Este sistema permite isolar a ação do pedal do acelerador da atuação sobre a posição da válvula de aceleração.
O objetivo básico é o de eliminar a ligação mecânica do pedal com a borboleta e torná-lo um acionamento elétrico. Assim, este mecanismo recebe a denominação de “drive by wire” (do inglês: acionamento por fio).
A figura 1 representa a configuração utilizada nos primeiros sistemas. Neles, existe um módulo (denominado ETC) de controle do acelerador, separado da UC motor. A unidade ETC recebe os sinais do sensor de posição do pedal (APPS) e de posição da borboleta (TPS) e comanda o servo-motor. Através de comunicação serial, a UC motor envia e recebe as informações do módulo ETC.
A figura 2 apresenta a configuração utilizada atualmente, onde todas as funções de acelerador eletrônico estão implementadas na UC do motor.
As características principais são:
- Unidade de controle do motor (UC). Processa o sinal recebido do módulo do pedal e conjuntamente com outros sinais (temperatura do motor, ângulo de ignição, posição da borboleta) estabelece o novo ângulo que a borboleta deve assumir e aciona o servo-motor no sentido de levar a borboleta à nova posição.
- Unidade da válvula de aceleração motorizada ou atuador da borboleta com o servo-motor (motor DC) e os sensores de posição da borboleta (TPS). Esta unidade comanda a abertura da borboleta entre 1o e 800 graus.
A figura 3 mostra um esquemático da unidade da borboleta motorizada do sistema E-Gas da VW, contendo o motor DC ou servo-motor, o trem redutor e os sensores de posição da borboleta. No caso de falha no circuito elétrico, no próprio atuador ou na UC, a borboleta assume uma abertura entre 15oe 20o por meio de um sistema de molas, o que estabelece uma rotação entre 1500 e 1800 rpm.
- A borboleta é acionada pelo motor DC através de um trem de engrenagens redutor com um sinal de ciclo de trabalho variável (fig.4).
- O eixo da borboleta aciona o conjunto de sensoriamento (TPS) constituído por dois sensores, isto por motivos de segurança.
- Nestes sistemas o pedal possui um conjunto de 2 ou 3 potenciômetros que compõem o “módulo do pedal acelerador” ou APPS (sensor de posição do pedal acelerador), que enviam sinais elétricos com os quais a UC determina a posição do pedal, o que por sua vez, traduz o desejo de aceleração do motorista. O sensor de posição do pedal é constituído por 2 ou 3 potenciômetros por motivos de segurança. Isto, para dar redundância a uma função de vital importância para o funcionamento do motor.
- Os gráficos (fig.5 e 6) mostram as curvas dos sensores de posição (TPS e APPS). Em função dos sensores serem redundantes, isso possibilita o funcionamento do sistema perante falha de um deles. Para melhorar a precisão na determinação da posição, as curvas são invertidas. Isto permite compensar possíveis modificações na calibração dos sensores. Em sistemas mais antigos os sinais de saída de cada sensor (TPS e APPS) são do mesmo sentido.
- Em função da confiabilidade que o sistema exige, nos sistemas mais modernos, os sensores de posição resistivos foram substituídos por aqueles do tipo “sem contato” (efeito Hall). Desta forma, é eliminado o desgaste próprio dos sensores resistivos.
- Com o motor DC desativado, a borboleta assume uma posição predefinida, com um ângulo de 15o a 20o, pela ação de uma mola concêntrica ao eixo da mesma. Como resultado, em caso de falha, o motor fica com uma rotação entre 1500 e 1800 rpm. Esta é a posição neutra ou de segurança. Para abrir a borboleta com um ângulo maior, a UC aumenta o ciclo de trabalho do sinal. Para fechar a borboleta e regular a marcha lenta, a polaridade do sinal de acionamento é invertida.
Os componentes acima citados são complementados por outros como:
- Interruptor do pedal e da luz do freio: Geralmente, um deles, normalmente aberto e o outro normalmente fechado;
- Interruptor da embreagem;
- Luz da avaria do sistema.
Evolução e Funcionalidade - O sistema de acelerador eletrônico é identificado, na literatura com as siglas ETC (“Electronic Throttle Control”, do inglês: controle eletrônico do acelerador), EPC (“Electronic Power Control”, do inglês: controle eletrônico de potência).
Nos primeiros sistemas de acelerador eletrônico o cabo “bowden” do acelerador é mantido como elemento de acionamento em caso de falha do controle eletrônico.
Nesses sistemas, em condições de operação normal, o motor DC é acoplado à borboleta através de um mecanismo de embreagem de acionamento elétrico que é desativado em caso de falha. Posteriormente, como resultado de avanços tecnológicos, o mecanismo de acionamento mecânico foi suprimido o que resultou na diminuição da complexidade e do custo.
Em ambos os casos, o desenvolvimento foi no sentido da implementação do controle de torque do motor dependente não só da posição do pedal, mas, de outras variáveis de funcionamento do motor e do veículo. Desta forma, o sistema desvincula o ângulo de abertura da borboleta (que determina o torque que o motor fornece) da posição do pedal (que representa a solicitação do motorista).
Quando o acelerador é acionado, na realidade, o sinal de comando não é transformado diretamente em ângulo de abertura. Ou seja, a quantidade injetada de combustível e o avanço necessário não são o resultado da massa de ar imposta ao pressionar o pedal.
Uma vez determinado o torque requerido pelo motorista, a UC calcula a massa de ar que deve ser admitida considerando, basicamente, a rotação do motor para a obtenção da aceleração desejada. A seguir, comanda a abertura de borboleta com o ângulo e velocidade necessários para obter a massa de ar calculada e com a informação de outros sensores, ajusta a quantidade apropriada de combustível e o avanço necessário para a obtenção do torque requerido. Desta forma é possível obter as seguintes vantagens no que diz respeito a economia de combustível, emissões, dirigibilidade e estabilidade (segurança) do veículo:
- Uma adequação mais precisa entre o ar admitido e o combustível injetado,
- Implementação facilitada de recursos de dirigibilidade e estabilidade (fig.7) tais como:
• Controle de tração: Sistema ASR/TC,
• Controle da estabilidade: Sistema ESC/ABS,
• Controle do torque de arrasto (reverso) do motor ou torque de inércia do motor,
• Limitação de torque e da rotação máxima: Para proteção do motor,
• Mudanças de marcha mais suaves em veículos com câmbio automático.
Para atender as funções acima e quando presentes no veículo, a UC troca informações, através da rede CAN, com as unidades de controle da transmissão (TCM), de estabilidade (ESC) e de direção dinâmica.
- Em função de ter o controle sobre a válvula de aceleração, a UC consegue coordenar, de forma precisa, a ignição e a injeção. Em vez de reagir aos câmbios solicitados pelo motorista através do acelerador, pode se antecipar nas ações.
- Implementação simplificada do controle automático de velocidade ou programador de velocidade (“cruise control”).
- Melhoria nas emissões. Por exemplo, um melhor desempenho do mecanismo de “dash-pot” (desaceleração controlada ao liberar o pedal). Nos sistemas mecânicos, ao liberar o pedal cria-se um vácuo excessivo no coletor de difícil controle através dos atuadores de marcha lenta utilizados, o que resulta no aumento das emissões durante as desacelerações.
Segundo alguns fabricantes, pode ser conseguida uma redução de até 15% nas emissões de HC e NOx durante essa fase.
Numa outra situação, durante as cargas parciais em estrada, a UC pode atrasar o ponto e empobrecer a mistura para melhorar o consumo. A seguir, a UC abre a borboleta na medida justa, para manter o torque. Uma maior abertura da borboleta para um mesmo torque propicia a diminuição das perdas de bombeamento o que resulta no aumento do rendimento volumétrico com a conseqüente redução do consumo e das emissões. Uma estratégia similar é utilizada para compensar as variações de altitude.
- Durante a fase de aquecimento do catalisador, o ponto pode ser atrasado para diminuir o tempo de “light-off” (tempo necessário para o catalisador atingir 50% de eficiência). Simultaneamente, a UC abre a borboleta para compensar a perda de torque.
Em resumo, o sistema ETC permite implementar, de forma integrada, as estratégias de controle da marcha lenta, controle automático de velocidade e controle de tração/estabilidade.