Como funciona a injeção

O VAZ-21214 de injeção monoponto usa um sistema de origem GM: um único injetor por cima da borboleta, um computador (ECM) que decide quanta gasolina injetar e quando fazer saltar a faísca, e uma ignição sem distribuidor. Não há afinações de mistura nem de ponto a fazer — o ECM mede, calcula e corrige sozinho. Esta página explica o que existe no carro e a lógica do sistema, para que o diagnóstico e as reparações façam sentido.

O objetivo: mistura 14,7:1 e catalisador feliz

O catalisador de três vias só converte bem os três poluentes (hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de azoto) se a mistura andar muito perto da relação estequiométrica, entre 14,6:1 e 14,7:1 (partes de ar por parte de gasolina). Com mistura pobre sobra oxigénio e os óxidos de azoto não são reduzidos; com mistura rica falta oxigénio para queimar o CO e os hidrocarbonetos. É por isso que todo o sistema gira à volta de manter essa relação, usando a sonda lambda como “fiscal”.

Gasolina com chumbo e silicones

Gasolina com chumbo destrói rapidamente o catalisador e a sonda lambda. Vedantes de juntas do tipo “silicone que cura ao ar” com muito silício volátil também envenenam a sonda (os vapores chegam à combustão pela ventilação do cárter). Mistura muito rica durante muito tempo pode sobreaquecer o catalisador e entupir o monólito cerâmico.

O que o ECM lê e o que comanda

Entradas (o ECM lê)	Saídas (o ECM comanda)
Posição e regime da cambota (via módulo de ignição)	Injetor (largura do impulso)
Pressão absoluta no coletor (MAP)	Relé da bomba de gasolina
Temperatura do líquido de refrigeração	Avanço da ignição e tempo de carga das bobinas
Temperatura do ar de admissão	Válvula de controlo do ar de ralenti
Posição da borboleta (TPS)	Eletroválvula de purga do canister
Oxigénio nos gases de escape (sonda lambda)	Relé do aquecedor do coletor
Tensão do sistema elétrico	Relé da embraiagem do compressor do A/C
Velocidade do veículo	Luz CHECK ENGINE e saída de dados (ALDL)
Pedido de ar condicionado
Potenciómetro de ajuste de octano

Entradas e saídas do ECM da injeção monoponto.

O ECM tem diagnóstico integrado: quando deteta uma avaria acende a CHECK ENGINE e memoriza um código de dois algarismos (ver códigos de avaria). Na maioria das avarias passa a usar valores de substituição e o carro continua a andar quase normalmente — a luz acesa não obriga a parar de imediato, mas convém investigar cedo.

Onde fica cada coisa

• ECM — no habitáculo, do lado do condutor, atrás do revestimento lateral inferior junto aos pés. O calibrador (PROM) fica dentro dele, sob uma tampa de acesso.
• Ficha ALDL (diagnóstico) — no habitáculo.
• Caixa de fusíveis e relés da injeção — sob o painel de instrumentos, do lado do condutor. O maxi-fusível do aquecedor do coletor fica junto ao ECM. Detalhes em fusíveis e relés.
• Unidade de injeção monoponto (modelo 700) — ao centro do coletor de admissão, no lugar do carburador. Inclui injetor, regulador de pressão, TPS e válvula de ralenti.
• Aquecedor do coletor — no fundo do coletor, mesmo por baixo da unidade de injeção.
• Sensores do motor — MAP (com tubo de vácuo para a unidade de injeção), temperatura do líquido, sensor da cambota (à frente do motor, junto à extremidade da cambota), sonda lambda (no coletor de escape) e potenciómetro de octano, no compartimento do motor. O sensor de temperatura do ar está enroscado na parte de baixo da caixa do filtro de ar.
• Módulo de ignição direta e bobinas — num conjunto aparafusado ao bloco; o suporte deste módulo é também o ponto de massa principal da cablagem de gestão.
• Sensor de velocidade — no veio de saída da caixa de transferência, onde liga o cabo do velocímetro.
• Bomba de gasolina — dentro do depósito, acessível por uma tampa sob a alcatifa da zona de carga (banco traseiro rebatido).
• Filtro de gasolina — no compartimento do motor, por baixo da roda sobresselente.
• Canister — ver nota sobre a localização em componentes.

Para cada componente em detalhe (valores de teste, sintomas, códigos), ver componentes.

Como o ECM calcula a gasolina: regime e densidade

Este sistema não tem medidor de caudal de ar. Usa o método regime–densidade (speed-density): se souber a que rotação o motor gira e quão denso está o ar no coletor, consegue calcular quanto ar entra em cada ciclo — e daí quanta gasolina é precisa.

A parte “inteligente” foi feita em fábrica. Um motor 1,7 L completo foi ensaiado em banco dinamométrico em todas as combinações de regime e carga, registando regime, pressão no coletor e temperatura do ar. Daí saíram tabelas de rendimento volumétrico (quanto o motor realmente “respira” face ao teórico, o que depende de árvore de cames, válvulas, coletores, escape…). Essas tabelas estão gravadas no ECM e valem para qualquer motor igual ao ensaiado.

Em funcionamento, o ECM junta três sinais:

1. Regime — vem do sinal de referência da cambota enviado pelo módulo de ignição. É o sinal mais importante: sem ele não há impulsos de injeção e o motor não trabalha.
2. Pressão absoluta no coletor (MAP) — mais pressão = mais ar = mais gasolina. Borboleta toda aberta põe o coletor perto da pressão atmosférica; desaceleração com borboleta fechada dá pressão muito baixa.
3. Temperatura do ar — à mesma pressão, ar frio é mais denso e leva mais oxigénio.

Os restantes sensores servem para afinar a mistura e para outras funções. A mesma lógica explica por que o motor “perde força” em altitude ou num dia quente: há menos oxigénio por litro de ar.

O injetor e a largura do impulso

A pressão da gasolina no injetor é mantida constante pelo regulador (cerca de 190–210 kPa; ver especificações). Assim, a quantidade injetada depende só de quanto tempo o injetor fica aberto (largura do impulso, em ms, visível no TECH 1) e de quantas vezes abre. Impulso mais longo = mistura mais rica.

• Injeção síncrona (a normal): um impulso de injeção por cada impulso de referência da cambota — duas vezes por volta, num motor de quatro cilindros.
• Injeção assíncrona: impulsos extra, independentes da cambota (até um a cada 6,25 ms), usados sobretudo quando o pedal é carregado de repente — o equivalente eletrónico da bomba de aceleração do carburador.

Modos de funcionamento

Arranque

Ao ligar a ignição, o ECM liga a bomba durante dois segundos para pressurizar o sistema e lê a temperatura do líquido para escolher a mistura de arranque. Se o motor de arranque não rodar nesse tempo, desliga a bomba e espera pelos impulsos da cambota. O modo de arranque mantém-se até o regime passar 420 rpm.

Desafogamento

Se o motor estiver afogado (velas molhadas), rode-o com o acelerador a fundo. Com a borboleta acima de 85 % e o regime abaixo de 420 rpm, o ECM injeta uma mistura muito pobre — cerca de 26:1, impulsos de cerca de 2 ms — para limpar o excesso de gasolina.

Dica

Não arranque com o pedal a fundo num motor que não está afogado: a mistura de desafogamento pode ser pobre de mais para pegar, sobretudo a frio.

Malha aberta

Logo acima de 420 rpm o ECM calcula a injeção sem usar a sonda lambda, só com regime, MAP, temperatura do ar, temperatura do líquido e TPS. A mistura pode ser diferente de 14,7:1 — a frio, por exemplo, é mais rica.

Passa a malha fechada quando se verificam todas estas condições:

1. A sonda lambda dá uma tensão variável (está quente e a funcionar).
2. Líquido de refrigeração acima de 32 °C.
3. Passou o tempo mínimo desde o arranque: 5 minutos se o líquido estava abaixo de 18 °C no arranque, 6 segundos se estava acima de 75 °C (valores intermédios entre os dois).

Malha fechada

O cálculo de base é o mesmo, mas agora o ECM usa o sinal da sonda lambda para corrigir continuamente a largura do impulso e manter a mistura entre 14,6:1 e 14,7:1. Em malha fechada, a tensão da sonda oscila várias vezes por segundo acima e abaixo do limiar rico/pobre.

Enriquecimento na aceleração

Quando a borboleta abre depressa e a pressão no coletor sobe, o ECM alonga os impulsos e, se o pedido for grande, mete impulsos assíncronos entre os normais. É só transitório — dura enquanto a borboleta se move.

Enriquecimento de potência

Com borboleta muito aberta e o regime adequado, o ECM entende que o condutor quer potência máxima: enriquece para cerca de 12:1 e ignora a sonda lambda (que, naturalmente, diria “rico”). O estado deste modo aparece no TECH 1.

Empobrecimento na desaceleração

Ao fechar a borboleta em desaceleração, a gasolina que fica nas paredes do coletor faria disparar as emissões. O ECM deteta a borboleta a fechar e a pressão no coletor a cair e encurta os impulsos. A válvula de ralenti ajuda, deixando entrar mais ar nesta fase.

Corte na desaceleração

Em desacelerações a partir de velocidade elevada, com mudança engrenada e embraiagem engatada, o ECM pode cortar a injeção por completo durante períodos curtos. Corta quando se verificam todas as condições:

1. Líquido acima de 44 °C.
2. Regime acima de 3150 rpm.
3. Velocidade acima de 42 km/h.
4. Borboleta fechada.
5. MAP abaixo de 24 kPa (sem carga).
6. A relação regime/velocidade indica que há uma mudança engrenada.

Retoma a injeção logo que qualquer destas acontece: regime abaixo de 2100 rpm; velocidade abaixo de 42 km/h; borboleta aberta pelo menos 2 %; MAP acima de 25 kPa; ou queda muito rápida do regime (embraiagem carregada).

Corte por excesso de regime e com ignição desligada

• Acima de 6500 rpm a injeção é cortada para proteger o motor; regressa abaixo de 6300 rpm.
• Com a ignição desligada não há injeção (evita que o motor continue a trabalhar por autoignição). Sem impulsos da cambota também não há injeção.

Correção pela tensão da bateria

Com tensão baixa, a faísca enfraquece e o injetor demora mais a abrir. O ECM compensa:

• aumenta o tempo de carga das bobinas se a tensão for inferior a 12 V;
• sobe o ralenti e alonga os impulsos do injetor se a tensão descer abaixo de 8 V.

Correções adaptativas (aprendizagem)

O ECM “aprende” com a experiência e guarda correções que aplica ao cálculo de base. Há duas camadas, ambas expressas em percentagem (0 % = sem correção; positivo = mais gasolina; negativo = menos):

	Correção em malha fechada (curto prazo)	Correção memorizada (longo prazo)
O que faz	Reage de imediato à sonda lambda	Absorve desvios persistentes da correção de curto prazo
Quando atua	Só em malha fechada	Sempre (malha aberta e fechada), mas só aprende em malha fechada
Gama normal	−20 % a +20 %	−10 % a +10 %
Limites calibrados	−54 % a +63 %	−38 % a +50 %

Logo após o arranque (malha aberta) a correção de curto prazo está a 0 %. Durante enriquecimento de aceleração, enriquecimento de potência e corte na desaceleração, o ECM também a fixa em 0 %, para não “aprender” mal com misturas que são intencionalmente ricas ou pobres.

Exemplo: se o tubo de retorno ficar esmagado e a pressão de gasolina subir, a mistura fica rica. A correção de curto prazo desce logo (por exemplo para −15 %) e pode ir até −54 %. A memorizada, mais lenta, vai descendo aos poucos (por exemplo −5 % de cada vez) e pode estabilizar em cerca de −25 %, com a de curto prazo de volta a 0 %. Se ambas chegarem aos limites, o ECM conclui que perdeu a capacidade de corrigir: acende a CHECK ENGINE, memoriza o código 44 (pobre) ou 45 (rico) e volta a malha aberta. Depois da reparação, o ECM acaba por reaprender os valores normais.

As células da memória

A correção memorizada não é um número único. Está dividida em células por zona de carga (MAP) e de regime: dois conjuntos de 16 células — 0 a 15 usados com a purga do canister ativa, 16 a 31 com a purga desligada — e quatro células de ralenti (32 e 33 com purga ativa, 34 e 35 com purga desligada; cada par distingue A/C ligado e desligado). Por exemplo, a 3000 rpm e 60 kPa no coletor o ECM usa a célula 6 ou 22.

Isto ajuda no diagnóstico: se todas as células estão positivas, há uma causa global de mistura pobre (pressão de gasolina baixa, por exemplo); se só as de ralenti ou de carga parcial se desviam, procure causas que atuem nessas condições.

Desligar a bateria apaga a aprendizagem

Todas as células voltam a 0 % quando se corta a alimentação permanente do ECM (por exemplo, ao desligar o cabo negativo para apagar códigos). O carro pode andar menos fino durante algum tempo até reaprender.

Ignição direta com avanço eletrónico

Não há distribuidor. O sistema tem duas bobinas duplas, um módulo de ignição e um sensor da cambota, e funciona por faísca perdida: os cilindros estão emparelhados (1–4 e 2–3) e cada bobina faz saltar faísca nas duas velas ao mesmo tempo — uma no cilindro em compressão (onde a faísca é útil) e outra no cilindro em escape (que quase não consome energia). Não há peças móveis nem afinação do ponto.

Ignição direta: cada bobina dispara as duas velas do par ao mesmo tempo (uma em compressão, outra em escape). Esquema; a posição do entalhe de sincronização é ilustrativa.

O sinal da cambota

A roda de impulsos (relutor) da cambota tem sete entalhes: seis espaçados a 60° e um sétimo a 10° de um deles, que serve de impulso de sincronização. O sensor magnético, a cerca de 1 mm do relutor, gera impulsos que o módulo de ignição converte em um impulso de referência a cada 180° de cambota para o ECM. Pelo intervalo diferente, o módulo reconhece o entalhe de sincronização; o 2.º impulso depois dele dispara a bobina 2/3 e o 5.º dispara a bobina 1/4.

Quem controla o ponto

Entre o módulo de ignição e o ECM há quatro fios: referência da cambota, massa de referência, comando bypass e saída do avanço eletrónico (EST).

• Abaixo de 500 rpm (arranque) o ponto é controlado pelo módulo de ignição (modo bypass), com avanço fixo dependente só do regime.
• Acima de 500 rpm o ECM põe 5 V no fio de bypass e passa a comandar ele próprio o instante da faísca e o tempo de carga das bobinas, através do fio EST.

O ECM calcula o avanço com regime, MAP, pressão barométrica, temperaturas do líquido e do ar, e posição da cambota. Em termos gerais:

Mais avanço	Menos avanço
Regime elevado	Regime baixo
Tensão MAP baixa (pouca carga)	Tensão MAP alta (muita carga)
Motor frio	Motor quente

Daí que um sinal MAP falsamente baixo, ou um sensor de temperatura com resistência a mais, possa provocar detonação; o contrário rouba desempenho.

Se houver uma avaria nos fios EST ou bypass, o motor continua a trabalhar em modo bypass (avanço fixo do módulo), com menos desempenho e mais consumo, e é registado o código 42.

Ajuste de octano

Um potenciómetro dá ao ECM a indicação de quanto atrasar a ignição para usar gasolina de menor octanagem. De fábrica está regulado para 0° de atraso (gasolina de alta octanagem). A regulação faz-se com o TECH 1 em modo próprio e só se justifica em caso de detonação ou de uso previsto de gasolina de baixa octanagem: por exemplo, se o avanço total num ponto de funcionamento for 35° APMS, regular para −8° deixa-o em 27°. A gama vai de 0 a 8° de atraso. Procedimento em procedimentos; avarias no circuito dão o código 54.

Aquecedor do coletor de admissão

Uma resistência elétrica no fundo do coletor, mesmo por baixo da unidade de injeção, aquece a admissão com o motor frio: a gasolina evapora melhor, distribui-se melhor pelos cilindros e o motor anda melhor a frio com menos emissões. O elemento tem coeficiente de temperatura positivo — a resistência sobe com a temperatura —, por isso limita a sua própria corrente. Ao ligar pode puxar até 60 A durante alguns segundos, estabilizando em cerca de 20 A. É protegido por um maxi-fusível de 50 A e comandado por um relé (ficha preta) que o ECM liga à massa.

O ECM liga-o quando se verificam todas: líquido abaixo de 65 °C, ar de admissão abaixo de 80 °C e bateria acima de 8 V. Desliga-o se o líquido atingir 65 °C, se a bateria descer abaixo de 6 V ou se o ar passar 80 °C. Também é ligado no modo de diagnóstico.

Valor a confirmar

A descrição geral (p. 1-41) dá 65 °C como limiar de ligação; o quadro de diagnóstico C-9 (p. 2-140) diz que liga abaixo de 63 °C e desliga acima de 65 °C. A própria edição revista (nota D11) indica que não está confirmado qual é o limiar de ligação real nem se existe histerese.

Ar condicionado

O ECM também gere o compressor do A/C: recebe o pedido do interruptor (depois de passar pelos interruptores de pressão e de temperatura), sobe o ralenti através da válvula de ar de ralenti para compensar a carga e só então liga o relé da embraiagem. Pode atrasar ou cortar o compressor com borboleta muito aberta, líquido demasiado quente, carga excessiva, regime demasiado alto ou demasiado baixo, e desliga-o se a tensão da bateria passar 16,9 V.

Sistema de emissões evaporativas (canister)

Os vapores do depósito vão para um canister com carvão ativado, que os retém. Com o motor a trabalhar, o ECM abre uma eletroválvula de purga e a depressão da admissão puxa ar através do carvão, levando os vapores para serem queimados. A válvula é comandada por impulsos de largura variável a 16 Hz, só em malha fechada; quanto mais ar o motor admite, mais purga é permitida. No TECH 1 o ciclo de trabalho vai de 0 % (sem purga) a 100 % (purga máxima).

O ECM só permite a purga com: líquido acima de 80 °C; malha fechada; velocidade acima de 21 km/h (depois de iniciada, mantém-se até descer abaixo de 9 km/h); borboleta aberta mais de 2 % (depois de iniciada, só é interrompida por este critério acima de 99 %).

O sistema inclui ainda, junto ao depósito, separador de vapores, válvula de corte em caso de capotamento e válvulas de controlo e de alívio da pressão do depósito. Avarias na eletroválvula, no canister ou nos tubos (fendidos, trocados, esmagados) causam ralenti irregular e o motor a ir abaixo.

Ventilação do cárter

Ao contrário de outros sistemas, este não mete ar fresco no cárter: limita-se a extrair os gases e vapores de óleo, que passam por um separador de óleo no bloco (junto ao módulo de ignição) e regressam à admissão por dois circuitos:

• Primário — tubo fino até um orifício calibrado na unidade de injeção, sujeito à depressão forte do coletor. Ao ralenti, todos os vapores passam por aqui.
• Secundário — tubo grosso até ao filtro de ar. Com carga elevada ou borboleta toda aberta, é por aqui que passa a maior parte.

Um orifício ou tubo entupido dá: válvula de ralenti com mais passos do que o normal, fugas de óleo, óleo no filtro de ar e formação de lamas no motor.

Filtro de ar termostático

A caixa do filtro de ar tem uma comporta comandada por uma cápsula de cera (como a de um termóstato), que mistura ar exterior com ar aquecido junto ao coletor de escape para manter a temperatura de admissão uniforme e evitar gelo na borboleta:

• abaixo de 30 °C a comporta fecha a entrada de ar exterior — só entra ar quente;
• acima de cerca de 55 °C só entra ar exterior;
• entre 30 °C e 55 °C mistura os dois.

Avarias típicas: tubo de ar quente solto, mola ou cápsula sem funcionar, comporta presa, falta do vedante entre filtro e unidade de injeção ou filtro mal fixo. Sintomas: hesitação durante o aquecimento; e, se a comporta não abrir o ar exterior, falta de potência, resposta lenta ou detonação com o motor quente. A verificação está em procedimentos.

Fontes

• Manual de Oficina — Injeção Monoponto Niva (VAZ, agosto 1995, tradução PT revista), pp. 1-1 a 1-3 (pág. 6–8 do PDF): descrição geral e catalisador.
• Idem, pp. 1-8 a 1-19 (pág. 13–24 do PDF): ECM, calibrador e sensores.
• Idem, pp. 1-20 a 1-25 (pág. 25–30 do PDF): sistema de alimentação, unidade de injeção e válvula de ralenti.
• Idem, pp. 1-26 a 1-34 (pág. 31–39 do PDF): cálculo por regime e densidade, modos de funcionamento e correções adaptativas.
• Idem, pp. 1-35 a 1-44 (pág. 40–49 do PDF): canister, ignição direta, aquecedor do coletor, A/C, ventilação do cárter e filtro de ar termostático.
• Idem, p. 2-14 (pág. 63 do PDF): localização dos componentes; p. 2-140 (pág. 189 do PDF): quadro C-9 e nota D11; pp. 2-146 e 2-147 (pág. 195–196 do PDF): quadro C-15 (octano); p. 3-18 (pág. 214 do PDF): localização do ECM.