Common Rail – Tudo o que você precisa

Conheça o sistema Common Rail, o sistema de injeção eletrônica presente em quase 80% dos veículos diesel.

O sistema de injeção Common Rail é uma das tecnologias mais avançadas para motores a diesel. Ele proporciona alta eficiência, economia de combustível e menor emissão de poluentes. Sua adoção em veículos leves e pesados revolucionou o desempenho dos motores a diesel. Neste artigo, vamos explorar a história, o funcionamento, os componentes, os diferenciais, as aplicações, os tipos de sistemas, além das principais falhas e formas de correção.

História do sistema Common Rail

O conceito do Common Rail foi desenvolvido já na década de 1960. No entanto, sua aplicação comercial só começou a ganhar força nos anos 1990, graças ao avanço da eletrônica e da demanda por motores mais eficientes e menos poluentes. Sendo assim, a Fiat foi a primeira montadora a lançar um carro com esse sistema, o Alfa Romeo 156 JTD, em 1997. A partir daí, o Common Rail se tornou um padrão em sistemas de injeção para motores a diesel.

Em suma, Common Rail significa \”trilho comum\” ou \”tubo comum\”. De fato, isso faz referência ao componente que liga todos os injetores. Este componente, chamado Tubo Rail, reserva o combustível em alta pressão e o libera para os injetores conforme a necessidade.

Aplicações do sistema Common Rail

O Common Rail é amplamente utilizado em veículos a diesel, tanto em carros de passeio quanto em caminhões, ônibus, tratores e máquinas agrícolas. Seu uso também se estende a motores estacionários e embarcações, onde o controle preciso de combustível é crucial para maximizar a eficiência e reduzir custos operacionais.

Como funciona o sistema Common Rail

Primeiramente, o combustível é retirado do tanque por uma bomba de engrenagem, a bomba de transferência (também conhecida como bomba de combustível ou bomba de alimentação). Ela transfere o combustível do tanque para a bomba de alta pressão, garantindo um fluxo constante de combustível, porém sem gerar a pressão necessária para o sistema de injeção.

Em seguida, o combustível é enviado para bomba de alta pressão que, por sua vez, aumenta a pressão do diesel a níveis muito elevados. Esse diesel em alta pressão é enviado para o rail que o armazena, servindo como um acumulador ou reservatório de combustível pressurizado. Esse tubo rail se conecta com cada um dos injetores.

Enquanto isso, a ECU (unidade de controle eletrônica) atua com base nos dados coletados por vários sensores espalhados pelo motor (como por exemplo o sensor de posição do virabrequim, sensor de pressão do rail, sensor de temperatura etc.). Assim, ela recebe os sinais desses sensores, compara com os padrões pré-programados e envia novos sinais para os injetores, conforme a necessidade. Dessa forma, ele controla com precisão o momento e a quantidade de combustível que deve ser liberado em cada cilindro.

Fases da injeção de combustível:

Sem dúvida, um dos destaques do sistema Common Rail é que ele permite várias injeções por ciclo de combustão. O que certamente contribui para a eficiência e redução de ruídos e emissões:

• Injeção principal: É a injeção mais volumosa, responsável pela maior parte da combustão e geração de potência.
• Pós-injeção: Por fim, pequenas injeções adicionais podem ocorrer após a injeção principal para ajudar no controle de emissões, especialmente a redução de partículas e óxidos de nitrogênio (NOx).

Componentes do sistema Common Rail

1. Bomba de Alta Pressão: Recebe o combustível do tanque em baixa pressão e comprime a pressões bastante elevadas (geralmente entre 1.000 e 2.500 bar), alimentando o “Rail” em seguida. Entenda melhor sobre o funcionamento da bomba de alta pressão.

2. Tubo Rail (Tubo Distribuidor): Trata-se de um tubo de alta pressão ligado diretamente a todos os injetores. Sendo assim, ele acumula e distribui o combustível em alta pressão para os injetores, garantindo que a pressão se mantenha constante, independentemente do ciclo de injeção. Conheça melhor o tubo rail.

3. Módulo ou Unidade de Controle Eletrônico (ECM ou ECU): Gerencia a quantidade, pressão e o tempo exato da injeção de combustível, otimizando a eficiência do motor. A ECU utiliza sinais enviados por sensores espalhados por várias partes do motor para calcular com precisão a quantidade de combustível necessária.

4. Injetores: Controlam a quantidade e o momento da injeção de combustível diretamente na câmara de combustão. Eles são acionados por sinais eletrônicos enviados pelo módulo de controle do motor. Veja como funciona o injetor Common Rail.

Outros componentes

5. Bomba de transferência: É uma bomba de engrenagem responsável pelo transporte do combustível até a bomba de alta pressão.

6. Válvula reguladora de pressão: Comandada eletronicamente pelo módulo, faz a regulagem da pressão ideal da galeria para os diversos regimes de operação do motor.

7. Válvula de desativação do elemento: Acionado eletronicamente pelo módulo sempre que necessário,

8. Sensor de Pressão da Galeria: Este é um componente essencial que fornece ao módulo a informação sobre a pressão do combustível na galeria. Caso apresente falhas, poderá prejudicar significativamente o desempenho do motor.

9. Sensor de Pressão e Temperatura do Ar: Este sensor fornece ao módulo de controle dados sobre a temperatura e pressão do ar, afetando diretamente o funcionamento do sistema de injeção.

10. Sensor de Fluxo de Massa de Ar: Este sensor mede a quantidade de ar aspirada e envia essas informações ao módulo, permitindo que o comando eletrônico ajuste adequadamente a dosagem de combustível a ser injetada.

11. Sensores de Temperatura: Esses sensores medem várias temperaturas do motor, como do líquido de arrefecimento e do óleo lubrificante. Eles geram um sinal elétrico para a unidade de comando, que afeta diretamente a quantidade de combustível.

12. Sensor de Fase: Esse sensor fornece ao sistema de gerenciamento a fase do motor, identificando qual cilindro está em compressão ou exaustão em um par de cilindros. Sensor de Rotação do Motor: Esse sensor coleta e envia o sinal de rotação do motor para a Unidade de Comando.

Diferenciais do sistema Common Rail em relação a outros sistemas

O principal diferencial do Common Rail em comparação a sistemas de injeção mecânica e outros sistemas de injeção eletrônica é a sua precisão. Enquanto os sistemas mecânicos possuem uma injeção limitada a um momento específico, o Common Rail permite múltiplas injeções por ciclo, chamadas de pré-injeção, injeção principal e pós-injeção. Isso resulta em uma combustão mais controlada, menor emissão de poluentes e maior eficiência no consumo de combustível.

Além disso, o controle eletrônico do Common Rail permite a regulagem precisa da pressão de injeção, independentemente da rotação do motor, o que melhora a resposta e o desempenho, além de reduzir o ruído do motor.

Vantagens do sistema common rail:

• Precisão na injeção de combustível: A alta pressão e o controle eletrônico permitem que o combustível seja injetado no momento exato e na quantidade correta, otimizando a combustão.
• Redução de emissões: Com controle preciso, o common rail ajuda a reduzir a emissão de poluentes como NOx, CO2 e partículas finas.
• Eficiência e desempenho: O sistema melhora a eficiência do motor, resultando assim em maior economia de combustível e potência.
• Menor ruído: A injeção em várias fases, especialmente a pré-injeção, reduz o ruído característico dos motores a diesel.

Pontos fracos

Apesar de suas vantagens, o Common Rail também tem seus pontos fracos, que incluem principalmente a complexidade e o custo de manutenção. Afinal, trata-se de um mais sofisticado que exige componentes mais caros e sensíveis, como sensores de pressão e injetores eletrônicos. Da mesma forma, isso torna os componentes suscetíveis a contaminações no combustível que podem afetar seu desempenho e durabilidade. Portanto, o uso de filtros de qualidade torna-se ainda mais importante nesse tipo de sistema.

Tipos de sistemas Common Rail

• Common Rail de Primeira Geração: Os primeiros sistemas ofereciam uma pressão máxima de injeção de cerca de 1.350 bar. Eles foram um grande avanço em relação aos sistemas mecânicos, mas ainda limitados em eficiência.
• Common Rail de Segunda Geração: Introduzidos no início dos anos 2000, esses sistemas aumentaram a pressão para cerca de 1.600 bar, permitindo melhor atomização do combustível e maior eficiência.
• Common Rail de Terceira Geração: Modernos sistemas de Common Rail podem trabalhar com pressões de até 2.500 bar. Eles oferecem o controle preciso da injeção em várias fases, o que resulta em menor consumo de combustível e emissões de poluentes ainda mais reduzidas.

Normas de emissões

Esse sistema de injeção surgiu, entre outras coisas, para aumentar a eficiência da queima do diesel e controlar as emissões de CO2. Por isso, uma das questões que mais afetam a evolução do sistema de injeção Common Rail é justamente a crescente necessidade de aperfeiçoar o controle de emissões.

De fato, as normas estão cada vez mais rígidas, afetadas pela crescente preocupação com redução da poluição e a sustentabilidade. Aqui estão os principais marcos dessa evolução:

Euro 1 (1992)

Introdução das primeiras normas de emissão na Europa, focando na redução de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx).

Euro 2 (1996)

Normas mais rigorosas para a emissão de poluentes, exigindo melhorias na eficiência dos motores e sistemas de injeção.

Euro 3 (2000)

Implementação de limites mais baixos para NOx e partículas, impulsionando o uso de sistemas como o common rail, que já permitiam um controle mais preciso da injeção.

Euro 4 (2005)

Novas reduções significativas nas emissões de partículas e NOx, forçando os fabricantes a adotar tecnologias mais avançadas, como a injeção múltipla e o controle eletrônico.

Euro 5 (2009)

Normas ainda mais rigorosas que exigiram a redução das emissões de partículas em motores a diesel. Isso levou ao desenvolvimento de injetores mais eficientes e ao uso de sistemas de pós-tratamento, como filtros de partículas.

Euro 6 (2014)

Exigências severas para a redução de NOx, levando à implementação de tecnologias de despoluição, como a injeção de urea (SCR) em conjunto com o common rail. Essa norma destacou a importância da tecnologia de injeção em atender aos requisitos de emissões. Entrou em vigor no Brasil apenas em 2023. Neste outro artigo falamos mais sobre o funcionamento dos injetores Euro 6.

Futuro

As normas continuam a se tornar mais rigorosas, com a introdução de tecnologias mais limpas e eficientes, como a eletrificação e combustíveis alternativos, pressionando os sistemas common rail a evoluírem ainda mais para atender a padrões ambientais em constante mudança.

Principais Falhas no Sistema Common Rail

Embora seja altamente eficiente, o sistema Common Rail pode apresentar falhas, muitas vezes relacionadas à qualidade do combustível ou ao desgaste dos componentes ao longo do tempo. Algumas das falhas mais comuns incluem:

• Contaminação do combustível: Partículas de sujeira ou água podem danificar os injetores e a bomba de alta pressão, levando à perda de eficiência e, em casos graves, à parada do motor.
• Desgaste dos injetores: Com o tempo, os injetores podem sofrer desgaste devido à alta pressão e às propriedades abrasivas do diesel. Isso pode resultar em injeção incorreta de combustível, perda de potência e aumento do consumo.
• Falhas na bomba de alta pressão: A bomba pode falhar devido à falta de lubrificação ou contaminação. Isso afeta o fornecimento de combustível para o rail, causando falhas no motor.
• Problemas com a ECU: Se a unidade de controle eletrônico apresentar falhas ou sensores defeituosos, o sistema não conseguirá gerenciar corretamente a injeção. Nesse caso, o motor apresentará funcionamento irregular.

Como Corrigir e Prevenir Falhas no Sistema Common Rail

• Manutenção Preventiva: Utilizar combustível de alta qualidade, trocar os filtros de combustível conforme as instruções do fabricante e realizar a manutenção periódica dos componentes do sistema são fundamentais para evitar problemas.
• Limpeza dos Injetores: É recomendável realizar a limpeza dos injetores periodicamente para garantir que a atomização do combustível esteja adequada.
• Troca de Componentes Desgastados: Substituir injetores ou a bomba de alta pressão quando apresentarem sinais de desgaste excessivo é essencial para evitar falhas mais graves.
• Verificação Eletrônica: O uso de scanners e ferramentas de diagnóstico eletrônico pode ajudar a identificar problemas na ECU ou sensores antes que causem maiores danos ao sistema.

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Conclusão

O Common Rail é um sistema de injeção avançado que revolucionou os motores a diesel, oferecendo maior eficiência, controle preciso e redução nas emissões de poluentes. Embora seja uma tecnologia sofisticada, sua durabilidade depende diretamente da qualidade do combustível e da manutenção correta. Entender seus componentes, como funcionam e as principais falhas pode ajudar a prolongar a vida útil do sistema e garantir o melhor desempenho possível.

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