Sistemas de Ignição: Tipos, Funcionamento e Componentes

Sistemas de Ignição

Comparação dos sistemas de ignição.

Ignição Convencional:

Oferece um bom desempenho para as necessidades normais (capaz de gerar até 20 mil faíscas por minuto, ou seja, pode atender às demandas de um cilindro do motor de 4 até 10.000 rpm e motor de 6 e 8 cilindros, mas dá mais problemas). A execução técnica do interruptor, submetida a cargas pesadas, passando a corrente elétrica através da bobina primária, é um compromisso entre o comportamento de comutação em baixa velocidade de rotação e salto de contato em alta velocidade. Referências devido à condensação de água, sujeira de combustão, etc., reduzem a tensão disponível de forma considerável.

Ignição Eletrônica:

Há uma tensão mais alta disponível na vela de ignição, especialmente em altas rotações do motor. Usando um disjuntor com contatos de salto pequeno, você pode fazer esse sistema funcionar sem interrupções até 24.000 faíscas por minuto. O interruptor não é submetido a grandes cargas de energia, de modo que sua duração é muito maior, reduzindo assim a manutenção e solução de problemas. Este tipo de ignição exclui o capacitor.

Ignição Eletrônica Sem Contato:

Estes modelos atendem a uma demanda ainda maior. O interruptor é substituído por um gerador de pulsos ("indutivo" ou "efeito Hall"), que são isentos de manutenção. O número de faíscas é de 30.000. Como resultado da baixa impedância das bobinas usadas, o aumento da alta tensão é mais rápido e, consequentemente, a tensão de ignição é menos sensível a fios elétricos.

Ignição Eletrônica Integral:

Para ser isento de sistemas mecânicos de correção antecipada da faísca pela aplicação de componentes eletrônicos, você consegue transmitir curvas mais precisas, que podem acomodar qualquer lei, cumprindo integralmente a legislação antipoluição. A manutenção desses sistemas é praticamente zero.

Ignição Eletrônica para Injeção de Combustível:

Nos atuais sistemas de injeção eletrônica de combustível, combinada com uma ignição eletrônica integral, muitos dos sensores são comuns e a unidade de autocontrole (ECU) governa os dois sistemas. Dentro desses sistemas, podem ser encontrados aqueles que ainda usam o distribuidor e os totalmente eliminados (ignição eletrônica estática DIS).

Ignição por Descarga de Capacitor:

Este sistema aplica-se a motores operando com um número elevado de rotações por alta tensão nos plugues. O rápido aumento na tensão extremamente faz a instalação insensível a fios elétricos. Mas a faísca é muito curta.

O fabricante BOSCH faz uma classificação particular de seus sistemas de ignição:

Função

Sistemas de ignição

SZ Bobina de ignição

TZ Power transistor

EZ Ignição eletrônica

VZ Totalmente eletrônica

No início:

Mecânica (interruptor)

Determinação do ângulo de ignição de acordo com a velocidade e estado da carga do motor:

Mecânica

Geração de alta tensão (bobina):

Indutivo

Distribuição e transmissão da ignição no cilindro correto (distribuidor):

Mecânica

On Stage (central):

Mecânica

O circuito de ignição: o que é isso? O circuito de potência utilizado em motores a gasolina é encarregado de explodir uma faísca elétrica no interior dos cilindros, provocando a combustão da mistura combustível-ar no momento oportuno. O encargo de gerar uma alta voltagem para causar a faísca elétrica é da "bobina". A bobina é um transformador que converte a tensão da bateria 12 V em alta tensão da ordem de 12.000 a 15.000 V. Uma vez que a alta tensão gerada precisará de um elemento de distribuição a cada um dos cilindros em tempo oportuno, tendo em conta que motores policilíndricos trabalham em um ciclo com uma ordem dada por cada explosão do cilindro (por exemplo, motor de 4 cilindros: ordem de ignição 1-3-4-2). O elemento que é responsável por distribuir a alta tensão é o "distribuidor ou Delco". A alta tensão para causar a faísca elétrica dentro de cada um dos cilindros precisa de um item que é a "vela", muitas velas, de modo que o número de cilindros do motor.

Bobina:

A bobina não tem muito a dizer, pois é um elemento que dá poucos problemas e, se isso acontecer, é substituída (sem reparar). A bobina de ignição nada mais é do que um transformador elétrico que converte a tensão da bateria em um pulso de alta tensão que faz com que a centelha salte entre os eletrodos da vela de ignição. A bobina é composta por um núcleo de ferro em forma de barra, composto de folhas de placa magnética, em que é enrolado o enrolamento secundário, que inclui muitas voltas de fio de cobre fino (entre 15.000 e 30.000), devidamente isoladas entre si e do núcleo. No topo desta bobina é enrolado o enrolamento primário, constituído por várias centenas de voltas de fio grosso, isolados um do outro e do secundário. A relação entre o número de voltas dos dois enrolamentos (primário e secundário) é entre 60 e 150.

O conjunto é composto de dois enrolamentos e núcleo, é cercado por placa magnética e preenchido com massa, de modo a manter tudo perfeitamente dentro do recipiente de metal ou caixa da bobina. Geralmente, são imersos em um banho de óleo dielétrico de alta, que atua como um isolante e refrigerante.

Embora praticamente todas as bobinas sejam iguais, existem algumas características especiais. Uma delas é a que tem dois enrolamentos primários. Um dos enrolamentos é usado somente durante a partida (enrolamento primário auxiliar), uma vez que o motor é lançado, este enrolamento é desligado. Este sistema é utilizado para compensar a queda de tensão que ocorre durante o arranque quando o motor de arranque é ligado, que, como é conhecido, consome muita eletricidade. O enrolamento auxiliar principal é utilizado apenas no momento do arranque, usando o interruptor (I) (ignição C) que o coloca no circuito, o que aumenta o campo magnético e, portanto, a tensão no secundário da bobina. Uma vez iniciado o motor, no momento em que a chave de ignição é deixada para operar, o interruptor (I) abre e desliga o enrolamento auxiliar principal, deixando no lugar apenas o enrolamento primário.

Para atenuar os efeitos da queda de tensão quando o motor é ligado, algumas bobinas têm uma resistência (R) na entrada do enrolamento primário da bobina ligada em série, que é retirada de serviço no momento do arranque e quando o motor já está em execução.

O Distribuidor:

O distribuidor, também chamado Delco, evoluiu, enquanto eles fizeram em sistemas, agora chegando a desaparecer em sistemas de energia recentes. Nos sistemas de ignição do disjuntor, é o mais complexo e cumpre mais funções, que, além da distribuição de alta tensão, como o próprio nome sugere, controla a falha de energia do enrolamento primário através da chave, gerando assim a alta tensão. Ele também cumpre a missão de antecipar ou atrasar o ponto de ignição dos cilindros por um "regulador centrífugo", que age de acordo com o número de rotações do motor, e um "regulador de vácuo", que atua juntamente com o governador centrífugo de acordo com a carga do motor (quanto mais ou menos se pisa no pedal do acelerador). O distribuidor Delco é impulsionado pela árvore de cames, girando o mesmo número de voltas e meia a leste do virabrequim. A unidade do distribuidor nem sempre é a mesma, a cerca da unidade é transmitida através de um pinhão, deixando o distribuidor em uma posição vertical em relação ao eixo de comando. Em outro distribuidor, é acionado diretamente pelo eixo de comando, sem qualquer tipo de transmissão, deixando o distribuidor em uma posição horizontal.

Ignição Eletrônica com Auxílio:

O interruptor de ignição convencional, para os benefícios da aplicação da eletrônica no mundo automóvel, poupando assim o inconveniente da chave de ignição, são: a ocorrência de falhas de ignição em altas rotações do motor e desgaste prematuro dos contatos do interruptor, que exige a colocação do veículo na oficina a cada poucos quilômetros. Este tipo de energia é chamada de "ignição eletrônica", a chave não está mais encarregada de cortar a energia para a bobina, isso é feito por um transistor (T). O interruptor tem apenas funções de controle, de modo que não exige colocar o veículo na oficina com tanta frequência, elimina o capacitor, que não é mais necessário, e a falha em alta velocidade melhorou até certo ponto e chega um momento em que os contatos do interruptor provocam a falha usual.

Ignição Eletrônica Sem Contato:

Um desenvolvimento importante veio do distribuidor Delco, causado pela substituição do elemento "interruptor" mecânico por um "gerador de pulso", que é um elemento eletrônico. Com este tipo de distribuição, foi conseguido um sistema chamado "ignição eletrônica sem contatos".

O distribuidor equipado com "gerador de pulsos" é igual ao utilizado nos sistemas de ignição convencional, ou seja, com os elementos de mudança do ponto de ignição ("regulador centrífugo" e "regulador de vácuo") e elementos construtivos adicionais. A diferença fundamental está em substituir o interruptor por um gerador de pulso e a eliminação do condensador.

O gerador de pulso pode ser do tipo: "indutivo" e "efeito Hall".

O gerador de pulsos indutivo é um dos mais utilizados em sistemas de potência. Está localizado no topo para substituir o distribuidor do interruptor, o sinal elétrico gerado é enviado para a unidade eletrônica que gerencia a falta de energia do enrolamento primário da bobina para gerar a alta tensão que é enviada para as velas. O gerador de pulso é constituído por um rotor de aço magnético com pás, que durante a sua rotação produz uma variação do fluxo magnético permanente, induzindo uma tensão na bobina a ser entregue à unidade eletrônica. O volante tem tantas pás quantos cilindros do motor e faz com que, quando cada uma se aproxima da bobina de indução, a tensão aumente cada vez mais rapidamente até atingir seu valor máximo quando a bobina e a pá estão se enfrentando (+V). Com a distância ao longo da rotação da pá, a tensão muda muito rapidamente e atinge seu valor máximo negativo (-V). Esta mudança de tensão ocorre no momento e, portanto, é originada no distribuidor para ser entregue à unidade eletrônica. Quando as pás da roda não se deparam com a ignição, a bobina de indução não ocorre.

O gerador de pulso "de efeito Hall" é baseado na criação de uma barreira magnética que é interrompida periodicamente, gerando um sinal elétrico que é enviado para a unidade de controle eletrônico, que determina o ponto de ignição.

Este gerador é composto por uma parte fixa, que consiste em um circuito integrado Hall e um ímã permanente com as partes condutoras. A parte móvel do gerador é formada por um obturador do cilindro, que tem uma série de telas, de acordo com os cilindros do motor. Quando um obturador de telas se insere na lacuna da barreira magnética, impedindo o campo magnético, o campo magnético passa para o circuito integrado. Quando o obturador do cilindro de tela deixa a lacuna, o campo magnético é detectado novamente pelo circuito integrado. Só então ocorre a ignição. A largura da tela determina o tempo de condução da bobina.

Para distinguir se um distribuidor tem um pulso "indutivo" ou "efeito Hall", basta olhar o número de fios do distribuidor para a ECU. Se tiver apenas dois cabos, é um distribuidor de gerador de pulso "indutivo"; no caso de ter três fios, é um distribuidor de gerador de pulsos para "efeito Hall".

Para o bom funcionamento do gerador de pulsos, deve-se verificar a distância entre a parte fixa e móvel do gerador, que deve sempre manter a distância que o fabricante recomenda.

Ignição Eletrônica Integral:

Mais uma vez, o distribuidor se desenvolve quando o sistema é melhorado, desta vez, os itens de correção de avanço, tempo de ignição (regulador centrífugo e regulador de vácuo) e o gerador de pulsos desaparecem, sendo substituídos por componentes eletrônicos. O distribuidor, neste tipo de ignição, está confinado a distribuir, como o próprio nome indica, a alta tensão da bobina para cada vela de ignição.

O tipo de sistema de ignição a que nos referimos agora é chamado de "ignição eletrônica integral" e suas características interessantes, quando comparadas com sistemas anteriores de ignição, são:

Um gerador de pulso, como o de "indução":

É constituído por uma engrenagem de anel que é acoplada ao volante do motor e um sensor magnético na frente dela. O sensor consiste em um ímã permanente enrolado ao redor de uma bobina que induz uma tensão cada vez que um dente passa na frente da roda dentada. Como resultado, detecta a velocidade de rotação do motor. A engrenagem de coroa tem um dente e seu orifício, mais largo que o outro, localizado a 90° antes de cada posição PMS. Quando você passa este dente na frente do sensor, a tensão induzida é superior, o que indica que o controle eletrônico do pistão alcançou os 90° PMS de rotação mais tarde.

Um sensor de depressão:

Sua função é transformar o valor da depressão no coletor de admissão em um sinal elétrico que é enviado e interpretado pela unidade de controle eletrônico. Sua constituição é semelhante à utilizada nos distribuidores ("regulador de vácuo"), a diferença em sua maneira de trabalhar é que agora se limita a um movimento que viaja dentro do núcleo da bobina de um oscilador, cuja frequência varia de acordo com o poder da posição ocupada pelo núcleo em relação à bobina.

A versão eletrônica:

A unidade de "ignição eletrônica integral" recebe sinais do sensor ou do gerador de pulsos para determinar o número de rotações do motor e sua posição em relação aos PMS, também recebe os sinais do sensor de depressão para saber a carga do motor. Além de receber esses sinais, leva em conta a temperatura do motor por um sensor que mede a temperatura do líquido de arrefecimento (água fora) e um sensor que mede a temperatura do ar de admissão. Com esta informação, a unidade de controle calcula o ponto de avanço da ignição. Nesses sistemas, em alguns motores, incluem um sensor que está instalado perto das câmaras de combustão, capaz de detectar o início da detonação. Quando o torque é elevado (por exemplo, subir uma ladeira) e a velocidade do motor é baixa, muito avanço também na potência tende a provocar uma detonação na hora errada, chamada de "esmagada" (ruído do rolamento da haste de conexão). Para corrigir este fenômeno, é necessário reduzir o desempenho do motor através da adoção de um avanço da curva inferior. O sensor tem que ser cortado de um microfone, que gera uma pequena voltagem quando o material piezoelétrico, que é construído, tem uma deformação causada pela detonação da mistura dentro do cilindro do motor.

Sistemas de Ignição:

Ignição eletrônica para injeção de combustível.

Os sistemas existentes para a injeção eletrônica de combustível, combinada com uma ignição eletrônica integral, atraem muitos dos sensores, que são comuns, e a unidade de controle eletrônico ECU, própria para reger os dois sistemas. Existem dois tipos de ignição eletrônica: convencional (com distribuidor), na qual a ECU determina a faísca a saltar instantaneamente em cada cilindro e o distribuidor a faísca para cada ordem de ignição da vela adequada, e a ignição eletrônica estática (DIS), que suprime o distribuidor. O sistema de ignição DIS usa uma bobina dupla, com quatro saídas de alta voltagem.

1 - UCE. 2 - Bobina. 3 - Distribuidor Delco. 4 - Velas de ignição. 5 - Amplificador. 6 - Bobina dupla com 4 saídas.

O amplificador tem a função de amplificar o sinal de controle que instrui a ECU para a bobina.

Usar este tipo de bobina tem a desvantagem de perder o brilho. Como sabemos, essas bobinas são centelhas de dois cilindros ao mesmo tempo, quando apenas um é necessário, a falta de faísca pode causar uma explosão na válvula de admissão nos motores de grande cruzamento.

Para evitar esse problema, usa-se uma bobina para cada cilindro, todas controladas pela ECU, tendo também a vantagem de este sistema remover os cabos de alta tensão que ligam as bobinas às velas.

Velas:

Finalmente, este elemento é responsável por quebrar a faísca elétrica entre os eletrodos para inflamar a mistura ar-combustível localizada dentro da câmara de combustão do cilindro do motor. A parte mais importante das velas de ignição são os eletrodos, que estão sujeitos a todas as influências químicas e térmicas que se desenvolvem no interior da câmara de combustão, afetando significativamente a qualidade da faísca e, consequentemente, na ignição. Para proteger os eletrodos das condições adversas em que trabalham e, portanto, estender sua duração, são utilizadas na fabricação ligas especiais à base de níquel, mas também manganês, silício e cromo, com a finalidade de elevar o limite de temperatura de trabalho.

A faixa de calor das velas é a característica mais importante das lâmpadas e é uma função da condutividade térmica do isolante e dos eletrodos, dependendo também do projeto do isolamento (comprimento e largura, na parte inferior, próximo aos eletrodos). A faixa de calor geral das velas de ignição deve ser maior quanto maior a potência por litro de cilindrada.

De acordo com a faixa de calor, as velas são divididas em:

Vela fria:

A vela de ignição fria ou de alto grau de calor é formada por um isolante, geralmente curto e grosso na parte inferior, de forma que a dissipação de calor seja realizada mais rapidamente, sendo usada em motores de alta compressão (superior a 1/7) e alta velocidade.

Vela quente:

A vela de ignição quente ou de baixo grau térmico tem um isolante longo e pontiagudo, evacuando o calor mais lentamente, e é usada em motores de baixa compressão (inferior a 1/7) e baixa velocidade.

Como você pode ver, a classificação das velas de hoje e por muitos anos não é viável sob as circunstâncias extremamente opostas de funcionamento do motor no trânsito urbano (velocidade lenta e muitas paradas e arranques), ou na estrada (alta velocidade mantida por um longo tempo). Foi necessário ampliar o leque de graus de calor para obter uma vela que funcione bem em ambas as condições, então surgiram as velas "multisseriadas", cobrindo vários graus de calor.

Se você desapertar a vela da cabeça e olhar para o estado e cor dos eletrodos, saberá as condições de trabalho do motor, por exemplo, se está queimando muito óleo, e assim por diante.

Tipos de velas:

Velas padrão: Os eletrodos sobressaem da vela, têm um bom contato com a mistura e grande reserva de desgaste, sendo usadas em veículos de produção. A vela da figura (A) tem uma fácil adaptação dos eletrodos, e não a (B), que não permite o ajuste dos eletrodos, mas tem a vantagem de facilitar a ignição com o motor em marcha lenta. A vela de ignição (C) é usada em motores a dois tempos, com um contato fácil com a mistura, uma grande reserva de desgaste e fácil partida em marcha lenta, mas não permite qualquer ajuste.

Velas especiais: Entre elas, temos o eletrodo interno (não ultrapassa a extremidade do cabo), usado em veículos de competição. Não apresenta risco de superaquecimento, sem reserva para desgaste ou permite o ajuste dos eletrodos. Outra vela especial é a de massa de um eletrodo de platina, que tem diversas vantagens, incluindo sua resistência a ataques químicos provenientes da combustão da mistura, de modo que o comprimento em quilômetros dessas velas é muito maior. A distância entre os eletrodos pode ser regulada. A desvantagem dessas velas é que são bastante caras.

Para alterar a distância entre os eletrodos, devemos ter em mente que a definição está sempre no eletrodo terra e não sobre o eletrodo central, para evitar a deterioração do isolador de porcelana. A distância entre os eletrodos será de 0,6 a 0,65 mm, verificada com um calibre de lâminas.