Funcionamento e detalhes da Válvula de Recirculação dos Gases de Escape EGR

No sistema EGR (Exhaust Gases Recirculation) uma válvula está encarregada de liberar ou bloquear o fluxo dos gases de escapamento para o coletor de admissão. É o principal componente do sistema, pois restringe ou libera o fluxo de recirculação dos gases de escapamento para o motor, e por consequência, influenciando na carga do motor.

Existem dois tipos de válvula EGR utilizados atualmente, a principal diferença entre ambas está sua forma de controle, pois algumas não são diretamente controladas pela ECU. Nesses caso existe um atuador “fornecedor de vácuo” para a válvula EGR funcionar, e este sim, é controlado pela ECU. Os dois tipos de válvula EGR são:

  • Válvula EGR pneumática;
  • Válvula EGR eletrônica.

Válvula EGR pneumática

Este tipo de válvula funciona a partir da diferença de pressão entre as duas câmaras internas formadas durante o seu funcionamento, e geralmente são controladas indiretamente pela PCM, pois dependem de um atuador fornecedor de vácuo. As válvulas pneumáticas possuem as seguintes variações:

  • Diafragma único;
  • Diafragma duplo e contrapressão positiva (positive backpressure);
  • Diafragma duplo e contrapressão negativa (negative backpressure);

Válvula EGR pneumática de diafragma único

Este é o tipo mais antigo e simples. Basicamente ela consiste de um diafragma ligado a um eixo com uma válvula cônica em sua ponta. O diafragma da válvula a divide em duas câmaras, superior e inferior.

Na câmara superior existe uma uma mola em cima do diafragma e um tubo de “fonte de vácuo”, que liga a válvula ao coletor de admissão do motor.

O eixo metálico e a válvula cônica se movimentam de forma a liberar ou cessar o fluxo de gases para o coletor de admissão.

O controle de vácuo desta válvula pode ser feito por um interruptor térmico, ou por um atuador solenoide controlado pela PCM.

Durante o funcionamento do motor, quando a PCM determina o momento em que a válvula EGR deverá estar aberta, seja ativando um atuador solenoide, ou através da temperatura do motor, na qual um interruptor térmico evita que seja fornecido vácuo para a válvula EGR em momentos não propícios (motor frio).

Quando aberta a passagem de vácuo, a depressão no coletor de admissão afeta o diafragma da válvula, que começa a se levantar. Em determinado momento, a depressão do coletor consegue superar a tensão da mola, então o deslocamento do diafragma puxa a haste metálica, e junto com ela a válvula cônica. Com isso a passagem dos gases de escape é liberada para o coletor de admissão.

Quando o fornecimento de vácuo para a válvula EGR cessa, a força da mola volta a se sobrepor e empurra o diafragma de volta para a sua posição de repouso, logo o eixo metálico com a válvula cônica desce e fecha a passagem de gases de escape para o coletor de admissão.

Válvula EGR de diafragma duplo e contrapressão positiva

Esta válvula EGR possuí­ dois diafragmas, ou apenas um, imprensado entre duas placas gerando um efeito de diafragma duplo.

Os diafragmas são denominados superior e inferior. Duas molas fazem parte desta válvula, uma entre os dois diafragmas, e uma acima do diafragma superior.

Internamente a válvula possui dois orifícios, um em cada diafragma. No diafragma superior há um furo central, e no diafragma inferior a um orifício para o ar atmosférico.

Quando for aplicado vácuo pelo tubo fornecedor de vácuo, o ar atmosférico será aspirado do furo do diafragma inferior através do furo central do diafragma superior, mantendo a válvula fechada.

A válvula se divide em dois invólucros, superior e inferior. A porção inferior da válvula possui um eixo metálico com uma válvula cônica em sua ponta. Esta possuí orifícios calibrados, e se move solidá¡ria ao eixo metálico, que é ligado ao diafragma inferior.

Durante o funcionamento do veículo, no momento em que a contrapressão dos gases de escapamento cresce devido ao aumento do regime do motor, os gases percorrem através dos furos da válvula cônica e eixo (oco) o caminho para chegar ao diafragma inferior. A pressão dos gases de escape (pressão positiva) faz o diafragma inferior mover-se para cima, chegando ao ponto de superar a ação da mola entre os diafragmas. Esse movimento fecha completamente o furo central no diafragma superior.

Então, ao estar em contato com depressão através do duto fornecedor de vácuo, o diafragma superior levanta, e com ele a válvula cônica, que sai do seu assento permitindo a passagem dos gases de escape para o coletor de admissão.

Com a depressão do coletor de admissão, a pressão positiva dos gases de escape é reduzida ao ponto da força da mola supera-la, empurrando o diafragma inferior para baixo. O furo central do diafragma superior abre, e o vácuo que está sendo aplicado pelo tubo fornecedor está aspirando novamente o ar atmosférico. Como a parte superior não esta mais completamente fechada, o diafragma superior desce, e com ele a válvula cônica também, fechando a passagem dos gases de escape.

O ciclo se repete sempre que a PCM envia sinal ao atuador que fornece o vácuo para a válvula EGR.

Válvula EGR de diafragma duplo e contrapressão negativa

Ambas válvulas de contrapressão positiva e negativa compartilham algumas semelhanças com relação aos componentes, mas diferenciam-se em funcionamento.

A válvula de contrapressão negativa possui dois diafragmas dentro de seu invólucro, também pode se aproveitar de um sistema de diafragma único, mas imprensado entre duas placas criando o efeito de duas, ou simplesmente possuir dois diafragmas. Configuração definida de acordo com o projeto.

Os diafragmas são chamados de inferior e superior, e ambos possuem molas de controle, sendo em cima no diafragma superior e em baixo no diafragma inferior. Cada diafragma possui também furos, sendo um furo central e um furo em contato com o ar atmosférico para os diafragmas superior e inferior respectivamente.

Os diafragmas, ou as placas com diafragma, dividem a válvula em duas câmaras, superior e inferior, mas é na câmara superior que está o tubo fornecedor de vácuo.

Na porção inferior da válvula EGR existe um eixo metálico fixo a uma placa logo abaixo do diafragma inferior, o eixo está ligado a uma válvula cônica em sua ponta, que possui furos calibrados. Este eixo é oco até o diafragma inferior.

Durante o funcionamento do motor, no momento em que a PCM ativa o atuador fornecedor de vácuo (liberando o fluxo para a válvula EGR), a depressão criada pelo coletor de admissão chega a câmara superior da válvula EGR pelo tubo fornecedor de vácuo.

O diafragma inferior é pressionado para cima por uma mola em baixo dele e fixa a uma placa, fechando a passagem de ar pelo furo central do diafragma superior.

Como a câmara superior esta totalmente selada, o diafragma superior desloca-se para cima, e levanta o eixo oco juntamente com a válvula cônica, ou seja, a válvula EGR está aberta e liberando gases de escape para o coletor de admissão.

A pressão negativa do coletor de admissão desloca-se pelo eixo oco e chega ao diafragma inferior, puxando-o para baixo. Finalmente, quando a depressão vence a força da mola inferior, o diafragma desce abrindo o canal central do diafragma superior. Isso cessa o vácuo na câmara superior, o diafragma superior desce e com ele o eixo oco e a válvula cônica, que assenta em sua sede e fecha o fluxo de recirculação de gases.

A válvula EGR neste momento não sofre mais ação da depressão no coletor de admissão, então a mola inferior volta a agir sobre o diafragma inferior, empurrando-o para cima e fechando o furo central do diafragma superior. Resumindo, a válvula EGR fica em repouso, com a sua porção superior completamente fechada (vácuo) e aguardando a PCM comandar o atuador fornecedor de vácuo para reiniciar o processo.

Válvula EGR eletrônica

Este tipo de válvula, mais simples, precisa e rápida, é controlada diretamente pela PCM, sendo geralmente um solenoide. Ambos os tipos são ativados de acordo com os parâmetros da PCM, no caso, o mapa de injeção que possui as seguintes informações para o controle da válvula EGR:

  • Pressão absoluta no coletor de admissão
  • Posição da árvore de manivelas;
  • Sensor de posição da borboleta de aceleração;
  • Temperatura do motor – ECT.

As válvulas EGR controladas eletronicamente podem apresentar-se dos seguintes tipos:

  • Válvula EGR linear
  • Válvula EGR digital

Válvula EGR linear

Esta é uma das mais eficientes válvulas EGR, seu funcionamento é rápido e preciso, permite que a ECU tenha total controle sobre sua abertura, podendo estar de totalmente fechada (0%) a totalmente aberta (100%).

Tanta precisão resulta em melhor dirigibilidade e menores índices de NOx, se comparando motores iguais com válvulas diferentes.

Basicamente a válvula EGR linear é constituída de três conjuntos principais:

  • Base;
  • Solenoide;
  • Armadura.

A base é constituída por uma placa e junta de vedação. Possui dois orifícios de tamanhos diferentes. O orifício maior é por onde os gases de escapamento adentram na base, o orifício menor é por onde estes saem da base para o coletor de admissão. A vedação da base é garantida pela placa e junta de vedação.

O solenoide é constituído de sua bobina, enrolamento e do sensor de posição da válvula EGR (EVP ou PPS). O sensor é parte integral da válvula EGR Linear, e seus pinos compartilham o mesmo conector. No total são 5 pinos, sendo 3 pinos (massa, alimentação (+) e sinal de posição) do sensor de posição e 2 pinos (sinal (-) e alimentação (+) ligado a um fusível) do solenoide.

A armadura da válvula EGR está contida dentro do solenoide, solidária a ela está um eixo metálico. O eixo desloca-se por dentro da bobina, arruela e mola de retorno. A extremidade do eixo está assentada no orifício menor do conjunto base.

No momento em que o motor está em funcionamento, a PCM, a partir dos dados colhidos dos sensores e dos dados contidos no seu mapa de injeção, determina o momento de abertura da válvula EGR Linear. O pino negativo do solenoide é aterrado dentro da PCM, que envia pulsos negativos para a válvula EGR conforme necessário.

Quando o pulso é enviado, um campo magnético é induzido na bobina, que atrai a armadura levantando-a, e com esta, o eixo, que deixa o seu assento e libera a passagem dos gases de escapamento para o coletor de admissão. Quando os pulsos negativos cessam, o campo elétrico deixa de existir e o eixo desce assentando-se no orifício menor da base (sua sede) e fechando a passagem dos gases de escape.

Válvula EGR Digital

Trata-se de uma válvula mais precisa e rápida, pois permite a PCM uma amplitude maior de controle do fluxo de recirculação dos gases de escape. Existem dois tipos básicos de válvula EGR Digital:

  • Duplo Solenoide (Dual-Solenoid);
  • Triplo Solenoide (Tripe-Solenoid).

A válvula de duplo solenoide, como o próprio nome diz possui dois solenoides, além de duas armaduras, dois eixos e uma base. Para vedação utiliza-se uma placa e uma junta de vedação para garantir que os gases de escape não vazem.

Na base existem dois orifícios de tamanhos diferentes, um maior e outro menor. Com esse conjunto, a válvula de duplo solenoide tem a capacidade de três níveis de fluxo de recirculação. Sendo dois fluxos com um orifício aberto (maior ou menor) e outro com os dois orifícios abertos, onde as capacidades de fluxo se somam.

Os eixos assentam-se na base da válvula, e com sua capacidade giratória vedam com eficiência a válvula quando esta encontra-se desativada, prevenindo contra possíveis vazamentos. Além disso, estão ligados as armaduras e se deslocam dentro de sua respectiva bobina e mola de retorno.

A válvula possuí apenas um pino de alimentação, mas o aterramento de cada solenoide é controlado em separado pela PCM, que pode ativar um ou dois ao mesmo tempo.

Durante o funcionamento, quando a PCM envia pulsos negativos para a válvula, a bobina induz um campo magnético na armadura, que levanta e traz consigo o eixo, a passagem de gases de escape é então liberada para o coletor de admissão. Ao cessar os pulso negativos, a força da mola faz o eixo retornar ao seu assento na base da válvula, vendando a passagem de gases para o coletor de admissão.

A válvula de triplo solenoide funciona da mesma maneira que a duplo solenoide, no entanto a adição de mais um solenoide entrega maior precisão da válvula. São três solenoides, três armaduras, três eixos giratórios e três furos calibrados com dimensões diferentes. Além disso, possui um base com os furos calibrados, com vedação garantida por uma junta que impede o vazamento de gases de escape.

Em relação a válvula duplo solenoide, neste o furo adicional possui dimensão intermediária (em relação aos dois outros furos) e com isso a PCM pode desempenhar sete possibilidades de fluxo para esta válvula EGR. Três dessas, são cada um dos solenoides abertos individualmente, e as outras quatro são combinações entre os furos menor, intermediário e maior, com dois furos abertos e um fechado.

O controle da PCM sobre a válvula é realizado através de pulsos negativos, cada solenoide é controlado separadamente, mas possuem a mesma linha positiva, o sinal negativo é individual. Durante o funcionamento do motor os pulsos negativos são enviados a um, ou dois solenoides diferentes. Então um campo elétrico é gerado na bobina que atrai a armadura do solenoide para cima. Assim, o eixo levanta de sua sede e libera gases de escape para o coletor de admissão. O fluxo varia de acordo com a quantidade e com o tamanho dos furos abertos.

Ao cessarem os pulsos negativos provenientes da PCM, a mola de retorno empurra o eixo para baixo, que se assenta em sua sede e fecha o fluxo de gases de escape para o coletor de admissão.

Manutenção

Problemas com a válvula EGR são basicamente relacionados a mola de retorno, furos calibrados, conector, chicote e PCM. Devido ao contato com os gases de escape, é muito comum que os furos calibrados da válvula EGR fiquem obstruídos, consequentemente o funcionamento da válvula fica comprometido. No caso das válvulas EGR pneumáticas, estas perdem sua eficiência pois uma vez que os furos estejam obstruídos o diafragma inferior não irá reagir a contrapressão, a válvula EGR não irá funcionar. Em válvulas EGR eletrônicas, a obstrução dos furos impede que os gases de escape re-circulem para o coletor de admissão.

As molas de retorno também podem apresentar problemas, a perda da força pode gerar diferentes falhas de acordo com o tipo de válvula EGR. Em válvulas EGR de contrapressão positiva, o enfraquecimento da mola leva a abertura demasiado rápida da válvula; e em válvulas EGR de contrapressão negativa o enfraquecimento da mola leva a não abertura da válvula ou fazendo esta abrir e fechar rapidamente.

Outro modo de falha comumente relacionado a válvula EGR pneumática, é a obstrução, rompimento de mangueiras de vácuo da válvula ou mal funcionamento. Isso resulta na baixa recirculação de gases quando necessário, pois ou as mangueiras de vácuo estão ou obstruídas, ou estão rompidas. Dessa forma a válvula não abre e um código de falha é gerada na PCM, no caso o código P0401, que informa EGR com fluxo insuficiente.

Algumas vezes, a falha não se encontra na válvula, e sim no seu controle elétrico. Neste caso conectores, chicote, PCM e a válvula de controle de vácuo devem ser verificados. Esses problemas, na maioria das vezes, dependem do momento em que a válvula parou de funcionar, se parou totalmente ou parcialmente aberta ou fechada. Os sintomas causados são, luz indicadora de mal funcionamento, oscilações na marcha lenta do motor, detonações, constante desligamento do motor, perda de desempenho (mesmo em WOT).

A causa desses sintomas encontra-se muitas vezes em problemas simples, como chicotes rompidos ou conectores oxidados. Entretanto, em alguns casos a falha pode estar na própria PCM, que pode enviar sinais incorretos ou simplesmente não enviar sinal alguma para a válvula.

O scanner, para esse modo de falha, pode acusar os seguintes códigos:

  • P402 – Fluxo excessivo gases para o coletor de admissão;
  • P409 – EGR Circuito do sensor A;
  • P408 – EGR Circuito do sensor B;
  • P404 – EGR Desempenho do circuito EGR.

Além disso, existe a possibilidade do código P402 vir acompanhado do código P2413, que é um código referente ao baixo desempenho da válvula EGR. Dessa forma, o código P2413 pode aparecer também em casos como válvula EGR defeituosa, linha de vácuo obstruída ou rompida, vazamentos no escapamento e até mesmo um efeito dominó devido a problemas no sensor MAP. Em geral os sintomas são falhas no funcionamento do motor, alterações no consumo de combustível e dirigibilidade comprometida.

Outro código que pode aparecer acompanhado dos códigos acima, é o código P2BAC, que aparece devido a uma detecção de níveis elevados de óxidos de nitrogênio no escapamento (NOx). Entretanto, este código é referente a apenas veículos como motores que funcionam sob ciclo diesel. A PCM registra esse código quando é detectado excesso de NOx no filtro de particulados (CDPF), ou seja, quando este não realizou o processo de regeneração e está saturado, também pode apresentar P2BAC quando a sonda lambda estiver defeituosa.

Os sintomas em motores diesel são os mesmos para motores de ciclo, com o adicional da fumaça preta excessiva.

Para diagnosticar essas falhas, é necessário um multímetro e uma bomba de vácuo. Com o multímetro é possível verificar se a PCM está comandando a válvula corretamente, no caso, se há pulsos de 5 volt, se os fios estão tendo continuidade ao longo de sua extensão ou se curto-circuito. E a bomba de vácuo é útil para simular o funcionamento do motor, criando uma depressão artificial no sensor e verificando com o multímetro a resistência produzida no sensor.

Além, disso é possível realizar verificações livres de ferramentas, como apenas conferir se a válvula EGR está realmente interferindo no funcionamento do motor, bastando desligar e ligar a válvula com o motor ligado. Esse pequeno teste é útil, pois a abertura da EGR gera uma alteração na velocidade do motor (RPM), sendo percebida de imediato.

Referências

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  • Stephen Darby, P2BAC NOx Exceedance – Deactivation of EGR. {online}. Disponível na internet via https://www.obd-codes.com/p2bac. Arquivo acessado em 7 de Abril de 2019;
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