Estudo de caso Fusca 2.0 TSI 2013

Em mais um estudo de caso, iremos demonstrar a aplicação de métodos e ferramentas com osciloscópio, scanner e transdutores.

Neste estudo de caso iremos abordar uma análise técnica de um Fusca 2.0 TSI 2013 com falta de rendimento em alta rotação, seguindo alguns procedimentos de análise, vamos apresentar todo o conceito aplicado no diagnóstico de falha. (Fig.1)

O Fusca 2012 é um veículo de procedência de importação do México da nova geração 2.0 turbo, é equipado com um motor de injeção direta com turbocompressor, com um fortíssimo motor EA888 de 200 cv á 5100 RPM. (Fig.2)

Nota: Recall para avaliação do eixo de comando de válvulas.

O veículo chegou em nossa oficina com a reclamação de falta de desempenho ao exigir torque, porem em funcionamento na marcha lenta o mesmo apresentava um funcionamento regular. Em teste de rodagem o veículo apresentava falta de desempenho em plena carga.

O diagnóstico será apresentado utilizando-se de algumas ferramentas da qualidade para estruturar a forma de organização do nosso trabalho. Primeiro vamos definir o título do diagnóstico baseado na reclamação do cliente, em sequência iremos utilizar uma tabela de possíveis causas baseadas na reclamação do cliente, o conhecido “Pode ser isso”, “Pode ser aquilo”, este pode ser, irá ajudar você no trabalho desde que faça uma análise técnica em cima dos fatos, em sequência iremos separar as possíveis causas em um diagrama de Ishikawa, em sequência vamos trabalhar em cima da causa raiz. (Fig.3)

Reclamação: Veículo sem potência em alta rotação

Tabela de Possíveis causas: Nesta tabela adicionamos todas as possíveis causas reais.

Diagrama de Ishikawa: No diagrama organizamos as categorias de falhas dentro dos 6 módulos por nos definido. (Fig.4)

Modulo Scanner (DTC).

Aplicando o scanner no veículo logo verificamos alguns códigos de avarias gravado na unidade de comando sendo: P0354, P0353, P0300, P0303, P0304, P0299. (Fig.5)

Com a leitura dos códigos de falhas realizada, temos um caminho mais claro a ser seguido, lembrando que temos um veículo com potência reduzida na exigência de torque. Os códigos de falhas de combustão nos facilitam o diagnóstico para uma análise com foco nos cilindros 3 e 4, conforme o código P0303 e P0304. Muitos reparadores acreditam que um código P0300- “Falha de combustão”, está relacionado diretamente ao sistema de ignição por centelha, como velas, cabos e bobina, logo isto é um grande engano, um código de falha P0300 está relacionado a falha de combustão, ou seja, vários fatores podem ocasionar uma falha de combustão, desde a parte mecânica como a parte eletrônica embarcada.

Entendendo o código P0300.

O código P0300 é determinado pela ECU quando o motor se encontra com falhas de combustão múltiplas, sem determinar qual cilindro que está falhando, vamos entender mais sobre o código P0300. Este código se encontra no grupo de “Sistema de ignição ou falha de ignição” do protocolo OBDII. Este código de falha é armazenado na ECU quando o motor trabalha com uma rotação angular fora do comum definido pela engenharia para um determinado motor em determinadas condições de trabalho, a central está programada para quando o pistão estiver em fase de compressão, ocorra uma redução na velocidade angular ,e um aumento na velocidade angular quando o mesmo entra em expansão.Com a ocorrência de falhas de combustão, a velocidade angular do virabrequim é alterada e, a central pode verificar esta variação de frequência com base nos dados do sensor CKP. Quando a ECU não determina qual cilindro está falhando o código P0300 é gerado, entretanto quando o cilindro é determinado, o ultimo digito do código é substituído pelo número do cilindro do motor. Exemplo, o código de falha encontrado é P0304, isso indica que a falha de combustão ocorre devido ao cilindro 4. (Fig.6)

Modulo Ignição (Secundário)

Uma grande porcentagem de falhas de combustão está relacionada a falhas por sistema de ignição, o veículo Fusca TSI trabalha com bobinas COP, sem a presença de cabos de vela, ou seja, bobinas independentes. A ECU indicou dois cilindros através dos códigos P0303 e P0304, logo vamos focar em uma análise do sistema de ignição nestes dois cilindros em especifico, realizando um teste de secundário com um osciloscópio picoscope e uma garra capacitiva para captura da forma de onda da centelha. Para usar uma garra capacitiva em um sistema de bobinas COP, necessitamos de uma ferramenta conhecida como cabo ferramenta devido o motor não usar cabos de vela, caso contrário, apenas uma pinça indutiva seria possível fazer a captura. Com os cabos ferramenta aplicado nos cilindros, vamos analisar o sistema de ignição pelo secundário. (Fig.7)

Capturado a forma de onda do secundário do cilindro 3, observamos que a tensão de queima, não se comportava dentro de um padrão de curva característica de ignição, com uma tensão de queima muito abaixo do esperado, porém com um tempo de queima acima de 1 ms. Com este formato de forma de onda, já se levanta um potencial de falha real no cilindro 3. (Fig.8)

A mesma analise foi realizada no cilindro 4, logo vemos um sinal padrão dentro da curva característica de ignição, com uma forma de onda conhecida de secundário de um motor em bom funcionamento, com uma tensão de queima conhecida e um tempo de queima acima de 1 ms. (Fig.9)

Feito a análise do secundário de ambos cilindros, um teste de troca de componentes foi realizado, trocando as velas de ignição do cilindro 3 com o cilindro 4 para verificar se a forma de onda encontrada no cilindro 3 iria acompanhar a mudança de componentes, porem vide gráfico foi observado que a falha na forma de onda permaneceu no cilindro 3 mesmo com a troca das velas. (Fig.10)

Realizado a troca de velas entre cilindros, e não obtendo um resultado de acompanhamento de falha, um novo teste foi realizado, desta vez com as bobinas COP, invertendo a 3 com a 4, para verificar uma possível mudança de forma de onda no cilindro 3. Mas ao colocar as bobinas entre diferentes cilindros, podemos observar que a curva caraterística do cilindro 3 ainda continua com uma anomalia na tensão de queima. (Fig.11)

Modulo Motor

Como não foi evidenciado falhas no sistema de ignição com uma análise da forma de onda de secundário, iremos entrar com um estudo com os transdutores, para analisar o funcionamento da parte mecânica. Alguns passos são mais rápidos na realização da análise de causa e efeito, e estes são os primeiros a se eliminar em um diagnóstico por etapas, como teste de bateria, uma leitura de código de falhas e uma analise do sistema de ignição com uma garra de secundário para cabos de velas ou uma pinça indutiva para bobinas COP´s. Lembrando que no Brasil a maioria dos veículos são populares de 4 cilindros e de fácil acesso, pois em alguns veículos não é tão simples a captura de um sinal de ignição devido o projeto do coletor de admissão “ Intake” dificultando assim o acesso ao sistema de ignição, seja velas ou bobinas independentes. Ao entrar na analise com os transdutores, será possível identificar o comportamento da parte mecânica do motor, como se comporta a dinâmica dos fluidos no ciclo do motor. Vale lembrar que o ar realizada um caminho de entrada e saída na fase de funcionamento do motor, ele é aspirado pelo motor, enche um volume do coletor de admissão, é admitido por um cilindro em movimento descendente em fase de admissão, fluindo por toda a geometria construtiva do coletor, da válvula de admissão, e sendo comprimido e descomprimido ate e expulsão dos gases de escape, de certo forma estamos resumindo bem isso, mas queremos dizer que o transdutor ira nos mostrar em forma de gráfico todo o comportamento da dinâmica do ar neste processo das fases do motor, esse comportamento tem um trabalho padrão em um motor de correto funcionamento, gerando um gráfico padrão, e quando temos anomalias no motor este comportamento a forma de onda padrão é alterada, e é neste sintoma que iremos atuar.

Foi realizado uma sequência de analise com o transdutor de pressão em todos os cilindros do motor em marcha lenta em torno de 800 a 900 RPM. (Fig.12)

No gráfico da (Fig.12) é possível coletar um serie de informações, desde a pressão máxima do motor, como a pressão da saída dos gases do escapamento, pressão absoluta do coletor de admissão “MAP”, o vácuo do cilindro calculando o delta da pressão atmosférica e a pressão do MAP, o sincronismo do motor junto ao sinal de CKP, o ciclo do motor e etc.

Calculando o Delta da P.ATM e P.MAP

Dados de Exemplo: ATM 940 mBar e MAP 350 mBAr

Vácuo = P.ATM – P.MAP Vácuo = 940 – 350 Vácuo = 590 mBar ou 442,536 mmHG

Coletando as informações de todos os cilindros, anotamos todos os dados da forma de onda em uma tabela no Excel, onde nesta tabela a comparação de dados entre cilindros fica mais organizado para uma análise de comparações, (Fig.13)

Com todos os dados plotado em uma tabela, podemos observar e analisar com base na coluna de referência, que os dados estão dentro do range normal de trabalho, ou seja não encontramos anomalias no motor com o teste em marcha lenta. Como não foi evidenciado potencial de falha em um teste de marcha lentas, fizemos outro testes, agora á 2500 RPM. O teste em alta rotação altera a frequência do motor, para isso deve ter conhecimento do tempo do motor para calibrar corretamente o osciloscópio.

Tempo de Ciclo = minuto(ms)RMP ( motor )*(2 voltas) Logo: Tempo de Ciclo = 60000(ms)2500 ( motor )*(2 voltas) Tempo de Ciclo = 48 ms

Realizando o teste á 2500 RPM iremos aumentar o fluxo dinâmico de ar nos cilindros, teremos uma quantidade maior de massa de ar no motor. Este teste nos ajuda a verificar possíveis obstruções da saída dos gases do motor, sendo uma análise com foco na fase de escapamento. Neste teste o importante é analisar a região da fase de escapamento, sendo assim, ao aumentar o zoom na fase de escape, podendo se analisar melhores as variações no tempo de escape. Temos que ter como referência ao analisar a fase de escapamento a linha da pressão atmosférica, pois é a partir dela que iremos calcular a pressão da saída dos gases de escape. Observe que a linha em verde pontilha é meu ponto de partida, e a linha laranja é se encontra no pico da pressão da fase de escape, nos dando um delta da pressão de escape. (Fig.14)

Uma coleta de dados foi realizada em todos cilindros e plotado em uma tabela de Excel. (Fig.15)

Feito a coleta de dados de todos os cilindros e plotado em uma tabela, podemos verificar que ao realizar o teste á 2500 RPM evidenciou anomalias no cilindro 3, encontrando uma pressão na fase de escape bem superior ao valor de referência. (Fig.16)