos acenderão ao mesmo tempo. O cilindro 2 está no final do curso de compressão e a bobina de ignição fornece uma faísca para inflamar a mistura. Isso significa que a bobina de ignição também acende no cilindro 3, que então inicia com o curso de admissão, mas como agora não possui mistura inflamável, isso não importa. Mais tarde, quando o cilindro 3 estiver ocupado com o curso de compressão, o cilindro 2 estará ocupado com o curso de admissão e receberá então a faísca desnecessária. A faísca vazia no cilindro onde não ocorre combustão não causa envelhecimento mais rápido da vela. A faísca só precisa de uma tensão de 1kV (1000V) em vez dos 30kV ao queimar uma mistura.
A vantagem da bobina de ignição DIS é que nenhuma manutenção é necessária. A bobina de ignição não necessita de manutenção. A desvantagem desta bobina de ignição é que às vezes a umidade penetra entre o cabo e o eixo de conexão na bobina de ignição. A umidade causa corrosão nos contatos, que ficam brancos ou verdes. A tensão da faísca cai devido à grande perda de tensão causada pela corrosão. O motor pode começar a tremer e vibrar levemente, sem realmente causar falha na memória da ECU. No caso de uma reclamação como esta, é aconselhável desmontar os cabos da bobina de ignição um por um (com o motor desligado!!) e verificar se os contatos estão bonitos e dourados e se não há vestígios de corrosão no no cabo e no eixo. A corrosão é muito agressiva e retornará lentamente após a limpeza. A melhor solução é substituir a bobina de ignição completa pelo cabo adequado.
Uma bobina de ignição por cilindro:
Com este sistema de ignição, as bobinas de ignição (haste), também chamadas de bobinas de ignição COP (bobina na vela), são montadas diretamente na vela de ignição. Também aqui a unidade de controle do motor (ECU) controla a ignição. Tanto a corrente como o ponto de ignição são calculados pela unidade de controle. A operação é como uma bobina de ignição mais antiga; Esta bobina de ignição também possui uma bobina primária e secundária. A bobina primária é alimentada com tensão através do plugue na parte superior e interrompida internamente por um transistor.
A desvantagem dessas bobinas de ignição é que elas são montadas no eixo da vela e, portanto, ficam extremamente quentes. Embora sejam feitos para isso, às vezes tendem a quebrar. Isso pode ser reconhecido quando um carro pula um cilindro e então o motor começa a tremer. Quando isso acontecer, o sensor lambda reconhecerá que uma bobina de ignição não está acendendo o combustível e a injeção de combustível no cilindro relevante será interrompida. O cilindro então não funciona mais. Isso evita que o combustível não queimado entre no escapamento, o que destruirá o catalisador. Muitas vezes, uma bobina de ignição quebrada pode ser reconhecida pelo fato de o motor funcionar de maneira muito irregular (e a luz do motor estar acesa, embora essa luz possa ter inúmeras causas).
Mais informações e causas de falha de ignição do cilindro podem ser encontradas na página transferência de cilindro.
Se você suspeitar que a bobina de ignição está com defeito, poderá visualizar a imagem da ignição primária com o osciloscópio se o motor estiver em modo de emergência e a ignição e a injeção tiverem sido desligadas enquanto o motor estiver funcionando.
Medindo o padrão de ignição primária com o osciloscópio:
A bobina de ignição gera a tensão para que uma forte faísca possa se desenvolver na parte inferior da vela. A bobina de ignição deve gerar uma tensão de aproximadamente 30.000 a 40.000 volts para criar uma faísca na vela. Para tanto, deve ser gerada na bobina primária uma tensão de ionização de 300 a 400 volts. Podemos ver no curso da tensão através da bobina primária se esse processo está indo bem. As tensões das bobinas primária e secundária são repassadas uma para a outra, embora os níveis na bobina secundária sejam aproximadamente 100x mais altos. Isso permite ver no perfil de tensão primária se a bobina de ignição está em ordem e se a vela está acendendo corretamente. A imagem do osciloscópio abaixo foi medida na bobina primária de uma bobina de ignição.
Da esquerda para a direita:
- 14 volts: em repouso medimos 14 volts no lado positivo e terra da bobina na bobina de ignição;
- Tempo de contato: a bobina primária está conectada ao terra de um lado. Uma tensão diferencial de 14 volts é criada entre + e o terra, fazendo com que a corrente flua através da bobina;
- 300 volts (indução): o estágio de saída na ECU ou módulo de ignição encerra o controle e uma indução de aproximadamente 300 volts é criada na bobina primária. Chamamos isso de tensão de ionização. Uma tensão de 30.000 volts é gerada na bobina secundária. Esta tensão é necessária para tornar condutor o ar entre os eletrodos da vela e permitir o salto da faísca;
- Faísca da vela: pela linha de ignição podemos ver que a vela está acendendo;
- Balançando: é aqui que a energia residual flui. Isto depende do valor LCR do circuito (valor L da bobina de ignição e da capacitância do capacitor).
Por tempo de abertura na imagem do osciloscópio entendemos o tempo de abertura dos pontos de contato. Isto não se aplica mais a uma ignição controlada por computador. Porém, podemos determinar a velocidade com base no ponto em que aparece a tensão de ionização da segunda faísca. As imagens do osciloscópio abaixo mostram as imagens da ignição primária em baixa velocidade (esquerda) e alta velocidade (direita).
Com um osciloscópio podemos exibir a imagem da ignição e a imagem da injeção em relação ao sinal do virabrequim. A roda de referência contém um ponto de referência. Um momento de ignição ocorre após cada rotação do virabrequim. Sabemos que o virabrequim deve girar duas rotações para um ciclo de trabalho completo. A partir disso podemos reconhecer que estamos lidando com uma bobina de ignição DIS. Então ocorre uma “faísca desperdiçada”. As imagens dos injetores confirmam isso: a injeção ocorre a cada segunda rotação do virabrequim.
Se você suspeitar que uma bobina de ignição está com defeito, poderá determinar se há um problema na ignição secundária visualizando a imagem da ignição secundária. A imagem resultante mostra a imagem de ignição do cilindro 6 (azul) e do cilindro 4 (vermelho) nos quais há falha. A explicação segue abaixo da imagem.
Na imagem primária do cilindro 4, a tensão de ionização pode ser vista, mas depois a energia flui. A imagem agora se assemelha ao perfil de tensão característico de um injetor de bobina magnética. O que podemos reconhecer nesta imagem:
- O cilindro 6 (azul) está OK. Usamos esta imagem como referência;
- Cilindro 4: a tensão de ionização está OK. A energia é gerada na bobina primária. A bobina primária está boa;
- O controle da ECU do motor ou do módulo de ignição externo está OK;
- O curso secundário não é visível;
- A bobina primária e secundária, portanto, não trocam energia;
- A bobina secundária é interrompida.
A experiência mostra que a bobina secundária de uma bobina de ignição pode falhar devido ao calor. Podemos detectar esse defeito com um osciloscópio. Observação: se o motor entrar em modo fraco, o controle poderá ser encerrado. Portanto, realize a medição imediatamente após ou durante a partida do motor.
