Devido à rápida evolução dos motores dos automóveis, além de fatores como controle de emissão de poluentes e economia de combustível, o velho carburador que acompanhou praticamente todo o processo de evolução automotiva, já não supria as necessidades dos novos veículos. Foi então que começaram a ser aprimorados os primeiros sistemas de injeção eletrônica de combustível, uma vez que desde a década de 50 já existiam sistemas "primitivos", para aplicações específicas.
Para que o motor tenha um funcionamento suave, econômico e não contamine o ambiente, ele necessita receber a perfeita mistura ar/combustível em todas as faixas de rotação. Um carburador, por melhor que seja e por melhor que esteja sua regulagem, não consegue alimentar o motor na proporção ideal de mistura em qualquer regime de funcionamento. Os sistemas de injeção eletrônica têm essa característica de permitir que o motor receba somente o volume de combustível que ele necessita.
Mais do que isto, os conversores catalíticos - ou simplesmente catalizadores - tiveram papel decisivo no desenvolvimento de sistemas de injeção eletrônicos. Para que sua eficiência fosse plena, seria necessário medir a quantidade de oxigênio presente no sistema de exaustão e alimentar o sistema com esta informação para corrigir a proporção da mistura. O primeiro passo neste sentido, foram os carburadores eletrônicos, mas cuja difícil regulagem e problemas que apresentaram, levaram ao seu pouco uso.
Surgiram então os primeiros sistemas de injeção single-point ou monoponto, que basicamente consistiam de uma válvula injetora ou bico, que fazia a pulverização do combustível junto ao corpo da borboleta do acelerador. Basicamente o processo consiste em que toda vez que o pedal do acelerador é acionado, esta válvula (borboleta), se abre admitindo mais ar. Um sensor no eixo da borboleta, indica o quanto de ar está sendo admitido e a necessidade de maior quantidade de combustível, que é reconhecida pela central de gerenciamento e fornece o combustível adicional.
Para que o sistema possa suprir o motor com maiores quantidades de combustível de acordo com a necessidade, a linha de alimentação dos bicos (injetores) é pressurizada e alimentada por uma bomba de combustível elétrica, a qual envia doses maiores que as necessárias para que sempre o sistema possa alimentar adequadamente o motor em qualquer regime em que ele funcione. O excedente retorna ao tanque. Nos sistemas single point a alimentação é direta ao bico único. No sistema multi-point, em que existe um bico para cada cilindro, localizado antes da válvula de admissão, existe uma linha de alimentação única para fornecer combustível para todos os injetores.
Seja no caso de sistemas single-point ou multi-point, os bicos injetores dosam a quantidade de combustível liberada para o motor pelo tempo em que permanecem abertos. As válvulas de injeção são acionadas eletromagneticamente, abrindo e fechando através de impulsos elétricos provenientes da unidade de comando. Quando e por quanto tempo devem ficar abertas estas válvulas, depende de uma série de medições feitas por diversos sensores distribuídos pelo veículo. Assim, não são apenas o sensor no corpo da borboleta e a sonda lambda que determinam o quanto de combustível deve ser liberado a mais ou a menos, mas também os itens que se seguem:
UNIDADE CENTRAL DE INJEÇÃO - Também chamado “corpo de borboleta” engloba vários componentes e sensores. Montado no coletor de admissão, ele alimenta os cilindros do motor. Na unidade central de injeção encontram-se a válvula de injeção, o potenciômetro da borboleta, o atuador de marcha lenta, o regulador de pressão e o sensor de temperatura do ar.
SONDA LAMBDA - Funciona como um nariz eletrônico. A sonda lambda vai montada no cano de escape do motor, em um lugar onde se atinge uma temperatura necessária para a sua atuação em todos os regimes de funcionamento do motor. A sonda lambda fica em contato com os gases de escape, de modo que uma parte fica constantemente exposta aos gases provenientes da combustão e outra parte da sonda lambda fica em contato com o ar exterior. Se a quantidade de oxigênio não for ideal em ambas as partes, será gerada uma tensão que servirá de sinal para a unidade de comando. Através deste sinal enviado pela sonda lambda, a unidade de comando pode variar a quantidade de combustível injetado.
SENSOR DE PRESSÃO - Os sensores de pressão possuem diferentes aplicações. Medem a pressão absoluta no tubo de aspiração (coletor) e informam à unidade de comando em que condições de aspiração e pressão o motor está funcionando, para receber o volume exato de combustível.
POTENCIÔMETRO DA BORBOLETA - O potenciômetro da borboleta de aceleração está fixado no corpo da borboleta e é acionado através do eixo da borboleta de aceleração. Este dispositivo informa para a unidade de comando todas as posições da borboleta de aceleração. Desta maneira, a unidade de comando obtém informações mais precisas sobre os diferentes regimes de funcionamento do motor, utilizando-as para influenciar também na quantidade de combustível pulverizado.
MEDIDOR DE MASSA DE AR - O medidor de massa de ar está instalado entre o filtro de ar e a borboleta de aceleração e tem a função de medir a corrente de ar aspirada. Através dessa informação, a unidade de comando calculará o exato volume de combustível para as diferentes condições de funcionamento do motor.
MEDIDOR DE FLUXO DE AR - Tem como função informar à unidade de comando a quantidade e a temperatura do ar admitido, para que tais informações influenciem na quantidade de combustível pulverizada. A medição da quantidade de ar admitida se baseia na medição da força produzida pelo fluxo de ar aspirado, que atua sobre a palheta sensora do medidor, contra a força de uma mola. Um potenciômetro transforma as diversas posições da palheta sensora em uma tensão elétrica, que é enviada como sinal para a unidade de comando. Alojado na carcaça do medidor de fluxo de ar encontra-se também um sensor de temperatura do ar, que deve informar à unidade de comando a temperatura do ar admitido durante a aspiração, para que esta informação também influencie na quantidade de combustível a ser injetada.
ATUADOR DA MARCHA LENTA - O atuador de marcha lenta funciona tem a função de garantir uma marcha lenta estável, não só na fase de aquecimento, mas em todas as possíveis condições de funcionamento do veículo no regime de marcha lenta. O atuador de marcha lenta possui internamente duas bobinas (ímãs) e um induzido, onde está fixada uma palheta giratória que controla um “bypass” de ar. Controlado pela unidade de comando, são as diferentes posições do induzido, juntamente com a palheta giratória, que permitem uma quantidade variável de ar na linha de aspiração. A variação da quantidade de ar é determinada pelas condições de funcionamento momentâneo do motor, onde a unidade de comando, através dos sensores do sistema, obtém tais informações de funcionamento, controlando assim o atuador de marcha lenta.
SENSOR DE TEMPERATURA - Determina o atingimento da temperatura ideal de funcionamento e corrige a quantidade de mistura enviada ao motor.
SENSOR DE VELOCIDADE DO MOTOR - Este sensor determina a que rotação o motor opera instantaneamente. Entre outras razões, geralmente esta leitura é cruzada com a dos aceleradores eletrônicos para determinar a "vontade" do motorista e dosar as quantidades necessárias de mistura, de acordo com as curvas de torque e potência ideais do motor.
A evolução dos sistemas de injeção de combustível, possibilitou não apenas as características e vantagens acima descritas, como também propiciou a incorporação do sistema de ignição. Desta forma os modernos sistemas de injeção, também são responsáveis pelo geranciamento do ponto de ignição. Alguns dos principais itens nesta tarefa, são:
SENSOR DE ROTAÇÃO - Na polia do motor está montada uma roda dentada magnética com marca de referência. A unidade de comando calcula a posição do virabrequim e o número de rotações do motor, originando o momento correto da faísca e da injeção de combustível.
SENSOR DE DETONAÇÃO - Instalado no bloco do motor, o sensor de detonação converte as vibrações do motor em sinais elétricos. Estes sinais permitem que o motor funcione com o ponto de ignição o mais adiantado possível, conseguindo maior potência sem prejuízo para o motor.
BOBINAS PLÁSTICAS - As bobinas plástica têm como função gerar a alta tensão necessária para produção de faíscas nas velas de ignição, como as tradicionais bobinas asfálticas. Dimensões mais compactas, menor peso, melhor resistência às vibrações, mais potência, são algumas das vanta-gens oferecidas pelas bobinas plásticas. Além disso, as bobinas plásticas possibilitaram o aparecimento dos sistemas de ignição direta, ou seja, sistemas com bobinas para cada vela ou par de velas, eliminando dessa forma a necessidade do distribuidor. Com suas características inovadoras, as bobinas plásticas garantem um perfeito funcionamento dos atuais sistemas de ignição, em função da obtenção de tensões de saída mais elevadas.
Vale salientar que tanto para o sistema de injeção, como o de ignição, a lista de componentes (sensores e atuadores), costuma ser um tanto mais extensa e que varia tanto de acordo com o fabricante como também de um modelo para outro. Sistemas mais recentes e sofisticados podem conter mais de uma centena de elementos e realizar outra centena de operações, interagindo com o sistema de ar-condicionado, direção hidráulica, câmbio automático, controles de tração e de estabilidade, entre outros.
O gerenciamento de todas as leituras efetuadas pelos diversos sensores, de forma a determinar basicamente quando e em que quantidades o combustível deve ser fornecido ao motor e, em que momento deve ocorrer a faísca (nos sistemas que incorporam a ignição), fica a cargo da ECU (Eletronic Control Unit), ou Unidade de Controle Eletrônico. Para tanto, utiliza-se de um programa que visa "decidir" o que fazer em cada situação e de acordo com a "vontade" do motorista, visando proporcionar o melhor rendimento possível, dentro de parâmetros adequados de consumo e de poluição.
