Como funciona o Sistema de Ignição

Como funciona o Sistema de Ignição

Como funciona o Sistema de Ignição

Para que a mistura de combustível + ar se queime no interior do cilindro do motor, produzindo assim a força mecânica que o movimenta, é preciso um ponto de partida. Este ponto de partida é uma faísca que inflama a mistura, e que é produzida por uma série de dispositivos que formam o sistema de ignição.

A finalidade do sistema de ignição é gerar uma faísca nas velas, para que o combustível seja inflamado. Os sistemas de ignição utilizam diversos componentes que vêm passando por alterações no decorrer dos tempos. A bateria, nesse sistema, é a fonte primária de energia, fornecendo uma tensão em torno de 12V nos veículos modernos (nos tipos mais antigos podíamos encontrar também sistemas de 6V e nos mais modernos chegaremos aos 36V). Esta tensão, muito baixa, não pode produzir faíscas. Para que ocorra uma faísca ou centelha é preciso que a eletricidade rompa a rigidez dielétrica do ar.

Explicamos o que é isso: o ar, em condições normais é um isolante, mas se a tensão elétrica subir muito, ele não consegue mais isolá-la e uma centelha é produzida. Esta centelha consiste na passagem da eletricidade pelo próprio ar, que momentaneamente se torna condutor.

Para o ar seco, em condições normais, a rigidez dielétrica é da ordem de 10.0 volts por centímetros. Isso significa que para produzir uma faísca de um centímetro precisamos de 10.000v, e para 2 centímetros precisamos de 20.000v e assim por diante.

Para o caso das velas do automóvel uma faísca com menos de 0,5 cm é suficiente para inflamar a mistura, de modo que uma tensão da ordem de 4000 a 5000 volts é mais que suficiente.

Ora, existe uma boa diferença entre os 12v da bateria e os 5000 volts que precisamos para produzir a faísca. Para elevar a tensão da bateria usamos então dois componentes básicos: o platinado e a bobina.

A bobina de ignição é na realidade um transformador que possui dois enrolamentos de fio de cobre num núcleo de ferro. O primeiro enrolamento, denominado "primário", consiste em poucas voltas de fio grosso, já que nele vai circular uma corrente intensa sob o regime de baixa tensão (os 12v da bateria). A corrente normal para um veículo de passeio está em torno de 3 ampères. Bobinas especiais para carros de corrida ou "preparados" podem operar com correntes maiores. O enrolamento secundário, por outro lado, consiste em milhares de voltas de um fio muito fino, já que agora temos um regime de alta tensão e baixa corrente. A bobina possui como função elevar os 12 volts da bateria para uma tensão em torno de 20.0 volts, que são transmitidos para as velas.

No funcionamento, quando por um breve instante circula uma corrente pelo primário, um forte campo magnético é criado no núcleo de metal ferroso onde está enrolada esta bobina. Este campo tem suas linhas de força em expansão, o que causa uma indução de alta tensão no secundário que está enrolado no mesmo núcleo.

Num transformador, a tensão que obteremos no secundário depende da relação de espiras entre os dois enrolamentos. Isso significa, que no secundário tivermos 50.0 voltas de fio e no primário 100 voltas (uma relação de 500 para 1), e se aplicarmos 12 volts, teremos na saída 12 x 500 = 6000 volts, o que é suficiente para produzir uma boa faísca. Por outro lado a corrente ficará reduzida na mesma proporção, de modo que o produto tensão x corrente, que determina a potência se mantém constante. (Princípio de conservação da energia)

Importante no funcionamento de um transformador, como a bobina de ignição, é que ele só consegue operar com variação de corrente, o que significa que a corrente de uma bateria que é contínua, não é apropriada para este dispositivo. Para que a corrente seja modificada e para que a bobina só entre em funcionamento nos instantes em que precisamos de faísca, entra em ação o platinado, que nada mais é do que um contato elétrico controlado pela própria rotação do motor. Numa bobina, só ocorre a indução de tensão no secundário pelos breves instantes em que a corrente é estabelecida ou desligada do primário. Quando a corrente é estabelecida, a variação de sua intensidade de zero até o máximo é responsável pelo aparecimento de linhas de força de um campo magnético que se expande. Este campo corta as espiras do enrolamento secundário, provocando a indução de alta tensão no enrolamento secundário. Quando a corrente é desligada, novamente teremos a indução, pois as linhas de força do campo magnético vão se contrair até zero, cortando novamente as espiras do enrolamento secundário. Veja então que os processos de indução de alta tensão para as faíscas nas velas é um processo dinâmico que exige interrupção e o estabelecimento da corrente em momentos certos. Para um motor de quatro tempos, quatro cilindros, como o de um carro comum, a cada volta do eixo devem ser produzidas 2 faíscas em posições bem determinadas de cada pistão, para haver o funcionamento correto.

O platinado é então acionado por um eixo excêntrico de modo a ligar e desligar 4 vezes a corrente, produzindo assim 4 pulsos no enrolamento primário da bobina de ignição que resultam em 4 pulsos de alta tensão no secundário e nas velas.

No sistema de ignição do carro encontramos, um outro elemento importante que é o distribuidor, onde está localizado o platinado.

A finalidade do distribuidor é levar a cada vela a alta tensão no momento em que ela deve entrar em ação. O distribuidor consiste num sistema de contatos móveis, que gira comandado pela própria rotação do motor, de modo a 'distribuir' a alta tensão entre as velas.

Outro item visto no interior do distribuidor também é o rotor que serve de ponte de condução do cabo da bobina até o cabo das velas.

O elo final da cadeia é formado por um conjunto de velas. Como já vimos, a finalidade das velas é produzir as faíscas que inflamam a mistura de ar com combustível no interior dos cilindros.

Limitações

Este sistema de ignição é o convencional, sendo utilizado na maioria dos veículos. Além de ter um desempenho razoável dentro de certos limites, como utiliza poucos elementos é bastante confiável.

No entanto, alguns pequenos defeitos existem, e é justamente na tentativa de eliminá-los que são criados sistemas mais avançados e sofisticados, principalmente com base em dispositivos eletrônicos.

Um primeiro problema a ser considerado é que a intensidade da faísca depende do tempo de abertura do platinado. Entre o instante em que o platinado fecha (ou abre) existe um tempo mínimo para que as linhas de força do campo magnético se expandam totalmente (ou contraiam). Isso significa que ele deve permanecer por um bom tempo mínimo fechado para que haja possibilidade da corrente na bobina subir de zero até o seu valor máximo e assim o campo magnético se expandir totalmente com a máxima transferência de energia para o secundário na forma de alta tensão.

Nas baixas rotações do motor isto não é problema, pois o platinado consegue o tempo de fechamento necessário para obter o máximo de energia para a faísca, mas nas altas rotações a indutância da bobina começa a fazer efeito.

Esta indutância é a "oposição à variação da corrente" que justamente impede que ela cresça rapidamente até o valor máximo. Nas altas rotações, a energia da faísca tende a decresçer, e a principal conseqüencia disso é a perda do rendimento do motor, pois a mistura começa a não ser totalmente queimada.

Com menor faísca temos uma combustão incompleta, havendo uma redução na potência do motor, além de manifestar uma tendência a maior consumo de combustível (acelera-se mais para compensar a perda do rendimento).

Outro problema vem do fato da corrente controlada pelo platinado num sistema convencional ser muito intensa, atuando ainda sobre uma carga fortemente indutiva (a bobina).

Cada vez que o platinado abre seus contatos, a contração do forte campo magnético da bobina gera uma alta tensão "de retorno" também no primário, e que "volta" ao platinado produzindo uma pequena faísca. Mesmo com a presença de um "condensador" (capacitor), cuja finalidade é amortecer esta alta tensão de retorno, ainda assim, a energia envolvida na faísca é suficiente para queimar, com o tempo, os contatos do platinado.

O uso de dispositivos eletrônicos permite uma melhora considerável no desempenho de um sistema de ignição. Existem diversos sistemas de ignição "eletrônicos" que são amplamente usados, com resultados sempre melhores que os sistemas tradicionais.

Exemplos:

a) Ignição assistida:

Este é o sistema mais simples que faz uso de componentes eletrônicos melhorando muito o desempenho de qualquer veículo. Os transistores funcionam como "chaves eletrônicas", controlando a corrente intensa da bobina a partir de uma corrente de comando muito menor, que circula pelo platinado.

Podemos reduzir em até 100 vezes a corrente do platinado, o que significa , em princípio, uma durabilidade muito maior para este elemento já que não existem mais as faíscas que causam sua deterioração.

O transistor que controla praticamente toda corrente da bobina deve ter características especiais; deve ser capaz de ligar e desligar rapidamente, o que significa que deve ser um dispositivo de "comutação" rápida, e além disso, deve ser capaz de suportar a alta tensão de "retorno" que a bobina produz.

Transistores de pelo menos 5 ampères de corrente de coletor e tensões máximas da ordem de 500V ou mais são os recomendados para este tipo de sistema, devendo ainda ser montados em bons radiadores de calor.

Conforme podemos ver, sua adaptação aos veículos que possuem ignição tradicional é bastante simples. Apenas em alguns casos, em que existe resistência limitadora em série com a bobina, é que temos um pouco mais de trabalho com sua eliminação.

b) Ignição por descarga capacitativa:

Este é sem dúvida, o sistema mais moderno e mais utilizado nos veículos, inclusive de linha, tanto pelo seu ótimo desempenho como pela sua confiabilidade. O sistema de ignição por descarga capacitativa tem um circuito básico.

Numa primeira etapa temos um circuito inversor, em que dois transistores oscilam em contrafase de modo a elevar a bobina de 12V para aproximadamente 600v. Conforme vimos, a tensão contínua na bateria "não passa" por uma bobina, sendo por isso necessário fazer uma transformação em pulsos, o que o que é conseguido com transistores que ligam e desligam alternadamente em grandes velocidades(entre 500 e 5000 vezes por segundo).

Os 6000 volts obtidos são retificados e depois usados para carregar um ou mais capacitores de grande valor. Uma carga deste capacitor corresponde ao que precisamos para uma boa faísca na vela do motor, independente da sua velocidade.

A seguir, vem a segunda fase em que temos um elemento de disparo que permita a descarga muito rápida do capacitor (ou capacitores) através do enrolamento primário da bobina de ignição.

O dispositivo usado chama-se SCR (Silicon Controlled Rectifier ou Diodo Controlado de

Silício), e funciona como uma chave que "liga" a corrente entre seu ânodo e cátodo quando um impulso elétrico é aplicado à sua comporta ou "gate". A comporta (gate) é então ligada ao platinado.

Na comutação do platinado, uma fraca corrente é suficiente para provocar a condução do SRC e com isso a descarga do capacitor através da bobina de ignição, produzindo então a alta tensão que necessitamos para as faíscas.

Veja que, neste sistema, o tempo de descarga não depende do tempo de comutação do platinado, pois uma vez disparado o SRC ele se mantém ligado até a descarga do capacitor. Isso quer dizer que tanto nas baixas como nas altas rotações, a energia da faísca é a mesma e o rendimento do motor se mantém.

Além disso, temos que considerar que uma descarga de 6000V na bobina, em lugar de apenas 12V, possibilita uma faísca muito mais eficiente.

Só essas enormes vantagens em relação aos sistemas convencionais já justificam o uso da ignição por descarga capacitativa. O circuito, é claro, deve ser muito dimensionado no sentido de que, entre duas faíscas na mais alta rotação, haja tempo suficiente para que o capacitor se carregue completamente.

Outra vantagem é a baixíssima corrente de platinado, que além de prolongar a vida útil deste componente permite uma operação com muito maior confiabilidade. De fato, nos sistemas comuns, o acúmulo de capas de óxido nos contatos reduzem a eficiência da comutação, provocando variações da corrente da bobina que refletem na forma das faíscas com energias irregulares.

O resultado da irregularidade é um menor rendimento para o motor, além de um consumo maior de combustível. Para completar, este sistema também pode ser facilmente adaptado em veículos que tenham o sistema convencional de ignição.

C) Ignição sem platinado

A eliminação do platinado possibilita um desempenho ainda melhor do motor, além de maior confiabilidade para o sistema de ignição. Todo o sistema começa a partir de um módulo de comando, que é ligado à bobina e ao distribuidor. Não é preciso observar que a principal vantagem deste sistema está na ausência total de contatos mecânicos, que podem acumular sujeiras ou falhar.

Ordem de Ignição

É a seqüência de combustão nos vários cilindros do motor.

Usualmente encontra-se a ordem 1342 para os motores de quatro cilindros, pois o virabrequim tende a está em uma posição mais adequada para receber o impacto daquele cilindro. Descreveremos mais adiante em lição única, o sistema de ignição do veículo.

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