Sistema de Ignição Dinâmica dos Motores de Combustão Interna

Depois da formação da mistura, esta deve ser queimada no tempo de combustão. Nota-se que nos motores de combustão interna a mistura deve ser queimada em um determinado momento quando o pistão está em torno do ponto morto superior (pms) de compressão. O sistema que fornece a centelha para combustão no momento adequado à carga de funcionamento do motor chama-se sistema de ignição. Este sistema funciona com um conjunto de componentes elétricos e eletromecânicos, que são capazes de fornecer uma tensão alta suficiente para superar a resistência elétrica do ar misturado com combustível dentro da câmara de combustão. Originalmente este sistema funcionava através de um distribuidor e platinado, pelo que era chamado de sistema de ignição dinâmica. E é deste sistema que abordaremos nesta matéria.

Componentes

• Bateria;
• Comutador da chave
• Bobina;
• Distribuidor;
• Vela de ignição.

Bateria

É o componente que armazena e fornece energia elétrica para todos os dispositivos elétricos do veículo. Este componente será melhor explicado em uma matéria dedicada somente a ele.

Comutador da chave

Componente que ativa a linha 15 do chicote elétrico do veículo. Esta linha 15, quando ativada, envia tensão 12v para diversos componentes do veículo. Um destes componentes é a bobina, no qual uma das extremidades de seu enrolamento primário está ligado a linha 15. Quando giramos a chave, damos partida no motor e este entra em funcionamento, a linha 15 permanece ativada.

Bobina:

Sua função é receber a tensão elétrica de 12v proveniente da bateria e transformar em uma elevada tensão para fazer saltar a faísca entre os eletrodos da vela ignição. Seu invólucro é feito em materiais plásticos, e seus componentes internos feitos em materiais metálicos de alta permeabilidade magnética.

A bobina funciona recebendo a corrente que flui da bateria pela linha 15(pós-chave) até uma das extremidades do enrolamento primário. A outra extremidade do enrolamento primário está ligada ao platinado do distribuidor.

Quando o platinado está fechado, o circuito bateria-primário-negativo encontra-se fechado, circulando corrente com tensão 12 V da bateria pelo enrolamento primário. Isso gera um campo magnético no enrolamento primário.

No momento em que o platinado abre, o circuito bateria-primário-negativo é subitamente interrompido. Assim, o campo magnético no enrolamento primário caí de seu valor mais elevado para zero, essa alteração no primário gera um campo magnético mais potente no enrolamento secundário. Por indução, uma corrente de alta-tensão (30.000 V) é gerada no enrolamento secundário, que é enviada por um cabo de alta-tensão e isolado para o distribuidor.

Componentes da bobina

• Núcleo
• Enrolamento primário;
• Enrolamento secundário;
• Terminais do enrolamento primário;
• Terminais do enrolamento secundário.
  

Núcleo

Feito com um conjunto de lâminas de liga de ferro-silício, possui alta permeabilidade magnética. Sua função é facilitar a indução de corrente elétrica entre os enrolamentos da bobina;

Enrolamento primário

Trata-se de um conjunto espiras feitas em cobre, possuem bitola maior em relação ao enrolamento secundário, mas com menor número de espiras em relação ao mesmo. O enrolamento primário recebe tensão 12v da bateria por uma de suas extremidades, pela outra está a ligação negativa proveniente do platinado do distribuidor;

Terminais do enrolamento primário

São dois pinos dispostos na parte externa da carcaça da bobina, estão indicados pelos símbolos (+) e (-). Ao pino positivo é ligado o fio proveniente da linha pós-chave (linha 15), e ao pino negativo é ligado o fio proveniente do platinado do distribuidor, e deste temos o negativo da bateria;

Enrolamento secundário

Também feito de cobre, o enrolamento secundário é um conjunto de espiras de bitola menor que a mesma do enrolamento primário. Porém estão dispostas em maior quantidade. A tensão no enrolamento secundário é enviada ao distribuidor por um cabo de alta-tensão com isolante. Para que a tensão no enrolamento secundário seja suficientemente grande para fazer salta a faísca entre os eletrodos das velas, três fatores são importantes: O número de espiras, que no enrolamento secundário é da ordem de milhares, enquanto que no enrolamento primário é da ordem de centenas; a rapidez de desaparecimento do fluxo magnético do enrolamento primário, e este dependente do abrir e fechar do platinado; além da intensidade do fluxo magnético propiciada pela tensão 12v da bateria;

Terminal do enrolamento secundário

É o terminal central da bobina, também é maior que os terminais do enrolamento primário. Nele é encaixado o cabo que conduz a alta-tensão para o distribuidor;

Distribuidor

É um componente eletromecânico responsável por distribuir para as velas de ignição, de acordo com a sua ordem de ignição, a tensão necessária para fazer saltar a faísca entre os eletrodos das mesmas e assim efetuar a queima do combustível. A estrutura do distribuidor é constituída de partes metálicas (alumínio) e material isolante.

O distribuidor pode ser acionado pelo comando de válvulas, ou pelo eixo virabrequim, neste caso é necessário a utilização de um eixo intermediário entre o eixo do distribuidor e o virabrequim com a finalidade de reduzir a rotação transmitida pela metade. Dependendo do projeto do motor, o distribuidor pode vir instalado na lateral ou na parte superior do motor.

Componentes do distribuidor

• Corpo;
• Tampa;
• Rotor;
• Eixo de cames;
• Avanço centrífugo.

Corpo

Feito em liga de alumínio, o corpo do distribuidor serve de alojamento para a sessão de baixa tensão, ou seja, no distribuidor está aparafusado a mesa e seus dispositivos, o platinado e o capacitor;

Tampa

Fabricada em material altamente isolante, a tampa do distribuidor possui a função de alojar os cabos de vela e da bobina de ignição. Estes cabos se ligam a contatos metálicos internos da tampa que recebem a tensão proveniente da bobina de ignição;

Rotor

Montado no eixo do distribuidor, o rotor é quase todo feito em material isolante possuindo apenas uma pequena parte metálica que serve com o condutor elétrico. O rotor possui em sua parte superior uma pequena chapa de cobre que se estende do seu centro até sua extremidade. A parte da chapa que se encontra no centro do rotor, permanece em contato com um bastão de carvão disposto no centro da tampa do distribuidor. Este bastão recebe os pulsos de alta-tensão da bobina, e por estar bastante próximo do rotor a parte metálica deste, conduz o pulso elétrico da bobina e o distribui para os cilindro a medida que o rotor gira solidário ao eixo. Não existe contato entre o rotor e os terminais da tampa do distribuidor, mas sim uma folga pequena o suficiente facilitar a transferência dos pulsos de alta-tensão da bobina para as velas. Quando o rotor gira, a corrente procedente do bastão de carvão atravessa o eletrodo metálico e salta, sob forma de faísca, para cada um dos terminas das velas;

Eixo de cames

Com a função de acionar o platinado, o eixo de cames é composto pelo seu eixo com um came com ressaltos. O número de ressaltos é o mesmo número de cilindros. Além disso o eixo de cames possui instalado em sua parte inferior, o avanço centrífugo.

Por acionar o platinado, fazendo-o abrir e interromper o fluxo de corrente para o enrolamento primário da bobina, o eixo de cames acaba determinando o momento em que o enrolamento secundário enviará os pulsos de alta-tensão para o distribuidor.

O eixo de cames é montado sobre o eixo de acionamento do distribuidor, com uma pequena folga sobre este em relação ao sentido de giro. Esta folga é utilizada pelo avanço centrífugo para adiantar o ponto de ignição em relação ao ponto normal.

Avanço centrífugo

Possui a função de alterar o ponto de ignição do motor de acordo com a rotação do mesmo. Está instalado sobre o eixo do distribuidor, e é responsável por fazer o eixo de cames variar o acionamento do platinado. O avanço centrífugo é formado por sua mesa, e dois pesos metálicos em forma de meia-lua. Uma das extremidades dos pesos se ligam através de molas a sapata do eixo de cames, e a outra, a um pino fixo a mesa de modo que o peso possa realizar pequenos movimentos semicirculares. A medida que o eixo de cames gira, a força centrífuga empurra os pesos para fora, de modo que estes são segurados pela força da mola que os liga a sapata. Isso faz com que o eixo de came adiante seu acionamento ao platinado, ou seja, adiantando a ignição. Quando a rotação do motor reduz, a força da mola se sobrepões a força centrífuga e puxa os peso para o centro da mesa novamente, o que retorna o eixo de cames para a posição inicial e consequentemente a ignição;

Eixo do distribuidor

Também chamado de árvore do distribuidor, possui a função de receber a rotação do eixo do comando válvulas ou de uma árvore intermediária, sendo esta rotacionada pelo virabrequim. É feito de aço e sua extremidade inferior está montada uma engrenagem de aço e dentes helicoidais para transferência da rotação, enquanto que a extremidade superior se encaixa a mesa do avanço centrífugo e em seguida o eixo de cames do distribuidor;

Componentes do Eixo do distribuidor

• Mesa;
• Avanço a vácuo;
• Platinado;
• Capacitor.

Mesa

Possui algumas funções importantes como alojar os platinados, e permitir o avanço da ignição por meio de um dispositivo(avanço a vácuo) ligado a mesa. É composta de duas finas chapas de aço sobrepostas, na qual a chapa superior possui liberdade de giro no sentido do eixo do distribuidor, além de estar ligada ao avanço a vácuo. Os platinados são ligados na mesa tanto na chapa superior quanto na inferior. Quando o avanço a vácuo puxa a parte superior da mesa, essa se desloca adiantando a abertura do platinado;

Avanço a vácuo

Trata-se de um componente destinado a garantir o adequado avanço de ignição de acordo com a carga do motor. É composto de um invólucro feito em aço, internamente está separado em duas câmaras por um diafragma. Em uma câmara está ligado uma mangueira de borracha que o conecta com o carburador, mais precisamente um pouco acima da borboleta de aceleração.

Enquanto que na outra câmara, uma haste metálica ligada a parte central do diafragma é projetada para fora do invólucro e penetrando dentro do distribuidor por um orifício. Esta haste é aparafusada a parte móvel da mesa do distribuidor.

Quando a borboleta do carburador abre, a depressão criada suga o ar atmosférico para dentro da câmara, essa depressão também age no lado do diafragma que está em contato com o carburador, fazendo o diafragma se flexionar e puxar sua haste, esta por sua vez movimenta a parte móvel da mesa do distribuidor e avança a abertura do platinado.

Cessada a grande depressão, uma mola garante o retorno do diafragma a sua posição inicial, e consequentemente a haste, o motor então volta a trabalhar com o ponto normal.

Platinado

Basicamente a função do platinado é interromper o fluxo de corrente elétrica para o enrolamento primário da bobina. O tempo em que o platinado permanece aberto depende da velocidade do motor(Rpm), e através de dispositivos centrífugo e a vácuo o momento ideal de interrupção do fluxo de corrente é garantido.

Consiste de dois suportes, sendo um fixado à mesa e um móvel, e um contato de platina fixado em cada suporte. O suporte móvel é acionado pelo eixo de cames, cujo os ressaltos fazem interromper o contato entre os platinados, e está ligado ao borne negativo da bobina de ignição. Enquanto o suporte fixo, está ligado a massa.

Os platinados são abertos todas as vezes que os ressaltos do came passam pelo suporte móvel, os ressaltos empurram o suporte móvel e interrompem momentaneamente o fluxo de corrente para o enrolamento primário. Após a passagem do ressaltos, o suporte móvel volta a sua posição de repouso, fechando o circuito de corrente para o enrolamento primário novamente.

Capacitor

A interrupção da corrente no enrolamento primário deveria cessar de imediato, no entanto um fenômeno ocorre em decorrência da súbita interrupção da corrente, e esse fenômeno tende a estender a duração do campo magnético no enrolamento primário.

O nome desse fenômeno é autoindução, e consiste de uma indução nas próprias espiras do enrolamento primário, gerando uma corrente elétrica nele mesmo e mantendo ativo o campo magnético no enrolamento primário.

Mas, diferente da corrente proveniente da bateria, essa nova corrente elétrica possui uma tensão de seis a dez vezes maior. Esta tensão gera uma destruidora faísca nos platinados, e prejudica a vida útil do mesmo. Então para absorver essa alta-tensão, é utilizador um capacitor.

Também chamado de condensador, tem forma cilíndrica e geralmente é encaixado na parte externa do distribuidor. Mas o capacitor está mesmo é ligado em paralelo com o Platinado e desempenha uma função bastante importante no processo de ignição: Acelerar a velocidade de queda do campo magnético do enrolamento primário.

Dentro de seu invólucro estão duas minúsculas armaduras isoladas entre si por um isolante dielétrico, além disso esse invólucro serve como massa e o que séria o borne positivo, é um pequeno fio ligado ao platinado móvel.

Funcionamento do distribuidor

Ao girar a chave no comutador, em outras palavras, estamos selecionando a linha na qual a bateria enviará sua corrente com tensão 12v. Comumente chamada de linha 15 entre a maioria das montadoras, esta está ligada a diversos componentes do veículo e seu motor, e um deles é o borne positivo da bobina de ignição.

Como o motor encontra-se ainda desligado, o eixo de cames do distribuidor não está acionando o platinado, e este permanece em repouso fechando o circuito para o enrolamento primário da bobina. Este é energizado pela tensão da bateria e cria um campo magnético em torno de suas espiras.

Girando ainda mais a chave, é alcançada a posição que ativa o motor de partida, o motor gira, consequentemente gira o eixo de cames do distribuidor. O platinado abre quando o ressalto do eixo de cames empurra o suporte móvel do platinado, isso interrompe o circuito do enrolamento primário da bobina gerando a indução de um campo magnético muito mais forte nas espiras do enrolamento secundário.

A rapidez dessa interrupção do circuito do enrolamento primário é garantida por um capacitor ligado em paralelo com o platinado, quando este abre o capacitor carrega-se com a alta-tensão gerada pelo fenômeno de autoindução, e quando o platinado fecha novamente o capacitor descarrega. O forte campo magnético no enrolamento secundário gera um corrente de tensão muito superior à da bateria, essa tensão é enviada ao distribuidor por um cabo blindado de alta-tensão que está ligado a tampa do distribuidor. Dentro do distribuidor com o eixo de cames, gira o rotor.

O rotor possui uma chapa metálica disposta do seu centro até a sua extremidade, como o rotor fica muito próximo aos contatos dos cabos da bobina e das velas ligados ao distribuidor, uma faísca elétrica salta do cabo da bobina para a parte central do rotor, e desta uma nova faísca saltará para o contato da vela referente ao tempo de ignição.

A alta-tensão da bobina chega as velas passando pelo distribuidor e cabos de vela, nas velas a tensão é grande o suficiente para fazer salta uma faísca entre os eletrodos da vela. Finalmente a combustão da mistura ar/combustível é desencadeada e o motor entra em funcionamento.

Vela de ignição

Devido à complexidade deste componente, este componente está explicado em um artigo próprio.

Entendendo o ponto de ignição

O momento em que a vela de ignição dispara a centelha entre seus eletrodos é chamado ponto de ignição. Trata-se de um importante ajuste feito nos motores para que ele tenha um desempenho adequado a sua proposta de uso. O ponto de ignição está relacionado com o ponto morto superior de compressão, brevemente antes ou depois deste a centelha é disparada. Quando o ponto de ignição ocorre antes do ponto morto superior, dizemos que o ponto está adiantado, em contrapartida quando o ponto de ignição ocorre após o ponto morto superior, dizemos que o ponto está atrasado.

Embora simples, a definição do ponto de ignição envolve alguns fatores importantes como mistura ar/combustível, rotação e enchimento do cilindro, e impacta em fatores não menos importantes como torque, emissões e consumo.

Ao adiantar o ponto de ignição, estamos fazendo com que o sistema de ignição solte a faísca brevemente antes do pms, assim conseguimos extrair do motor maior potência com um menor consumo de combustível, seria perfeito, mas o contrário ocorre com as emissões de poluentes que aumentam consideravelmente, em especial o dióxido de carbono. Além disso, o motor fica mais exposto a detonações, o que é extremamente prejudicial ao motor.

De maneira análoga, o ponto de ignição atrasado não extrai do motor sua melhor performance, mas reduz emissões e aumenta a temperatura dos gases de escape. Este último ponto é um pouco mais delicado, pois o aumento da temperatura desses gases também danifica o motor.

A medida que o motor aumenta sua velocidade (RPM), temos um maior enchimento do cilindro e uma maior velocidade da frente de chama. Assim é preciso que o ajuste do ponto acompanhe a carga e a velocidade na qual o motor está sendo submetido. Também temos a qualidade da mistura ar/combustível, rica ou pobre requer alterações no ponto de ignição. Mas de modo geral, os motores trabalham com um pequeno adiantamento do ponto, para que a centelha ocorra logo antes do pms e a combustão atinja o pistão em seu movimento de decida, isso favorece o torque do motor. Alterações na rotação e carga requerem umas alterações no ponto de ignição, ainda mais adiantado (mistura pobre, súbita aceleração, baixas cargas) ou menos adiantado e atrasado(altas rotações, misturas ricas e alta carga), por isso o sistema de ignição precisa dos dispositivos de avanço a vácuo e centrífugo.

Bibliografia

• CHOLLET, H. M., Curso Prático e Profissional para Mecânicos de Automóveis: O motor e seus acessórios, Lausanne, Hemus, 1996. 402;
• SENAI, Série Metódica Ocupacional.