Módulos de Injeção Eletrônica: Compreendendo a Tecnologia de Gerenciamento

A Eletroeletrônica tornou-se o Alicerce de todo conjunto motriz, e possui a responsabilidade pela perfeita funcionalidade de um veículo. O interesse de uma grande parte dos Profissionais Automotivos pela Eletrônica Embarcada é algo digno e louvável, e instruí-los devidamente sobre tal segmento é a melhor forma de incentivá-los quanto ao aprendizado contínuo.

 As inovações constantes e desenfreadas ocorrem de forma tão rápida e superam nossas capacidades de imaginá-las. Enquanto buscamos compreender um determinado sistema, é certo que, naquele mesmo momento, um Grupo de Engenheiros e Doutores estão estudando formas de aperfeiçoar o que, aos nossos olhos já é perfeito. Quanto ao Profissional da Reparação torna-se necessário acompanhar tais tendências, seja através de Reciclagens Técnicas, Pesquisas, Estudo de Materiais e outros meios de mantermos nosso Conhecimento atualizado.

Devemos ter a conscientização de que “Oficina Mecânica” se trata de uma designação que não mais se adequa aos estabelecimentos de Manutenção Automotiva, devido vários fatores. Entre eles, o Termo “Oficina”, originado do Latim “opificium”, refere-se a um local onde realizam-se consertos de forma manual ou artesanal, e isso não condiz com a metodologia de um Reparador. Por último, a designação “Mecânica”, apesar de tratar-se de uma atividade primordial nos estabelecimentos, trata-se de uma descrição incompleta sobre um estabelecimento de Reparação Automotiva, uma vez que a Eletrônica está cada vez mais presente, e deve ser tratada com igual importância.

O único pré-requisito em adquirir um determinado conhecimento, é realmente desejarmos aprender, afinal o Conhecimento está disponível a todos.

A Unidade de Comando de um Sistema de Injeção Eletrônica, é o “motor por detrás” de toda arquitetura eletrônica do Motor. Responsável por receber informações através dos Sensores, processá-las e distribuir tarefas aos demais Atuadores.

O primeiro sistema de injeção lançado no Brasil, no final dos anos 80, foi o “famoso” Le- Jetronic da Bosch, um sistema multiponto, comandado por uma Unidade de Comando Analógica. Desde então houve uma “avalanche” de novos Sistemas, entre eles Jetronic, Motronic e Monomotronic (Bosch), G6/7, Microplex, IAW (Magneti Marelli), EEC-IV e EEC-V (FIC), Multec (Delphi), Simos (Siemens), Digifant, entre outros. E com isso a família foi expandida, com diversos outros sistemas.

Exceto o Le-Jetronic, os demais Módulos de Injeção Digital possuem duas memórias essenciais, ou seja, a memória RAM e a EPROM.

CONHECER, COMPREENDER E DOMINAR

No decorrer das últimas décadas, as tendências tecnológicas, de forma desenfreada, requerem ações por parte do corpo de Profissionais, e a reciclagem técnica não se trata mais de uma ação propriamente para diferenciar alguns Reparadores em relação aos demais, muito pelo contrário. A especialização Profissional deixou de ser um “Luxo” e tornou-se requisito obrigatório para nos mantermos “VIVOS” no mercado e, principalmente, a fim de manter nosso Profissionalismo inquestionável, sob o ponto de vista dos Proprietários. Reparação Automotiva é e sempre será um dos poucos ofícios em que atividades de natureza mecânica nunca deverão ser subestimadas, entretanto tal Tendência Tecnológica, ao fundir-se com a Eletroeletrônica Embarcada, deu origem a vastas possibilidades de um crescimento tecnológico em prol de adventos positivos dos Veículos Automotores, além de demonstrar preocupação benéfica para com o Meio Ambiente, através da redução de Poluentes.

Capacitar adequadamente um Profissional da Reparação quanto às mais recentes Tecnologias Eletroeletrônicas expressa a devida consideração para com a imensa capacidade de tais Profissionais em se adequarem às novas tendências, além do que podemos assegurar aos Proprietários de Veículos que os mesmos estarão sempre em boas mão.

ADQUIRINDO CONHECIMENTOS PARA APLICÁ-LOS À PRÁTICA

Tendo em vista a necessidade de Profissionais Especializados em Eletrônica Embarcada Automotiva, todo incentivo é válido, e todo esforço por parte do Profissional em se aperfeiçoar de forma contínua torna-se um requisito cada vez mais importante no segmento de reparação. Portanto, tudo que é em prol de nosso aperfeiçoamento Profissional, é de vital importância para atuarmos com excelência em nosso segmento automotivo.

Assuntos de tal magnitude merecem uma abordagem cuidadosa, e o mais completa possível, portanto tal material trata-se apenas da primeira parte. A compreensão sobre Memórias abrirá horizontes de aprendizagem entre vocês, portanto a dedicação é a chave do segredo.

MICROCONTROLADOR

Microcontroladores (foto 1) são usados em diversos sistemas embarcados, inclusive automotivos. Os Microcontroladores são relevantes devido ao custo-benefício apresentado, visando funções como controlar digitalmente dispositivos e processos. Seu número de funções é extenso e sua empregabilidade 100% vantajosa.

De forma diferente da programação para microprocessadores, que em geral contam com um sistema operacional e um BIOS, desenvolver sistemas com Microcontroladores requer um sistema operacional específico chamado RTOS.

Responsável pela execução das instruções num sistema, o microprocessador, escolhido entre os disponíveis no mercado, determina, em certa medida a capacidade de processamento do computador e também o conjunto primário de instruções que ele compreende. O sistema operativo é construído sobre este conjunto.

Por sua vez o Microprocessador subdivide-se em várias unidades, trabalhando em altas frequências. Possui uma Unidade Lógica Aritmética, chamada de ULA, que embora seja a essência de uma Central de Gerenciamento, um Microprocessador possui capacidades inferiores à de um Microcontrolador. Um Microprocessador possui memória, dispositivos de entrada/saída, controladores e conversores de sinais, entre outras funções, possíveis de serem programadas para serem executadas ou não, e quando for conveniente. Cada um desses circuitos de apoio interage de modo peculiar com os programas e, dessa forma, ajuda a moldar o funcionamento do Sistema Veicular, como um todo.

A memória Flash, pertencente aos Microcontroladores, é escrita Byte a Byte, porém pode ser apagadas por blocos, além disso é importante saber que tal memória pode ser apagada e escrita um número limitado de vezes, já que tais procedimentos reduzem a vida útil dos Microcontroladores.

MEMÓRIA RAM

Armazena dados de acessos aleatórios, guardando parâmetros enviadas pelos sensores para que o Processador da unidade realize os algoritmos matemáticos e distribua tarefas ao restante do sistema. Essa memória também pode guardar informações sobre as condições do sistema através de códigos de defeitos. A memória RAM pode ser testada, o que justifica a existência de uma linha de alimentação 30.

MEMÓRIA EPROM

Trata-se de uma Memória de Leitura Programável, e nesta memória estão armazenadas todas as parametrizações do motor. É considerada por muitos como uma Memória exclusiva para leitura, mas isso não condiz com a realidade, uma vez que seja por meios de Linguagens de Programação ou Equipamentos que se “infiltram” no “coração do sistema”, é possível alterar o seu conteúdo, mesmo sem um conhecimento específico.

A grande vantagem de  um sistema digital é a sua capacidade de armazenar dados numa memória EPROM e depois  compará-la  com os sinais enviados pelos sensores. Se algum valor estiver fora dos parâmetros, a Unidade de Comando entra em fase de adaptação, buscando corrigir os códigos incoerentes. Em paralelo, é gravado um código de falha na Memória RAM, e o condutor é informado que existe alguma falha no sistema de injeção. 

MEMÓRIA EEPROM E MEMÓRIA FLASH

A memória EEPROM trata-se de um tipo de memória na qual algumas informações devem ser salvas, mesmo com a alimentação sendo interrompida. Porém pode ser lida, escrita e apagada inúmeras vezes. Atualmente a Memória EEPROM está sendo substituída pala Memória Flash, devido seu maior espaço de armazenamento, além do seu custo-benefício.

MEMÓRIAS EEPROM E FLASH VERSUS MEMÓRIA EPROM

A diferença entre EPROM e EEPROM está na maneira que as memórias são programadas e reprogramadas. A EEPROM pode ser programada e apagada usando emissão de elétrons de campo (mais comumente conhecida na indústria como “tunelamento de Fowler-Nordheim”).

A EPROM não pode ser apagada da mesma maneira, e são programadas através de um mecanismo conhecido como HCI, aplicado na sua porta flutuante. A exclusão das informações sobressalentes é realizada através de uma fonte de luz ultravioleta aplicada em um respectivo orifício, embora na prática, muitas EPROMs são encapsuladas em plástico que é opaco a luz UV, inviabilizando uma segunda programação. Já a memória Flash adota um estilo de programação híbrida e seu processo de Reset se baseia no mesmo processo de uma EEPROM.

REGULADOR DE TENSÃO

Um regulador de tensão (foto 2) é um dispositivo, geralmente formado por semicondutores, por circuitos integrados reguladores de tensão, que tem por finalidade a manutenção da tensão de saída de um circuito eletrônico. Sua função principal é manter a tensão produzida pelo Alternador dentro dos limites suportáveis. Em qualquer regulador de tensão, sua alimentação deve ser sempre superior à sua tensão de regulagem nominal. Isso se deve ao fato que, se tensão de alimentação for inferior à nominal do CI Regulador, este perde sua funcionalidade e transforma-se em um circuito sem qualquer tipo de controle sob a corrente tensão que percorrem o mesmo.

Equivocadamente, alguns imaginam que o regulador de tensão efetua suas funções em tensões entrantes acima e abaixo de sua tensão nominal, porém os reguladores são eficazes apenas quando a tensão de entrada é superior à sua tensão de regulagem. Em um Painel de Instrumentos, o regulador mantém a tensão máxima dentro dos limites estabelecidos por cada fabricante para alimentação de todo o circuito. Deste modo, se o alternador ou a bateria passarem a fornecer uma tensão superior à suportada pelo circuito eletroeletrônico do veículo, o regulador faz a devida redução desta tensão para dentro dos valores aceitáveis. No entanto, se a bateria ou o alternador enviarem ao circuito uma tensão, por exemplo de 10 Vcc ao invés de 12 Vcc, a regulagem para 5 Vcc não ocorrerá e a alimentação do sistema se dará exatamente com a tensão de entrada, ou seja, 10 Vcc.

Uma determinada Unidade de Controle pode possuir dois ou mais reguladores de Tensão, dependendo da Potência demandada, além dos diferentes valores de Tensão de Alimentação dedicados aos Microcontroladores, Microprocessadores e Transistores e Amplificadores Operacionais. 

PROCESSADOR DE PROTOCOLOS CAN

 

Trata-se de um Circuito Integrado dedicado a enviar e receber informações do sistema como um todo. Seu funcionamento pode ocorrer de modo normal ou em modo de espera.

Quando em Modo Normal (foto 3), o mesmo assume o valor “Baixo”, ou CAN-Low. A entrada de dados Binários em seu Circuito Integrado ocorre de forma Binária (representada por 1 e 0), porém são configurados em um segundo formato que possibilite maior agilidade no Processamento. Ao enviar dados aos demais sistemas, ocorre o processo inverso e a transmissão também se dá por pacotes binários. Para que seja realizada a conversão de tais dados os Circuitos Integrados possuem Módulos MUX e DEMUX (Multiplexadores e Demultiplexadores, respectivamente).  

Já no Modo de Espera (foto 4), o Transmissor e o Receptor permanecem desativados, porém um receptor de baixa potência se encarrega de monitorar os dados, via uma linha serial de dados de saída (TXD) e uma linha de entrada de dados (RXD).

O transceptor é ligado às linhas do barramento pelos seus dois terminais de barramento CAN-HIGH e CAN-LOW, que proporcionam ao sistema a capacidade ininterrupta de receber e transmitir dados no modo diferencial, mesmo quando a Linha CAN encontra-se no Modo de Espera.

PROCESSADORES DE PROTOCOLOS LIN

O LIN-Bus (Local Interconnect Network) é um padrão de comunicação veicular lançada em 1999. O LIN bus é um sistema de Protocolos de Dados considerado lento e utilizado como uma opção barata para sub-redes de da Linha CAN, prioritariamente em sistemas que não requerem considerável velocidade de transmissão. O protocolo LIN é composto por LIN-Master e LIN-Slave. 

Os dados são transmitidos de forma serial, com oito bits de dados e com um único bit de início e de parada, e nenhum bit de paridade. A taxa de bit varia na faixa de 1 kbaud até 20 kbaud. Os dados no barramento são divididos em pacotes de nível alto e pacotes de nível baixo. O tempo de envio e recebimento de informações normal é considerado pelo Clock do LIN-Master. Seu barramento pode atingir dois estados, sendo eles, Sleep (Hibernado) e Active (Ativo). O Protocolo LIN é um protocolo de comunicação serial projetado para controlar componentes eletrônicos mais simples do veículo, como por exemplo sistemas de Conforto e Entretenimento. As principais vantagens do protocolo LIN são o Baixo custo, Comunicação por um único fio de 12 Vcc e a não necessidade de cristais com frequências superiores a 20 Kilobit/s. Até o início dos anos 2000 veículos Europeus possuíam em sua maioria linhas de Comunicação como K-Leitung e L-Leitung, nas quais os Barramentos CAN eram aplicados somente em Sistemas Injecionados, Freios e Airbags.

SENSOR PIEZELÉTRICO – SINAL DE “CLOCK”

Em Eletrônica Embarcada, principalmente, tratando-se de Centrais de Gerenciamento que fazem uso de circuitos digitais síncronos, o Clock (em Inglês, Relógio) trata-se de um sensor piezelétrico, contendo em seu interior um cristal com uma frequência de ressonância fixa, cujos impulsos servem para manter o tempo de processamento de um ou mais sistemas o mais preciso possível. Podemos comparar sua função a de um “Maestro diante de sua Orquestra”, ditando para que todos atuem no mesmo ritmo e tempo. Um sinal de Clock oscila entre os estados alto e baixo, normalmente usando um Duty Cycle de 50%, e gerando uma onda quadrada, e apesar de sua frequência variar de um modelo para outro, no caso de Sistemas Automotivos oscilações de 5 MHz são o mais comum.

CIRCUITO INTEGRADO AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Apesar de tal designação mostrar-se um tanto que abstrata, tal componente eletrônico (foto 5) possui vital importância no funcionamento dos demais pertencentes à um Circuito impresso. 

De forma clara e sucinta, tal componente possui inúmeras aplicações, desde estabilizar sinais, gerar frequências, converter sinais analógicos em digitais, e vice-versa, gerar formas de ondas, amplificá-las e atenuá-las. 

AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Na figura acima (foto 6) nota-se a existência de Vcc- e Vcc+, e seria normal haver questionamentos sobre não haver um terminal de Ground. Mas tratando-se de um Amplificador Operacional, trata-se de uma situação totalmente normal e justificável. Tal Circuito Integrado é alimentado com uma Tensão Simétrica, e não necessariamente com um Positivo e um Ground, conforme abaixo (foto 7):

 Portanto é primordial, ao diagnosticarmos uma Placa Impressa, possuirmos conhecimento suficiente dos componentes sob análise.

Na segunda parte desse Material, abordaremos a realização de testes diferenciados, baseados em Conceitos realizados pela Engenharia de Desenvolvimento, mas explicados de forma clara e compreensível.

Fonte: Oficina Brasil. Por: Leandro Almendro Zamaro.

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