Glauco Diniz Duarte Empresa – Turbocompressor de geometria variável

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, é do conhecimento de todos que a indústria automotiva é uma das grandes beneficiadas da tecnologia, que resultou em redução de peso, gerenciamento de trafego de informações, facilidade em diagnósticos e manutenção. A base da inovação nos automóveis atualmente está na eletrônica embarcada e como ela gerencia ou facilita as operações necessárias em um carro.

Para entender o funcionamento dos veículos atuais, não basta simplesmente o conhecimento da mecânica. É preciso entender de eletricidade básica, e a partir desta, os fundamentos dos sistemas eletroeletrônicos.

Neste cenário, para iniciar o diagnóstico de falha do sistema de controle da turbina o técnico deve iniciar por conhecer o funcionamento do sistema principalmente por se tratar de um sistema que é controlado eletronicamente por uma central eletrônica e que depende do funcionamento de vários sensores para o seu perfeito funcionamento.

Entretanto, para compreender de forma integral os benefícios do sistema de controle da turbina com geometria variável faz-se necessário entender o funcionamento do sistema turboalimentado convencional.

⦁ Funcionamento do sistema do sistema turboalimentado

O turbocompressor, conhecido popularmente como turbo, é basicamente uma bomba de ar. O turbocompressor tem a função de comprimir, fazendo caber mais massa de ar dentro do mesmo volume das câmaras de combustão e isto, consequentemente, favorece a combustão de mais combustível, gerando mais potência e torque no motor.

Os gases quentes de escape que deixam o motor após a combustão fazem girar o rotor da turbina.

• Este rotor é ligado a um outro rotor por um eixo.

• A rotação do rotor da turbina provoca a rotação, na mesma velocidade, do rotor do compressor.

• A rotação do rotor do compressor puxa o ar da atmosfera, o comprime e o bombeia para dentro do motor.

A figura mostra a dinâmica de funcionamento do sistema.

⦁ Características do turboalimentador

• Possibilita que um motor pequeno tenha a mesma potência que um motor muito maior.

• Torna motores maiores ainda mais potentes, auxiliando na redução da emissão de gases poluentes, pois o turbo injeta mais ar ao motor fazendo com que a combustão seja mais completa e mais limpa.

• Diminui o consumo de combustível.

• A perda de calor pelo atrito aumenta drasticamente com o aumento do tamanho do motor. Menores, os motores turboalimentados aproveitam melhor a energia desperdiçando menos energia por calor e atrito.

• Previne a perda de potência e a queima incompleta em grandes altitudes. (fumaça preta).

⦁ Turbo de Geometria Variável (TGV)

O turbo TGV (Geometria Variável) diferencia-se do turbo convencional pela utilização de um prato ou coroa no qual estão montados aletas móveis que podem ser orientadas (todas em conjunto) num ângulo determinado mediante um mecanismo de vareta e alavanca empurradas por uma cápsula pneumática para conseguir a máxima compressão do ar. A baixas R.P.M devem fechar-se as aletas, já que diminuindo a secção entre elas, aumenta a velocidade dos gases de escape que incidem com mais força sobre as pás do rolete da turbina (menor Secção = maior velocidade).

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Quando o motor aumenta de R.P.M. e aumenta a pressão no coletor de admissão, a cápsula pneumática detecta-o através de um tubo ligado diretamente ao coletor de admissão e transforma-o num movimento que empurra o sistema de comando das aletas para que estas se movam para uma posição de abertura que faz diminuir a velocidade dos gases de escape que incidem sobre a turbina (maior secção = menor velocidade).

As aletas estão montadas sobre uma coroa, figura abaixo, podendo regular-se o veio roscado de união à cápsula pneumática para que as aletas abram antes ou depois. Se as aletas estiverem em abertura máxima, indica que há uma avaria, já que a máxima inclinação só é adotada para a função de emergência.

As vantagens do turbocompressor TGV advêm de se conseguir um funcionamento mais progressivo do motor sobrealimentado.

À diferença dos primeiros motores dotados com turbocompressor convencional, em que havia um grande salto de potência de baixas rotações para altas, o comportamento deixou de ser brusco para conseguir uma curva de potência muito progressiva com grande quantidade de pressão desde baixas rotações e mantido durante uma ampla zona do número de rotações do motor.

⦁ Arquitetura Eletrônica do Sistema

 Para o perfeito funcionamento do sistema a central de controle do motor precisa dos parâmetros de funcionamento do motor através da análise dos sinais enviados por diversos sensores de diferentes sistemas, a figura abaixo apresenta o diagrama esquemático e os principais componentes envolvidos.

Para que a central de controle do motor consiga controlar adequadamente o funcionamento do turbocompressor de acordo com as diferentes condições de funcionamento ela deve receber constantemente as informações de diversos sensores, tais como:

⦁ O sensor de posição do pedal do acelerador (APP);

⦁ O sensor de temperatura do líquido de arrefecimento do motor (ECT);

⦁ Sensor de fluxo de massa de ar (MAF);

⦁ Sensor da temperatura do ar na admissão (IAT);

⦁ Sensor da velocidade do veículo (VSS);

⦁ Os sensores da posição da mudança da caixa de velocidades ou de informação de faixa;

⦁ O sensor de pressão absoluta do coletor (MAP);

⦁ A posição do EGR – se equipado.

⦁ Estudo de Caso

Após as necessárias explicações preliminares vamos ao caso propriamente dito. O proprietário do veículo chega na Oficina L.Rabelo Diagnóstico Automotivo, na qual sou sócio-proprietário, relatando que o veículo apresenta a luz de injeção acesa no painel e o motor do veículo apresentando baixo rendimento.

A primeira ação que fiz foi confirmar a anomalia, funcionei o veículo e rapidamente identifiquei que realmente o turbocompressor não estava trabalhando adequadamente, devido a diferença de tonalidade de funcionamento do motor entre o primeiro acionamento do pedal do acelerador e os demais. No primeiro acionamento após a partida do motor há um envio regular de ar para o interior do motor constatado pelo aumento de rotação rápido e o ruído característico, situação diferente ao se pressionar novamente o acelerador, quando se verifica uma mudança brusca no ruído do motor.

Para confirmar realizei o teste de rodagem e confirmei as reclamações do cliente.

O próximo passo foi instalação da ferramenta de diagnóstico (scanner) para verificar a presença de algum código de falha que pudesse me auxiliar no diagnóstico, lembrando que o cliente afirmou que a luz de injeção estava acesa no painel, o que evidenciava a presença de algum DTC relacionado ao caso.

 A figura exibe a tela do scanner com o código de falha presente em sua memória.

O código de falhas P0045 referente à válvula de alívio do turbocompressor – circuito aberto, seria meu guia para descobrir a causa da anomalia presente no motor.

Para dar continuidade ao diagnóstico era necessário conhecer as ligações elétricas envolvidas neste circuito, assim, meu próximo passo foi ter acesso ao diagrama elétrico do sistema em questão.

A figura mostra em detalhes todos os conectores, pinos e cores dos fios que fazem a ligação entre o módulo de controle do motor e o turbo de geometria variável, bem como o motor de acionamento do TGV e o sensor de posição das pás.

Observando o diagrama elétrico, vemos claramente pelo lado do TGV os componentes envolvidos, como o sensor de posição das pás e o seu motor de acionamento. E pelo lado da central, a pinagem por onde sai o sinal de controle do motor, a tensão de alimentação do sensor, a massa do sensor e o pino responsável por receber o sinal do sensor referente ao posicionamento das pás.

Sem perca de tempo iniciei os testes elétricos do sistema a fim de identificar alguma falha elétrica, já que o código de falhas me informava que existia alguma anomalia elétrica, no caso circuito aberto.

A primeira medição foi em relação à alimentação do sensor, que de acordo com o diagrama teria o valor de 5,00V e a medição deveria ser feita nos pinos 3 e 5 do conector do módulo do TGV. A figura apresenta o posicionamento do módulo TGV.

Já a figura exibe o conector com os 5 pinos (2 pinos para o controle do motor, 1 pino positivo do sensor, 1 pino massa do sensor, 1 pino sinal do sensor).

Com o resultado da medição (4,98V) constatamos que havia no sensor alimentação positiva e negativa, faltava, portanto, confirmar a resposta do sensor e a integridade do chicote nos fios de controle do motor do turbo.

Continuando os testes, chegou a hora de verificar a resposta do sensor de posição do TGV, entretanto, realizando uma pesquisa mais detalhada, chegamos à informação que existe uma comunicação em rede assíncrona entre a carcaça do TGV e o módulo do motor, a informação da posição das palhetas segue por esta rede que só tem um sentido de tráfego, da carcaça do TGV para o módulo.

 Em resumo: o sensor de posição do TGV oferece uma voltagem de sinal que muda em relação ao ângulo da palheta do TGV. O circuito integrado personalizado converte a informação de transmissão baseada na voltagem em dados seriais, usando o protocolo J2716 SENT (Single Edge Nibble Transmission) da SAE (Society of Automotive Engineers, Sociedade dos Engenheiros Automotivos) A informação do sensor de posição do TGV é transmitida entre a carcaça do TGV e o módulo do motor no circuito de sinal/dados seriais. O módulo do motor decodifica o sinal de dados seriais e é usado como voltagens para o sensor de posição do TGV.

A figura abaixo exibe o sinal típico deste tipo de comunicação que só é possível visualizar utilizando-se de um osciloscópio.

Desta forma, decidimos que mesmo realizando a captura com osciloscópio não teríamos como saber se a informação de posição das pás estavam corretas, assim, decidimos testar a continuidade dos fios que ligam o motor do TGV à central de controle do motor.

Utilizando o diagrama elétrico exibido pela figura abaixo, vemos que o pino 72 do conector B da UCE se comunica com o pino 1 do TGV e que o pino 73 do conector B da UCE se comunica com o pino 2 do TGV.

A figura abaixo demonstra a medição que fizemos entre os pinos 72 do módulo do motor e o pino 1 do TGV.

Ao realizar a medição verificamos o valor de resistência igual a 0,3 ohms, o que nos mostrava que o fio que ligava os pinos 72 (lado da central) e pino (1 lado do TGV) estava em perfeito estado.

Ao observar a tela do multímetro concluímos que não havia continuidade, pois o resultado da medição deu uma resistência infinita. O.L no multímetro significa em inglês Open Loop, que em bom português quer dizer laço aberto ou no nosso contexto, circuito aberto.

Confirmada a anomalia, decidimos realizar uma inspeção visual e rapidamente identificamos a causa do problema. A figura mostra o conector da central do motor e a posição do pino 73.

Identificamos que o terminal do fio branco/preto (pino 73) estava praticamente solto dentro do conector e que ao removê-lo de seu alojamento o mesmo já estava praticamente quebrado, ou seja, o contato com o pino da central já estava comprometido, o que acarretava na ausência de comando do motor do turbo de geometria que aciona as palhetas, explicando a falta de rendimento do motor.

Devido ao estado do conector perguntamos ao proprietário se o veículo tinha passado por algum serviço no qual foi removido o conector ou a própria central, o proprietário afirmou que devido a essa falha que antes era intermitente levou o veículo em outra oficina onde os reparadores haviam realizado testes nesse conector.

Concluí pelo estado do conector, figura abaixo, que alguém havia realizado o teste utilizando diretamente as pontas do multímetro, forçando e danificando o terminal completamente.

Realizada a substituição do terminal e confirmada a eficiência do contato entre o motor da TGV e o módulo do motor, o veículo voltou ao seu funcionamento normal, evidenciado pelo ruído do motor e teste de rodagem com o cliente.

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