Um dos sistemas que mais agradam os ocupantes de um carro é a climatização, independentemente que esteja quente ou frio do lado de fora, os passageiros dentro de um carro ficam confortáveis graças aos sistemas de aquecimento e refrigeração.
Esses sistemas de aquecimento, ventilação e ar-condicionado variam em complexidade e nível de automação, dependendo da classe e modelo do veículo. Enquanto um carro popular exige que um motorista gire manualmente os botões para controlar a temperatura, um veículo mais sofisticado usa sensores para controlar automaticamente não apenas a temperatura, mas também a umidade e a qualidade do ar dentro da cabine. Apenas por curiosidade, um carro médio tem um volume interno por volta de 3,8m³, que passa por muitas variações desde janelas abertas, a velocidade da ventilação interna e até a velocidade do descolamento implica no volume de ar que passa pelo carro.
Movendo o ar
Em todos os carros equipados com ar-condicionado tem tudo a ver movimentação de um local para outro, modificando sua temperatura, umidade e qualidade [C1] enquanto esta movimentação está sendo realizada no interior do carro.
O ar pode ser aspirado para o sistema de fora ou dentro da cabine, também pode ser encaminhado dentro do sistema de ar-condicionado através do evaporador ou trocador de calor para condicionamento, esse ar-condicionado é distribuído por toda a cabine, seja para manter os pés dos passageiros quentes ou para impedir que o para-brisa fique embaçado.
O número de maneiras pelas quais o ar pode fluir é muito variado, de fora para o evaporador, para o para-brisa, ou de dentro para o trocador de calor, para a ventilação no espaço para os pés. E como um sistema climatização controla a direção do fluxo do ar?
Observe a vista lateral de um sistema de climatização, através dos números indicados estão os principais componentes, enquanto as setas mostram a direção da distribuição do ar. Os atuadores das janelas de passagem de ar estão indicados pelos números 4 a 8. As linhas pontilhadas laranja representam a área em que as janelas estão se movendo e as linhas laranja sólidas representam as janelas. O número de atuadores de janelas (portinhola / damper), em um sistema de climatização, depende da complexidade geral do sistema que pode ser de zona única ou de múltiplas zonas.
Atuadores de janelas
O ar flui em um sistema de climatização através de dutos ou tubulações, uma janela é usada para abrir ou fechar, total ou parcialmente, certas partes do duto, a fim de controlar a direção do ar. Um atuador de janela, também chamado de amortecedor, é simplesmente uma máquina elétrica que move a janela.
Existem três tipos de atuadores de janela em um sistema de climatização automotivo:
Atuador com janela de ar de admissão (componente 4 na figura 2): Este atuador de janela controla se a fonte de ar para condicionamento será o ar externo ou o ar recirculado da cabine. Essa posição do atuador da janela é controlável pelo motorista usando o botão de recirculação ou pelo sistema de climatização usando dados de sensores de qualidade do ar na cabine.
Atuador de janela de mistura de ar (componente 8 na figura 2): este atuador de janela mistura o ar quente (trocador de calor) e o ar frio (evaporador) para atingir a temperatura do ar desejada.
Atuador de janela de distribuição de ar (componentes 5, 6 e 7 na figura 2): Esses atuadores de janela, que podem variar em número com base na classe e modelo do veículo, distribuem o ar dentro da cabine.
Motores
Assim como existem opções para controlar o fluxo de ar, as montadoras têm opções para as máquinas elétricas que movem as janelas. As opções possíveis incluem motores DC com escovas e com potenciômetros para detectar a posição dos flap, motores DC sem escova trifásicos (BLDC) que usam força eletromotriz traseira (EMF traseira) para medir posições ou motores de passo que contam o número de etapas para medir as posições. Esses motores de corrente contínua conduzem a janela através de engrenagens de tamanhos variados.
O servomotor é na verdade um conjunto de três partes: um motor CC normal, uma unidade de redução de engrenagem e um sensor de posição.
A função do servo é aplicar o acionamento de força ao seu motor CC até que o eixo gire para a posição esperada. Ele usa o sensor de posição para determinar a posição rotacional do eixo, para que ele saiba em que direção o motor deve girar e mova o eixo para a posição comandada.
O eixo normalmente não gira livremente, girando como um motor de corrente contínua, mas pode girar apenas 200 graus ou mais para trás.
A estrutura interna do motor de passo é a seguinte:
Conforme indicado na figura 4, A, Ᾱ como grupo conectado a, B, B̄ como grupo conectado b.
No motor de passo bifásico de 4 fios / 5 fios / 6 fios, a estrutura interna é a mesma que a listada, a diferença é que, independentemente de existir um nó comum para grupo a e grupo p.[C2]
Fases: o número de polos da bobina no campo magnético N, S é indicado como m.
Etapas: o número de pulsos para concluir uma troca de ímã de ciclo ou girar um ângulo de engrenagem do motor é indicado como n (n está relacionado a m).
Mais opções
Depois de escolher o motor, os engenheiros de sistemas de ar-condicionado também têm uma opção de arquiteturas para acionar o motor. Os atuadores de abas podem ser controlados no local ou remotamente. Para controle local, os componentes eletrônicos para controlar o motor estão localizados perto do motor, o que significa que o IC de controle do motor está integrado no mesmo compartimento em que o próprio motor está localizado.
Protocolos de comunicação como a Rede de Interconexão Local (LIN) controlam o motor para que a janela seja direcionada para uma determinada posição. Para controle remoto, os componentes eletrônicos para controlar o motor estão localizados na unidade de controle do ar-condicionado que está longe do atuador da janela.
A comunicação entre o motor e o microcontrolador em uma unidade de controle do ar-condicionado pode ser realizada com uma interface periférica serial (SPI) ou ainda mais simples com uma interface de controle digital paralela, usada para acionar o atuador de janela remotamente.
Os atuadores de porta mista do ar-condicionado são responsáveis por posicionar os respiradouros de ar que gerenciam o fluxo de ar nos assentos dos passageiros do carro. Se o atuador da porta combinada não estiver funcionando e o ar-condicionado ou o aquecimento não chegar aos passageiros, pode ser porque o ar esteja bloqueado no espaço do passageiro.
O veículo pode ter um ou dois atuadores de janela de mistura do ar-condicionado, que podem estar com defeito. Uma substituição do atuador envolve o teste de todos os motores que gerenciam os respiradouros, a remoção de peças defeituosas e a substituição delas por novos atuadores da janela de mistura do ar-condicionado.
Um mau funcionamento nos circuitos eletrônicos modernos dos atuadores de janelas do ar-condicionado ou nos próprios atuadores pode impedir o funcionamento do compressor.
A janela de mistura de temperatura aberta ou fechada, devido ao mau funcionamento do atuador, pode induzir o mecânico a acreditar que há um problema com o compressor de ar-condicionado ou outros componentes no sistema de ar-condicionado, resultando na substituição desnecessária de peças. Portanto, é vital ter as ferramentas e o entendimento corretos dessa operação dos sistemas para solucioná-los com eficácia.
Existem três métodos usados na indústria automotiva para operar as janelas para distribuir o ar na cabine dos veículos:
1-Controlado por cabo;
2-Controlado por motor a vácuo;
3-Controlado por motor elétrico ou qualquer combinação desses métodos.
No sistema de cabo, o motorista controla o sistema manualmente. Os cabos movem as janelas à medida que as alavancas no conjunto de controle principal são movidas.
Os primeiros sistemas de controle de vácuo usavam um interruptor de controle de vácuo no painel que, quando operado pelo motorista, direcionava o vácuo do motor para o atuador correspondente. Os sistemas de controle de vácuo posteriores utilizam interruptores elétricos, que enviam sinais para um módulo ou controlador de controle, que, por sua vez, envia vácuo para o atuador apropriado.
O motor do atuador elétrico é um motor DC de velocidade fixa, que corre na direção para frente ou para trás para mover as janelas de ventilação do veículo entre as posições de ar fresco e recirculação, as posições de ar quente e frio e as posições de ventilação, piso ou degelo. O motor do atuador elétrico consiste em estatores, anéis coletores, bobinas e um rotor, que contém ímãs permanentes. O motor do atuador pode ser parado em pontos específicos com uma precisão de aproximadamente 0,1%, proporcionando um ótimo controle para manter uma temperatura constante do ar da cabine em todas as condições de condução.
Os motores de atuador elétrico usados em sistemas de climatização modernos podem ter as funções e os circuitos elétricos diferentes em cada veículo, dependendo do fabricante do veículo, projeto do sistema, ano e modelo.
Atuadores de climatização de três estágios
Um atuador de três estágios é um projeto que utiliza cinco fios. Três dos cinco fios são usados para o circuito de retorno. Os outros fios são para alimentação de tensão de ignição e controle de climatização. Esses atuadores inteligentes movem-se de acordo com a tensão recebida dos comandos de configuração do controle principal. Uma certa voltagem moverá o atuador de uma maneira que uma voltagem diferente a moverá na direção oposta e um valor de voltagem diferente será comandado para que o motor pare de girar.
Atuadores bidirecionais de climatização
Os atuadores bidirecionais usam três fios para retorno do circuito. Os outros dois fios são os circuitos positivo e negativo que acionam o motor. Esses circuitos são controlados pelo conjunto de controles do ar-condicionado e movem a direção do motor com base na seleção feita no painel de controle.
Atuadores de climatização de três fios
Os atuadores de três fios possuem uma fonte de alimentação, terra e um fio de entrada do painel de controle de climatização. Esses atuadores usam um chip lógico pré-programado contendo todas as informações para acionar o motor na direção solicitada. Quando uma mudança de posição é solicitada pelo operador do veículo, um circuito no painel de controle envia tensão ao motor do atuador. À medida que o motor se move, um potenciômetro no atuador compara a tensão do motor com a tensão de saída no painel de controle. Quando as duas leituras de tensão são iguais, o motor do atuador para.
Atuadores de dois fios
Atuadores de dois fios criam pulsos elétricos quando o comutador gira através das escovas do motor. O painel de controle do ar-condicionado, que possui referências pré-programadas da lógica e do ponto final do atuador, conta os pulsos elétricos à medida que o motor move a janela através de sua varredura de uma extremidade para a outra.
Monitoramento e controle do atuador da janela de ar
O ECM ou PCM, dependendo da marca do veículo, modelo e ano, monitorará a posição das portas do ar-condicionado através do potenciômetro integrado dos atuadores. O módulo de controle tentará superar qualquer restrição no sistema várias vezes antes de desligar o circuito. Se a ligação desaparecer na próxima ativação, o módulo de controle executará uma calibração e definirá um histórico de códigos de falhas, DTC. Alguns veículos exigem até trinta segundos de ligação antes de configurar um DTC.
A principal causa de falha dos atuadores de janelas é a vinculação ou restrição, causada por desgaste ou danificado por um objeto estranho alojado na área de atuação da janela. Outra causa de falha é um braço de acionamento quebrado no conjunto da janela. O ar que sai dos respiradouros errados, o ruído de trás do painel ou a incapacidade de controlar a temperatura ou o modo de recirculação de ar fresco no carro são sinais de um mau funcionamento do motor do atuador da janela de ar. (Fig.13)
Alguns motores de atuador são calibrados automaticamente no modo de autodiagnóstico, enquanto outros motores do atuador devem ser calibrados manualmente. Esses atuadores devem exigir calibração somente após a substituição ou desajustamento do motor. Quando um novo motor do atuador é instalado, é essencial que a posição final e o ângulo do passo sejam ajustados. A calibração deve ser realizada com o motor em funcionamento para obter a voltagem correta. A substituição de um atuador de ar-condicionado automotivo pode levar de 30 minutos, em alguns casos, até um ou dois dias de trabalho em alguns carros nos quais é necessária a remoção de todo o painel para ter acesso a ele.