Departamento Técnico: Injetores de Combustível Piezo Explicados

Jun 12, 2023

Se você já viu as faíscas criadas por alguém mastigando Wint-O-Green Life Savers em uma sala escura, você terá testemunhado este fenômeno: certos materiais cristalinos, como o açúcar, produzem quantidades mínimas de eletricidade quando você os aperta. Existe até uma palavra para isso: “piezoelétrico”, que descreve a eletricidade resultante da pressão. Mas o processo também é reversível, na medida em que estes mesmos materiais se expandem ligeiramente quando a eletricidade lhes é aplicada. Existem vários locais em um carro onde a expansão piezoelétrica pode ser útil.

Tomemos, por exemplo, a medição precisa necessária para o fornecimento de combustível nos dias de hoje. Bosch, Continental e Delphi, entre outras, aproveitaram esta propriedade peculiar de expansão do material piezoelétrico - em vez do eletroímã usual - para abrir o bico injetor de combustível e pulverizar combustível com precisão em motores a gasolina e a diesel. Fazer com que esses dispositivos funcionem, porém, não é fácil.

Uma razão é que a expansão dos cristais piezoelétricos é minúscula. Uma fatia de material piezoelétrico com dois centésimos de polegada de espessura se expande apenas cerca de 0,00002 polegada quando é atingida por cerca de 140 volts de eletricidade. Esses duzentos milésimos de polegada não são suficientes para mover o pino do injetor, que é a parte que veda o bico e deve abrir para injetar combustível.

O injetor Continental possui centenas de pequenas fatias piezo empilhadas umas sobre as outras para que a expansão combinada aumente o movimento total. A pilha produz 0,004 polegada de movimento – o suficiente para mover o pino o suficiente para injetar combustível. Mas como esse movimento está na direção errada – para baixo, não para cima – a adição de duas pequenas alavancas permite que a expansão da pilha piezoelétrica faça com que o pino seja levantado e a pulverização de combustível comece. Quando a injeção é concluída, a tensão é interrompida, a pilha piezoelétrica encolhe e uma mola fecha o pino.

Os injetores Piezo têm alguns benefícios importantes que justificam todo esse incômodo. Por um lado, eles abrem e fecham muito mais rápido que os injetores convencionais. Isso permite um controle mais preciso do intervalo de injeção, que determina a quantidade de combustível que é pulverizado no motor. As unidades Piezo também fornecem feedback, produzindo pequenas flutuações na eletricidade usada para ativá-las. Por exemplo, se o computador de controle do motor solicitar um tempo de abertura do injetor de 0,5 segundo e a resposta do injetor mostrar que ele abriu por apenas 0,496 segundo, o computador poderá adicionar um pouquinho de tempo ao próximo ciclo de injeção para compensar. Essa medição precisa do combustível melhora a combustão, o que leva a uma melhor economia de combustível e à redução de emissões.

Os injetores piezoelétricos não são apenas mais precisos do que os injetores sólidos convencionais, mas também podem realizar alguns truques que estão completamente além das capacidades de seus antecessores. Por um lado, ao aplicar um pouco menos de eletricidade, os cristais piezoeléctricos expandem-se menos, de modo que os injetores podem abrir parcialmente. Uma abertura menor significa um tempo de injeção mais longo, o que é benéfico ao tentar injetar com precisão uma pequena quantidade de combustível, como quando um carro está quase parando. Por agirem tão rapidamente, os injetores piezoelétricos também podem injetar várias vezes (até sete em alguns motores diesel) durante um único ciclo de combustão. Esta flexibilidade pode reduzir as emissões em todos os motores, bem como limitar a fuligem nos motores diesel.

Esses benefícios garantiram um lar para injetores piezoelétricos em muitos dos mais recentes motores a diesel e a gasolina com injeção direta. E a Continental, por exemplo, afirma que as suas unidades piezoelétricas não custam mais do que os equivalentes convencionais menos capazes. Os injetores piezoelétricos são um dos principais dispositivos que manterão as combustões internas competitivas em relação a essas incômodas startups elétricas nos próximos anos.

Csaba Csere ingressou na Car and Driver em 1980 e nunca mais saiu. Depois de atuar como Editor Técnico e Diretor, ele foi Editor-Chefe de 1993 até sua aposentadoria do serviço ativo em 2008. Ele continua a se interessar por jornalismo automotivo e corridas de Limões, além de ministrar seu Jaguar E-type 1965, 2017 Porsche 911 e um trio de motocicletas – quando não está esquiando ou caminhando perto de sua casa no Colorado.