Common Rail – Tudo o que você precisa saber sobre este sistema de injeção

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:

• Pré-injeção: Injeta-se uma pequena quantidade de combustível antes da injeção principal para preparar a câmara de combustão, o que reduz o ruído e melhora a eficiência da combustão.
• 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.

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

1. 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.
2. 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.
3. 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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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

1. 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.
2. Limpeza dos Injetores: É recomendável realizar a limpeza dos injetores periodicamente para garantir que a atomização do combustível esteja adequada.
3. 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.
4. 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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