O sistema de ignição de um automóvel consiste numa parte crítica do veículo e onde a eletrônica está presente. Graças a recursos eletrônicos, pode-se obter maior desempenho e menor consumo, com a redução da poluição. Em nosso livro Curso de Eletrônica - Eletrônica Automotiva - Vol 7 - este assunto é analisado de maneira profunda. Este artigo é baseado no texto daquele livro.
Quando a mistura ar-combustível é comprimida no cilindro de um motor, sua queima ou ignição não ocorre espontaneamente.
É preciso que haja uma excitação externa para que isso ocorra. Esta excitação é uma faísca elétrica de alta tensão.
Para que ocorra a ignição precisamos de uma faísca de pelo menos 12 000 volts com correntes de pelo menos 40 a 60 mA. Essa faísca deve ser produzida por uma vela.
A produção da faísca se deve ao que denominamos "rigidez dielétrica do ar". Os isolantes só podem deter a circulação de uma corrente até uma determinada tensão.
Se aplicarmos uma tensão maior do que um determinado valor, o material deixa de ser isolante podendo conduzir a corrente. Salta uma faísca.
Para o ar isso ocorre com uma tensão de 10 000 volts por centímetro. Isso significa que duas esferas separadas de uma distância de 1 cm só podem impedir a circulação da corrente se a tensão entre elas for menor do que 10 000 volts. Acima disso, a faísca salta, conforme mostra a figura 1.
A bateria de um carro atualmente só fornece 12 V, sendo por esse motivo necessário dispor de um sistema que eleve a tensão para os12 000 volts ou mais necessários à produção da faísca.
A faísca é produzida por uma vela, conforme mostra a figura 2.
Os primeiros sistemas eram muito simples, basicamente formados por um circuito elétrico com um transformador (bobina), no entanto, com o tempo esse sistema foi evoluindo e hoje os sistemas de ignição levam muita eletrônica.
No entanto, os sistemas eletrônicos de ignição só serão estudados no próximo capítulo. Neste capítulo vamos nos dedicar ao sistema básico e seus elementos, analisando o seu princípio de funcionamento.
O sistema de ignição do automóvel não tem apenas a função de gerar a faísca de alta tensão necessária a combustão, mas também garantir que isso ocorra no instante certo.
A bobina de ignição
O componente principal do sistema de ignição convencional é a bobina de ignição cuja finalidade é justamente aumentar a tensão de 12 V da bateria para um valor suficientemente elevado que produza a faísca desejada nas velas.
Esta bobina é na realidade um "auto-transformador" que gera de 12 000 a 40 000 volts, dependendo do tipo do carro, e tem seu princípio de funcionamento analisado a seguir. Conforme mostra a figura 3, a bobina é formada por dois enrolamentos: primário e secundário.
Transformadores
Veja mais sobre o funcionamento dos transformadores no nosso livro Curso de Eletrônica - Eletrônica Básica - Vol 1.
O enrolamento primário tem poucas voltas de um fio mais grosso e o enrolamento secundário é formado por milhares de voltas de um fio mais fino.
Na verdade, o enrolamento secundário de uma bobina de ignição chega a ter dezenas de quilômetros de fio esmaltado fino!
A relação entre as voltas do enrolamento primário e do enrolamento secundário determinam a tensão que vai sair no terminal de alta tensão quando aplicamos os 12 V no enrolamento de baixa tensão.
Por exemplo, se o enrolamento primário tiver 100 voltas de fio e o enrolamento secundário 100 000 volta, a tensão ficará multiplicada por 1 000. Assim, aplicando 12 V no primário teremos 12 000 V no secundário, conforme mostra a figura 4.
No entanto, como qualquer transformador, a bobina de ignição é um componente que só funciona quando a corrente nos seus enrolamentos varia.
A bobina não funciona com corrente contínua pura. Se ligarmos o enrolamento primário diretamente à bateria não acontece nada e não saem os 12 000 V no secundário conforme mostra a figura 5.
A indução de uma alta tensão na bobina só ocorre em dois momentos: no momento em que o circuito é fechado e no momento em que o circuito é aberto, conforme mostra a figura 6.
No circuito da ignição do carro, este momento é determinado pela abertura e fechamento do platinado, que funciona como uma chave que liga e desliga a corrente.
Abrindo e fechando, ele determina então o instante em que a alta tensão é gerada e a faísca produzida na vela. Mas, o sistema de ignição não é apenas isso. Vamos fazer uma análise do circuito.
Transformadores comuns
Os transformadores que usamos nas aplicações comuns operam com correntes alternadas, por isso podem ser ligados diretamente aos circuitos, sem a necessidade de ficarem sendo ligados e desligados contantemente.
O teste básico de uma bobina de ignição pode sr feito com o multímetro, medindo-se a continuidade dos enrolamentos. No entanto, não é um teste conclusivo, pois não acusa eventuais curtos. Veja nos livros "Como testar Componentes" mais como fazer o teste de transformadores.
O Circuito Completo
Analisado o funcionamento dos dois componentes principais de um sistema de ignição convencional, podemos ver o funcionamento do circuito completo.
Partimos então do circuito mostrado na figura 7 que corresponde ao sistema de ignição convencional de um carro com motor de 4 cilindros.
Entendendo como este sistema funciona será fácil passar o mesmo princípio para motores com outros números de cilindros.
Analisando o Circuito
Na figura 7 temos então o circuito de um sistema de ignição tradicional com platinado, bobina de ignição, distribuidor e velas
.
Os instantes em que as faíscas nas velas devem ser produzidas é determinado por uma peça excêntrica acoplada ao motor e que comanda o platinado, conforme mostra a figura 8.
Essa peça nada mais do que um interruptor acionado por um excêntrico acoplado ao motor. Quando o motor gira, este interruptor fecha e abre seus contatos, estabelecendo assim uma corrente por um instante.
Assim, num motor de 4 cilindros ou 4 tempos precisamos de 4 faíscas, uma em cada vela, em cada volta do motor. O comando do platinado faz então com que em cada volta do motor ele dê quatro voltas e com isso feche o platinado 4 vezes.
Alta e baixa tensão
Até aqui, o circuito opera com baixastensões (12 V) e altas correntes (alguns ampères). A partior da bobina, o circuito trabalha com altas tensões, de milhares de volts. Cuidado então, pois o choque causado por um contato acidental é desagradável.
Como o platinado está ligado ao primário da bobina de ignição, temos a produção de 4 pulsos de alta tensão a cada volta do motor.
No entanto, estes pulsos devem ser enviados para as velas correspondentes na ordem certa, ou seja, de acordo com o instante em que cada cilindro alcança o grau de compressão ideal para a combustão.
Veja que os cilindros se movem de tal forma que eles atingem esse ponto em instantes diferentes. Isso é dado pela árvore da manivelas (virabrequim).
Para dirigir a alta tensão para a vela correspondentes, entra em ação uma outra peça que também é comandada pelo movimento do motor: o distribuidor.
O distribuidor nada mais é do que uma chave rotativa que gira, fazendo contacto em instantes diferentes com os fios que vão para a vela.
Assim, ele deve estar na posição exata que corresponde a uma determinada vela quando a alta tensão para esta vela é produzida e deve ser enviada a ela, conforme mostra a figura 9.
A alta tensão escapa com extrema facilidade na presença de umidade, daí a necessidade do distribuidor ser muito bem vedado.
Qualquer umidade provoca o escape da alta tensão e a falha do motor. Na figura 10 um distribuidor completo.
O ponto final do sistema é a vela que, ao receber a alta tensão produz a faísca que provoca a ignição da mistura combustível+ar no interior do cilindro. A vela nada mais é do que uma peça que tem dois eletrodos.
Um deles é aterrado (ligado ao bloco do motor) e o outro recebe a alta tensão. Quando isso ocorre, temos uma faísca elétrica.
A queima constante do combustível e a própria alta tensão provocam a corrosão e queima dos contactos da vela que acaba por produzir faíscas menos eficientes.
Nestas condições o motor deixa de ter o rendimento desejado e até falha. na figura 11 temos uma vela comum.
O elemento final deste conjunto básico é o pequeno condensador ou capacitor que é ligado junto ao platinado.
Capacitor ou condensador
Os eletricistas de automóvel antigos chamam erroneamente este componente de consdensador, como os profissionais da eletrônicas mais antigos também o fazíamos. O nome correto do componente é capacitor.
Ele evita que ocorram faíscas na comutação da corrente, o que desgastaria os contactos desta peça e também provocariam ruído elétrico capaz de interferir no rádio.
Já repararam que parando com o rádio AM ligado perto de um carro antigo (anterior à ignição eletrônica) você "ouve" o motor neste rádio? São as interferências provocadas pela corrente no sistema de ignição.
EMI
Uma preocupação muito grande em nossos dias é evitar a irradiação de interferências eletromagnéticas (EMI) por qualquer tipo de equipamento, e isso ocorre no caso dos automóveis.
Sinais gerados pelos sistema elétricos e eletrônicos em veículos podem afetar o funcionamento de equipamentos de comunicações próximos ou instalados no próprio veículo.
Saiba mais sobre EMI no nosso Curso de Telecomunicações - Radio Comunicações- Volume 5 e também no capítulo 12.
Quem Inventou a Vela de Ignição?
De acordo com a Enclopédia Britannica vela de ignição é definida como um dispositivo que fica dentro do cilindro de um motor que possui dois eletrodos separados.
Quando alta tensão é aplicada, ocorre uma descarga, produzindo uma faísca que provoca a ignição da mistura ar-combusível.
A vela foi inventada por Sir Oliver Lodge responsável pelo motor com ignição elétrica. Seus filhos foram além com a idéia criando a Lodge Plug Company que fabricou velas durante muito tempo.
Na década de 1900 o maior produtor de velas era a França com o francês Albert Champion que corria com bicicletas e carros época., sendo responsável pela marca Champion até hoje conhecida.
Em 1904 a fábrica Champion mudou-se para Flint, Michigan - USA dando início a marca AC-Spark Plug Company. O nome Champion, Lodge e outros são ainda hoje associados a marcas de velas.
