Injetor de Combustível, Ciclos Diesel e Otto

O injetor de combustível é um elemento vital para que se tenha um bom funcionamento do motor. Ele é o atuador que, de acordo com o comando do módulo de gerenciamento eletrônico, tem o papel de dosar, injetar e pulverizar o combustível. Mas, para chegar até este sistema, muitos avanços tecnológicos foram necessários, incluindo o nascimento da eletrônica.

Esta matéria é uma injeção de conhecimento que vai pulverizar suas dúvidas sobre injetores de combustível. Assim, vamos contar um pouco da sua história e evolução, e explicar as diferenças entre os tipos de injetores utilizados, focando nos sistemas mais usuais. Finalmente, traremos exemplos práticos e defeitos comuns destas eletroválvulas.

Neste post você vai ver:

Como Surgiu o Injetor de Combustível?

Antes de falar do injetor, vamos contar um pouco sobre o motor a diesel, visto que suas histórias se cruzam. Embora criado no fim do século 19, o desenvolvimento e uso em larga escala desta tecnologia esbarrava em um problema específico: seu combustível é pesado. Por isso, requer elevada pressão para ter uma pulverização adequada.

Foto do motor Daimler OB 2, de 1923, que equipou o primeiro caminhão comercial a diesel.
Motor Benz OB 2, de 1923, que equipou o primeiro caminhão comercial a diesel

Com o intuito de atender a esta necessidade, diversos sistemas de injeção surgiram até que as soluções mais viáveis comercialmente se consolidassem. Mas, independente do sistema utilizado, todo motor de ciclo diesel faz uso de algum tipo de injetor de combustível.

O Injetor de Combustível no Ciclo Otto

Os motores de ciclo Otto, apesar de terem o carburador como dispositivo padrão para alimentação de combustível desde os primórdios, também tiveram exceções. Alguns pioneiros utilizaram injetores, como por exemplo, um motor aeronáutico Antoinette 8V que equipou diversos modelos incluindo o 14-Bis.

Foto do motor aeronáutico Antoinette 8V com injeção de combustível.
Motor aeronáutico Antoinette 8V com injeção de combustível

Pouco antes da segunda guerra mundial, entretanto, sistemas de injeção começaram a equipar grande número de aviões de combate, solucionando falhas de alimentação dos carburadores. Estas ocorriam durante as manobras bruscas, em razão da força G, e em elevadas altitudes, como resultado do congelamento do combustível nos delgados dutos internos.

O Injetor de Combustível no Automóvel

Posteriormente, na década de 50, construtores de carros de corrida adaptaram os primeiros sistemas de injeção mecânica de combustível em motores automotivos de ciclo Otto. Da mesma forma, alguns fabricantes começaram a equipar seus veículos de alto desempenho com sistemas aperfeiçoados.

Foto do coletor com borboletas e injetores de um sistema de injeção mecânica aftermarket Hilborn para motores V8.
Coletor de admissão do sistema de injeção mecânica aftermarket Hilborn para motores V8

Mas só nos anos 70 que a injeção começou a substituir definitivamente o carburador dos carros. Isto aconteceu porque, com a crise do petróleo e as normas de emissão de poluentes, um melhor controle da alimentação de combustível era necessário. No começo ainda mecânicas, as injeções de combustível eventualmente adotaram gerenciamento eletrônico, revolucionando as possibilidades de controle.

Foto de um motor Bialbero Alfa Romeo de 1969, com injeção mecânica SPICA.
Motor Bialbero Alfa Romeo de 1969, com injeção mecânica SPICA

Por Dentro do Injetor de Combustível

Já que a história está contada, vamos falar sobre a função, os principais tipos e a construção dos injetores de combustível. Quanto ao funcionamento eles são, em síntese, válvulas normalmente fechadas que abrem sob demanda do sistema de injeção. Portanto o acionamento é o simples ato de abrir a válvula para que aconteça a saída e pulverização do combustível. Mas, apesar da simplicidade da sua função, há uma enorme diversidade de modelos disponíveis no mercado.

Classificando os Injetores de Combustível

As principais classificações são pelo método de acionamento e tipo de injeção, selecionados de acordo com as características do motor e do sistema de injeção. Variam também em formato físico e materiais, além das especificações técnicas como, por exemplo, pressão de trabalho, vazão e formato do jato.

Curiosidade: ainda que os motores a diesel trabalhem de forma diferente, seus injetores podem ser surpreendentemente semelhantes aos dos motores a gasolina ou etanol.

Componentes Internos

Os injetores de motores ciclo Otto tendem a ser compactos e não oferecem possibilidade de reparo interno, ou seja, demandam substituição do injetor completo.

Em contrapartida, os injetores de diesel, especialmente da linha pesada, normalmente são maiores e permitem a substituição de componentes internos.

Ilustração de um injetor de combustível em corte com seus componentes.
Injetor de combustível em corte

Em contraste com a variedade de modelos, a maioria dos injetores possuem componentes em comum. Dentre eles estão:

  • Filtro de entrada: retém partículas que possam estar no combustível, com a finalidade de evitar entupimentos;
  • Válvula: normalmente montada em uma haste, controla a passagem de combustível conforme comando do sistema de injeção;
  • Mola: responsável por manter a válvula fechada quando não há acionamento.

Como se Controla o Injetor de Combustível?

É hora de falar sobre o acionamento, de fato um dos fatores determinantes para o formato dos injetores. O método de controle é também diretamente ligado ao nível tecnológico utilizado pelo sistema de injeção instalado.

Acionamento Mecânico

Foto de um injetor de combustível mecânico do sistema Lucas FI, dos anos 60.
Injetor de combustível mecânico do sistema Lucas FI, dos anos 60

Os sistemas de injeção de combustível mais antigos tinham acionamento totalmente mecânico, assim como seus injetores. Nestes sistemas, a pressão do combustível exerce força mecânica superior à da mola do injetor e, dessa maneira, abre a válvula para a injeção ocorrer.

Acionamento Elétrico com Solenóide

Foto de diversos modelos de injetores de combustível elétricos com solenóide.
Injetores de combustível elétricos com solenóide

Já nos sistemas eletrônicos, o módulo de gerenciamento envia um sinal elétrico para o injetor, com o fim de efetuar a injeção do combustível. Este sinal chega no solenóide, bobina que transforma a energia elétrica em força eletromagnética capaz de vencer a mola e, dessa forma, abrir a válvula.

Acionamento Piezoelétrico

Por fim, o mais recente método de acionamento é o piezoelétrico, que oferece maior precisão e velocidade de resposta. Baseia-se no princípio da piezoeletricidade, característica elétrica de certos materiais que faz com que sofram deformação sempre que atravessados por uma corrente elétrica.

Foto em corte do injetor de combustível piezoelétrico.
Injetor de combustível piezoelétrico em corte

Acontece assim: o injetor conta com uma câmara cheia de combustível, que atua como amplificador hidráulico. Interagindo com este compartimento, uma coluna de pastilhas piezoelétricas recebe o sinal elétrico e dilata, por isso gerando uma força. A multiplicação desta força excede a da mola, assim fazendo com que a válvula se abra.

Os Diferentes Tipos de Injeção

Além do método de acionamento, outra importante variação que ocorre nos injetores é na forma de entrega do combustível ao motor. Na injeção direta, a pulverização ocorre diretamente na câmara de combustão, ao contrário da injeção indireta, que acontece no coletor de admissão. Há ainda veículos que combinam ambos os sistemas, desse modo neutralizando as desvantagens de cada um.

Injeção Direta

O injetor de injeção direta enfrenta alguns problemas específicos por causa de sua montagem diretamente na câmara de combustão do motor. Primeiramente, a mola precisa de uma carga muito elevada para manter a válvula fechada com a enorme pressão resultante da combustão. Em segundo lugar, as temperaturas altas demandam materiais especiais para resistir ao calor e manter a precisão de operação. Um terceiro problema é o espaço físico restrito, pois na câmara de combustão já estão as válvulas e, nos motores Otto, a vela de ignição.

Ilustração em corte de motor equipado com injeção direta de combustível
Ilustração em corte de motor equipado com injeção direta de combustível

Embora trabalhe com condições severas, a ausência de dutos para o combustível percorrer até a câmara de combustão na injeção direta traz algumas vantagens:

  • A injeção ocorre efetivamente no momento em que o módulo comanda;
  • A pulverização é a mais próxima do ideal;
  • O melhor controle possível permite outros modos de injeção.

Porém, os motores equipados com injeção direta têm algumas desvantagens:

  • É mais comum sofrerem com o acúmulo de carbonização nas válvulas;
  • O custo e a complexidade de fabricação e de manutenção são maiores.

Injeção Indireta

O injetor de injeção indireta pulveriza o combustível no coletor de admissão ou, em sistemas mais antigos, no corpo de borboleta. Isto faz com que ele enfrente pressões e temperaturas menores, possibilitando o uso de molas de menor carga, materiais mais simples e, sobretudo, econômicos. Mesmo sendo o sistema mais popular, a injeção indireta está perdendo espaço para que os motores consigam atender às normas de emissões de poluentes atuais.

Ilustração em corte de motor equipado com injeção indireta de combustível.
Ilustração em corte de motor equipado com injeção indireta de combustível

Em virtude de terem os injetores instalados no coletor de admissão, os motores equipados com injeção indireta de combustível possuem algumas vantagens:

  • Baixo custo e maior simplicidade, comparado à injeção direta;
  • A passagem do combustível pelas válvulas diminui o acúmulo de carbonização nas sedes.

Mas as mesmas características que proporcionam as vantagens se tornam desvantagens:

  • O combustível chega atrasado em relação ao comando do módulo de injeção por causa dos dutos de admissão.
  • O combustível entra em contato com as paredes dos dutos e se acumula no coletor, escorrendo para a câmara de combustão. Como resultado, o controle de combustível se torna impreciso, elevando o consumo e as emissões.

Funções Adicionais do Injetor de Combustível

Com o intuito de atender à crescente necessidade de melhor desempenho dos motores, os injetores passaram a incorporar outras funções. Assim, trazem maior versatilidade e facilitam a instalação de dispositivos que auxiliam no controle pelos módulos eletrônicos.

Aquecimento do Combustível

Foto de um injetor de combustível com sistema de aquecimento.
Injetor de combustível com sistema de aquecimento

Uma destas funções aquece o combustível na partida do motor, com efeito o colocando acima do ponto de fulgor, temperatura mínima necessária para a combustão. Sua instalação no injetor dispensa componentes externos usados anteriormente, como o tanque de partida a frio ou as velas aquecedoras.

Sensor de Pressão do Combustível

Diagrama de um injetor de combustível com sensor de pressão.
Diagrama de um injetor de combustível com sensor de pressão

Da mesma forma, alguns injetores possuem sensor de pressão de combustível, algo de suma importância especialmente nos sistemas de injeção direta. Com ele o módulo de injeção faz o monitoramento da pressão na linha de combustível, facilitando o autodiagnóstico e o controle da alimentação.

Defeitos Comuns do Injetor de Combustível

Depois da explicação teórica, vamos então apresentar um exemplo prático da importância do injetor para o motor dos veículos equipados com injeção eletrônica. Assim sendo, traremos um artigo da série Dica Rápida Doutor-IE, que conta sobre um defeito desvendado pelos especialistas do nosso suporte técnico.

Estudo de Caso

O veículo chegou na oficina parceira com dificuldade para entrar em funcionamento pois, ao tentar dar a partida, o motor girava mas não pegava. Investigando o defeito, o reparador constatou que os injetores não recebiam pulsos controle durante a partida o que, de fato, impedia o motor de funcionar.

Posteriormente, verificando com o scanner, nosso parceiro observou que o código de falha P167A ficava gravado na memória do módulo eletrônico do motor. Assim, consultou a Plataforma Doutor-IE, que tem uma lista completa de DTCs genéricos e proprietários, e concluiu que ele se refere a um dos injetores.

Dica: a DoutorIE disponibiliza consulta gratuita aos códigos genéricos no portal Código de Falha.

Dica Rápida Doutor-IE

Ainda em dúvida, o cliente entrou em contato com o suporte da Doutor-IE para que recebesse auxílio no diagnóstico do defeito. Baseado no código de falha observado, a princípio o especialista responsável pelo caso solicitou a verificação via scanner da pressão de combustível de cada injetor.

Constatou-se assim que o injetor do cilindro 1 informava o valor máximo de pressão possível, algo incoerente com o regime normal de funcionamento. Por isso, orientou-se o cliente a desligar o injetor 1 e, ao tentar dar a partida, o veículo entrou em funcionamento com os demais cilindros.

A explicação é que, com a informação incoerente de pressão, por estratégia de segurança a central de injeção suspendia o controle dos injetores. Desligando o injetor defeituoso, a central passa a receber os valores corretos dos outros injetores e volta a controlá-los normalmente.

Outros Problemas Comuns

Foto comparativa entre injetores com pulverização boa e ruim.
Comparação da pulverização entre injetores bons e ruins

Os injetores contam com elementos que fazem a dispersão do combustível, de acordo com o formato do spray determinado no projeto. Por isso, partículas e impurezas contidas no combustível, oriundas do armazenamento e transporte, podem provocar obstrução dos canais e dispersores. Isto prejudica a pulverização, sendo de fato o defeito mais comum encontrado nos centros de reparação e oficinas.

Foto de injetor de combustível com problema de estanqueidade.
Injetor de combustível com problema de estanqueidade

Além disso, os injetores trabalham com líquidos de elevado teor corrosivo, que podem provocar degradação dos componentes internos. O desgaste da válvula ou da mola, por exemplo, pode ocasionar falta de estanqueidade. Lembrando que o injetor trabalha principalmente fechando a passagem de combustível, vazamentos causam descontrole da mistura, atrapalhando no desempenho do motor.

Ocorrem também outros defeitos como a queima do atuador elétrico. Nesse caso a válvula pode travar fechada, impedindo o funcionamento do respectivo cilindro ou, conforme a estratégia da injeção, do motor todo. Por outro lado, ela pode também travar aberta. Isto é ainda mais danoso, pois o fluxo irrestrito de combustível pode causar danos mecânicos ao motor, o chamado “calço hidráulico”.

Possíveis Sintomas e Códigos Relacionados

Em conclusão a este artigo, seguem alguns dos sintomas mais comuns observados quando há defeitos no injetor de combustível. Vamos também apresentar alguns códigos de falha OBD genéricos que podem aparecer como resultado de problemas dos injetores.

Sintomas Observados

  • Dificuldade em se dar a partida do motor;
  • Falhas durante o funcionamento do motor;
  • Detonação;
  • Marcha lenta irregular ou em rotação muito alta;
  • Motor acelerando sozinho;
  • Aceleração hesitante ou com “buracos”;
  • Consumo elevado de combustível;
  • Luz de advertência do sistema de injeção acesa ou piscando;
  • Vazamentos de combustível.

Alguns Códigos de Falha Relacionados

  • P0201 – Injetor 1 de Combustível do Cilindro 1. Circuito aberto.
  • P0261 – Injetor 1 de Combustível do Cilindro 1. Curto-circuito ao negativo (Cylinder 1 Injector Circuit Low).
  • P0300 – Falha de combustão em cilindros múltiplos ou aleatórios (Random/multiple cylinder misfire).
  • P2148 – Grupo 1 de Injetores de Combustível – Circuito de Alimentação. Curto-circuito ao positivo.
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