Os avanços tecnológicos nos controles de injeção de combustível e emissão de poluentes devem-se, em grande parte, pelo maior controle no monitoramento e funcionamento de sensores e atuadores. Para otimizar esse monitoramento e controle, diferentes sinais elétricos tem que ser aplicados. Nos veículos e sistemas modernos, não bastam informações de comando como acionado e não acionado. Monitoramentos e comandos constantes e graduais são necessários. O sinal elétrico empregado para esse fim, em sua maioria, é o PWM.
O sinal PWM – O que é?
PWM é uma sigla de três palavras em inglês: Pulse Width Modulation. Portanto, a tradução do PWM é Pulso com Largura Modulada. Essa definição nos ensina muito sobre como identificar corretamente um pulso PWM. Podemos afirmar que para que um pulso seja realmente um PWM, a única característica inconstante do sinal deve ser a largura do pulso. Portanto, o período completo de trabalho do sinal, bem como a tensão positiva que ele atingiu devem ser constantes e sempre os mesmos, sendo que apenas a largura do pulso positivo deve modular. Essa parte positiva do sinal PWM é chamada de “Duty Cycle”.
O sinal PWM tem um período constante (tempo total de trabalho da onda) e uma tensão positiva de trabalho (amplitude) que atinge sempre o mesmo valor de maneira constante, modulando apenas o tempo em que o pulso esteve acionado em positivo ou em zero. Podemos afirmar também que o sinal PWM é um sinal digital, pois em qualquer intervalo de tempo em que for analisado ele estará sempre acionado ou desligado. Um sinal com variações nesse quesito seria um sinal analógico. Vale lembrar também que nem todo sinal digital é um sinal PWM, pois outros sinais digitais podem ter, por exemplo, períodos de trabalho variáveis, o que não caracteriza um sinal PWM. Um exemplo disso são os sinais de rede CAN – digitais, mas não PWM.
Aplicações do sinal PWM - Atuadores
Um exemplo de atuador controlado por um sinal PWM é a eletroválvula reguladora de pressão do combustível, conhecida como Mprop, aplicada nos sistemas Common Rail Diesel. Essa eletroválvula regula uma passagem de combustível que alimenta uma bomba mecânica geradora de alta pressão para o tubo distribuidor comum (rail). Essa passagem não pode permanecer simplesmente aberta ou fechada. É necessário um controle do avanço e recuo de um êmbolo interno à válvula, que irá diminuir ou aumentar a passagem de combustível.
O controle dessa válvula através de um pulso PWM é possível devido a sua construção. A Mprop é uma válvula solenoide composta por uma bobina em volta do êmbolo, que deverá ser deslocado quando o acionamento ocorrer.
Esse êmbolo é acionado quando existe a geração de campo magnético na bobina. Para que isso ocorra é necessário a diferença de potencial nos terminais dessa bobina (Potencial positivo e Potencial negativo). Existem modelos de válvula Mprop que recebem um aterramento direto, enquanto outros modelos têm uma alimentação positiva direta. Em ambos os casos o princípio de funcionamento é o mesmo – teremos movimento do êmbolo quando a potência faltante (positiva ou negativa) for enviada pelo módulo do motor, através de um sinal PWM.
Aplicações do sinal PWM - Sensores
Outro exemplo da aplicação de sinal PWM, agora em um elemento sensor, é o pedal do acelerador eletrônico. Esses pedais eletrônicos contam com um sensor de posição que pode ser construído com pistas resistivas (variação de valores de resistência e tensão) ou com um circuito eletrônico gerador de PWM. Os pedais de acelerador que emitem sinais PWM são encontrados tanto na linha leve quanto na linha Diesel.
O pedal de acelerador com sensor de posição capaz de gerar sinal PWM possui dois contatos condutores fixados no eixo do pedal. Os movimentos desses contatos são captados por trilhas condutivas no circuito eletrônico, que indicam o movimento de acionamento do pedal. Esse movimento por sua vez é convertido em um sinal PWM pelo circuito.
O sinal gerado pelo sensor de posição do pedal no exemplo das imagens é enviado ao módulo de cabine do veículo, que por sua vez, envia por rede CAN esse sinal ao módulo do motor. Em outras aplicações o pedal pode enviar sinais diretamente ao módulo do motor. Essa informação somada a outras dos diversos sensores são usadas para controlar a injeção de combustível necessária para a aceleração solicitada pelo motorista.
Como testar um PWM?
Deve-se tomar alguns cuidados para testar corretamente um pulso PWM. Visto que a única variável do sinal é a largura do pulso positivo, nem todos os equipamentos de medição são capazes de medir essa variação. Por exemplo, muitos reparadores têm o hábito de medir sinais PWM com a escala de tensão do multímetro. Nessa escala, os multímetros fazem uma média da tensão pico, portanto variam essa tensão de acordo com a variação da largura do pulso, indicando falsamente para o reparador que a tensão elétrica variou ou a que a tensão é constante. Porém, como aprendemos, apenas o tempo em que ela ficou em positivo variou, e não a medida da tensão de pico.
Por isso, o equipamento mais adequado para monitorarmos uma variação PWM em um período é o osciloscópio. Esse equipamento tem a capacidade de medir precisamente a variação de sinais em intervalos reguláveis de tempo. Outro equipamento importante para testes com o osciloscópio é um simulador de centrais, visto que são as centrais eletrônicas que geram os sinais PWM e efetuam o controle e monitoramento dos componentes. Portanto, quando constatado que falta sinal de comando vindo do módulo, pode-se verificar se o componente responsável por essa função dentro do módulo está trabalhando corretamente.
Após as devidas regulagens de tensão e tempo no osciloscópio, prossiga com os testes e verifique a variação do pulso positivo Duty Cycle no período selecionado. Note na imagem que esse período não tem variação, bem como a tensão de pico positiva é sempre a mesma.
Conclui-se que o sinal PWM torna possível maior controle (no caso dos atuadores) e melhor monitoramento (no caso de sensores) dos diversos elementos nos veículos. Também, fica claro para o reparador a necessidade de investir em equipamentos de medição precisos que são hoje indispensáveis na oficina, como o osciloscópio. Ao monitorar um sinal PWM, verifique se existem as características necessárias para que seja realmente um PWM – Período constante, amplitude constante e largura positiva modulada. Invista também em conhecimento na área da eletrônica embarcada, e perceba os benefícios de um diagnóstico rápido e preciso graças ao conhecimento!