Energia de ignição e alta tensão

Faísca salta 15 mm, bobina KW067 Bosch
Sabe-se que a quantidade de energia transmitida à faísca da vela de ignição deve ser suficientemente alta para queimar o combustível no interior dos cilindros do motor. Uma bobina de ignição que forneça 45.000 Volts parece ser ideal! Más, quanta energia e quanto de alta tensão são necessários.

Vejamos os parâmetros na imagem da alta tensão secundária da bobina de ignição mostrada abaixo:
Imagem secundário da bobina de ignição

  • A tensão de ignição ou disruptiva, aquela necessária para romper o espaço entre os eletrodos da vela (1) é de 6 a 20 kV (1 kV = 1.000 V).
  •  Com a ignição se estabelece a circulação de corrente, e a carga imposta pelo circuito secundário (cabos, rotor, tampa, vela...) rebaixa a tensão a níveis (4) que variam entre 1 a 5 kV, conhecido como: tensão de combustão.
  •  A quantidade de energia armazenada na bobina deve ser suficiente para a faísca durar (3) entre 0,6 a 1,5 milissegundos em marcha lenta. Em alta rotação este tempo é mais reduzido. Neste momento a energia da faísca se destina à queima do combustível, por isso é comumente chamado de tempo de queima ou simplesmente de duração da faísca.
  • Antes da extinção total da energia na bobina a faísca na vela é interrompida e a carga residual é convertida em outras formas de energia.
  • Sem energia a tensão permanece próxima de zero até iniciar uma nova carga na bobina (5). O período (2) corresponde ao tempo de carga ou ângulo de permanência.
Abertura do eletrodo da vela acima de 0,8 mm ou desgastado, com perfis arredondados aumentará a necessidade de alta tensão (1) para saltar a faísca, elevará tensão de combustão (4) e consequentemente consumirá mais energia da bobina, reduzindo o tempo de queima (3). Em condições extremas, aceleração brusca, partida a frio e alta rotação, darão lugar a: falta de potência no motor, falhas ao acelerar, dificuldade para pegar, que refletirão no consumo de combustível, emissões poluentes e danos na isolação de cabos de ignição, tampa, rotor, e bobina.

O excesso de resistência dos cabos de ignição, vela e rotor do distribuidor aumenta a tensão de combustão (4) e diminui o tempo de duração da faísca (3) 

Em condições extremas de desgastes ou abertura excessiva do eletrodo da vela de ignição a faísca não saltará entre os eletrodos da vela, veja figura ao lado, e a alta tensão gerada no secundário da bobina irá atingir o máximo da sua capacidade no circuito, neste caso 36.000 Volts. Fuga de corrente nos cabos, tampa, rotor e vela, podem reduzir o pico máximo de alta tensão, entretanto se este valor não superar a 26.000 V, a falha estará na própria bobina ou no seu comando (UC ou platinado). 
Os parâmetros citados no gráfico atendem as necessidades de um motor normal, regulado e em boas condições mecânicas.  

Agora podemos refletir sobre energia e alta tensão. Por que usar uma bobina de 45.000 Volts?

A primeira coisa em que pensar é: 45.000 Volts com carga ou em vazio? Veja na figura acima que a bobina pode gerar 36.000 V supostamente com pouca fuga de corrente (entenda-se carga) no sistema. Como mencionado este valor pode cair para 26.000 V se houvesse fuga através do cabo de ignição que estivesse sujo, molhado, com baixa isolação, vela carbonizada, com fuga no isolador, etc.
Esta mesma bobina na bancada pode perfeitamente saltar 16 mm em um centelhador dor ao ar livre, como na foto, supostamente gerando em torno de 40.000 Volts.

Isto quer dizer que podemos obter infinitas tensões na bobina de ignição, simplesmente variando o parâmetro de carga, tensão de alimentação, temperatura de trabalho, freqüência (número de faíscas por minuto). Somente uma especificação inequívoca nos dará a certeza que uma determinada bobina pode ser mais potente que outra. Além disso, a física é o limite, é impossível ir além dos seus preceitos.   

Atualmente, as bobinas com suas respectivas unidades eletrônicas podem fornecer de 28 a 30 kV, sob cargas (corrente de fuga) normalizadas, em quase todo regime previsto para um motor de quatro cilindros, assegurando energia mais que suficiente para garantir a queima do combustível e ainda prolongar a vida útil da vela de ignição.
Não se justifica um aumento de alta tensão com a finalidade de compensar uma deficiência na conservação do motor e seus sistemas.

Nos motores de alta rotação com seis cilindros ou mais, com distribuidor, a disponibilidade de tempo para armazenar energia na bobina é escassa, exigindo um sistema de ignição bastante eficiente, sem, entretanto extrapolar o limite de 30 kV.

No sistema flex fuel, por exemplo, aperfeiçoamentos permitiram manter os níveis atuais de demanda de alta tensão no motor.

Motores “tunados” certamente fugirão deste padrão, um caso a parte.

Há ainda quem queira abrir mais os eletrodos da vela com o intuito de “melhorar” a queima, o que certamente requererá um aumento de alta tensão e mais energia da bobina de ignição. Más, será que é realmente necessário?

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Diagrama elétrico ignição TSZ 003/004/005/006
Teste modulos de ignição indutivo 

4 comentários:

Elite NSA disse...

Boa tarde! Poderia indicar um osciloscópio automotivo, de boa qualidade e com bom custo beneficio. Para teste de atuadores e sensores. Obrigado!

Aparecido Oliveira disse...

Muitos osciloscópio atendem bem as necessidades básicas no automóvel, independente de ser um indicado para uso automotivo. Minha sugestão é que faça uma lista das características mais importante para a sua necessidade e orçamento. Pontos importantes: 2 canais pelo menos, tamanho e nitidez da tela, velocidade de amostragem, possibilidade de gravar e recuperar telas para analise, medições na tela, simplicidade de manuseio, idioma, tensão máxima de entrada dos canais, compatibilidade com acessórios (como pinça amperimétrica, medidor de pressão admissão/combustível..), portátil ou base PC (no PC as telas são maiores e mais nítidas, e inclusive há opções de uso de interfaces sem fio), assistência técnica, treinamento.
Estas características influenciam no preço do mesmo, portanto determine quanto está disposto a pagar pelo equipamento e verifique se os que se encontram nesta faixa de preço é do seu agrado. Entre em contato com o fornecedor e peça uma demonstração.

Greg disse...

Olá Aparecido estou muito contente em conhece seu blog pq numca vi tantas explicações com fundamento e simplicidade nas palavras vc esta de parabenssss.......Ve se vc pode me ajudar vc conhece o sistema de ignição da cherokee sport???O sistema é meio falho pq o motor é extrema beberrão mas tbm é notável o desperdício de combustível pq o gas q sai no escap é rico q arde os olhos...estou a algun s meses tentando juntar informações q possa ajudar numa especie de readaptação desde a taxa de compressão até ignição e injeção o intuito não é fazer um 4.0 fazer media de 1.0 apena conseguir uma autonomia aceitável como seu conhecimento técnico vai alem do meu gostaria de uma opinião nem q seja só para otimizar a ignição...abraço..

Aparecido Oliveira disse...

Greg veículos como este nem sempre está adaptado às condições reais do nosso país. Alterar a taxa e compressão, por exemplo, implica em desenvolver um novo programa para avanço de ignição, volume de injeção, vela de ignição, etc. É possível obter melhora, porém a um custo muito alto. Será que vale a pena???