Materiais piezoelétricos são elementos naturais (Cristais Piezo elétricos), que têm a capacidade de produzir uma carga elétrica quando são submetidos a um estresse ou pressão mecânica, a qual acabará provocando neles, algum tipo de deformação
artigo por Diego Riquero Tournier fotos Arquivo Bosch
Existem injetores de aplicação em motores Diesel e ciclo Otto que funcionam com um princípio diferente ao conhecido método de ativação por atração magnética, utilizado nos injetores indutivos.
Trata-se dos injetores Piezoelétricos; mas, antes de falar especificamente das caraterísticas construtivas e funcionais deste tipo de injetores, vamos compreender as particularidades dos materiais Piezoelétricos.
Os materiais piezoelétricos são elementos naturais (Cristais Piezo elétricos), que têm a capacidade de produzir uma carga elétrica quando são sometidos a um estresse ou pressão mecânica, a qual acabará provocando neles, algum tipo de deformação.
Na figura 1, é possível ver um gráfico da geração de uma tensão elétrica, a partir da deformação de um cristal piezoelétrico; como resultado desta ação, é gerada uma corrente do tipo alternada.
O gráfico abaixo, corresponde ao comportamento dinâmico de um sensor de detonação automotivo, o qual utiliza a vibração das ondas sonoras, como estímulo para provocar uma deformação nos cristais piezoelétricos, gerando desta forma, um sinal elétrico de tipo analógico o qual posteriormente será interpretado pela central eletrônica (ECU).
Agora analisando a figura 2, podemos ver o comportamento inverso de um conjunto de cristais piezoelétricos; neste caso, quando um cristal piezoelétrico recebe um estímulo gerado pela presença de uma corrente elétrica; se estabelecerá o que poderíamos definir como a relação inversa ao princípio de geração de tensão por deformação mecânica; ou seja, se um cristal piezoelétrico produz uma carga elétrica quando o mesmo for deformado, logo e por efeito inverso, quando o mesmo for estimulado por uma carga elétrica, ele apresentará uma deformação mecânica.
Desta forma, vemos como no circuito simbólico acima, a partir de uma fonte de alimentação (1), a qual alimenta um circuito integrado (IC), será determinando a formação de um pulso elétrico (3), o qual provocará uma deformação mecânica do conjunto de cristais piezoelétricos (2).
A partir desta característica dos materiais piezoelétricos, é possível obter movimentos controlados com extrema precisão e com um tempo de reação muito rápido, sendo estas duas caraterísticas, muito importantes para o acionamento de componentes mecânicos de alta precisão como é o caso dos injetores de combustível.
Na figura 3 acima, é possível ver as caraterísticas construtivas de uma injetor piezoelétrico aplicado em motores Diesel.
Com o número (1), vemos o bico injetor de orifícios múltiplos, o qual fica inserido na câmara de combustão; com o número (2), existe uma mola que tem a função de garantir o retorno mecânico da agulha do bico para sua sede, permitindo manter a completa vedação hidráulica do conjunto.
O princípio de funcionamento de um injetor piezoelétrico de aplicação Diesel continua sendo o mesmo de sempre; ou seja, a injeção do combustível acontece a partir de um desequilíbrio hidráulico interno, provocado por uma fuga controlada de fluido (Óleo Diesel), para o circuito de retorno.
Neste sentido, a servo válvula (3), junto com o modulo hidráulico (4), atuam como amplificadores do movimento mecânico gerado pelo conjunto de cristais piezoeléctricos (5), o qual por sua vez, se deforma a partir da ativação mediante um pulso elétrico.
O conjunto se complementa com a conexão de entrada do óleo Diesel em alta pressão (6), assim como, com a conexão de retorno (7), fundamental para o funcionamento do injetor, já que sem o circuito de retorno, não seria possível provocar o desequilíbrio das pressões internas do conjunto hidráulico, as quais acabaram determinando o deslocamento da agulha de injeção.
Conforme falamos ao começo do texto, os injetores piezoelétricos se aplicam tanto em motores diesel, quanto em motores ciclo Otto; como é possível ver na figura 4, com a representação de um injetor piezoelétrico de aplicação em veículos a gasolina.
A nível da ativação elétrica dos injetores piezoelétricos, a figura acima está mostrando uma caraterística única deste tipo de injetores; trata-se da capacidade de realizar ativações positivas e ativações negativas; mediante este recurso, o cristal piezoelétrico pode sofrer uma deformação em um sentido, para depois se contrair no sentido oposto, conforme a mudança na polaridade de ativação.
Observando o gráfico acima, é possível identificar as duas magnitudes elétricas que conformam o pulso de ativação; por uma lado na cor azul, vemos o gráfico de tensão representado em volts, e por outro lado na cor vermelha, é possível identificar o gráfico de corrente representado em amperes.
Justamente este último, apresenta visivelmente a mencionada variação de um pulso de corrente positivo, para um pulso de corrente negativo.
Está caraterística, permite que a unidade de controle eletrônico do motor (ECU), comande a abertura e o fechamento do injetor, tudo a partir do movimento mecânico do cristal piezoelétrico, função que não seria possível aplicar em um injetor convencional (do tipo indutivo).
A partir desta característica, também podemos concluir que os injetores piezoeléctricos têm polaridade de conexão, não sendo possível inverter os pinos de conexionado, sob o risco de danificar de forma definitiva o injetor.
Na mesma figura 4, podemos ver a possibilidade de realização de injeções múltiplas no mesmo curso do pistão; esta função já estava presente nos injetores indutivos, mas, é muito mais explorada nos injetores piezoeléctricos, já que os mesmos contam com um tempo de resposta muito mais rápido se comparados com os injetores do tipo indutivo, permitindo realizar em algumas aplicações 7 ou 8 injeções no mesmo curso do pistão.
Outras caraterísticas do sinal de ativação estão representadas na figura 5, na qual é possível ver que a tensão correspondente ao pulso de injeção, a qual oscila entre 120 e 150 volts, da mesma forma que, a corrente de ativação, fica na ordem dos 10 Amperes.
Trata-se de valores consideráveis de corrente elétrica, fator que acabará definindo a utilização de perfis específicos de ativação, os quais são cuidadosamente estabelecidos por cada fabricante.
Desta forma, os trabalhos de manutenção (limpeza de injetores), ficam muito restritos para este tipo de injetores, já que, uma ativação externa realizada por um equipamento ou fonte de alimentação que não esteja adequada ao perfil de ativação do injetor, acabará provocando danos irreversíveis ao componente.
Da mesma maneira, os cuidados para a instalação dos injetores piezo elétricos no cabeçote do motor, devem ser realizados seguindo de forma estrita as instruções dos fabricantes, já que, uma simples aplicação de torques incorretos, também poderão causar danos definitivos para este tipo de componentes.
