Corpo de Borboleta: história e funcionamento

Corpo de borboleta eletrônico sujo instalado no motor

O Corpo de Borboleta tem uma longa história no universo automotivo, embora tenha mudado de forma ao longo do tempo. Inicialmente parte do carburador, o corpo de borboleta tornou-se uma peça independente quando surgiram os sistemas de injeção de combustível. Porém uma coisa nunca mudou: nos motores de ciclo Otto é a borboleta que executa o comando do condutor ao pisar no pedal do acelerador.

Nesta matéria iremos acelerar dos tempos do carburador até os dias de hoje, ilustrando a evolução do corpo de borboleta. Assim vamos explicar como funciona, mostrar seus diferentes tipos e formatos, bem como os defeitos comuns com exemplos práticos.

Neste post você vai ver:

Controle da potência

Para que possa se possa dirigir em segurança, todo veículo precisa disponibilizar ao condutor alguma forma de ajustar a velocidade. Apesar de compartilhar este papel com o sistema de freios e a transmissão, o método primário é o controle da potência do motor.

Dessa forma é possível obter maior eficiência energética, evitando que o motor desenvolva potência máxima sem necessidade. Além disso, fica mais fácil manter uma velocidade constante quando preciso.

Princípio de Funcionamento

Nos motores de combustão interna, o controle de potência ocorre pela limitação do fluxo dos fluidos que participam da reação de queima. Em outras palavras, quanto mais ar e combustível entra para o motor, mais potência ele desenvolve. Neste ponto surge uma das grandes diferenças entre os motores a diesel e os de ciclo Otto.

Em motores de ciclo Diesel, o controle da potência se faz pelo combustível. Assim, o sistema de injeção ajusta a quantidade conforme o solicitado pelo condutor no pedal do acelerador. Com relação ao ar, a própria reação de combustão irá consumir o quanto for necessário.

Em contrapartida, nos motores de ciclo Otto o controle da potência se dá pela quantidade de ar que vai para o motor. Aí entra o corpo de borboleta: uma válvula que controla a passagem de ar, respondendo ao comando do condutor no pedal do acelerador, ou (alerta de spoiler) do módulo de injeção eletrônica. Por consequência, a quantidade de combustível varia de acordo com o volume de ar admitido.

Corpo de borboleta instalado no coletor de admissão, controlando o fluxo de ar para o motor.
Corpo de borboleta controlando o fluxo de ar para o motor

A Origem no Carburador

Mas agora vamos voltar um pouco ao passado, para o tempo em que os carburadores faziam a regulagem da mistura ar/combustível. Na parte final do corpo dos carburadores há uma borboleta de aceleração, logo na entrada do coletor de admissão.

Esta borboleta é quem responde ao comando do pedal do acelerador, através de um cabo ou sistema de hastes e alavancas. Assim ela controla a passagem de ar para o motor e, por causa da sua posição, este ar já contém combustível pulverizado. Em contrapartida, uma mola de retorno a devolve para a posição fechada quando não há acionamento.

Vista da parte de baixo de um carburador de corpo simples mostrando a borboleta de aceleração.
Vista da parte de baixo de um carburador de corpo simples

Interessante observar que, em alguns modelos, o duto onde está instalada a borboleta forma um componente separado do corpo do carburador. Ainda que o nome mais comum desse conjunto de duto e borboleta seja “base do carburador”, algumas fontes o chamam de “corpo de borboleta”.

Por Que o Nome Borboleta?

A título de curiosidade, o nome borboleta vem do formato e do movimento desta válvula. Apesar disso, existem outros formatos que podem executar esta função. Por exemplo, há as válvulas de lâmina deslizante, comuns nos motores de competição do passado, com injeção mecânica de combustível. Há ainda as válvulas de barril giratório, utilizadas em sistemas mais específicos.

Exemplos de formatos alternativos ao de borboleta para controle do fluxo de ar para o motor.
Formatos alternativos ao de borboleta

O Início do Corpo de Borboleta

Com o surgimento da injeção mecânica de combustível nos motores ciclo Otto automotivos, na década de 50, o corpo de borboleta recebeu oficialmente esse nome.

Porém, comparado à borboleta de aceleração do carburador, há uma diferença fundamental nos sistemas de injeção. Embora mantenha a borboleta na entrada do coletor de admissão, o controle acontece antes do ar receber combustível, pois os injetores ficam próximos ao fim do coletor.

Visto que a maioria destes sistemas equipavam veículos de alto desempenho ou mesmo de corrida, era comum a instalação de um corpo de borboleta para cada cilindro, o que permite maior fluxo de ar e melhor rendimento.

Motor de rua equipado com injeção mecânica de combustível.
Motor de rua equipado com injeção mecânica de combustível

Corpo de Borboleta na Injeção Eletrônica

Conforme a tecnologia evoluiu, os sistemas de injeção eletrônica se tornaram viáveis. Juntamente com a diversidade deles, apareceram corpos de borboleta com variados formatos e quantidades.

Assim, à medida que se desenvolvia novos e melhores sistemas de injeção, diferentes soluções eram necessárias para os corpos de borboleta, permitindo maior precisão e mais possibilidades de controle.

Diagrama demonstrando as diferenças principais entre os sistemas de injeção eletrônica.
Diagrama dos diferentes sistemas de injeção eletrônica

Injeção Monoponto

Inicialmente muito populares, os sistemas de injeção monoponto ou EFI (Electronic Fuel Injection) tinham o injetor de combustível no próprio corpo de borboleta. Esta solução facilitou sua instalação em motores anteriormente equipados com carburador.

Como resultado da disposição dos seus componentes, bem semelhante à de um sistema de carburação, a borboleta recebe o ar pulverizado de combustível. Além disso, alguns modelos contam com um injetor adicional abaixo da borboleta.

Por vezes também se chama o conjunto corpo de borboleta/injetor de TBI (Throttle Body Injection). Esta prática provoca certa confusão pois algumas fontes denominam o sistema de injeção monoponto como um todo com esta sigla. Outro apelido comum é “carburador eletrônico”.

Corpo de borboleta de um sistema de injeção monoponto, ou TBI.
Corpo de borboleta de um sistema de injeção monoponto, ou TBI

Injeção Multiponto

Em seguida, com a adoção dos sistemas de injeção eletrônica multiponto, o corpo de borboleta passou definitivamente a ficar antes dos injetores de combustível. Vale lembrar que até então o acionamento da borboleta era mecânico, através de cabo ou hastes, contando ainda com a mola de retorno.

Corpo de borboleta de acionamento mecânico a cabo.
Corpo de borboleta de acionamento mecânico

No que diz respeito à quantidade, a grande maioria dos veículos contam com apenas um corpo de borboleta. Porém, veículos com motores em V costumam utilizar um para cada bancada de cilindros. Ou mesmo uma peça dupla, que agrega duas borboletas em um só corpo.

Corpo de borboleta duplo em motor V8, sistema de injeção multiponto TPI (Tuned Port Injection).
Corpo de borboleta duplo em motor V8

Além disso, é comum nos motores de corrida e em alguns de rua de alto desempenho o uso de conjuntos designados corpos de borboleta individuais. Também conhecidos pela sigla ITB (Independent Throttle Body), podem consistir de um corpo de borboleta para cada cilindro, de conjuntos duplos ou mesmo triplos.

Corpos de borboleta individuais em um motor de competição.
Corpos de borboleta individuais em um motor de competição.

Um ponto em comum de todos os sistemas é a presença do sensor de posição da borboleta, também chamado TPS (Throttle Position Sensor). Sua função é informar ao módulo de injeção o ângulo de abertura da borboleta, permitindo o cálculo correto do volume de combustível necessário.

Corpo de Borboleta Eletrônico

Quando a eletrônica evoluiu para a era digital, junto migraram as ECU (Electronic Control Unit) ou ECM (Engine Control Module) dos sistemas de injeção. Já que a maior capacidade de processamento destes sistemas melhorou as possibilidades de gerenciamento, a próxima novidade dos corpos de borboleta foi a substituição do acionamento mecânico pelo acionamento elétrico.

Corpo de borboleta de acionamento elétrico.
Corpo de borboleta de acionamento elétrico

Por isso, o pedal do acelerador agora tem um sensor de posição do acelerador, que traduz a pressão do condutor no pedal em sinal elétrico. Assim, esta informação chega ao módulo de injeção do motor pelo método chamado drive-by-wire ou, literalmente, “direção por fio”.

Diagrama elétrico ilustrando a comunicação dos sistemas drive-by-wire.
Diagrama elétrico ilustrando a comunicação entre pedal e corpo de borboleta

Este meio de acionamento permite que a injeção eletrônica comande o fluxo de ar. Assim, é possível conciliar as necessidades de funcionamento e preservação do motor com a solicitação do condutor.

Por Dentro do Corpo de Borboleta

De construção parecida com a dos modelos mecânicos, o corpo de borboleta eletrônico tem como principal modificação a adoção de um motor elétrico. Este movimenta a borboleta em conjunto com engrenagens de redução, embora ainda tenha a mola de retorno.

Outra mudança foi no sensor de posição da borboleta, que passou a integrar o corpo de borboleta eletrônico, deixando de ser um componente separado. Além disso, agora ele serve para confirmar a execução do comando da central eletrônica.

Vista explodida do corpo de borboleta eletrônico.
Por dentro do corpo de borboleta eletrônico

Modulação PWM

Com a finalidade de proporcionar alimentação elétrica ao motor da borboleta, a maioria dos sistemas utiliza um driver de potência interno ao módulo de injeção. Além disso, para ter maior precisão, é comum operarem por PWM (Pulse Width Modulation) ou modulação por largura de pulso.

Este método consiste em utilizar o tempo para controlar a quantidade de energia fornecida ao motor elétrico. Quanto mais longo o pulso, mais eletricidade vai para o atuador e, assim, a abertura da borboleta se torna maior.

A seguir apresentamos o oscilograma coletado na alimentação de um corpo de borboleta eletrônico controlado por PWM. O sinal mostra diferentes comprimentos de pulso porque estava sob variações de aceleração no momento da captura. Você pode encontrar este e outros oscilogramas na Plataforma Doutor-IE.

Oscilograma de um corpo de borboleta com controle por PWM.
Oscilograma de um corpo de borboleta com controle por PWM

Novas Funções do Corpo de Borboleta

A atuação elétrica permitiu também que a borboleta assumisse funções antes executadas por atuadores específicos. Por exemplo, o controle da marcha lenta, que demandava um canal de ar e válvula exclusivos, em geral montados no próprio corpo de borboleta. Já nos sistemas com controle eletrônico, a própria borboleta gerencia a passagem de ar para equilibrar a marcha lenta.

Veículos Eletrificados

Outra função veio com a chegada dos veículos eletrificados, mais especificamente dos híbridos. Por aliarem motores elétricos aos de combustão, em geral o sinal do acelerador não vai para a injeção eletrônica, mas sim para o módulo do sistema híbrido.

Assim, ele responde à solicitação do condutor e a compara com as necessidades dos sistemas do veículo. Isto permite que, através do módulo de injeção, ele comande o motor a combustão para, por exemplo, recarregar as baterias do conjunto elétrico.

Motores Ciclo Diesel

Anteriormente comentamos que os motores a diesel não controlam a potência através do ar, mas sim em função do combustível. Por isso não precisam do corpo de borboleta, já que outro tipo de válvula regula a injeção de diesel no motor. Mas os motores a diesel modernos contam com um corpo de borboleta na admissão que exerce outros papéis.

Corpo de borboleta em um motor a diesel moderno.
Corpo de borboleta em um motor a diesel moderno

O principal é auxiliar no funcionamento do EGR (Exhaust Gas Recirculation), sistema de recirculação de parte dos gases de escapamento para a admissão do motor. Para que auxilie neste processo, em determinadas situações o módulo de injeção pode fechar a borboleta. Isto alivia a pressão no coletor de admissão e facilita a admissão dos gases de escape.

Uma função secundária é facilitar o desligamento do motor, já que motores a diesel tendem a funcionar por um tempo após cortado o suprimento de combustível. Neste caso a borboleta se fecha completamente, bloqueando a passagem do ar necessário para que a combustão aconteça e, por isso, desliga o motor mais rapidamente.

Defeitos Comuns do Corpo de Borboleta

Agora que contamos a história e explicamos o seu funcionamento, vamos apresentar uma Dica Rápida da Doutor-IE. Neste exemplo, um cliente solicitou a ajuda do nosso suporte técnico para resolver defeito relacionado à atuação do corpo de borboleta.

Estudo de Caso

No caso em questão, um Toyota Corolla 2.0 16V Dual VVT-i Flex chegou à oficina do cliente sem resposta às solicitações de aceleração e apresentando o código de falha P2118. Após consultar a Plataforma Doutor-IE e verificar que este DTC (Diagnostic Trouble Code) está relacionado ao corpo de borboleta, o cliente procedeu à substituição do componente supostamente danificado, porém sem sucesso para a solução do problema.

Em contato com o suporte da Doutor-IE, o cliente foi orientado a efetuar alguns testes que o levaram a reduzir as possibilidades. Assim, foi possível chegar à seguinte conclusão: havia um fusível de proteção queimado. Este fusível fornece alimentação elétrica para o módulo de injeção, mais especificamente para o driver que fornece energia ao corpo de borboleta. A substituição do fusível resolveu o defeito.

Outros Problemas Comuns

Da mesma forma que qualquer componente móvel, os principais vilões do seu funcionamento são agentes que atrapalhem o movimento. Assim, um defeito muito comum é o acúmulo de sujeira na borboleta.

Corpo de borboleta com elevado índice de carbonização, demandando limpeza.
Corpo de borboleta com elevada carbonização

Esta sujeira pode incluir desde poeira até depósitos de carbono, oriundos de queima irregular do combustível ou do próprio óleo lubrificante do motor. O acúmulo destes materiais nos dutos internos pode perturbar o fluxo do ar para o motor. Pode ainda prejudicar o movimento da borboleta e até evitar o seu fechamento correto, chegando a alterar a proporção da mistura ar/combustível.

Outro defeito comum é no sensor de posição, visto que seu funcionamento normalmente se baseia no uso de pistas resistivas. Elas podem sofrer desgaste, provocando falhas de leitura. Por fim, problemas no chicote elétrico ou mesmo no módulo de injeção podem fazer com que o corpo de borboleta não funcione corretamente.

Possíveis Sintomas e Códigos Relacionados

Concluindo este artigo, apresentamos alguns sintomas observados quando há problemas no corpo de borboleta em si, ou em algum sistema que influencie em seu funcionamento. Listamos também alguns códigos de falha genéricos OBD comuns para este tipo de defeito.

Sintomas Observados

  • Dificuldade em se dar a partida do motor;
  • Marcha lenta irregular ou em rotação muito alta;
  • Motor acelerando sozinho;
  • Aceleração hesitante ou com “buracos”;
  • Consumo elevado de combustível;
  • Ausência de resposta ao acelerar o veículo;
  • Luz de advertência do sistema de injeção acesa.

Alguns Códigos de Falha Relacionados

  • P0121 – Falha no Circuito Elétrico do Sensor “A” de Posição da Borboleta (TPS) ou do Interruptor “A” de Posição do Pedal do Acelerador (SPA) (Throttle/Pedal Position Sensor/Switch “A” Circuit Range/Performance).
  • P2118 – Falha no Circuito Elétrico de Controle do Atuador “A” da Borboleta Motorizada (Throttle Actuator “A” Control Motor Current Range/Performance).
  • P2135 – Falta de Correlação Entre os Sinais dos Sensores / Interruptores “A” e “B” de Posição da Borboleta / Pedal do Acelerador (Throttle/Pedal Position Sensor/Switch “A”/”B” Voltage Correlation).
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