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Eletrônica automotiva - 1 (Revisando Conceitos Básicos de Eletricidade) Escrito por Newton C. Braga Para entender o funcionamento do automóvel moderno não basta o conhecimento da mecânica. É preciso conhecer eletricidade básica e a partir dela os fundamentos da eletrônica. São justamente estes fundamentos que daremos a partir de agora no nosso curso, iniciando pela revisão dos conceitos básicos de eletricidade. Circuito elétrico, corrente, tensão e resistência Uma corrente elétrica consiste num fluxo de cargas que circula através de um fio condutor. Estas cargas são os elétrons que encontram liberdade de movimento em materiais como os metais, conforme mostra a figura 1. Estes materiais são denominados condutores de corrente elétrica. Para que as cargas se movimentem através de um material é preciso que uma força externa as empurre. Nos deparamos então com dois conceitos muito importantes da eletricidade: - A força externa que empurra as cargas que funciona como a pressão de um cano de água. Esta força é denominada tensão elétrica e é medida em volts (V). - A própria corrente que consiste no fluxo de cargas, ou seja, na quantidade de elétrons que passam pelo condutor. A corrente é medida em amperes (A). Assim, para termos uma corrente (fluxo de elétrons) precisamos aplicar num condutor uma tensão que empurre os elétrons. A tensão é a causa e a corrente é o efeito, conforme mostra a figura 2. (figura2)

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Page 1: Eletrônica automotiva pdf

Eletrônica automotiva - 1 (Revisando Conceitos Básicos de Eletricidade)

Escrito por Newton C. Braga

Para entender o funcionamento do automóvel moderno não basta o conhecimento da mecânica. É

preciso conhecer eletricidade básica e a partir dela os fundamentos da eletrônica. São justamente estes

fundamentos que daremos a partir de agora no nosso curso, iniciando pela revisão dos conceitos básicos

de eletricidade.

Circuito elétrico, corrente, tensão e resistência

Uma corrente elétrica consiste num fluxo de cargas que circula através de um fio condutor. Estas cargas

são os elétrons que encontram liberdade de movimento em materiais como os metais, conforme mostra

a figura 1. Estes materiais são denominados condutores de corrente elétrica.

Para que as cargas se movimentem através de um material é preciso que uma força externa as empurre.

Nos deparamos então com dois conceitos muito importantes da eletricidade:

- A força externa que empurra as cargas que funciona como a pressão de um cano de água. Esta força é

denominada tensão elétrica e é medida em volts (V).

- A própria corrente que consiste no fluxo de cargas, ou seja, na quantidade de elétrons que passam pelo

condutor. A corrente é medida em amperes (A).

Assim, para termos uma corrente (fluxo de elétrons) precisamos aplicar num condutor uma tensão que

empurre os elétrons. A tensão é a causa e a corrente é o efeito, conforme mostra a figura 2.

(figura2)

Page 2: Eletrônica automotiva pdf

No entanto, os condutores não são perfeitos. Os elétrons que formam uma corrente encontram uma certa

dificuldade para passar através dos fios. Essa dificuldade é denominada resistência e é constante. A

resistência de um fio é medida em ohms (.). Se aplicarmos a um condutor, que apresenta uma certa

resistência, uma tensão, a corrente vai ser determinada pela resistência desse condutor. A resistência

limita portanto a intensidade da corrente num fio. Maior resistência, menor corrente com a mesma

tensão.

Circuito elétrico

Os elétrons não podem ser criados. Uma bateria fornece elétrons para uma lâmpada, mas ela precisa

estar constantemente repondo estes elétrons que saem dela. Assim, só é possível obter uma corrente

fazendo circular os elétrons no que denominamos circuito, conforme mostra a figura 3.

(figura3)

Para acender uma lâmpada (que denominamos receptor de energia), por exemplo, precisamos de uma

fonte de energia (que denominamos gerador). No caso do carro, o gerador é a bateria. A quantidade de

energia que podemos transferir para a lâmpada não depende apenas da tensão que aplicamos nela, mas

também da corrente.

Essa transferência, conforme mostramos na figura 3, se faz através de um fio que leva a corrente e outro

que a traz de volta para que os elétrons possam ser reciclados. Trata-se portanto de um percurso ou

circuito fechado, daí o nome "circuito".

Podemos interromper a corrente num circuito colocan

do um interruptor em qualquer lugar do circuito, conforme mostra a figura 4.

(figura4)

Num automóvel, o retorno ou caminho de volta da cor-rente não precisa ser feito através de um fio. Como

o chassi do carro é metálico ele pode ser usado para esta finalidade, sendo por isso denominado “terra”. O

nome vem do fato de que nas instalações de eletricidade doméstica a terra, que é condutora de

eletricidade, é utilizada como retorno. Desta forma, como mostra a figura 5, num carro, o pólo negativo é

ligado ao chassi e os fios que alimentam os diversos dispositivos saem do positivo. Em cada dispositivo

existe um “retorno”, que é feito pelo chassi (fio terra).

Page 3: Eletrônica automotiva pdf

(figura5)

Potência elétrica

A quantidade de energia fornecida a uma lâmpada, por exemplo, depende tanto da tensão como da

corrente. Quando ligamos uma lâmpada a uma bateria, a intensidade da luz que ela produz depende tanto

da quantidade de elétrons que passam pelo filamento como da velocidade com que eles fazem isso, ou

seja, da força com que eles são empurrados. Definimos então a potência elétrica como uma grandeza

diferente da tensão e corrente. A potência é a quantidade de energia por segundo, e é medida em Watts

(W). Para calcular a potência, multiplicamos a corrente pela tensão.

Potência (W) = tensão (V) x corrente (A)

Veja agora como tudo isso funciona num carro, por exemplo:

Uma lâmpada de 24 Watts ligada em 12 V ao ser ligada "puxa" uma corrente de 2 A pois 24 W = 2 x

12.

Para termos os mesmos 24 V numa bateria de 6 V, a corrente precisaria ser 4 A.

Um fio precisa ser tanto mais grosso quanto maior for a intensidade da corrente que ele deve conduzir.

Por este motivo é que os fios do motor de partida de um carro têm de ser muito mais grossos do que os

fios usados para alimentar as lâmpadas. O Consumo do motor de partida exige várias dezenas de amperes

,enquanto que as lâmpadas exigem poucos amperes. Existe portanto vantagem em utilizar tensões

maiores nos circuitos, pois os fios podem ser mais grossos. Note que a potência continua ser abso-

lutamente a mesma. Uma lâmpada de 24 W para 6 V produz 24 W de luz quando ligada nesta tensão,

como uma lâmpada de 24 W produz 24 W de luz quando ligada em 12 V. O que muda é apenas a

corrente!

(figura 6)

No entanto, como a corrente na instalação de 12 V é menor, o fio usado é mais fino. Outra vantagem de

se utilizar tensão maior é que as perdas no fio são menores. Conforme vimos, mesmo os fios apresentam

uma certa resistência, dificultando a passagem da corrente, o que faz com que ocorram perdas. Com

tensões maiores, estas perdas são menores. Com o aumento de dispositivos elétricos e eletrônicos nos

carros, mesmo os 12 V estão se tornando problemáticos em termos de consumo e mesmo de custos da

fiação. Assim, a nova geração de automóveis que está por vir já prevê a utilização de baterias de 42 V. Os

fios de ligação dos diversos dispositivos podem ser 3,5 vezes mais finos com esta tensão!

Page 4: Eletrônica automotiva pdf

Efeitos da corrente

Quando a corrente elétrica atravessa determinados meios ela produz efeitos que podem ou não ser

aproveitados.

O principal efeito é a produção de calor, ou efeito térmico, também chamado "Efeito Joule" . Para vencer

a resistência de um meio, a eletricidade faz um esforço que se converte em calor. Este efeito pode ser

aproveitado em elementos de aquecimento, como aquecedores, acendedores de cigarro, etc. Se o calor

for muito intenso, temos também a produção de luz, como no caso das lâmpadas incandescentes.

Outro efeito importante é o magnético. Quando uma corrente passa através de um condutor, em sua volta

aparece um campo magnético. Se enrolarmos um fio em forma de bobina e fizermos passar uma corrente

o campo criado concentra-se e temos um eletro-imã. Podemos aproveitar este efeito em solenóides, como

os usados nas fechaduras elétricas do carro ou em motores como o motor de partida ou o motor do

limpador de parabrisas.

Temos também o efeito químico. Quando uma corrente circula através de determinados líquidos ocorrem

reações químicas. A carga de uma bateria aproveita este efeito.

Fontes de energia elétrica (geradores)

Para forçar a corrente através de um circuito e com isso fornecer energia a ele precisamos de dispositivos

que estabeleçam entre dois pólos a pressão elétrica necessária a isso. Estes dispositivos são denominados

geradores. Como na natureza não é possível criar energia a partir do nada, estes dispositivos convertem

alguma forma de energia em energia elétrica. Temos então os seguintes tipos de geradores:

Pilhas e baterias

As pilhas e baterias são geradores químicos de energia elétrica, pois convertem a energia liberada numa

reação química em eletricidade. Denominamos baterias a um conjunto de pilhas ou acumuladores.

Acumuladores

Acumuladores também são geradores químicos de energia elétrica, mas o seu funcionamento é

reversível. A reação libera energia elétrica mas isto pode ser invertido pela passagem de uma corrente

que o carrega. As chamadas baterias de carro na verdade são conjunto de acumuladores que podem ser

recarregados pela corrente gerada pelo dínamo ou alternador.

Dínamos e alternadores

Os dínamos e alternadores são geradores que convertem energia mecânica, a força do motor, por

exemplo, em energia elétrica. Eles consistem em conjuntos de bobinas que criam campos elétricos e

através deles a energia é gerada pelo movimento.

Células solares

As células solares convertem energia luminosa (luz solar, por exemplo) em energia elétrica. Consistem em

painéis de materiais semicondutores como o silício. Seu rendimento ainda é muito baixo e elas são caras,

o que limita bastante suas aplicações práticas.

Questionário:

1. Uma corrente elétrica consiste em:

A) Cargas elétricas em oscilação

B) Cargas elétricas em movimento

C) Tensão aplicada num fio

D) Movimento de átomos de um metal

2. Tensão e corrente podem ser relacionadas como (na ordem):

A) efeito e causa

B) causa e efeito

C) quantidades de energia

D) geração de calor

Page 5: Eletrônica automotiva pdf

3. Para que uma corrente circule é preciso:

A) haver tensão aplicada

B) haver um circuito fechado

C) haver um gerador e um receptor

D) haver resistência

4. O produto tensão x corrente determina:

A) A resistência de um circuito

B) Quantidade de energia disponível

C) A potência elétrica

D) A quantidade de calor gerada

Eletrônica automotiva - 2 (O Circuito Básico do Sistema de Ignição)

Escrito por Newton C. Braga

1. A função do Sistema

Quando a mistura ar-combustível é comprimida no cilindro de um motor, sua queima ou ignição não

ocorre espontaneamente. É preciso que haja uma excitação externa para que isso ocorra. Esta excitação

é uma faísca elétrica produzida pela vela, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 -Vista em corte de uma vela de ignição

Page 6: Eletrônica automotiva pdf

Ocorre entretanto que, para produzir a faísca elétrica, é preciso haver uma tensão muito alta.

Baseados no que se chama “rigidez dielétrica” do ar, sabemos que para cada centímetro de faísca

produzida precisamos de 10 000 V. Assim, para uma faísca de 2 cm precisamos de 20 000 volts, para 3

cm precisamos de 30 000 V e assim por diante. No caso do motor de um carro, evidente mente os 12 V

da bateria não conseguem produzir faísca alguma. É preciso ter recursos para que esta tensão seja

elevada para pelo menos uns 10 000 V e estes aplicados no instante certo na vela.

O instante certo é importante, pois a faísca deve garantir que a ignição da mistura ocorra quando ela

estiver suficientemente comprimida para ter o máximo de rendimento na queima. A finalidade do

sistema de ignição é justamente esta. Fornecer as faíscas para as velas no instante certo, utilizando para

isso a energia da bateria.

2. A Bobina de Ignição

O componente principal do sistema de ignição convencional é a bobina de ignição cuja finalidade é

justamente aumentar a tensão de 12 V da bateria para um valor suficientemente elevado que produza a

faísca desejada nas velas. Esta bobina é na realidade um “auto-transformador” que gera de 6 000 a 40

000 volts, dependendo do tipo do carro, e tem seu princípio de funcionamento analisado a seguir.

Conforme mostra a figura 2, a bobina é formada por dois enrolamentos: primário e secundário.

Figura 2 - Os terminais (+) e (-) correspondem ao enrolamento primário.

Page 7: Eletrônica automotiva pdf

O enrolamento primário tem poucas voltas de um fio mais grosso e o enrolamento secundário é formado

por milhares de voltas de um fio mais fino. Na verdade, o enrolamento secundário de uma bobina de

ignição chega a ter dezenas de quilômetros de fio esmaltado fino! A relação entre as voltas do

enrolamento primário e do enrolamento secundário determinam a tensão que vai sair no terminal de alta

tensão quando aplicamos os 12 V no enrolamento de baixa tensão. Por exemplo, se o enrolamento

primário tiver 100 voltas de fio e o enrolamento secundário 100 000 volta, a tensão ficará multiplicada

por 1 000. Assim, aplicando 12 V no primário teremos 12 000 V no secundário, conforme mostra a figura

3.

Figura 3 -O funcionamento do transformador.

No entanto, como qualquer transformador, a bobina de ignição é um componente que só funciona

quando a corrente nos seus enrolamentos varia. A bobina não funciona com corrente contínua pura. Se

ligarmos o enrolamento primário diretamente à bateria não acontece nada e não saem os 12 000 V no

secundário conforme mostra a figura 4.

Figura 4 -Ligando diretamente os 12 V na bobina não há indução

Page 8: Eletrônica automotiva pdf

A indução de uma alta tensão na bobina só ocorre em dois momentos: no momento em que o circuito é

fechado e no momento em que o circuito é aberto, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 -A indução só ocorre quando a corrente varia (liga ou desliga)

No circuito da ignição do carro, este momento é determinado pela abertura e fechamento do platinado,

que funciona como uma chave que liga e desliga a corrente. Abrindo e fechando, ele determina então o

instante em que a alta tensão é gerada e a faísca produzida na vela. Mas, o sistema de ignição não é

apenas isso. Vamos fazer uma análise do circuito.

3. Analisando o Circuito

Na figura 6 temos então o circuito de um sistema de ignição tradicional com platinado, bobina de

ignição, distribuidor e velas.

(Figura 6)

Os instantes em que as faíscas nas velas devem ser produzidas é determinado por um peça excêntrica

acoplada ao motor e que comanda o platinado, conforme mostra a figura 7.

Page 9: Eletrônica automotiva pdf

Figura 7- Um platinado comum

Assim, num motor de 4 cilindros ou 4 tempos precisamos de 4 faíscas, uma em cada vela, em cada volta

do motor. O comando do platinado faz então com que em cada volta do motor ele dê quatro voltas e

com isso feche o platinado 4 vezes. Como o platinado está ligado ao primário da bobina de ignição,

temos a produção de 4 pulsos de alta tensão a cada volta do motor. No entanto, estes pulsos devem ser

enviados para as velas correspondentes na ordem certa, ou seja, de acordo com o instante em que cada

cilindro alcança o grau de compressão ideal para a combustão. Veja que os cilindros se movem de tal

forma que eles atingem esse ponto em instantes diferentes. Isso é dado pela árvore da manivelas. Para

dirigir a alta tensão para a vela correspondentes, entra em ação uma outra peça que também é

comandada pelo movimento do motor: o distribuidor. O distribuidor nada mais é do que uma chave

rotativa que gira, fazendo contacto em instantes diferentes com os fios que vão para a vela. Assim, ele

deve estar na posição exata que corresponde a uma determinada vela quando a alta tensão para esta

vela é produzida e deve ser enviada a ela, conforme mostra a figura 8.

Figura 8 - O funcionamento do distribuidor.

A alta tensão escapa com extrema facilidade na presença de umidade, daí a necessidade do distribuidor

ser muito bem vedado. Qualquer umidade provoca o escape da alta tensão e a falha do motor. O ponto

final do sistema é a vela que, ao receber a alta tensão produz a faísca que provoca a ignição da mistura

combustível+ar no interior do cilindro. A vela nada mais é do que uma peça que tem dois eletrodos. Um

deles é aterrado (ligado ao bloco do motor) e o outro recebe a alta tensão. Quando isso ocorre, temos

uma faísca elétrica. A queima constante do combustível e a própria alta tensão provocam a corrosão e

queima dos contactos da vela que acaba por produzir faíscas menos eficientes. Nestas condições o motor

deixa de ter o rendimento desejado e até falha.

Page 10: Eletrônica automotiva pdf

(figura9)

Um elemento final deste conjunto é o pequeno condensador ou capacitor que é ligado junto ao

platinado. Ele evita que ocorram faíscas na comutação da corrente, o que desgastaria os contactos desta

peça e também provocariam ruído elétrico capaz de interferir no rádio. Já repararam que parando com o

rádio AM ligado perto de um carro antigo (anterior à ignição eletrônica) você “ouve” o motor neste

rádio? São as interferências provocadas pela corrente no sistema de ignição.

Questionário:

1.A bobina de ignição é:

A) Um condensador

B) Uma bateria

C) Um transformador

D) Um gerador de alta tensão

2. A alta tensão para as velas é obtida em que local da bobina de ignição?

A) No enrolamento primário

B) No enrolamento secundário

C) No núcleo

D) No platinado

3. A função do platinado num sistema tradicional de ignição é:

A) Gerar alta tensão

B) Comutar a corrente no sistema

C) Fornecer alta tensão para as velas

D) Controlar o distribuidor

4. Quantos contactos existe num distribuidor para um motor de quatro cilindros?

A) 2

B) 4

C) 2 a 4 -Depende do número de velas

D) 6

Page 11: Eletrônica automotiva pdf

Eletrônica automotiva - 3 (A Eletrônica no Automóvel - A Introdução)

Escrito por Newton C. Braga

Na lição anterior, analisamos o princípio de funcionamento do sistema de ignição tradicional com poucos

elementos, como utilizados nos carros até algum tempo atrás. Com o progresso da tecnologia eletrônica

alguns recursos importantes passaram a ser agregados tanto no sistema de ignição como em outros

sistemas que hoje dependem totalmente dela. Deles é que trataremos nesta lição.

3.1. Ignição

A eletrônica começou a fazer parte do sistema de ignição de uma forma gradual. Inicialmente, utilizouse

um transistor para fazer o chaveamento da bobina de ignição substituindo o platinado, num circuito

simples conforme mostra a figura 1.

Figura 1

A idéia era simples. O platinado ao chavear o enrolamento primário da bobina opera comutando u-ma

carga indutiva de alta corrente. Isso faz com que na sua abertura, a energia armazenada no campo da

bobina gere um pulso de alta tensão de retorno que provoca uma faísca nos contatos do platinado. Esta

faísca tende a queimar os contatos que se desgastam com facilidade, provocando falhas do sistema de

ignição. Utilizando-se um transistor de potência, como o mostrado na figura 2, pode-se controlar a

corrente sem contatos e a partir de uma corrente de comando muito menor circulando pelo platinado.

Figura 2 - Transistor de potência encontrado em sistemas de ignição.

Page 12: Eletrônica automotiva pdf

Em outras palavras, o platinado ainda existe, mas trabalha com uma corrente muito menor, sem a o-

corrência de faísca, o que aumenta a confiabilidade do sistema e sua durabilidade. Este tipo de ignição é

denominado "Ignição Assistida". Neste sistema, o defeito mais comum é justamente a queima do tran-

sistor de potência que trabalha normalmente nos seus limites, controlando uma corrente elevada. Nu-ma

segunda etapa, o sistema de ignição evoluiu para o que hoje predomina na maioria dos veículos

automotores. Trata-se da ignição eletrônica propria-mente dita ou ignição por "descarga capacitiva". Na

figura 3 temos um diagrama simplificado deste sistema.

Figura 3

Nele, um circuito inversor formado por transistores de potência e um transformador elevam a tensão da

bateria de 12 V para um valor entre 400 V e 600 V. Esta alta tensão é utilizada para carregar um capa-

citor em série com o enrolamento primário da bobina e um elemento de disparo eletrônico. Este ele-

mento de disparo é um SCR ou Silicon Controlled Rectifier (Diodo Controlado de Silício). Quando o gate

(g) do SCR recebe o pulso de comando para gerar uma faísca, ele dispara transferindo a carga do

capacitor para a bobina. Neste momento é induzido em seu secundário um pulso de tensão que gera a

faísca na vela do carro. A grande vantagem deste sistema está na possibilidade de se gerar faíscas de

alta energia de forma muito precisa e uniforme, melhorando o desempenho do carro em to-dos os

sentidos. Um deles é justamente o fato de que, enquanto no sistema tradicional à medida que a

velocidade (rotação aumenta) o tempo de fechamento do platinado se torna mais curto e com isso a

faísca perde a intensidade, o que não ocorre com o sistema por descarga capacitiva. A duração da faísca

independe da rotação e com isso o rendimento é maior nas altas rotações. Na figura 4 temos uma curva

comparativa do desempenho dos três sistemas de ignição.

Figura 4

Page 13: Eletrônica automotiva pdf

3.2 -Injeção eletrônica

O que tornou possível a utilização de combustíveis líquidos nos motores à combustão interna foi a cria-

ção do carburados. Este dispositivo totalmente mecânico misturava o ar ao combustível líquido formando

assim um "spray" que injetado nos cilindros podia ser queimado pela ação da faísca da vela. Na figura 5

temos uma vista do velho e tradicional carburador.

Figura 5 - Um carburador convencional

A tecnologia levou a soluções mecatrônicas para a injeção de combustível, com o processo de injeção

eletrônica. Nele, o que temos é um solenóide que pela ação de um campo elétrico criado numa bobina

por uma corrente de controle, faz com que o combustível seja borrifado juntamente com o ar no cilindro,

conforme mostra a figura 6.

Figura 6 - Vista em corte de um bico injetor de um sistema de injeção eletrônica

Page 14: Eletrônica automotiva pdf

O instante exato em que deve ser injetado o combustível no cilindro é dado por um microcontrolador

que recebe sinais de sensores que determinam a posição de cada pistão. Esta técnica possibilita a

programação dos instantes de injeção e das faíscas em função de fatores externos como a velocidade, a

pressão no acelerador, a marcha em que o veículo se encontra, sua temperatura, além de muitos outros

fatores. Rigorosamente programados estes recursos possibilitam a obtenção do máximo de desempenho

com um mínimo de consumo do motor. O sistema é ainda capaz de trabalhar com programações

diferentes de quantidade e instante de injeção conforme o tipo de combustível, possibilitando assim a

fácil operação de um motor com diversos tipos de combustíveis (flex).

3.3-Microcontroladores

Microcontroladores são chips ou pequenas pastilhas de silício na forma de circuitos integrados, capazes

de realizar uma grande quantidade de funções de controle a partir de informações captadas por sensores

e processadas internamente a partir de um programa. Na figura 7 temos o aspecto típico de um

microcontrolador.

Figura 7-Um microcontrolador de tipo encontrado em veículos automotores.

Os microcontroladores utilizados nos automóveis têm por função funcionar como uma espécie de

"cérebro" gerenciando todo o funcionamento de suas partes elétricas. Nos veículos modernos eles

contém a programação para o sistema de ignição, injeção, alarmes, luzes, etc, ficando encerrados na

unidade de controle. Estes componentes não podem ser reparados quando ocorre algum problema, pois

são programados de fábrica. O que eles possuem é uma memória programável que eventual-mente pode

ter os dados de funcionamento, mas não o programa, inseridos num processo de ajuste ou reparação

feito na oficina especializada. Neste caso, uma máquina de diagnóstico (computador) com um programa

apropriado, lê os dados gravados e o estado de todos os sensores, detectando eventuais falhas que

podem ser corrigidas. Trata-se do chamado diagnóstico eletrônico feito pelas oficinas especializadas. Na

figura 8 temos um exemplo de instrumento de diagnóstico deste tipo.

Page 15: Eletrônica automotiva pdf

Figura 8- Diagnostico eletrônico para motores

3.4-Alarmes

Um tipo de recurso de tecnologia eletrônica encontrado na maioria dos veículos é o alarme. Num alarme

automotivo típico. sensores detectam quando ocorre a invasão do veículo por um desconhecido, atuando

sobre sistemas de aviso e de inibição do movimento. Normalmente são utilizados microcontroladores

programados com as diversas funções que o alarme deve realizar. Nos tipos mais sofisticados o sistema

pode enviar sinais por meio de celular para o celular do proprietário do veículo ou até mesmo via uma

conexão de Internet. O recurso da desabilitação por senha ou outra forma também está previsto. Os

alarmes mais simples utilizam circuitos rudimentares com poucos compo nentes, mas têm poucas

funções. A tecnologia dos alarmes tem evoluído de uma forma muito rápida com recursos que devem se

tornar comuns em pouco tempo como a identificação do proprietário pela Iris ou pela impressão digital,

impedindo que outras pessoas desautorizadas dêem a partida num carro.

3.5-Som

Do antigo rádio AM valvulado dos carros dos anos 40 e 50 passamos por tecnologias cada vez mais

sofisticadas que vão do emprego do transistor e depois do circuito integrado para proporcionar a repro-

dução sonora das mais diversas mídias. Assim, em primeiro lugar temos o simples rádio FM que depois

teve agregado o toca-fitas cassete. Depois chegou

o CD player com displays LCD apresentando os mais diversos efeitos até mesmo os televisores e

reprodutores de DVD dos mais diversos tipos, inclusive para colocação nos bancos para que os passa-

geiros dos bancos traseiros possam utilizar. Nesta categoria incluem-se os vídeo-games dos mais di-

versos tipos. Os próprios alto-falantes vêm passando por uma evolução no sentido de se obter maior

fidelidade e maior capacidade de manusear potências elevadas como as exigidas para alguns equipa-

mentos. De fato, neste ponto temos de incluir a categoria dos amplificadores de muito altas potências

que são utilizados em alguns carros e que até exigem até fontes separadas de energia, como baterias

adicionais instaladas nos porta-malas.

Page 16: Eletrônica automotiva pdf

Figura 9 - Exemplo de som automotivo de alta potência com alto-falantes e amplificador na parte traseira

doveículo

3.6-LEDs

Na edição anterior de "O Peçalheiro" fizemos um interessante artigo em que focalizamos a nova tec-

nologia dos LEDs que estão substituindo as lâmpadas comuns em todos os pontos em que se necessita

de um foco de luz: dos painéis de instrumentos até os faróis. Os LEDs ou Light Emitting Diodes (Diodos

Emissores de Luz) são dispositivos semicondutores, formados por chips de arseneto de gálio e outras

substâncvias dopantes que, ao serem percorridos por uma corrente elétrica emitem luz. Os LEDs são

robustos, apresentam um rendimento elevado e produzem luz pura *(monocromática). Combinando-se

diversos chips num único dispositivo é possível produzir luz de diversas cores que combinadas resultam

na luz branca Observamos que o comportamento dos LEDs é diferente das lâmpadas. Os LEDs são

polarizados e exigem fontes de corrente constante para sua alimentação. Na figura 10 temos um farol de

LEDs utilizado em automóveis mais modernos.

Figura 10 - Farois de LEDs utilizados em lugar de lâmpadas comuns

Page 17: Eletrônica automotiva pdf

GPS

GPS é o acrônimo para Global Positioning System ou Sistema de Posicionamento Global. O equipamento

de GPS consiste num receptor que se comunica com satélites. Através de triangulação, con-forme mostra

a figura 11, é possível determinar a posição exata em que o aparelho se encontra na superfície da terra.

Figura 11-A posição do receptor é determinada por triangulação.

Com a utilização de mapas na memória é possível colocar a posição do veículo no mapa e através de

programação, determinar a melhor rota para se chegar a um local. Na figura 12 um GPS da Sanyo para

uso automotivo.

Figura 11-Os GPS para carros já estão se tornando comuns em nossos dias.

Nas próximas lições detalharemos o funcionamento de muitos dos dispositivos descritos nesta lição.

Page 18: Eletrônica automotiva pdf

Questionário

1, Num sistema de ignição assistida, a função do transistor é:

A) Substituir o platinado

B) Gerar alta tensão

C) Comutar a bobina

D) Comandar o distribuidor

2. A injeção eletrônica substitui que peça dos carros tradicionais?

A) A bobina de ignição

B) As velas

C) O distribuidor

D) O carburador

3. As principais funções eletrônicas de um carro são controladas por que tipo de dispositivo?

A) Microcontroladores

B) Transistores

C) Computadores de bordo

D) GPS

Eletrônica automotiva - 4 (Componentes Eletrônicos Básicos - Passivos)

Escrito por Newton C. Braga

Componentes Passivos

Ao trabalhar com circuitos eletrônicos encontrados no automóvel, o profissional vai se deparar com uma

série de componentes que não são comuns nos automóveis antigos. São componentes do tipo

encontrado em equipamentos eletrônicos convencionais como rádios, televisores, computadores e

outros. O profissional deve estar então preparado para identificar estes componentes, saber o que fazem

e eventualmente fazer seu teste e substituição.

Nesta lição vamos tratar dos principais componentes da eletrônica automotiva.

Resistores

De todos os componentes eletrônicos, os mais comuns são os resistores. Estes componentes são

encontrados em diversos formatos e aparências, tendo seu aspecto e símbolo mostrado na figura 1.

Cor Valores Significativos Multiplicador Tolerância

Preto 0 1 -

Marrom 1 10 1%

Vermelho 2 100 2%

Laranja 3 1 000 -

Amarelo 4 10 000 -

Verde 5 100 000 0,5%

Azul 6 1 000 000 0,25%

Violeta 7 10 000 000 0,1%

Cinza 8 100 000 000 0,05%

Branco 9 1 000 000 000 -

Dourado - 0.1 5%

Prateado - 0.01 10%

Page 19: Eletrônica automotiva pdf

Figura 1—Símbolos e aspectos

A finalidade do resistor é oferecer uma oposição à passagem da corrente reduzindo assim sua

intensidade onde isso é necessário, ou ainda provocar uma queda de tensão num circuito. Os resistores

são especificados pela sua resistência medida em ohms (Ω). Em alguns tipos de resistores os valores da

resistência são dados por faixas coloridas segundo um código internacional mostrado na tabela abaixo

Neste código, as duas primeiras faixas indicam os dois primeiros dígitos do valor do resistor. Por

exemplo, vermelho e violeta indicam 27. O terceiro dígito indica o fator de multiplicação ou número de

zeros a ser acrescentado. Por exemplo, laranja indica 3 zeros o que leva a 27 000 ohms o valor do

componente. O quarto anel, quando existe indica a tolerância. Existem ainda resistores de 5 faixas onde

as três primeiras faixas indicam os três primeiros dígitos. Uma segunda especificação importante é a

dissipação, ou seja, quanto de calor o resistor pode suportar, dada em watts. Resistores comuns dos

aparelhos eletrônicos são pequenos, com potências de ¼ a 1 W, tipicamente.

O teste de um resistor é feito com o multímetro, retirando-se o componente do circuito e medindo-se

sua resistência.

Capacitores

Os capacitores também são componentes bastante comuns em aparelhos eletrônicos. Sua finalidade é

armazenar uma pequena carga elétrica, com diversas finalidades. Na figura 2 temos os aspectos dos

principais tipos e o símbolo adotado para representá-los nos esquemas.

Figura 2—Aspectos e símbolos para capacitores

O valor de um capacitor é dado em farads (F). Na prática são utilizados submúltiplos do farad como o

microfarad (µF – milionésimo do farad – 0,000 001 F), o nanofarad (nF – bilionésimo do farad – 0,000

000 001 F) e o picofarad (PF – trilionésimo do farad – 0,000 000 000 001 F).

Os capacitores possuem um material isolante em seu interior denominado dielétrico e que lhes dá o

nome. Assim, encontramos tipos como os cerâmicos, poliéster, styroflex, eletrolíticos, mica, etc. Alguns

tipos como os eletrolíticos possuem polaridade, ou seja, uma marcação (+) que indica o pólo positivo. Se

forem invertidos num circuito podem danificar-se.

Outra especificação importante dos capacitores é a sua tensão de trabalho, ou seja, qual a tensão

máxima que suportam. O teste de capacitores pode ser feito em alguns casos com um multímetro, mas

o melhor é usar um aparelho que mede sua capacitância, denominado capacímetro.

Page 20: Eletrônica automotiva pdf

Indutores

Indutores ou bobinas também pertencem à família dos denominados componentes passivos, como os

resistores e os capacitores. Estes componentes são formados por certo número de voltas de fio

esmaltado numa forma com ou sem núcleo. O núcleo pode ser de ferrite ou ferro, conforme a aplicação.

Na figura 3 temos os símbolos adotados para representar este componente assim como seu aspecto.

Figura 3—Bobinas—aspectos e símbolos

Os indutores são especificados por sua indutância numa unidade denominada henry (H). Na prática

podemos encontrar indutores com valores muito pequenos especificados em milésimos de henry (mH)

ou ainda milionésimos de Henry (µH). Outra forma de se especificar os indutores é por seu número de

voltas de fio, espessura do fio, diâmetro da bobina e tipo de núcleo utilizado.

O teste de uma bobina normalmente é feito medindo-se sua continuidade com um multímetro. Uma

bobina em bom estado deve apresentar resistência baixa.

Transformadores

Transformadores são componentes formados por dois ou mais enrolamentos de fio esmaltado sobre um

núcleo comum que pode ser de ar, ferro laminado ou ferrite. Sua função é alterar tensões num circuito,

elevando-as ou abaixando-os como as encontradas nas ignições. A própria bobina de ignição é um

transformador, conforme já vimos em lições anteriores.

Na figura 4 temos os símbolos adotados para representar este componente assim como seu aspecto.

Figura 4—Transformadores—aspectos e símbolos

Page 21: Eletrônica automotiva pdf

Existem diversas maneiras de se especificar um transformador. A mais comum é indicando a tensão de

entrada ou tensão do primário, a tensão de saída ou tensão do secundário e a corrente que se pode

obter no enrolamento secundário.

Por exemplo, um transformador utilizado num carregador de bateria pode ter 110 V ou 220 V de entrada

(primário), 12 a 15 V de tensão de saída, com uma corrente que pode variar entre 3 e 10 A.

O teste mais simples de um transformador é feito medindo-se a resistência ou continuidade dos seus

enrolamentos com um multímetro. Os enrolamentos devem apresentar baixa resistência. Se tiverem alta

resistência (acima de 10 000 ohms) é sinal que o enrolamento se encontra aberto (interrompido) e o

transformador não pode ser utilizado.

Um tipo de transformador encontrado em alguns circuitos é o toroidal, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 - Transformadores com núcleos toroidais

Nestes transformadores, o núcleo consiste num anel de metal (toróide).

Fusíveis

Os fusíveis são componentes muito importantes num circuito, pois se destinam a sua proteção. Eles

funcionam como o elo mais fraco de uma corrente. Se algo vai mal eles quebram e interrompem a

corrente evitando maiores danos ao circuito ou mesmo à instalação elétrica do automóvel. Os fusíveis

encontrados

nos carros podem ser de dois tipos: os utilizados na própria instalação do carro e os utilizados nos

equipamentos eletrônicos. Eles diferem quanto ao aspecto, mas a função é a mesma. Na figura 6 temos

os símbolos e aspectos destes componentes.

Figura 6 - Aspectos e símbolo do fusível

Page 22: Eletrônica automotiva pdf

Os fusíveis são especificados pela corrente com que se rompem. Por exemplo, um fusível de 20 A vai

abrir o circuito quando a corrente atingir este valor. Ele será utilizado num circuito em que a corrente é

menor. Somente se houver um curto-circuito ou problema com algum componente e a corrente subir,

ele vai se romper.

Nunca substitua um fusível por um valor diferente do original. Um fusível maior, por exemplo, pode não

abrir em caso de algum problema e com isso danos no circuito e na instalação do carro podem ocorrer.

O teste de um fusível pode ser feito medindo-se sua continuidade com um multímetro. O fusível bom

apresenta uma resistência nula e um fusível aberto (queimado) apresenta uma resistência infinita.

Disjuntores

Um tipo de dispositivo de proteção de circuitos, com a mesma função do fusível é o disjuntor, cujo

aspecto é mostrado na figura 7.

Figura 7—Um disjuntor comum

Este componente desliga um circuito em caso de algum problema. No entanto, ele não precisa ser

trocado quando isso ocorre. Basta remover a causa do problema e depois religá-lo. Os disjuntores são

mais utilizados em instalações domésticas, comerciais e industriais.

Interruptores e Chaves

Interruptores e chaves servem para ligar e desligar dispositivos elétricos ou ainda mudar suas funções.

Os interruptores normalmente são do tipo liga/desliga e possuem dois pólos, conforme mostra a figura 8.

Figura 8—Chave liga-desliga

Page 23: Eletrônica automotiva pdf

Já as chaves possuem diversos pólos, dependendo do tipo de função que exercem. Por exemplo,

podemos ter uma chave de 1 pólo x 2 posições que comuta o brilho de uma lâmpada ou a velocidade de

um motor, conforme mostra a figura 9.

Figura 9—Chave SPDT— aspecto e símbolo

Uma chave H ou reversível pode ser utilizada para inverter a rotação de um motor, com aspecto e

símbolo, conforme mostra a figura 10.

Figura 10—Chave DPDT— aspecto e símbolo

As chaves e interruptores são especificados pela intensidade máxima da corrente com que podem

trabalhar. Uma corrente excessiva gasta os contactos causando falhas elétricas.

Lâmpadas e LEDs

Para saber mais sobre este componente, sugerimos que o leitor consulte a Edição 2 do Peçalheiro, em

que temos um artigo que trata da substituição das lâmpadas pelos LEDs nos veículos modernos e em

muitas outras aplicações. Apenas acrescentamos que o teste de uma lâmpada pode ser feito com o

multímetro medindo-se sua continuidade. O filamento bom deve apresentar uma baixa resistência. Para

os LEDs o teste é mais complexo, mas trataremos disso futuramente.

Outros componentes

Além dos que vimos existem diversos outros componentes de natureza elétrica, ou seja, que podem

realizar funções nos circuitos ou ainda receber energia elétrica para convertê-la em outras formas de

energia. Estes são componentes denominados passivos pois não amplificam e nem geram sinais.

Dentre eles destacamos os alto-falantes, motores, buzinas, indicadores de painel, conectores, terminais

isolados, antenas, cabos, etc.

Page 24: Eletrônica automotiva pdf

QUESTIONÁRIO

1. Qual é a função de um resistor num circuito?

A) Converter energia em calor

B) Resistir a choques mecânicos

C) Oferecer uma oposição à passagem da corrente

D) Diminuir a tensão de uma bateria

2) Os capacitores servem para:

A) Descarregar energia de um circuito

B) Armazenar cargas elétricas

C) Aumentar a capacidade de um circuito

D) Gerar energia elétrica

3) Um indutor é normalmente construído de que forma?

A) Placas de metal separadas por um isolante

B) Carvão ou grafite

C) Voltas de fio esmaltado

D) Placas de ferro ou ferrite

4) Uma chave DPDT ou reversível tem quantos pólos?

A) 2

B) 3

C) 4

D) 6

Eletrônica automotiva - 5 (Componentes Eletrônicos Básicos - Ativos)

Escrito por Newton C. Braga

Na lição anterior de nosso curso tratamos dos componentes passivos, ou seja, componentes que não

amplificam nem geram sinais como os resistores, capacitores, indutores, transformadores, etc.

Nesta lição trataremos dos componentes ativos e de semicondutores que são componentes mais

avançados.

Os componentes estudados a seguir, aparecem em grande quantidade na maioria dos equipamentos

automotivos modernos.

Diodos

Os diodos semicondutores são dispositivos que conduzem a corrente num único sentido. Por este

motivo eles são utilizados tanto em funções lógicas como na retificação, ou seja, para converter

corrente alternada em corrente contínua. Na figura 1 temos o símbolo e o aspecto destes

componentes.

Figura 1—Diodos — símbolos e aspectos

Uma aplicação importante destes componentes na eletrônica automotiva é justamente na saída dos

alternadores (que produzem correntes alternadas) para convertê-la em corrente contínua de modo

que ela possa ser utilizada para carregar a bateria. Na figura 2 temos um conjunto de diodos de um

alternador automotivo comum.

Page 25: Eletrônica automotiva pdf

Figura 2—Seis diodos de um alternador comum

Os diodos possuem duas especificações importantes: a tensão máxima que suportam dada em volts e

a corrente máxima que podem conduzir, dada em ampères.

O teste de diodos é simples. Com o multímetro verificamos se ele conduz num sentido mas não no

outro. Se ele conduzir nos dois sentidos, é porque está em curto. Se não conduzir em nenhum

sentido é porque se encontra aberto.

Transistores

De todos os componentes eletrônicos modernos, talvez o mais importante seja o transistor bipolar ou

simplesmente transistor. O transistor pode amplificar sinais, gerar sinais ou ainda funcionar como

uma chave eletrônica, ligando e desligando circuitos. Em outras palavras, colocando um transistor

num circuito ele pode controlar este circuito a partir de sinais de comando.

Existem dois tipos de transistores que são diferenciados pelo modo como sua estrutura de silício é

determinada. Se usarmos dois pedaços de silício N e um de silício P teremos um transistor NPN. Por

outro lado, usando dois pedaços de silício P e um de N, teremos um transistor PNP. Na figura 3 temos

os símbolos

Figura 3—Símbolos dos transistores

Existem diversos tipos de transistores que se diferenciam quanto ao tamanho e forma. Na figura 4

temos os aspectos dos principais dos transistores.

Page 26: Eletrônica automotiva pdf

Figura 4—Tipos de transistores comuns

Os transistores maiores, de metal são destinados ao controle de correntes intensas, como por

exemplo nos sistemas de ignição eletrônica, etc. Os ,menores são destinados a operação com sinais

fracos como em rádios, com sensores, sinalização, geração de sinais de controle, etc.

SCR

SCR é o acrônimo Para Silicon Controlled Rectfier ou Diodo Controlado de Silício. Trata-se de um

dispositivo semicondutor de 4 camada destinado ao controle de correntes intensas nos circuitos. Este

dispositivo possui um anodo e um catodo entre os quais passa a corrente principal, e um elemento de

disparo denominado gate. Na figura 5 temos o símbolo adotado para representar este componente

assim como seu aspecto.

Figura 5 - SCR - Símbolo e aspectos

Os SCRs são utilizados em alarmes e principalmente em sistemas de ignição disparando quando a

faísca deve ser produzida. Neste momento eles conduzem a intensa corrente de descarga dos

capacitores que vai para a bobina.

Estes componentes são especificados pela corrente que podem conduzir, assim como a tensão

máxima que podem suportar. Os SCRs pertencem ao grupo de semicondutores denominados

tiristores ou diodos de quatro camadas.

Um SCR se comporta como um diodo, ou seja, conduz a corrente num único sentido quando

disparado, assim, deve ser utilizado principalmente em circuitos de corrente contínua.

Outros tiristores

Além dos SCRs existem outros componentes da família dos, SCRs ou diodos de quatro camadas.

Dentre eles destacamos os Triacs que são controles de potência utilizados principalmente em circuitos

de corrente alternada, com símbolo e aspecto mostrados na figura 6.

Page 27: Eletrônica automotiva pdf

Figura 6—Triac — símbolo e aspectos

Estes componentes são encontrados em carregadores de baterias e dimmers de lâmpadas

incandescentes.

Eles controlam a intensidade da carga de uma bateria. Como os triacs controlam correntes intensas

eles tendem a se aquecer sendo, por este motivo, montados em dissipadores de calor.

Circuitos integrados (CIs)

Os circuitos integrados, muitas vezes chamados de chips quando na verdade o chip é a pastilha de

silício em que eles são montados, são componentes de grande utilidade na eletrônica moderna. Eles

consistem num conjunto de componente como resistores, transistores, diodos, etc., todos fabricados

por um processo único numa pastilha de silício já interligados de modo a formar um circuito

completo.

Por exemplo, pode-se obter um circuito integrado que seja um amplificador completo, pois ele

contém em seu interior todos os componentes de um amplificador.

As pastilhas de silício são extremamente pequenas , sendo colocadas no interior de invólucros com

terminais para sua ligação, conforme mostra a figura 7.

Figura 7—Tipos de circuitos integrados

O que o circuito integrado (CI ou IC, abreviadamente) faz depende do modo como os componentes

são interligados no seu interior. Assim, cada circuito integrado recebe uma identificação através da

qual sabemos o que ele faz. Hoje existem centenas de milhares de tipos de CIs, empregados numa

variedade enorme de funções, inclusive nos carros.

Nos automóveis encontramos circuitos integrados em diversas funções, como temporização, nos

carros, no sistema de ignição, etc.

Page 28: Eletrônica automotiva pdf

Microcontroladores

Microcontroladores são circuitos integrados de uma categoria diferente. São circuitos que podem ser

programados para exercer diversas funções de controle.

Por exemplo, são os microcontroladores que formam o cérebro ou a central de controle dos carros,

sendo ligados a um conjunto de sensores espalhados pelo veículo e aos dispositivos que devem ser

controlados. Os microcontroladores são componentes extremamente complexos, contendo milhões de

transistores e outros componentes integrados numa única pastilha. Na figura 8 temos o aspecto de

um microcontrolador.

Figura 8—Microcontroladores

Os microcontroladores utilizados nos circuitos automotivos vêm com uma programação básica e uma

memória onde é armazenado um conjunto de dados que correspondem às características do veículo

em que ele vai funcionar. A introdução destes dados é feita pelo fabricante e eventualmente por uma

oficina de regulagem ou reparação através de um equipamento especial, como o mostrado na figura

9.

Figura 9—Ferramenta de diagnóstico de motores.

Page 29: Eletrônica automotiva pdf

Este equipamento lê os dados de sensores em sua função coloca na memória do microcontrolador os

parâmetros de funcionamento daquele veículo.

DSPs

Os DSPs ou Digital Signal Processadores (Processadores Digitais de Sinais) são circuitos integrados

que se destinam ao controle de processos dinâmicos que ocorrem num carro, como a velocidade de

um motor elétrico de ventilação, um limpador de pára-brisas inteligente. Os DSPs pegam sinais de

sensores e transformam estes sinais, passando-os para a forma digital. Com isso, eles podem ser

processados resultando em ações que vão determinar como diversos dispositivos do carro operam.

Por exemplo, eles podem utilizar a informação da temperatura do radiador para determinar qual é a

melhor velocidade para a ventoinha de refrigeração.

Questionário

1 - A principal propriedade dos diodos é:

A. Amplificar correntes

B. Bloquear correntes

C. Conduzir a corrente num único sentido

D. Deixar a corrente passar em ambos os sentidos

2 - Os transistores servem para:

A. Retificar correntes

B. Amplificar sinais ou gerar sinais

C. Controlar circuitos

D. Proteger circuitos

3 - Os SCRs fazem parte de que família dos semicondutores?

A. Tiristores

B. Retificadores

C. Comutadores

D. Circuitos integrados

4 - Os circuitos integrados são?

A. Componentes passivos

B. Comutadores de corrente

C. Conjuntos de componentes interligados

D. Pastilhas semicondutoras

Eletrônica automotiva - 6 (Componenetes eletrônicos básicos - sensores)

Escrito por Newton C. Braga

Na lição anterior tratamos dos dispositivos semicondutores ou componentes ativos encontrados nos

circuitos eletrônicos dos automóveis. No entanto, existe uma categoria muito importante de

componentes que fazem parte do circuito eletrônico de um carro. São os componentes responsáveis

pelo interfaceamento do circuito com o mundo externo, ou seja, os sensores e os efetores. Os

sensores são os elementos que verificam o que acontece com as diversas partes do carro e o mundo

exterior e informam o controle sobre isso. Os efetores são os dispositivos que transformam o

comando do controle numa ação.

Page 30: Eletrônica automotiva pdf

6.1 – Sensores resistivos

O tipo mais simples de sensor que encontramos nos carros é o sensor resistivo. Trata-se de um

componente cuja resistência elétrica varia com alguma grandeza física externa, por exemplo,

temperatura, nível de óleo ou combustível, pressão, etc. Estes sensores são as chamadas

“cebolinhas” que medem a temperatura do motor, a pressão do óleo, etc. Na figura 1 temos o

aspecto de um sensor deste tipo.

Exemplo de sensor resistivo.

No interior de um sensor resistivo de temperatura, por exemplo, encontramos um componente

denominado NTC ou PTC. Estes componentes mudam de resistência com a temperatura. Num NTC

(Negative Temperature Coefficient) a resistência diminui quando a temperatura aumenta. Por outro

lado num PTC (Positive Temperature Coefficient) a resistência aumenta quando a temperatura sobe.

Os dois podem ser usados para sensoriar a temperatura, bastando que o microcontrolador saiba

como a resistência varia. Na figura 2 temos os aspectos de NTCs e PTCs comuns.

NTC.

Um outro sensor resistivo é a bóia que mede o nível de combustível que tem um resistor variável cujo

cursor muda de posição. Este sensor é acoplado à bóia que, ao se mover, altera a resistência do

sensor.

Page 31: Eletrônica automotiva pdf

6.2 – Sensores Indutivos

Estes sensores são formados por uma bobina e uma pequena peça de metal ferroso. Na presença de

um campo magnético, ou na alteração do campo magnético criado por um imã ou outra bobina, eles

geram um impulso elétrico. Uma aplicação comum deste tipo de sensor é em alguns tipos de ignição

eletrônica em que eles sensoriam a passagem dos dentes de uma engrenagem acoplada ao motor,

gerando desta forma os pulsos que controlam o sistema de ignição, conforme mostra a figura 3.

Sensor indutivo num sistema de ignição.

Estes mesmos sensores podem ser encontrados em pontos em que se deseja detectar o movimento

de partes mecânicas.

6.3 – Sensores Capacitivos

Estes sensores operam segundo o mesmo princípio de um capacitor.. A presença de qualquer objeto

funciona como a placa de um capacitor, quando se aproxima de outro que seja condutor, mas sem

encostar. Por exemplo, colocando uma placa de metal sob uma placa de vidro (isolante), apoiando o

dedo sobre o vidro, o dedo funciona como a outra placa do capacitor, alterando sua capacitância. Se

a placa de metal for ligada a um circuito que detecte a variação da capacitância, pode-0se detectar a

presença do dedo ou o toque do dedo, conforme mostra a figura 4.

Operação do sensor capacitivo.

Este tipo de sensor pode ser encontrado em veículos modernos que possuam sistemas de

acionamento por toque em dispositivos. Em alguns casos estes sensores são acoplados às próprias

telas de cristal líquido (LCD), sendo denominadas então de “touch screen”, telas de toque.

Page 32: Eletrônica automotiva pdf

6.4 – Sensores Hall

Os sensores Hall ou ainda de “Efeito Hall” são sensores utilizados amplamente nos sistemas de

ignição eletrônica atuais, para sensoriar a rotação do motor e assim controlar o seu funcionamento.

Como o nome sugere, eles se baseiam no efeito Hall.

Segundo este efeito, uma corrente elétrica numa placa de metal se desvia se for aplicado um campo

magnético, conforme mostra a figura 5.

O efeito Hall

Isso significa que podemos usar uma minúscula plaquinha de metal para sensoriar a presença de

campos magnéticos, e assim controlar peças móveis como uma engrenagem que rode ou um imã

preso a uma polia. Existem então pequenos sensores Hall, na forma de circuitos integrados que são

utilizados para detectar a rotação dos dentes de uma engrenagem quando eles passam diante de um

pequeno imã, conforme mostra a figura 6.

O sensor Hall

A cada dente que passa diante do sensor, ele gera um impulso que pode ser utilizado para monitorar

o funcionamento do motor.

6.5 – Solenóides

Os solenóides são dispositivos efetores no sentido de que eles traduzem um comando elétrico numa

ação, no caso uma força e um movimento. Um solenóide consiste numa bobina com um núcleo

móvel, conforme mostra a figura 7.

O solenóide

Quando aplicamos uma tensão elétrica no solenóide circula uma corrente que cria um corte campo

magnético no seu interior. Este campo “puxa” a peça metálica que forma o núcleo exercendo um

esforço mecânico. Este tipo de dispositivo é que aciona as travas elétricas ou a abertura elétrica do

porta-malas de um carro.

Page 33: Eletrônica automotiva pdf

Diversos tipos de solenóides .

Dispositivo semelhante acopla o motor de partida ao motor principal quando é dada a partida.

6.6 – Motores

Os motores são também dispositivos efetores que convertem um comando elétrico em movimento.

No carro encontramos diversos tipos de motores elétricos: para levantar e abaixar os vidros, para

mudar a posição do espelho retrovisor, para acionar o limpador de pára-brisas, para borrifar água no

párabrisas, etc. Existem basicamente dois tipos de motores utilizados em aplicações automotivas. O

mais comum é o motor de corrente contínua ou motor DC (direct current) que tem os aspectos

mostrados na figura 9.

Motor de corrente contínua comum.

Estes motores funcionam com 12 V e seu tamanho determina a força que podem exercer. São os

motores encontrados nos limpadores de pára-brisas, vidros, etc. O segundo tipo de motor, mais

sofisticado, é o motor de passo que é controlado diretamente por um circuito eletrônico de

posicionamento. Estes motores, cujo aspecto é mostrado na figura 10, destinam a aplicações em que

uma parte mecânica precisa ser posicionada com precisão.

Motor de passo.

Um Sensor Especial – Sonda Lambda

Um sensor que merece um destaque especial no carro é o sensor de gás ou sonda lambda como

também é conhecido. Este sensor consiste num dispositivo capaz de detectar a quantidade de

oxigênio existente num ambiente. Na figura 11 temos sua estrutura. Nesta sonda, um filamento

aquece um material quimicamente sensível aos gases.

Page 34: Eletrônica automotiva pdf

Quando este material absorve gases combustíveis, ele muda sua resistência elétrica, fornecendo

assim um sinal a um circuito externo.

Um sensor de oxigênio, sonda lambda (?).

Colocado no escapamento de um automóvel, conforme mostra a figura 12, ele detecta a quantidade

de combustível que não foi queimado no motor e com isso determina se a mistura deve ou não ser

enriquecida. Explicando melhor: para que o rendimento do motor seja máxima, todo o combustível

injetado deve ser queimado, o que significa que também deve ser injetada a quantidade apropriada

de oxigênio para o que se denomina combustão total. Temos então uma mistura que quimicamente é

denominada estequiométrica.

Sondas lambda no carro (1 e 2).

Se as proporções de oxigênio e combustível não forem corretas temos baixo rendimento do motor. A

sonda lambda detecta isso pela que sai no escapamento do carro, verificando assim se existe excesso

de oxigênio ou de combustível, caso em que a mistura não está correta. O sinal da sonda é então

enviado ao processador que ajusta então o sistema de injeção de acordo com o necessário para o

correto funcionamento do motor.

Eletrônica automotiva - 6 (Componenetes eletrônicos básicos - sensores)

Escrito por Newton C. Braga

Na lição anterior tratamos dos dispositivos semicondutores ou componentes ativos encontrados nos

circuitos eletrônicos dos automóveis. No entanto, existe uma categoria muito importante de

componentes que fazem parte do circuito eletrônico de um carro. São os componentes responsáveis pelo

interfaceamento do circuito com o mundo externo, ou seja, os sensores e os efetores. Os sensores são

os elementos que verificam o que acontece com as diversas partes do carro e o mundo exterior e

informam o controle sobre isso. Os efetores são os dispositivos que transformam o comando do controle

numa ação.

Page 35: Eletrônica automotiva pdf

6.1 – Sensores resistivos

O tipo mais simples de sensor que encontramos nos carros é o sensor resistivo. Trata-se de um

componente cuja resistência elétrica varia com alguma grandeza física externa, por exemplo,

temperatura, nível de óleo ou combustível, pressão, etc. Estes sensores são as chamadas “cebolinhas”

que medem a temperatura do motor, a pressão do óleo, etc. Na figura 1 temos o aspecto de um sensor

deste tipo.

Exemplo de sensor resistivo.

No interior de um sensor resistivo de temperatura, por exemplo, encontramos um componente

denominado NTC ou PTC. Estes componentes mudam de resistência com a temperatura. Num NTC

(Negative Temperature Coefficient) a resistência diminui quando a temperatura aumenta. Por outro lado

num PTC (Positive Temperature Coefficient) a resistência aumenta quando a temperatura sobe. Os dois

podem ser usados para sensoriar a temperatura, bastando que o microcontrolador saiba como a

resistência varia. Na figura 2 temos os aspectos de NTCs e PTCs comuns.

NTC.

Um outro sensor resistivo é a bóia que mede o nível de combustível que tem um resistor variável cujo

cursor muda de posição. Este sensor é acoplado à bóia que, ao se mover, altera a resistência do sensor.

Page 36: Eletrônica automotiva pdf

6.2 – Sensores Indutivos

Estes sensores são formados por uma bobina e uma pequena peça de metal ferroso. Na presença de um

campo magnético, ou na alteração do campo magnético criado por um imã ou outra bobina, eles geram

um impulso elétrico. Uma aplicação comum deste tipo de sensor é em alguns tipos de ignição eletrônica

em que eles sensoriam a passagem dos dentes de uma engrenagem acoplada ao motor, gerando desta

forma os pulsos que controlam o sistema de ignição, conforme mostra a figura 3.

Sensor indutivo num sistema de ignição.

Estes mesmos sensores podem ser encontrados em pontos em que se deseja detectar o movimento de

partes mecânicas.

6.3 – Sensores Capacitivos

Estes sensores operam segundo o mesmo princípio de um capacitor.. A presença de qualquer objeto

funciona como a placa de um capacitor, quando se aproxima de outro que seja condutor, mas sem

encostar. Por exemplo, colocando uma placa de metal sob uma placa de vidro (isolante), apoiando o

dedo sobre o vidro, o dedo funciona como a outra placa do capacitor, alterando sua capacitância. Se a

placa de metal for ligada a um circuito que detecte a variação da capacitância, pode-0se detectar a

presença do dedo ou o toque do dedo, conforme mostra a figura 4.

Operação do sensor capacitivo.

Este tipo de sensor pode ser encontrado em veículos modernos que possuam sistemas de acionamento

por toque em dispositivos. Em alguns casos estes sensores são acoplados às próprias telas de cristal

líquido (LCD), sendo denominadas então de “touch screen”, telas de toque.

Page 37: Eletrônica automotiva pdf

6.4 – Sensores Hall

Os sensores Hall ou ainda de “Efeito Hall” são sensores utilizados amplamente nos sistemas de ignição

eletrônica atuais, para sensoriar a rotação do motor e assim controlar o seu funcionamento. Como o

nome sugere, eles se baseiam no efeito Hall.

Segundo este efeito, uma corrente elétrica numa placa de metal se desvia se for aplicado um campo

magnético, conforme mostra a figura 5.

O efeito Hall

Isso significa que podemos usar uma minúscula plaquinha de metal para sensoriar a presença de

campos magnéticos, e assim controlar peças móveis como uma engrenagem que rode ou um imã preso

a uma polia. Existem então pequenos sensores Hall, na forma de circuitos integrados que são utilizados

para detectar a rotação dos dentes de uma engrenagem quando eles passam diante de um pequeno

imã, conforme mostra a figura 6.

O sensor Hall

A cada dente que passa diante do sensor, ele gera um impulso que pode ser utilizado para monitorar o

funcionamento do motor.

6.5 – Solenóides

Os solenóides são dispositivos efetores no sentido de que eles traduzem um comando elétrico numa

ação, no caso uma força e um movimento. Um solenóide consiste numa bobina com um núcleo móvel,

conforme mostra a figura 7.

Page 38: Eletrônica automotiva pdf

O solenóide

Quando aplicamos uma tensão elétrica no solenóide circula uma corrente que cria um corte campo

magnético no seu interior. Este campo “puxa” a peça metálica que forma o núcleo exercendo um esforço

mecânico. Este tipo de dispositivo é que aciona as travas elétricas ou a abertura elétrica do porta-malas

de um carro.

Diversos tipos de solenóides .

Dispositivo semelhante acopla o motor de partida ao motor principal quando é dada a partida.

6.6 – Motores

Os motores são também dispositivos efetores que convertem um comando elétrico em movimento. No

carro encontramos diversos tipos de motores elétricos: para levantar e abaixar os vidros, para mudar a

posição do espelho retrovisor, para acionar o limpador de pára-brisas, para borrifar água no párabrisas,

etc. Existem basicamente dois tipos de motores utilizados em aplicações automotivas. O mais comum é o

motor de corrente contínua ou motor DC (direct current) que tem os aspectos mostrados na figura 9.

Motor de corrente contínua comum.

Estes motores funcionam com 12 V e seu tamanho determina a força que podem exercer. São os

motores encontrados nos limpadores de pára-brisas, vidros, etc. O segundo tipo de motor, mais

sofisticado, é o motor de passo que é controlado diretamente por um circuito eletrônico de

posicionamento. Estes motores, cujo aspecto é mostrado na figura 10, destinam a aplicações em que

uma parte mecânica precisa ser posicionada com precisão.

Page 39: Eletrônica automotiva pdf

Motor de passo.

Um Sensor Especial – Sonda Lambda

Um sensor que merece um destaque especial no carro é o sensor de gás ou sonda lambda como

também é conhecido. Este sensor consiste num dispositivo capaz de detectar a quantidade de oxigênio

existente num ambiente. Na figura 11 temos sua estrutura. Nesta sonda, um filamento aquece um

material quimicamente sensível aos gases.

Quando este material absorve gases combustíveis, ele muda sua resistência elétrica, fornecendo assim

um sinal a um circuito externo.

Um sensor de oxigênio, sonda lambda (?).

Colocado no escapamento de um automóvel, conforme mostra a figura 12, ele detecta a quantidade de

combustível que não foi queimado no motor e com isso determina se a mistura deve ou não ser

enriquecida. Explicando melhor: para que o rendimento do motor seja máxima, todo o combustível

injetado deve ser queimado, o que significa que também deve ser injetada a quantidade apropriada de

oxigênio para o que se denomina combustão total. Temos então uma mistura que quimicamente é

denominada estequiométrica.

Sondas lambda no carro (1 e 2).

Se as proporções de oxigênio e combustível não forem corretas temos baixo rendimento do motor. A

sonda lambda detecta isso pela que sai no escapamento do carro, verificando assim se existe excesso de

oxigênio ou de combustível, caso em que a mistura não está correta. O sinal da sonda é então enviado

ao processador que ajusta então o sistema de injeção de acordo com o necessário para o correto

funcionamento do motor.

Page 40: Eletrônica automotiva pdf

Eletrônica automotiva - 7 (Indicadores e Iluminação)

Escrito por Newton C. Braga

Indicadores e iluminação

Na lição anterior tratamos dos diversos tipos de sensores e atuadores que existem nos carros e como

eles são controlados pelos circuitos eletrônicos. Nesta lição vamos tratar de alguns outros tipos de

dispositivos que são controlados pelos circuitos eletrônicos dos carros e que são de grande importância

para seu funcionamento e também para o conforto do motorista e passageiros. Falaremos de lâmpadas,

LEDs, displays, buzzers e a buzina.

Lâmpadas e LEDs

As tarefas de iluminar dentro e fora do carro antes eram realizadas pelas lâmpadas comuns

incandescentes. Estas lâmpadas são formadas por um bulbo do qual se retira o oxigênio para evitar a

combustão do filamento, o filamento e uma rosca ou baioneta para seu encaixa num receptáculo

apropriado, conforme mostra a figura 1.

Lâmpadas comuns de uso automotivo

As lâmpadas de uso automotivo podem ter diversas potências e tamanhos, além de configurações

dependendo da sua utilização. Por exemplo, as lâmpadas usadas nos faróis possuem filamentos duplos

que permitem que elas operem com duas potências, conforme a quantidade de luz desejada.

A comutação é feita pela alavanca junto à direção. Na figura 2 temos uma lâmpada deste tipo.

Lâmpada de farol com dois filamentos (alto/baixo)

Estas lâmpadas podem ter potências que vão de 20 a 40 W o que significa uma corrente que supera os 3

A numa fiação de 12 V. As lâmpadas que iluminam o interior, lanternas e outras aplicações são de menor

consumo, normalmente exigindo correntes na faixa de 200 mA a 500 mA.

O teste destas lâmpadas é muito simples podendo ser realizado basicamente de quatro maneiras. A

primeira é a simples inspeção visual que nos permite ver quando o filamento está interrompido. A

segunda é alimentando a lâmpada com 12 V a tensão para a qual ela foi especificada e verificando se

acende. A terceira é com um provador de continuidade e a quarta com um multímetro comum, conforme

mostra a figura 3.

Page 41: Eletrônica automotiva pdf

Testando uma lâmpada com o Multímetro — do livro Tudo Sobre Multímetros — Volume 2

Ao usar uma lâmpada numa aplicação automotiva o profissional deve estar atento às suas especificações

de corrente e tensão ou de potência (W). Os LEDs, começam a ser utilizados cada vez mais em

aplicações automotivas. Estes componentes consistem em semicondutores que, ao serem polarizados no

sentido direto conduzem a corrente e emitem luz. Na figura 4 temos alguns tipos de LEDs comuns.

Lâmpadas de LEDs para uso automotivo. Substituem diretamente as lâmpadas comuns.

LEDs de alta potência começam a ser utilizados também em faróis de carros.

Displays

Os displays são utilizados para apresentar informações alfa/numéricas num painel, por exemplo o painel

principal do carro, num GPS, e em alguns tipos mais modernos também imagens. Eles podem ser

basicamente de dois tipos: LCD e LEDs.

Os LCDs ou Liquid Crystal Display (Display de Cristal Líquido) tem basicamente a aparência mostrada na

figura 5.

Page 42: Eletrônica automotiva pdf

Painel de carro com mostrador de cristal líquido

Neles existe uma substância líquida cujas moléculas polarizadas podem ter sua posição modificada por

um campo elétrico . Quando estas moléculas são polarizadas o material passa de transparente para

opaco na região em que elas estão e vice versa. Colocando uma fonte de luz traseira, pode-se controlar

sua passagem ponto a ponto formando-se letras, números ou imagens. O comando destas moléculas é

feito através de um circuito sofisticado que processa as informações que devem ser apresentadas. A

grande vantagem dos LCDs é que eles apresentam um consumo muito baixo de energia. O consumo

maior é dos LEDs ou lâmpadas que são colocados por trás para gerar a luz que eles controlam,

formando a imagem; Nos LCDs que utilizam a iluminação ambiente, como os vistos em relógios digitais,

o consumo de energia é extremamente baixo.

Os displays de LED são formados por LEDs no formato dos símbolos que devem ser apresentados ou

ainda formando uma matriz de pontos, conforme mostra a figura 6.

Displays alfa - numéricos de LEDs, encontrados em relógios, rádios e painéis de carros.

Como eles emitem sua própria luz, não precisam de iluminação adicional, mas tem a desvantagem de

apresentarem um consumo de energia maior do que os LCDs. Os tipos mais comuns são os de luz

vermelha, mas existem outras cores.

Além destes dois displays também temos os tipos eletroluminescentes e os que fazem uso de plasma ou

gás que são mais delicados, mas que já começam a ser encontrados em muitas aplicações automotivas,

como nos GPS. Na figura 7 mostramos um display deste tipo.

Page 43: Eletrônica automotiva pdf

Display de imagem utilizado num GPS comum de uso automotivo.

Buzzers

Buzzers são transdutores cerâmicos que convertem sinais elétricos em som. Sua aplicação principal é

produzir sons de alerta como bips, apitos em sistemas de sinalização. Por exemplo, quando se deixa uma

lanterna acesa e tenta-se sair do carro, a abertura da porta faz com que um buzzer emita um sinal de

alerta. Na figura 8 mostramos o aspecto deste pequeno componente de grande utilidade.

Buzzers encontrados em diversas aplicações no carro.

Os buzzers são dispositivos de alta impedância não podendo ser testados com multímetros. O melhor é

aplicar um sinal de áudio e verificar se ele os reproduz.

Buzina

Finalmente temos as buzinas que são transdutores eletroacósticos cuja finalidade é produz sons de aviso

ou alerta de grande intensidade. Os tipos mais comuns se baseiam em sistemas eletromagnéticos como

o mostrado na figura 9.

Buzinas comuns encontradas na maioria dos automóveis.

Um campo produzido por uma bobina atrai uma membrana que também atua como um interruptor

intermitente, gerando assim uma forte vibração que se traduz no som emitido. O teste elétrico deste

dispositivo normalmente consiste na verificação da continuidade da bobina. Tipos eletrônicos com

transdutores piezoelétricos ou mesmo do tipo tweeter já começam a ser encontrados em alguns modelos

de carros mais recentes.

Outros Indicadores

Existem ainda outros tipos de fonte de luz e som utilizados nos carros, mas de uso menos comum.

Temos visto, por exemplo, em alguns veículos o uso de lâmpadas fluorescentes ou neon, normalmente

na cor azul ou violeta. Estas lâmpadas, por operarem com alta tensão exige o emprego de um circuito

inversor.

Na figura 10 exemplos dessas lâmpadas.

Page 44: Eletrônica automotiva pdf

Lâmpadas neon ou fluorescentes para uso automotivo. Estas lâmpadas exigem alta tensão

para funcionar.

O circuito usado converte os 12 V da tensão disponível na instalação elétrica do carro,m numa alta

tensão que varia entre 200 e 500 V, sob baixa corrente, que serve para alimentar estas lâmpadas. É

claro que estas lâmpadas são bastante frágeis, podendo quebrar com facilidade. Outro tipo de

dispositivo luminoso que encontramos nos carros, é o Brake Light ou Luz Sequencial de Freio que

normalmente utiliza LEDs comuns, conforme mostra a figura 6. Estas luzes consistem em fileiras de LEDs

que são acionadas por um circuito eletrônico sequenciador, que é ativado quando se pisa no freio,

aproveitando a fiação da luz de freio comum. Na figura 11 temos um exemplo de luz deste tipo.

Brakelight seqüencial utilizando LEDs.

Nos dois tipos de dispositivos, os problemas maiores ocorrem quando os circuitos eletrônicos de

acionamento têm componentes queimados.

Page 45: Eletrônica automotiva pdf

Eletrônica automotiva - 8 (alternadores)

Escrito por Newton C. Braga

Nest oitava lição analisaremos um setor do carro em que a eletrônica se faz presente de forma bastante

intensa: o sistema de alimentação elétrica que parte do alternador, passa pelos reguladores de tensão e

termina no sistema de carga da bateria, veja a seguir como funciona o alternador.

A obtenção de energia elétrica a partir de energia mecânica como a que se dispõe de um motor em

movimento é relativamente simples. Os primeiros veículos com motor à explosão já utilizavam os

dínamos com a finalidade de obter energia elétrica para a carga da bateria e consequentemente para a

faísca das velas, indispensável ao sistema de ignição. Era um sistema simples em que um dínamo era

acionado pelo motor, gerando uma baixa tensão contínua e que passando por um sistema regulador de

tensão alimentava tanto os dispositivos elétricos do carro que além do sistema de ignição incluíam os

faróis, como também carregava com o excedente da energia, a bateria. Assim, conforme mostra o

diagrama simples da figura 1, a finalidade do dínamo seria a de fornecer energia para o sistema elétrico

com o carro em movimento. Para a partida e eventualmente para acender um farol com o carro parado,

deveria entrar em ação a bateria.

A finalidade do dínamo e de fornecer energia

A grande desvantagem do dínamo é que se exige uma velocidade mínima de rotação do motor para que

ele produza tensão suficiente para alimentar os circuitos, daí a necessidade de um sistema regulador de

tensão que entra em ação quando a tensão atinge o mínimo exigido.

Para veículos que trafegam na cidade e que portanto estão sujeitos a conseqüentes paradas ou baixas

velocidades com a redução da rotação do motor, o uso do dínamo tem sérios inconvenientes pois existe

o perigo dele não fornecer pelo tempo necessário a energia para a carga da bateria.

Gerando tensões alternadas e com o uso de diodos semicondutores e mesmo circuitos eletrônicos é

possível obter um desempenho muito melhor para o sistema elétrico dos veículos e é isso o que ocorre

nos veículos modernos que usam apenas a solução do alternador como fonte de energia a partir do

motor. Apenas nos sistemas elétricos de veículos mais simples encontramos a mesma configuração que

faz uso do dínamo, como, por exemplo em bicicletas para acender um farol ou luzes de sinalização. Nos

veículos automotores atuais que são mais sofisticados a eletrônica aparece em quase todas as funções

deste circuito e mesmo em funções adicionais que visam melhorar o desempenho.

O alternador que é o ponto de partida deste sistema é um dispositivo eletro-mecânico e como tal, além

de desgastes das partes móveis podem apresentar defeitos. A presença nos modelos atuais de alguns

dispositivos eletrônicos internos neste dispositivo faz com que muito eletricistas de automóveis tenham

certo receio no seu manuseio, mas com as explicações que daremos a seguir, os leitores verão que isso

não se justifica.

Page 46: Eletrônica automotiva pdf

O DÍNAMO E O ALTERNADOR

O princípio de funcionamento de um dínamo é muito simples: se tivermos uma bobina que gire dentro

do campo magnético criado por um conjunto de imãs ou ainda por outras bobinas, conforme mostra a

figura 2, cada vez que as espiras dessa bobina cortarem as linhas de força do campo magnético aparece

nos extremos da bobina uma tensão elétrica.

O princípio de funcionamento do dínamo.

Ligando uma lâmpada ou outro dispositivo capaz de converter energia elétrica em outra forma de

energia, ele funcionará: no caso da lâmpada ela acenderá. Isso indica que, para cortar as linhas de força

do campo magnético é preciso fazer um esforço mecânico na bobina, e a energia mecânica necessária a

isso se converte em energia elétrica. O problema do dispositivo que vimos é que a cada meia volta que a

bobina dá dentro do campo magnético ela corta duas vezes as suas linhas de força e isso em sentidos

opostos. Isso significa que e cada volta, cortando as linhas duas vezes em direção oposta, a bobina gera

uma tensão ora com o pólo positivo de um lado, ora do outro. Em outras palavras, girando nestas

condições, temos a produção de uma corrente alternada.

De modo a corrigir este problema, na saída da bobina liga-se um sistema de escovas, conforme mostra a

figura 3, que inverte um dos pólos numa das meias voltas, de modo que tenhamos a corrente circulando

sempre no mesmo sentido, ou seja, para que obtenhamos uma corrente contínua.

O uso das escovas no dínamo.

Isso nos leva a dispositivos denominados dínamos. Se eliminarmos o sistema que inverte o sentido da

corrente a cada meia volta das espiras, o dispositivo passa a gerar correntes alternadas, ou seja,

teremos um alternador. Antigamente não era simples converter a corrente alternada na corrente

contínua necessária a muitos dos dispositivos elétricos e eletrônicos de um carro e por isso o uso dos

dínamos era obrigatório. No entanto, com a disponibilidade dos diodos de silício, podemos facilmente

converter correntes alternadas em contínuas, de modo que tanto faz para um circuito elétrico se ele

tenha como fonte de energia tensão contínua como alternada.

Assim, nos veículos modernos, em lugar de usarmos dínamos temos alternadores, ou seja, dispositivos

semelhantes em que temos um conjunto de bobinas móveis que gira dentro do campo magnético de um

conjunto de bobinas fixas, conforme mostra a figura 4.

Page 47: Eletrônica automotiva pdf

Esquema básico de funcionamento de um alternador.

Neste caso, como a polaridade da corrente se inverte constantemente, ou seja, os pólos se alternam,

temos um alternador. Diodos são acrescentados no próprio dispositivo de modo a se obter a corrente

contínua que o circuito elétrico do automóvel precisa para funcionar.

Na figura 5 temos a disposição dos diodos mostrando que para facilitar a produção de energia de forma

mais constante são empregados três conjuntos de bobinas e, portanto três conjuntos (pares) de diodos

na maioria dos circuitos.

Estrutura do alternador - 1-Bobinas móveis, 2-conjunto de diodos, 4-bobina fixa, 5-

comutadores, 6-regulador de tensão.

O funcionamento de um alternador num veículo, entretanto, não apresenta uma linearidade, o que não é

interessante para o circuito elétrico do carro. Os diversos dispositivos que são alimentados pela

eletricidade no carro exigem uma tensão fixa, ou pelo menos que oscile numa faixa estreita de valores.

Variações da tensão muito grandes podem causar danos a diversos desses dispositivos.

Sabemos que a tensão que um dínamo apresenta na sua saída, conforme mostra a figura 6 depende de

diversos fatores como, por exemplo, a velocidade que o motor gira e a intensidade da corrente exigida

pelos circuitos a ele ligados.

Dentro da variação possível da tensão gerada existe uma faixa de regulagem em que a

tensão deve ser mantida.

Page 48: Eletrônica automotiva pdf

O problema maior ocorre pela enorme faixa de variação de velocidade de um motor de carro que pode

ter rotações entre 500 e 6000 rpm. Para que o circuito elétrico do carro se veja alimentado por uma

tensão dentro de uma faixa segura, devem ser agregados dispositivos reguladores de tensão.

O ALTERNADOR POR DENTRO

Na figura 7 temos uma vista explodida de um alternador de carro típico mostrando suas diversas partes.

Eletrônica automotiva - 10 (Injeção Eletrônica)

Escrito por Newton C. Braga

História

Para que um carro funcione é preciso injetar nos cilindros uma mistura ar+combustível com as

proporções ideais para que ocorra a queima total. Para esta finalidade os carros tradicionais usavam

um dispositivo totalmente mecânico denominado carburador. Os carburadores foram aperfeiçoados

com o tempo, mas a solução mecânica dada por eles entrou em declínio com o advento de recursos

eletrônicos muito mais eficientes e confiáveis. Na figura 1 temos o aspecto de um caburador

tradicional.

Um carburador tradicional usado em motor de carro.

A partir dos anos 50 a tecnologia já estava suficientemente desenvolvida para se criar uma solução

eletrônica para se injetar combustível num motor e assim obter-se melhor funcionamento, inclusive em

termos de rendimento e menor emissão de poluentes. Assim, gradualmente os veículos foram

adotando essa solução e em 1990 os carros deixaram de usar o carburador mecânico. Hoje, todos os

carros adotam a solução eletrônica que estudaremos nesta lição.

Page 49: Eletrônica automotiva pdf

Princípio de funcionamento

No sistema de injeção eletrônica temos válvulas solenóide que são acionadas eletricamente a partir do

comando de um sistema eletrônico inteligente (central de controle). Este controle possui um

microprocessador que, a partir da informação enviada por sensores dosa tanto a quantidade de

combustível que deve ser injetada naquele instante, como o tempo exatato em que isso deve ser feito.

Com este tempo controlado e a quantidade, pode-se obter o maior desempenho possível para o motor

com a queima total do combustível em qualquer condição de operação do motor.

Um injetor de um sistema de injeção eletrônica.

O princípio de funcionamento do sistema de injeção é o seguinte:

Quando o injetor recebe um comando do sistema de controle eletrônico do carro, sua bobina é

energizada, ou seja, percorrida por uma porte corrente. A intensidade dessa corrente vai determinar a

quantidade de combustível que vai ser injetada naquele instante.

A força de atração magnética criada pela energização da bobina faz com que um êmbolo se mova

fazendo com que o combustível seja injetado por um pequeno bocal.

O bocal tem um formato especial que atomiza o combustível injetado, de modo a formar umanévoa

composta deste combustível mais o ar, ou seja, formando a mistura que deve ser queimada no interior

do cilindro.

A central eletrônica de controle (ECU) determina pelo tempo de acionamento a quantidade de

combustível a ser injetado, o que é feito pelo controle da largura de pulso (figura 3).

Page 50: Eletrônica automotiva pdf

Forma do pulso modulado aplicado a um injetor de combustível visualizada num

osciloscópio.

Para melhor entender a estrutura de um injetor (bico injetor, como popularmente é chamado), temos

na figura um deles visto em corte na figura 4.

Injetor visto em corte.

Sensores

Num sistema de injeção de eletrônica, o acionamento dos injetores deve ser feito a partir de

informações processadas pela ECU e obtidas a partir de sensores. Assim, num sistema de injeção

eletrônica entre em jogo diversos sensores cujo funcionamento correto é fundamental para se obter o

máximo de desempenho de um motor.

Os sensores que controlam o sistema de injeção eletrônica são:

A) Sensor de massa do fluxo de ar— a finalidade deste sensor é informar ao microcontrolador a

quantidade de ar que está entrando no motor. Na figura 5 temos um sensor deste tipo.

Um sensor de massa do fluxo de ar de uso automotivo.

B) Sensor de oxigênio— este sensor monitora a quantidade de oxigênio presente no escapamento de

modo a poder ser determinada se está havendo a combustão completa ou não, ou seja, se a mistura é

rica ou pobre (figura 6).

Page 51: Eletrônica automotiva pdf

O sensor de oxigênio.

C) Sensor de posição do acelerador — este sensor leva à central de controle (ECU) a informação sobre

a velocidade que o condutor deseja imprimir ao veículo, de modo a haver uma resposta rápida às

variações de velocidade (aceleração ou desaceleração). Na figura 7 mostramos este sensor acoplado a

um pedal de acelerador.

O sensor de posição do acelerador.

D) Sensor de temperatura da água — este sensor informa as condições de temperatura do motor

adequando a injeção de combustível às condições de funcionamento em função deste parâmetro. Na

figura 8 temos um exemplo de sensor deste tipo.

Um sensor de temperatura da água de uso em automóveis.

E) Sensor de tensão — na realidade, um circuito eletrônico que compensa eventuais alterações da

tensão que ocorrem com a mudança da velocidade do motor, fazendo correções. Por exemplo, a

rotação do motor é aumentada em ponto morto se for detectada uma queda de tensão no sistema por

haver um consumo excessivo de corrente (faróis acesos, ou som potente ligado).

F) Sensor de pressão absoluta do coletor — a finalidade deste sensor é monitorar a pressão do ar que

está sendo aspirado para o interior do motor. A pressão é tanto mais baixa quanto maior for a

quantidade de ar que está entrando no motor. Através de informações deste sensor é possível

monitorar a potência que está sendo desenvolvida pelo motor. Na figura 9 temos o aspecto de

sensores deste tipo.

Page 52: Eletrônica automotiva pdf

Sensores de pressão absoluta

G) Sensor de rotação do motor — a rotação do motor é um dado importante para o microcontrolador

poder controlar seu funcionamento correto. O sensoriamento é feito normalmente por sensores do tipo

Hall que se valem de campos magnéticos para poder determinar a rotação ou movimentação de

qualquer parte móvel de um sistema. Na figura 10 temos um sensor deste tipo.

Sensor Hall de rotação montado no distribuidor.

Sistemas

Existem dois tipos de sistemas de injeção eletrônica em uso nos veículos de combustão interna. No

sistema multiponto os injetores são acionados simultaneamente ou aos pares.

No sistema seqüencial os injetores são acionados ou pouco antes da abertura da válvula coletora de

cada cilindro.

A vantagem do sistema seqüencial é que ele pode responder com mais facilidades as modificações

rápidas de velocidade, pois ele só precisa esperar até a abertura da válvula seguinte enquanto que no

sistema multiponto é preciso esperar que o ciclo completo de funcionamento do motor ocorra.

Diagnóstico

O diagnóstico de problemas de um sistema de injeção eletrônica exige o uso de recursos avançados de

análise de motores, ou seja, os equipamentos profissionais que além de verificar o funcionamento dos

sensores, da ECU e dos injetores também detecta outros tipos de falhas importantes.

Estes analisadores são programados com os algoritmos de funcionamento de cada tipo de motor para

poder fazer a análise do funcionamento. Para a limpeza dos bicos injetores também são utilizadas

cubas especiais que funcionam por ultrassons. Os ultrassons fazem com que os detergentes especiais

penetrem nas partes mais difíceis removendo qualquer sujeira. Na figura 11, uma máquina de limpeza

de injetores.

Page 53: Eletrônica automotiva pdf

Aparelho utilizado para a limpeza de injetores.

O alternador em vista explodida. 1 é a placa com os diodos. 2 é o regulador e 3 as escovas.

Internamente observamos dois conjuntos de enrolamentos: os enrolamentos de campo que geram o

campo magnético que as espiras do outro enrolamento devem cortar e o enrolamento estator que gera a

energia. Internamente temos uma placa em que seis diodos de potência são instalados para retificar a

corrente alternada gerada. Estes diodos são fixados numa peça única de metal que também serve de

dissipador de calor (1 na figura 7).

A regulagem da tensão nos veículos mais antigos era feita por um dispositivo eletro-mecânico como nos

carros que utilizavam dínamos conforme mostra a figura 8.

Page 54: Eletrônica automotiva pdf

Um regulador de tensão eletromecânico encontrado nos modelos de carro mais antigos.

Nos veículos modernos, entretanto são usados reguladores de tensão com transistores de potência em

configurações como a mostrada na figura 9

.

Alternador com circuito regulador de tensão utilizando transistores de potência.

Normalmente o que temos é a tradicional configuração do regulador série em que um transistor de

potência funciona como um reostato ou resistor variável dosando a corrente de excitação do

enrolamento de excitação de modo a controlar a intensidade do campo magnético cujas espiras do

enrolamento móvel vão cortar. Este processo é muito melhor do que se tentarmos controlar a corrente

principal gerada pelo dínamo que é da ordem de dezenas de ampères exigindo assim transistores de

potência muito alta. Mesmo assim o transistor usado deve ser de tipo de alta corrente (20 A ou mais) já

que esta é a ordem de grandeza da corrente gerada.

A referência de tensão para a saída tanto pode ser dada por diodos zener como por circuitos integrados.

Page 55: Eletrônica automotiva pdf

No circuito mostrado como exemplo, o diodo zener Z2 fixa a tensão para o transistor T2 que funciona

como driver, controlando a corrente principal através do transistor T1. N a figura 10 temos as correntes

neste circuito quando em funcionamento.

Circulação das correntes no circuito regulador de tensão.

Observe que neste circuito está ligada a lâmpada indicadora de painel que apaga quando a tensão

gerada é aplicada ao circuito o que ocorre quando o motor entra em funcionamento. Configurações mais

complexas podem ter até 5 transistores sendo também encontradas em alguns veículos. Na figura 12

mostramos uma configuração em que temos um regulador controlado por um SCR.

Circuito regulador de tensão utilizando SCRs.

Neste circuito o ponto de disparo do SCR após a comutação é determinado pela tensão gerada,

funcionando o mesmo como um controle de fase. É importante observar que o uso de equipamentos

eletrônicos delicados no carro, principalmente os circuitos de microcontroladores que fazem todo o

controle do sistema elétrico e do motor não admitem variações grandes da tensão de alimentação,

podendo sofrer danos com facilidade daí a necessidade de circuitos reguladores precisos e eficientes.

SERVICE

Para o técnico eletrônico ou eletricista de automóveis, a presença de um circuito eletrônico que

normalmente é embutido na instalação e não raro protegido por meios que impedem o acesso aos seus

componentes é uma dificuldade na hora de se fazer o teste de funcionamento e eventualmente uma

reparação. Assim, constatando-se que o problema é do regulador de tensão ou ainda de um dos

conjuntos de diodos do alternador o procedimento mais comum é a troca do conjunto completo.

Page 56: Eletrônica automotiva pdf

No entanto, muitas vezes o acesso a um circuito relativamente simples pode nos revelar que apenas um

componente de baixo custo deve ser substituído e isso pode significar economia e em alguns uma

solução alternativa quando a peça completa original não está disponível. Muitos reguladores possuem

um ponto de ajuste que é um resistor variável; (trimpot) que pode ser acessado por uma chave de

fendas e que permite levar o circuito a fornecer as tensões de saída de acordo com as correntes.

A prova de funcionamento de um regulador pode ser feita ligando-se na saída do alternador um

voltímetro, bateria e uma fonte de alimentação ajustável de 0 a 15 V e uma lâmpada. Partindo de zero a

tensão no circuito, quando ela alcançar algo em torno de 4 a 5 volts a lâmpada deve acender com

pequeno brilho, mas indicando que há passagem de corrente. Passando desta tensão até algo em torno

de 14 V o brilho da lâmpada deve aumentar. Esta tensão será indicada pelo voltímetro ligado na posição

indicada do circuito.

Se a lâmpada apagar antes de chegar aos 14 ou 14,3 V isso significa que pode haver problemas de

funcionamento do regulador ou ele não está devidamente ajustado. Deve-se tentar ajustar o regulador

(se ele possuir um ponto de ajuste) para que a lâmpada apague com uma tensão de 14,3 V. Para a

segunda fase da prova ajustamos a saída da fonte para uma tensão de 15 V. Com isso a lâmpada deve

permanecer apagada. Diminuindo agora gradualmente a tensão de saída deve ocorrer o acendimento da

lâmpada com uma tensão entre 13,9 e 14 V.

Se isso não ocorrer devemos refazer o ajuste e repetir a primeira parte da prova. Com o procedimento

repetido algumas vezes é possível levar o regulador ao funcionamento no ponto ideal. Comprovado o

funcionamento o técnico pode reinstalar o regulador ou se necessário fazer o diagnóstico para identificar

os eventuais componentes pelo funcionamento anormal.

Eletrônica automotiva - 9 (Ignição eletrônica)

Escrito por Newton C. Braga

Nas primeiras lições de nosso curso analisamos o circuito básico de um sistema de ignição, mostrando o

tipo comum que se baseia exclusivamente na bobina de ignição, platinado, distribuidor e velas. No

entanto, a ignição evoluiu, passando a utilizar tecnologias eletrônicas cada vez mais avançadas. É

justamente destas ignições que trataremos nesta lição de nosso curso de eletrônica automotiva.

Princípio de funcionamento

A finalidade do sistema de ignição, conforme estudamos, é gerar a alta tensão que aplicada às velas

provoca a faísca que vai queimar a mistura ar combustível no cilindro de um motor a explosão. O

sistema de ignição deve elevar a tensão da bateria de 12 V nos carros atuais para valores entre 15 000 e

60 000 volts dependendo do veículo.

No sistema comum um platinado comuta a corrente do enrolamento primário de um autotransformador

denominado bobina de ignição, gerando assim a alta tensão para as velas. No entanto, esta tecnologia

foi superada com o advento de dispositivos eletrônicos de comutação como os transistores e os SCRs e

de tipos de sensores muito mais eficientes que os platinados, como os denominados sensores Hall e os

sensores indutivos. Estes novos dispositivos deram origem a diversos tipos de ignição que passamos a

estudar em seguida.

Tipos

O tipo mais simples de ignição eletrônica e também a primeira a ser adotada.é a chamada ignição

assistida eletronicamente ou simplesmente ignição assistida. Nela, o que temos é simplesmente um

transistor de alta potência substituindo o platinado. Na figura 1 temos um circuito deste tipo de ignição.

Page 57: Eletrônica automotiva pdf

Circuito de ignição.

Nela o transistor estabelece a corrente da bobina quando comandado pelo platinado. As vantagens são

muito grandes. A primeira está no fato de que platinado, comandando a corrente de base do transistor,

que é muito menor do que a corrente da bobina, não sofre o desgaste comum e é mais eficiente. A outra

está no fato de que o transistor comuta a corrente com muito mais velocidade respondendo portanto aos

comandos do platinado de forma muito mais eficiente nas altas rotações.

O segundo tipo é a A Ignição por descarga Capacitiva. Na figura 2 temos o diagrama de blocos de um

sistema de ignição capacitiva convencional.

Diagrama de blocos de um sistema de ignição por descarga capacitiva.

Na entrada, temos um circuito inversor que eleva os 12 V da bateria do veículo para uma tensão

contínua entre 200 e 600 V dependendo do circuito e da aplicação. Normalmente são usados pares de

transistores de potência formando osciladores em contra-fase com realimentação direta pelo

transformador, ou circuitos com MOSFETs de Potência, ou transistores bipolares, excitados por

osciladores com circuitos integrados. Na figura 3 temos uma configuração típica do setor inversor de um

sistema de ignição capacitiva convencional.

Page 58: Eletrônica automotiva pdf

Circuito inversor de uma ignição por descarga capacitiva.

Observe que esses transistores trabalham numa condição-limite de corrente e tensão, já que na

comutação pulsos de alta tensão são retornados pelos enrolamentos do transformador. Assim, os

transistores usados nesses circuitos são normalmente tipos especiais com características de alta corrente

e alta tensão. Na prática, por trabalharem nessas condiçõeslimite esses transistores são componentes

bastante sujeitos à queimas. A alta tensão gerada pelo inversor é usada para carregar um capacitor.

Esse capacitor entre 470 nF e 4 µF tipicamente determina a “energia” de cada faísca. Em outras

palavras, é a energia (em milijoules) armazenada nesse capacitor que vai ser aplicada ao transformador

de alta tensão para resultar na faísca.Entra em seguida em jogo, o sistema comutador que deve fazer

com que a faísca seja produzida exatamente no instante em que ela é necessária. Esse circuito leva por

base um sensor da posição do eixo do motor que pode ser de diversos tipos. Uma possibilidade muito

usada é usar um sensor de efeito Hall que nada mais é do que um dispositivo que “sente” a passagem

de um imã fixado ao eixo, pelo seu campo magnético, conforme mostra a figura 4.

O gerador de pulsos usando um sensor Hall.

A cada passagem é produzido um pulso de comando que ativa o circuito de controle de produção da

faísca. Outra possibilidade, mostrada na figura 5, e também detectada por sensores magnéticos é a que

aproveita ressaltos no eixo do motor.

Page 59: Eletrônica automotiva pdf

Gerador de pulsos usando sensor indutivo (bobina).

Quatro ressaltos ou dentes no motor produzem quatro pulsos por volta, num motor de quatro cilindros.

Veja que o fato de não haver contactos nesse sistema, sua eficiência e durabilidade são muito maiores.

Nos sistemas antigos, com platinados, além da necessidade de troca periódica, pois seus contactos

desgastavam-se e queimavam-se, sempre existe o problema da falha mecânica devido a diversos

fatores.

Os sinais dos sensores são levados ao bloco comutador propriamente dito que, na maioria das

aplicações, consiste num SCR. O SCR forma com o primário da bobina de ignição e o capacitor um

circuito fechado, conforme mostra a figura 6.

O disparo do SCR provoca a descarga do capacitor.

A cada pulso de comando do sensor o SCR liga provoca a descarga do capacitor através do primário da

bobina de ignição, que forma o bloco seguinte. Veja que mesmo trabalhando com altas tensões e uma

corrente de descarga intensa, o SCR não é um componente tão crítico nesse tipo de projeto. A bobina de

ignição consiste num auto-transformador que gera tensões entre 5 000 e 20 000 volts tipicamente. Nos

veículos de competição, essa tensão pode ser ainda maior. O elemento final do circuito é o conjunto de

velas onde as faíscas são produzidas.

Topologias

Diversas são as possibilidades de se implementar os circuitos dos blocos que mostramos nas aplicações

práticas. Assim, na figura 7 mostramos uma topologia para circuito de disparo em que um diodo anti-

paralelo com o SCR é acrescentado.

Page 60: Eletrônica automotiva pdf

Ligação do diodo anti-paralelo.

A finalidade desse diodo é conduzir os semiciclos negativos que são gerados na comutação quando o

campo magnético da bobina se contrai. Nessas condições temos uma corrente no circuito conforme a

mostrada na figura 8.

Formas amortecidas do sinal na bobina, SCR e no diodo.

Uma segunda topologia também encontrada nas aplicações práticas é a mostrada na figura 9 em que o

diodo é ligado em paralelo com a bobina.

Page 61: Eletrônica automotiva pdf

Topologia com diodo em paralelo com a bobina.

Nesse caso, o diodo produzindo a forma de onda mostrada na figura 10.

Forma de onda no circuito.

Um circuito quase que completo para um sistema de ignição, como os encontrados em veículos e que faz

uso de um sensor magnético (uma bobina) é mostrado na figura 11.

Page 62: Eletrônica automotiva pdf

Um circuito com um sensor magnético

A forma de onda produzida pelo sensor e que dispara o circuito é mostrada na figura 12.

Forma de onda no sensor de disparo.

Esse circuito pode fazer uso de diodos de 400 V em lugar dos circuitos convencionais que usam diodos

de 1 000 V. Nos picos positivos da tensão retificada, o capacitor se carrega.

Microcontroladores

Nos veículos modernos o ponto de disparo dos circuitos de ignição não são determinados apenas pela

posição do rotor do motor. Outros fatores como a aceleração que está sendo impressa pelo acionamento

do pela, a velocidade, a própria inclinação da pista, temperatura do motor, etc. devem ser levados em

conta e para essa finalidade existe o microprocessador.

Conforme mostra a figura 13 o controle do sistema de ignição e de injeção de combustíveis estão ligados

a um bloco microcontrolado onde os sinais de diversos sensores são responsáveis pelo envio de

informações.

Page 63: Eletrônica automotiva pdf

Diagrama de blocos de um sistema de ignição microcontrolado.

Mais do que isso, cada vela tem um circuito de disparo independente, o que pode levar a topologias

conforme a mostrada na figura 14.

Sistema de ignição com circuitos de disparo independentes.

Desempenho

O desempenho dos sistemas de ignição que usam recursos eletrônicos é bem melhor do que as ignições

tradicionais baseadas simplesmente em platinados. Temos então as seguintes vantagens:

Na ignição eletrônica, tanto de descarga capacitiva como assistida, obtém-se uma faísca com boa

intensidade mesmo nas altas rotações, o que significa que o motor não perde o torque nas altas

velocidades, o que ocorre com a ignição comum com platinado.

Na ignição assistida a corrente no platinado é muito baixa e por isso esse elemento não se desgasta com

a mesma facilidade que na ignição comum. O problema comum de perda de rendimento devido aos

maus contatos no platinado ou ainda a falha de funcionamento quando os contatos “grudam” não existe.

Na ignição por descarga capacitiva não existe platinado e a comutação é eletrônica o que significa a

ausência de partes mecânicas que podem falhar.

As ignições eletrônicas não precisam de manutenção, principalmente a por descarga capacitiva que não

tem qualquer peça móvel que se desgasta.

Existe uma possibilidade maior de se modificar o ponto de disparo por controle externo nos dois tipos de

ignição, o que facilita a implementação dos controles por microcomputador que tornam o desempenho

do motor muito melhor, otimizando o gasto de combustível e outros fatores importantes.

Diagnóstico e análise

O diagnóstico de problemas nas ignições eletrônicas pode ser feito com a ajuda de instrumentos simples

como o multímetro, testando-se componentes e medindo-se tensões.

Em alguns casos, quando os componentes que queimam são transistores de potência e SCRs pode-se

até fazer sua troca. Em geral, entretanto, por facilidade e pela própria necessidade de se garantir um

Page 64: Eletrônica automotiva pdf

funcionamento com mais confiabilidade, em caso de queima, trocase a ignição em sua totalidade, já que

na maioria dos casos ela é encerrada em conjuntos que não podem ser abertos e reparados com

facilidade.

Eletrônica automotiva - 11 (Sistema ABS)

Escrito por Newton C. Braga

O SISTEMA DE FREIOS ABS

O coeficiente de atrito dinâmico é menor que o coeficiente de atrito estático. Com esta afirmação bem

conhecida desde os estudantes de física até os engenheiros podemos iniciar nosso artigo, é claro,

explicando melhor o que ela significa.

Suponhamos que uma pedra sobre uma superfície algo lisa deva ser movida aplicando-se uma força,

conforme mostra a figura 1.

Verificamos que, ao aplicar esta força, a superfície de contacto entre a pedra e a superfície reage com

uma força de mesma intensidade no sentido contrário. Esta força, conforme podemos verificar, depende

não só do peso da pedra como também de uma característica importante das superfícies que estão em

contacto.

A superfície em que a pedra se apóia pode ser mais lisa ou menos lisa, o que é caracterizado pelo que

denominamos "coeficiente de atrito". Assim, tanto mais lisa for a superfície menor será seu coeficiente

de atrito, e este coeficiente de atrito pode adquirir valores entre 0 e 1.

Se o coeficiente de atrito for pequeno, por exemplo 0,2 isso significa que uma força de apenas 20% do

peso da pedra ‚ suficiente para vencer a oposição e ela pode "deslizar" pela superfície em que se apóia.

Se a superfície for mais rugosa e tiver um coeficiente de atrito de 0,5, a força necessária para vencer a

oposição deve ser maior: 50% do peso, conforme mostra a figura 2.

Em suma, a força que a pedra faz de modo a se opor àquela que tenta movê-la depende não só de seu

peso, como da rugosidade da superfície em que ela se apóia.

Levando estes fatos ao problema de parar um carro, chegamos a um ponto em que ocorre um fenômeno

importante que merece ser analisado: No instante em que a força aplicada na pedra vence a oposição

que é apresentada pela superfície de contacto entre as duas e ela começa a deslizar ocorre um fato

Page 65: Eletrônica automotiva pdf

importante: em movimento, a força de oposição diminui.

Em outras palavras, a força de oposição em movimento é menor do que parada, ou em linguagem mais

técnica, o coeficiente de atrito dinâmico é menor do que o coeficiente de atrito estático.

Mas, no que isso é importante numa frenagem de um carro?

Quando pisamos no freio, as rodas são levadas a fazer uma força contra o solo que visa reduzir a

velocidade do veículo, ou seja, surge uma força que se opõe ao movimento. Essa força ser tanto maior

quanto maior for a velocidade do veículo, maior seu peso, e menor o tempo desejado para que ele pare.

As coisas vão muito bem neste processo até o momento em que a força necessária a redução ou

paralisação do movimento vença o coeficiente de atrito das rodas com o chão.

Quando isso acontece as rodas tendem a deslizar, e como nestas condições o coeficiente de atrito é

menor, o espaço necessário a uma determinada redução de velocidade aumenta, conforme mostra a

figura 3.

Assim, se pisarmos nos freios de um veículo e conseguirmos dosar a pressão de modo que a força

aplicada no solo pela roda seja máxima, mas não ocorra o deslizamento, teremos a parada no menor

espaço possível.

Se não conseguirmos isso, a roda para de virar (trava) e o pneu desliza com uma parada num espaço

maior.

Evidentemente, em condições de piso irregular ou mesmo da presença de lama, água ou manchas de

óleo é muito difícil para um motorista conseguir dosar a pressão para que as rodas não travem.

Mas além da parada em espaço maior existe um outro fator mais perigoso a ser considerado: com as

rodas travadas, deslizando no piso na forma indicada, o veículo torna-se incontrolável.

O ABS

A idéia de se fazer um sistema de freio capaz de "sentir" quando a roda esta prestes a deslizar, ou seja,

quando ocorre o "travamento" não é novas tendo sido criados sistemas para aviões há muito tempo.

A maioria dos sistemas criados para esta finalidade eram baseados em recursos mecânicos até que a

Bosch em 1970 começou a se preocupar em fazer um sistema Anti-Bloqueio que pudesse ser usado em

qualquer carro, sem aumento muito grande de seu custo ou que fosse complicado demais.

Os sistemas desenvolvidos pela Bosch receberam então nome genérico de ABS (Anti Blocking System).

Page 66: Eletrônica automotiva pdf

O primeiro veículo de linha a receber o ABS foi o Mercedes modelo 1978 e a partir daí muitos outros

começaram a ser equipados, inclusive os japoneses que passaram a ter um sistema semelhante

denominado ALB.

A idéia básica do ABS (Sistema de Freios Anti-Bloqueio) ‚ é mostrada na figura 4.

Num sistema de freios convencionais, quando se pisa no pedal, a pressão atua sobre o cilindro

mestre que faz com que as pinças pressionem as pastilhas contra o disco, produzindo assim a força que

tende a reduzir ou imobilizar o veículo.

No sistema ABS existem diversos dispositivos intermediários que entram em funcionamento neste

processo e que são responsáveis pela ação de antibloqueio com especial atenção para a parte eletrônica.

Assim, temos um sensor (4) para a velocidade da roda que consiste num transdutor eletromagnético.

Este sensor envia um sinal para uma unidade eletrônica de processamento (5) contendo informações

todo o tempo sobre a velocidade em que a roda está girando.

Por meio destas informações o processador tem condições de saber o instante em que a roda está

prestes a ser bloqueada. Para isso, basta comparar sua desaceleração com a das demais rodas. Na

freada normal, como mostrado na figura 4, em que se pretende parar ou diminuir a velocidade

do veículo em determinado espaço.

Nestas condições, a pressão do óleo é aplicada as pinças e portanto às pastilhas seguindo a trajetória

indicada pelas setas. Veja que o óleo passa exclusivamente pela válvula solenoide (6) de controle da

pressão.

Numa freada mais brusca, numa situação de emergência por exemplo, temos o que ocorre nas figuras 5

e 6.

Page 67: Eletrônica automotiva pdf

Inicialmente, a pressão é mantida de modo que o máximo de força seja aplicada nas pinças que

empurram as pastilhas contra o disco, conforme percurso do óleo mostrado na figura 6.

Quando o sensor (4) fornece a unidade eletrônica de processamento informações que mostram que uma

das rodas esta prestes a bloquear (ou mais de uma), um circuito de comando envia um sinal elétrico

a um solenóide (8) de tal forma que uma válvula (7) sistema regulador de pressão é ativada e a

pressão na pinça deixa de aumentar.

Se mesmo com este procedimento não se obtém uma interrupção da situação de bloqueio, a unidade

eletrônica envia um novo comando ao sistema que é mostrado na figura 7.

Ocorre então o acionamento de uma bomba elétrica de retorno (8), que reduz a quantidade de fluido no

circuito, de modo que se consegue um controle muito fino da pressão aplicada a pinça e portanto às

pastilhas. Os dispositivos marcados com os números (9) e (10) são acumuladores que retém o excesso

Page 68: Eletrônica automotiva pdf

do fluido que passa a circular por um circuito "by-pass" com base na mesma bomba elétrica.

No momento em que a bomba entra em ação e a válvula do solenóide se desativa, ocorre uma redução

da pressão e com isso a roda se desbloqueia, o que imediatamente é percebido pelo sensor (4), o qual

envia esta informação para a unidade de processamento.

Ao recuperar o giro, novamente temos um aumento da pressão e o processo continua num ciclo de

realimentação que mantém a pressão sobre as pinças num valor que fique no limiar do bloqueio

mas nunca o atinja.

Este ciclo de modulação da pressão do fluido realimentado pela unidade eletrônica é feito numa taxa de

quatro a dez vezes por segundo.

Na prática é importante que existam sistemas adicionais que evitem que um sistema desse falhe.

Por isso, a proteção do sistema também é levada em conta com recursos que permitam a operação

normal do freio mesmo quando o ABS falha.

Fórmula I

Os carros que correm na fórmula I estão sendo equipados com um sistema eletrônico que pode ser

considerado o “ABS” invertido. Este sistema tem por finalidade também detectar quando ocorre o início

do “escorregamento” na hora que o piloto acelera o máximo na largada. Com isso, garante-se a

aplicação da máxima potência do veículo para tirá -lo da imobilidade sem que ocorra a derrapagem.

Além de se evitar a perda do controle garante-se uma largada com rendimento total, ou seja, com o

máximo aproveitamento do torque aplicado as rodas.

Como funciona o alternador (ART094)

Escrito por Newton C. Braga

Qui, 03 de Dezembro de 2009 02:06

Este artigo foi escrito em 2002, mas ainda é atual, tanto que é um dos mais acessados deste site. Nele,

além de explicarmos o princípio de funcionamento de um dispositivo que todos os carros possuem,

damos dicas sobre sua manutenção. O alternador poucomudou nos últimos anos tornando-se mais

confiável, mas seu princípio de funcionamento é sempre o mesmo. Também temos no site artigos que

complementam este, como as diversas lições de nosso Curso de Eletrônica Automotiva. Um artigo que

todo eletricista de automóveis, amador que goste de mexer no seu próprio carro e muitos outros, devem

ler com atenção. Veja também neste artigo como funciona o regulador de tensão.

Para os internautas que trabalham com reparação, compra ou venda de peças automotivas, recomendo

visitarem o site O Peçalheiro Automotivo , onde existem assuntos interessantes sobre a área.

A obtenção de energia elétrica a partir de energia mecânica como a que se dispõe de um motor em

movimento é relativamente simples. Os primeiros veículos com motor à explosão já utilizavam os

dínamos com a finalidade de obter energia elétrica para a carga da bateria e consequentemente para a

faísca das velas, indispensável ao sistema de ignição. Era um sistema simples em que um dínamo era

acionado pelo motor, gerando uma baixa tensão contínua e que passando por um sistema regulador de

tensão alimentava tanto os dispositivos elétricos do carro que além do sistema de ignição incluíam os

faróis, como também carregava com o excedente da energia, a bateria. Assim, conforme mostra o

diagrama simples da figura 1, a finalidade do dínamo seria a de fornecer energia para o sistema elétrico

com o carro em movimento. Para a partida e eventualmente para acender um farol com o carro parado,

deveria entrar em ação a bateria.

Page 69: Eletrônica automotiva pdf

A finalidade do dínamo e de fornecer energia

A grande desvantagem do dínamo é que se exige uma velocidade mínima de rotação do motor para que

ele produza tensão suficiente para alimentar os circuitos, daí a necessidade de um sistema regulador de

tensão que entra em ação quando a tensão atinge o mínimo exigido.

Para veículos que trafegam na cidade e que portanto estão sujeitos a conseqüentes paradas ou baixas

velocidades com a redução da rotação do motor, o uso do dínamo tem sérios inconvenientes pois existe

o perigo dele não fornecer pelo tempo necessário a energia para a carga da bateria.

Gerando tensões alternadas e com o uso de diodos semicondutores e mesmo circuitos eletrônicos é

possível obter um desempenho muito melhor para o sistema elétrico dos veículos e é isso o que ocorre

nos veículos modernos que usam apenas a solução do alternador como fonte de energia a partir do

motor. Apenas nos sistemas elétricos de veículos mais simples encontramos a mesma configuração que

faz uso do dínamo, como, por exemplo em bicicletas para acender um farol ou luzes de sinalização. Nos

veículos automotores atuais que são mais sofisticados a eletrônica aparece em quase todas as funções

deste circuito e mesmo em funções adicionais que visam melhorar o desempenho.

O alternador que é o ponto de partida deste sistema é um dispositivo eletro-mecânico e como tal, além

de desgastes das partes móveis podem apresentar defeitos. A presença nos modelos atuais de alguns

dispositivos eletrônicos internos neste dispositivo faz com que muito eletricistas de automóveis tenham

certo receio no seu manuseio, mas com as explicações que daremos a seguir, os leitores verão que isso

não se justifica.

O DÍNAMO E O ALTERNADOR

O princípio de funcionamento de um dínamo é muito simples: se tivermos uma bobina que gire dentro

do campo magnético criado por um conjunto de imãs ou ainda por outras bobinas, conforme mostra a

figura 2, cada vez que as espiras dessa bobina cortarem as linhas de força do campo magnético aparece

nos extremos da bobina uma tensão elétrica.

O princípio de funcionamento do dínamo.

Ligando uma lâmpada ou outro dispositivo capaz de converter energia elétrica em outra forma de

energia, ele funcionará: no caso da lâmpada ela acenderá. Isso indica que, para cortar as linhas de força

do campo magnético é preciso fazer um esforço mecânico na bobina, e a energia mecânica necessária a

isso se converte em energia elétrica. O problema do dispositivo que vimos é que a cada meia volta que a

bobina dá dentro do campo magnético ela corta duas vezes as suas linhas de força e isso em sentidos

opostos. Isso significa que e cada volta, cortando as linhas duas vezes em direção oposta, a bobina gera

uma tensão ora com o pólo positivo de um lado, ora do outro. Em outras palavras, girando nestas

Page 70: Eletrônica automotiva pdf

condições, temos a produção de uma corrente alternada.

De modo a corrigir este problema, na saída da bobina liga-se um sistema de escovas, conforme mostra a

figura 3, que inverte um dos pólos numa das meias voltas, de modo que tenhamos a corrente circulando

sempre no mesmo sentido, ou seja, para que obtenhamos uma corrente contínua.

O uso das escovas no dínamo.

Isso nos leva a dispositivos denominados dínamos. Se eliminarmos o sistema que inverte o sentido da

corrente a cada meia volta das espiras, o dispositivo passa a gerar correntes alternadas, ou seja,

teremos um alternador. Antigamente não era simples converter a corrente alternada na corrente

contínua necessária a muitos dos dispositivos elétricos e eletrônicos de um carro e por isso o uso dos

dínamos era obrigatório. No entanto, com a disponibilidade dos diodos de silício, podemos facilmente

converter correntes alternadas em contínuas, de modo que tanto faz para um circuito elétrico se ele

tenha como fonte de energia tensão contínua como alternada.

Assim, nos veículos modernos, em lugar de usarmos dínamos temos alternadores, ou seja, dispositivos

semelhantes em que temos um conjunto de bobinas móveis que gira dentro do campo magnético de um

conjunto de bobinas fixas, conforme mostra a figura 4.

Esquema básico de funcionamento de um alternador.

Neste caso, como a polaridade da corrente se inverte constantemente, ou seja, os pólos se alternam,

temos um alternador. Diodos são acrescentados no próprio dispositivo de modo a se obter a corrente

contínua que o circuito elétrico do automóvel precisa para funcionar.

Na figura 5 temos a disposição dos diodos mostrando que para facilitar a produção de energia de forma

mais constante são empregados três conjuntos de bobinas e, portanto três conjuntos (pares) de diodos

na maioria dos circuitos.

Page 71: Eletrônica automotiva pdf

Estrutura do alternador - 1-Bobinas móveis, 2-conjunto de diodos, 4-bobina fixa, 5-

comutadores, 6-regulador de tensão.

O funcionamento de um alternador num veículo, entretanto, não apresenta uma linearidade, o que não é

interessante para o circuito elétrico do carro. Os diversos dispositivos que são alimentados pela

eletricidade no carro exigem uma tensão fixa, ou pelo menos que oscile numa faixa estreita de valores.

Variações da tensão muito grandes podem causar danos a diversos desses dispositivos.

Sabemos que a tensão que um dínamo apresenta na sua saída, conforme mostra a figura 6 depende de

diversos fatores como, por exemplo, a velocidade que o motor gira e a intensidade da corrente exigida

pelos circuitos a ele ligados.

Dentro da variação possível da tensão gerada existe uma faixa de regulagem em que a

tensão deve ser mantida.

O problema maior ocorre pela enorme faixa de variação de velocidade de um motor de carro que pode

ter rotações entre 500 e 6000 rpm. Para que o circuito elétrico do carro se veja alimentado por uma

tensão dentro de uma faixa segura, devem ser agregados dispositivos reguladores de tensão.

O ALTERNADOR POR DENTRO

Na figura 7 temos uma vista explodida de um alternador de carro típico mostrando suas diversas partes.

Page 72: Eletrônica automotiva pdf

O alternador em vista explodida. 1 é a placa com os diodos. 2 é o regulador e 3 as escovas.

Internamente observamos dois conjuntos de enrolamentos: os enrolamentos de campo que geram o

campo magnético que as espiras do outro enrolamento devem cortar e o enrolamento estator que gera a

energia. Internamente temos uma placa em que seis diodos de potência são instalados para retificar a

corrente alternada gerada. Estes diodos são fixados numa peça única de metal que também serve de

dissipador de calor (1 na figura 7).

A regulagem da tensão nos veículos mais antigos era feita por um dispositivo eletro-mecânico como nos

carros que utilizavam dínamos conforme mostra a figura 8.

Um regulador de tensão eletromecânico encontrado nos modelos de carro mais antigos.

Nos veículos modernos, entretanto são usados reguladores de tensão com transistores de potência em

configurações como a mostrada na figura 9

.

Page 73: Eletrônica automotiva pdf

Alternador com circuito regulador de tensão utilizando transistores de potência.

Normalmente o que temos é a tradicional configuração do regulador série em que um transistor de

potência funciona como um reostato ou resistor variável dosando a corrente de excitação do

enrolamento de excitação de modo a controlar a intensidade do campo magnético cujas espiras do

enrolamento móvel vão cortar. Este processo é muito melhor do que se tentarmos controlar a corrente

principal gerada pelo dínamo que é da ordem de dezenas de ampères exigindo assim transistores de

potência muito alta. Mesmo assim o transistor usado deve ser de tipo de alta corrente (20 A ou mais) já

que esta é a ordem de grandeza da corrente gerada.

A referência de tensão para a saída tanto pode ser dada por diodos zener como por circuitos integrados.

No circuito mostrado como exemplo, o diodo zener Z2 fixa a tensão para o transistor T2 que funciona

como driver, controlando a corrente principal através do transistor T1. N a figura 10 temos as correntes

neste circuito quando em funcionamento.

Page 74: Eletrônica automotiva pdf

Circulação das correntes no circuito regulador de tensão.

Observe que neste circuito está ligada a lâmpada indicadora de painel que apaga quando a tensão

gerada é aplicada ao circuito o que ocorre quando o motor entra em funcionamento. Configurações mais

complexas podem ter até 5 transistores sendo também encontradas em alguns veículos. Na figura 12

mostramos uma configuração em que temos um regulador controlado por um SCR.

Circuito regulador de tensão utilizando SCRs.

Neste circuito o ponto de disparo do SCR após a comutação é determinado pela tensão gerada,

funcionando o mesmo como um controle de fase. É importante observar que o uso de equipamentos

eletrônicos delicados no carro, principalmente os circuitos de microcontroladores que fazem todo o

controle do sistema elétrico e do motor não admitem variações grandes da tensão de alimentação,

podendo sofrer danos com facilidade daí a necessidade de circuitos reguladores precisos e eficientes.

SERVICE

Para o técnico eletrônico ou eletricista de automóveis, a presença de um circuito eletrônico que

normalmente é embutido na instalação e não raro protegido por meios que impedem o acesso aos seus

componentes é uma dificuldade na hora de se fazer o teste de funcionamento e eventualmente uma

reparação. Assim, constatando-se que o problema é do regulador de tensão ou ainda de um dos

conjuntos de diodos do alternador o procedimento mais comum é a troca do conjunto completo.

No entanto, muitas vezes o acesso a um circuito relativamente simples pode nos revelar que apenas um

componente de baixo custo deve ser substituído e isso pode significar economia e em alguns uma

solução alternativa quando a peça completa original não está disponível. Muitos reguladores possuem

um ponto de ajuste que é um resistor variável; (trimpot) que pode ser acessado por uma chave de

Page 75: Eletrônica automotiva pdf

fendas e que permite levar o circuito a fornecer as tensões de saída de acordo com as correntes.

A prova de funcionamento de um regulador pode ser feita ligando-se na saída do alternador um

voltímetro, bateria e uma fonte de alimentação ajustável de 0 a 15 V e uma lâmpada. Partindo de zero a

tensão no circuito, quando ela alcançar algo em torno de 4 a 5 volts a lâmpada deve acender com

pequeno brilho, mas indicando que há passagem de corrente. Passando desta tensão até algo em torno

de 14 V o brilho da lâmpada deve aumentar. Esta tensão será indicada pelo voltímetro ligado na posição

indicada do circuito.

Se a lâmpada apagar antes de chegar aos 14 ou 14,3 V isso significa que pode haver problemas de

funcionamento do regulador ou ele não está devidamente ajustado. Deve-se tentar ajustar o regulador

(se ele possuir um ponto de ajuste) para que a lâmpada apague com uma tensão de 14,3 V. Para a

segunda fase da prova ajustamos a saída da fonte para uma tensão de 15 V. Com isso a lâmpada deve

permanecer apagada. Diminuindo agora gradualmente a tensão de saída deve ocorrer o acendimento da

lâmpada com uma tensão entre 13,9 e 14 V.

Se isso não ocorrer devemos refazer o ajuste e repetir a primeira parte da prova. Com o procedimento

repetido algumas vezes é possível levar o regulador ao funcionamento no ponto ideal. Comprovado o

funcionamento o técnico pode reinstalar o regulador ou se necessário fazer o diagnóstico para identificar

os eventuais componentes pelo funcionamento anormal.

Última atualização em Qua, 25 de Maio de 2011 15:23

Instrumentação Modular, Aquisição de Dados e Condicionamento de Sinais

No teste e desenvolvimento de equipamentos automotivos é importante ter recursos de hardware que

permitam conectar esses equipamentos ao processador para análise e controle.

A National Instruments conta para essa finalidade com recursos de instrumentação PXI Modular.

Esses recursos consistem em instrumentos moduladores compatíveis com PXI, PCI, PCMCIA e USB.

Tratam-se de módulos que incluem digitalizadores de alta velocidade, geradores de forma de onda,

analisadores de espectro e voltímetros digitais.

Com o módulo PXI-4070 FlexDMM, por exemplo, podem ser feitas medidas precisas em aplicações que

envolvam testes e projeto automotivos.

Esse módulo opera como multímetro digital de 6 1/2 dígitos com uma taxa de amostragem de 1,8 MS/s

em alta tensão. Aplicações desse módulo incluem o teste de bateria, controle de motores assim como

medida das tensões de ignição

Módulo PXI-4070 FlexDMM

Page 76: Eletrônica automotiva pdf

Outros produtos da National Instruments incluem módulos para análise de som e vibrações.

O módulo NI 4472, por exemplo, possui 8 canais de entrada e um conversor de 24 bits, possibilitando a

análise de sinais numa faixa dinâmica de 110 dB. No modo sincronizado ele aceita até 5 000 canais.

Para a aquisição de dados e condicionamento de sinais, a National Instruments possui uma linha

especialmente indicada para aplicações automotivas.

A série S de DAQ opera com 10 Mega amostragens por segundo em entradas analógicas de 16 bits

simultâneas com entrada de 42 Vdc.

A série E opera com 1,25 mega amostragens por segundo e entradas analógicas de 16 bits.

Num ambiente ruidoso como o de um automóvel, o condicionamento do sinal para análise é de vital

importância.

Os produtos de condicionamento de sinais proporcionam um interfaceamento livre de ruídos para

diversos tipos de sensores como células de carga, LVDTs, sensores de pressão, pares termoelétricos,

RTDs e muitos outros.

A série SC, por exemplo, integra recursos de medida DAQ e condicionamento de sinais num único

dispositivo que interfacear o barramento PXI de alto desempenho.

A série SCXI é uma plataforma de alta performance, alta densidade de sinal e comutação para medidas

precisas e confiáveis de sinais de entrada e de saída.

SCC é um sistema modular portátil de condicionamento fácil de configurar.

Sistema de condicionamento de sinal das séries SCXI e SCC National Instruments.

Como funcionam os Sistemas Eletrônicos do Automóvel (ART567)

Escrito por Newton C. Braga

A eletrônica do automóvel está se tornando cada vez mais complexa, graças a

tecnologias avançadas cuja finalidade é controlar todos os dispositivos possíveis.

Ignição eletrônica, Injeção Eletrônica, ABS, Sistemas de Conforto, Segurança são

exemplos de onde a eletrônica está presente. Desta forma, o conhecimento do

princípio de funcionamento dos sistemas automotivos é uma necessidade do

profissional da área precisa, e mesmo de todos que desejam usar melhor esses

sistemas e para os que gostam de mexer em seus próprios carros.

O termo "eletrônica embarcada" é comumente utilizado para designar os

equipamentos usados em automóveis. No entanto, muito mais que isso, o termo

também pode ser estendido a outros tipos de veículos tais como barcos e até mesmo

Page 77: Eletrônica automotiva pdf

aeronaves.

A eletrônica embarcada visa fornecer um sistema inteligente que possa interagir com dispositivos

capazes de realizar algum tipo de ação num veículo com sensores que informem quando essas ações

precisam ser executadas ou quando não podem.

Na figura 1 temos um exemplo de interação entre alguns sistemas sensores e efetores usados num

automóvel comum.

Interligação entre sistemas e ssensores.

Note que alguns tipos de sinais podem interferir em diversos sistemas como, por exemplo, a Chave de

Ignição.

O modo como todas as funções são controladas num veículo obedece basicamente a dois tipos de

arquiteturas.

Arquiteturas dos Sistemas

O modo como os sinais são analisados, processados e a partir de então gerados os sinais de ações

podem ter arquiteturas centralizadas ou distribuídas.

a) Arquitetura Centralizada

Na arquitetura centralizada temos uma ECU central que recebe as informações de sensores e comandos

e as processa fornecendo saídas, conforme mostra a figuras 2.

Controle por um ECU.

A ECU contém tanto o hardware como o software para a leitura das entradas, processamento a

fornecimento dos sinais de saída.

Page 78: Eletrônica automotiva pdf

O software é o "programa" que controla o funcionamento do veículo e o hardware consiste nos circuitos

que permitem trabalhar com sinais fornecidos por sensores e comandos e que fornecem sinais que

podem agir diretamente sobre os elementos efetores.

A principal vantagem desse sistema está na simplicidade do hardware que consiste basicamente de

sensores e atuadores, uma unidade de processamento (ECU) e os sensores/atuadores que devem ser

controlados.

A ECU varre constantemente as entradas, fornecendo nas saída os sinais necessários aos atuadores.

A principal desvantagem está na necessidade de todo cabeamento convergir para essa unidade, o que

além de tornar a fiação volumosa dificulta a manutenção.

Outro problema está na possibilidade de se expandir ou alterar o sistema, pois isso exigiria modificação

do hardware e do software, o que não é simples.

b) Arquitetura distribuída

Nessa arquitetura são usadas diversas ECUs colocadas em pontos apropriados do veículo. Cada uma é

destinada a execução de determinadas funções atuando sobre determinados sensores e também se

comunicando com outras ECUs conforme mostra a figura 3.

Arquitetura distribuída.

Neste sistema também é possível fazer com determinas ECUs apenas leiam as informações de sensores

e comandos enquanto que outras apenas controlem atuadores.

Um exemplo de arquitetura desse tipo é encontrada no VW Pólo onde cada porta tem sua própria

unidade de comando.

Essa arquitetura apresenta diversas vantagens.

Uma delas consiste na necessidade de pouco cabeamento para o carro, já que as ECUs podem ser

instaladas junto aos locais em que devem controlar (sensores e atuadores).

Essa redução do cabeamento também reduz o tempo de manufatura e torna o sistema mais robusto.

Menor número de contactos leva a uma menor possibilidade de falhas.

Outro ponto importante a ser considerado é que ele permite uma fácil ampliação do sistema, já que

apenas uma ECU é alterada.

A desvantagem está na necessidade de se ter um sistema segura de comunicação entre as ECUs. Como

isso é feito é determinado pelo que se denomina Protocolo de Comunicação.

A presença desse protocolo exige um software de controle para a rede, sendo difícil a determinação ideal

da velocidade com que cada elemento envie ou receba os dados que devam ser processados.

O maior problema que os projetistas de automóveis encontram é criar uma arquitetura que, com um

mínimo de custo ofereça as funções que os usuários desejam com o máximo de confiabilidade.

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Exemplos de Sistemas

Para que o leitor tenha uma idéia de que variações o sistema aceita, é interessante tomarmos alguns

exemplos práticos.

Assim, na figura 4 temos um exemplo de veículo com uma arquitetura elétrica centralizada.

Arquitetura elétrica centralizada.

Nesse veículo temos um sistema de controle (iluminação externa e vidros elétricos). quatro módulos

principais, o ECM (Módulo de controle do motor), Rádio, IPC (Instrumentos do Painel) e o BCM (Módulo

de Controle da Carroceria).

Quando em funcionamento, o BCM recebe os sinais de entrada dos interruptores de comando dos

sistemas correspondentes. Trabalhando com as informações recebidas, ele atua de forma discreta nas

saídas que são os motores elétricos e lâmpadas.

Veja que o BCM centraliza o controle desses sistemas sendo totalmente independente dos outros

módulos existentes no veículo.

Ao mesmo tempo, o ECM, Rádio e o IPC recebem sinais de entrada os quais são processados

aparecendo nas saídas correspondentes. ignição habilitando ou desabilitando o liga/desliga enquanto que

o IPC recebe o sinal do sensor de velocidade passando a indicação ao indicador no painel.

Veja que não há necessidade de protocolos de comunicação para esse funcionamento conjunto, pois a

ECU tem entradas e saídas discretas que operam com os sinais, e um algoritmo de controle.

Para o caso da Arquitetura Elétrica Distribuída, podemos dar como exemplo o veículo da figura 5.

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Arquitetura elétrica distribuída.

Neste caso, existem três ECUs conectadas por três redes de comunicação de dados interna.

A primeira rede, Rede 1, é responsável pela troca de dados entre o ECM e o BCM1, trabalhando com

uma taxa de transmissão de dados de alta velocidade.

A segunda, Rede 2, é responsável pelo interfaceamento o rádio e o IPC, operando em média velocidade.

Finalmente, temos a Rede 3 que se faz o interfaceamento entre os BCMs 1 e 2 e o IPC, trabalhando em

baixa velocidade.

Veja que, nesta arquitetura um sinal recebido por uma das ECUs pode ser enviado para qualquer outra,

através das redes de comunicação.

Um exemplo de como isso funciona pode ser dado para o caso de um sensor de velocidade na roda

dianteira que envia o sinal para o BCM1, por estar mais próximo, e depois o retransmite para o IPC pela

rede 3, de modo a haver a sua indicação no painel.

Veja que esse mesmo sinal pode também ser usado por outro bloco.

Esse é o princípio da rede CAN ou CAB-Bus, onde cada unidade de comando ligada à rede deve suprir

suas necessidades em função do uso de cada unidade de processamento.

Assim, a unidade de gerenciamento do motor recebe o sinal da posição da borboleta e o utiliza esses

dados também para que eles possam ser usados para comandar a transmissão automática, a unidade do

ABS, o controle de potência, etc.

Os Protocolos

Na rede CAN temos um protocolo em que os bits são organizados de tal forma que as unidades possam

se comunicar sem problemas. Esse protocolo consta de sete partes com as seguintes funções:

Começo - esse campo utiliza um bit para marcar o começo da transmissão ou recepção de dados.

Estado - esse campo utiliza 11 bits para a definição da prioridade do protocolo.

Controle - são 6 bits que definem a quantidade de informações que vai ser recebida ou enviada.

Dados - são as informações transmitidas ou recebidas propriamente ditas.

Verificação - este campo é composto por 16 bits que são utilizados para detectar falhas na transmissão

dos dados.

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Conformação - são dois bits utilizados para indicar que os dados foram recebidos corretamente.

Fim - esse campo tem 7 bits que são utilizados para indicar o fim da transmissão do "pacote" de dados.

A figura 6 mostra a organização desse datagrama.

Datagrama.

Cada pacote de dados ou datagrama é transmitido em tempos que variam entre 0.25 e 20 milisegundos,

dependendo da unidade e da função.

Um ponto importante para o eletricista de automóveis é que o diagnóstico de problemas de

funcionamento de veículos que utilizam esse sistema é que ele pode ser feito pelo rastreamento dos

sinais.

Através de um único conector OBD II é possível rastrear todos os sistemas. Na figura 7 mostramos esse

conector.

Conector OBD II.

Diversas empresas fornecem aparelhos de diagnósticos que, conectados num veículo permitem localizar

falhas de funcionamento.

Na figura 8, por exemplo, temos o Rhaster RX da Tecnomotor, um Equipamento que permite comunicar

com as centrais eletrônicas dos veículos e consequentemente acessar qualquer informação disponível.

Esse equipamento também pode ser conectado a um computador para uma análise mais detalhadas das

informações obtidas numa análise.

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Rhaster RX da Tecnomotor.

Conforme vimos, os diversos dispositivos elétricos e eletrônicos de um veículo são interligados de modo

a haver um controle inteligente. O modo como essa comunicação é feita e as ferramentas para o

diagnóstico de problemas foram abordados nesta introdução.

Além da Tecnomotor (www.tecnomotor.com.br), o leitor também pode consultar o site da Alfatest

(www.alfatest.com.br).

Veremos agora alguma coisa sobre alguns sistemas específicos encontrados nos automóveis, com uma

breve análise de seu princípio de funcionamento.

O ABS

O coeficiente de atrito dinâmico (quando as rodas deslizam) é menor do que o coeficiente de atrito

estático (quando as rodas estão em aderência com o solo).

Isso significa que, numa frenagem, o espaço exigido para a parada é menor quando as rodas não

deslizam.

Assim, a freada mais eficiente é aquela em que se aplica a maior força de parada possível a roda, mas

sem deixá-la deslizar, conforme mostra a figura 9.

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Frenagem sem o travamento é mais eficiente.

A finalidade do ABS (Anti-Lock Break System) é justamente essa: aplicar o máximo de força de frenagem

possível à roda, mas sem deixá-la travar (escorregar).

Para conseguir isso o sistema conta com sensores eletrônicos de rotação nas rodas, um

microprocessador central e um modulador hidráulico.

Esse modulador consiste num conjunto de válvulas que, quando os sensores detectam o tratamento da

roda, enviando o sinal ao microprocessador, eles recebem instruções que "aliviam" a pressão do fluido

de modo a liberar a roda, conforme mostra a figura 10.

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Os cilindros recebem os sinais para controlarem o fluído de freio.

Evidentemente, a presença do ABS melhora a eficiência dos freios reduzindo a distância de parada. Mais

do que isso, quando as rodas travam e o carro desliza, a dirigibilidade é perdida.

O processador do ABS recebe as informações dos sensores fazendo a sua comparação com o programa

que consta de sua memória. Esse dispositivo conta com recursos, para que em caso de falhas, sua ação

seja suspensa.

Quando o contacto da ignição é ligada temos uma primeira verificação do ABS caso em que a lâmpada

indicadora permanece acesa por 3 a 8 segundos.

Quando o veículo entra em movimento o sistema é novamente testado e em caso de falha é acionado

uma lâmpada indicadora. Quando isso ocorre, o veículo não ficará sem freio, pois o modo tradicional

será mantido.

TCS (Traction Control System)

No Brasil, o sistema passou a ser utilizado no Vectra em 1996 e atualmente também é encontrado no

Fiat Stilo. O controle de tração consiste num sistema em que um processador central monitora a

aderência dos pneus.

Esse sistema usa sensores instalados nas todas, que verificam se existe perigo dos pneus girarem em

falso. Quando isso ocorre, os freios são acionados momentaneamente, apenas na roda que patina,

evitando assim a perda de controle do veículo.

Para detectar se a roda gira em falso, o processador compara a partir dos sinais dos sensores a

velocidade das rodas dianteiras com as rodas traseiras.

O sistema também envia sinais para o sistema de injeção de tal forma que, em caso de derrapagem, é

enviado um comando para que o motor tenha seu giro reduzido, com o que pode ser evitada a

derrapagem.

ESP (Electronic Stabillity Program)

Um outro sistema interessante que equipa alguns veículos é o programa eletrônico de estabilidade. Sua

finalidade é corrigir eventuais falhas de pilotagem, evitando que o veículo derrape mantendo uma

trajetória segura.

Trata-se de um sistema que reúne num único módulo as funções ABS, TCS e EBD (Electronic Brake

Force Distribution - Distribuição Eletrônica de Força de Frenagem).

Esse último sistema, EBD, calcula a pressão máxima do freio que pode ser aplicada sem o perigo de

travamento do eixo traseiro, tendo por base as variações da carga no veículo.

Nesse sistema, existem diversos sensores sofisticados. Nas rodas existem sensores de velocidade que

informam se há perigo de travamento ou giro em falso.

No centro do veículo existe um sensor de aceleração lateral e de sua rotação em torno do seu próprio

eixo vertical (YAW) e além disso um sensor no volante que indica a intenção de manobra do motorista. A

imagem da Bosh mostrada na figura 11 dá uma idéia dos elementos desse sistema.

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O sistema compara as diversas informações enviadas pelos sensores e em sua função atua no sentido de

mudar o torque ou ainda aplicar o freio em uma ou mais rodas de modo a estabilizar o veículo em caso

de perda de controle por derrapagem.

Airbag

Eis um outro dispositivo complementar de segurança importante nos veículos atuais.

Esse dispositivo, aliado ao cinto de segurança, protege o motorista e eventual passageiro contra os

efeitos de um impacto frontal no veículo.

O sistema não é ativado em caso de impactos laterais ou traseiros ou ainda em caso de capotamento.

Na figura 12 mostramos que o ativamento do ABS ocorre somente se o impacto ocorrer dentro de um

ângulo máximo de 30 graus em relação ao movimento frontal.

O ABS é acionado ao impacto de até 30 graus do movimento frontal.

Os sensores que determinam o instante do disparo de um air-bag são incorporados à unidade de

comando do sistema.

Em carros como a Plazer e a S10, os sensores frontais estão localizados na parte inferior do painel do

frontal existindo ainda um sensor central na travessa central do chassi.

O princípio de funcionamento do sistema é simples de se entender:

A bolsa contém um gás gerador químico em estado sólido. Esses gases ficam armazenados numa

câmara de metal dentro do módulo do Air-bag. As bolsas são lacradas.

Quando a unidade de comando recebe o sinal de impacto do veículo, uma corrente elétrica é aplicada à

bolsa provocando a ignição do gás gerador.

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Essa gás queima-se rapidamente na câmara de metal fazendo com que seja produzida uma certa

quantidade de nitrogênio e dióxido de carbono que se expandem enchendo a bolsa.

O processo de expansão do gás e enchimento da bolsa faz com que a cobertura da tampa de

acabamento se rompa.

Pré-Tensionadores

Um recurso de segurança encontrado em alguns carros modernos é o pré-tensionador.

Ele consiste num sistema acoplado ao cinto de segurança dianteiro cuja finalidade é eliminar a folga do

cinto no momento de uma colisão, prendendo assim a pessoa firmemente ao banco, conforme mostra a

figura 13.

Pré-tensionadores

Esse sistema conta com um limitador de força para não apertar demais a pessoa no banco.

Climatização

A finalidade desse sistema é manter agradável o ambiente dentro do carro, independentemente das

condições externas.

Esse sistema conta com um comando eletrônico que recebe e monitora informações vindas de diversos

sensores, conforme mostra a figura 14.

Diversos sensores dizem o que ocorre no ambiente.

O circuito conta com um microprocessador em que existe um programa que determina as ações que

devem ser tomadas para manter o ambiente dentro das condições desejadas.

O monitoramento da temperatura externa e interna é feito por sensores, localizados em pontos

apropriados do veículo internamente e externamente.

Normalmente, para a temperatura externa são usados dois sensores que tomam medidas em dois

pontos diferentes. A unidade de comando considera a temperatura mais baixa (normalmente a do ar de

entrada).

Em caso de falha dos sensores, o dispositivo assume uma temperatura fixa pré-determinada para as

ações a serem realizadas, normalmente de 10º C.

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Conforto e Conveniência

Esse sistema controla o acionamento elétricos dos vidros, as travas, além do alarme. Normalmente ele

inclui recursos para o uso do controle remoto.

Na figura 15 temos a disposição dos elementos que formam esse setor de controle do automóvel.

Disposição das travas elétricas.

São as seguintes as funções controladas:

* Travamento central e diferenciado das portas

* Bloqueio e desbloqueio do veículo

* Acionamento elétrico dos vidros

* Monitoramento do movimento dos vidros (sistema anti-esmagamento)

* Abertura do porta-malas por controle remoto

Além disso, é possível a personalização do sistema com o acréscimo de algumas funções programadas

como:

* Travamento automático das portas com o veículo em movimento

* Destravamento das portas ao remover a chave do contacto

* Inibir o sinal sonoro ou luminoso ao desativar o sistema de alarme.

Em veículos como o Pólo, Golf e Passat existe uma unidade eletrônica em cada porta, além da unidade

central.

Unidade de Instrumentação Combinada

Essa unidade tem por finalidade avisar o condutor do veículo sobre qualquer anormalidade que ocorra

nos sistema além de dar informações importantes sobre o veículo tais como velocidade, rotação do

motor, distância percorrida, etc.

O dispositivo denominado Instrumento Combinado é ligado a rede CAN-Bus de dados em alguns

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veículos, o que permite a realização de diagnósticos através de um scanner.

Se a unidade precisar ser substituída é possível registrar na nova unidade a quilometragem original. Da

mesma forma, revisões e trocas de óleo podem ser programadas de modo a serem indicadas no painel.

Essa unidade controla as seguintes funções:

* Velocímetro

* Tacômetro

* Combustível

* Temperatura do motor

* Luzes de controle

* Odômetro e relógio

Sensores Especiais

Diversos tipos de sensores podem ser encontrados em alguns veículos. Esses sensores fornecem

indicações sobre determinadas grandezas físicas havendo então uma ação no sentido de se obter maior

segurança ou conforto.

Vejamos alguns desses sensores:

a) Sensor de Chuva

Alguns veículos nacionais como o Peugeot 206 Techno, Golf e Fiat Stilo possuem um sensor que faz o

acionamento automático do limpador de pára-brisas quando começa a chover.

Diferentemente dos tipos antigos que se baseavam na condutividade de um sensor em presença da

água, os tipos modernos se baseiam na refração da luz através do vidro, a qual muda quando em

presença da água, conforme mostra a figura 16.

Como funciona o sensor de chuva.

Temos então um LED e um sensor que recebe a luz quando o índice de refração do vidro molhado

aumenta, conforme mostra a mesma figura.

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Esse sensor é localizado na haste de fixação do espelho retrovisor interno, juntamente com outro tipo de

sensor que é o sensor crepuscular (quando existir).

b) Sensor Crepuscular

Encontrado nos mesmos veículos que o sensor de chuva, esse sensor detecta a luminosidade do

ambiente através do qual o veículo transita.

Em função do nível de luz sensoriado, o dispositivo atua no sentido de controlar os faróis e luzes de

posicionamento.

Esse sensor nada mais do que um LDR comum sendo também localizado na haste de fixação do espelho

retrovisor.

c) Sensor de Estacionamento

Esse sensor é encontrado em alguns veículos nacionais como o Stilo da Fiat, consistindo num dispositivo

que informa a proximidade de obstáculos quando a marcha-à-ré é engatada, conforme mostra a figura

17.

Sensor de estacionamento.

O sistema opera como um sonar, emitindo ultrassons que são refletidos no obstáculo que devem ser

detectados.

A freqüência de operação está em torno de 30 KHz sendo enviados pulsos com um ciclo ativo da ordem

de 50%.

São usados quatro sensores localizados no pára-choque traseiro, conectados a uma central que processa

seus sinais. Essa central é interligada com outros elementos do circuito através de rede B-CAN.

Quando o pára-choques detecta um obstáculo, ele passa a emitir um tom intermitente constante.

Quando a distância cai abaixo de 25 cm, o som tem sua freqüência aumentada tornando-se mais agudo

e constante.

Afastando-se do obstáculo a emissão de som para depois de 3 segundos de desengatada a marcha-à-ré.

Em caso de falha o sistema é automaticamente até que um diagnóstico revele qual foi a causa.

Conclusão

O que vimos neste artigo dá uma breve idéia de como pode ser complexa a eletrônica do automóvel em

nossos dias, exigindo assim um preparo especial do profissional.

Além do conhecimento específico do princípio de funcionamento dos sistemas, que podem apresentar

variações segundo os modelos dos veículos, o profissional precisa contar com instrumentos específicos

(scanners) para o diagnóstico.

Em artigos específicos não só os sistemas são analisados como os casos encontrados nas diversas

marcas de veículos nacionais.