Injeçao eletronica para motores estacionarios

7/24/2019 Injeao eletronica para motores estacionarios

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DESENVOLVIMENTO DE UMA UNIDADE DE CONTROLE PARA

MOTORES ESTACIONRIOS

Danilo Giroto

[email protected] Augusto [email protected]

Fernanda Ferreira [email protected]"enan Feli# de $ima%

renanfeli#[email protected]&hiago De!ecchi'

thiago_d_(@hotmail.com)inicius Al!es de $ima*

[email protected]

Resumo

O presente trabalho apresenta inoa!"o #e bai$o %usto pou%o presente no mer%a#oproeniente #e in&e!"o eletr'ni%a( promoe a #iminui!"o #e )ases no%ios #es%reen#o o

sistema #e %ontrole e isa * monta)em e inte)ra!"o #o sistema eletr'ni%o e +,si%o-

Palaras %hae. In&e!"o eletr'ni%a( sistemas #e %ontrole( en)enharia me%/ni%a-

Abstract

This work presents inexpensive innovation on the market from electronic injection, it

also seeks the reduction of greenhouse gas emissions and describes the control system and

aims to assembly and integration of electronic and physical system.

Keywords: lectronic injection, control systems, mechanical engineering.

Aluno do curso de engenheira mec+nica. Faculdade de ,ngenharia Funda-o /anto Andr01 turma de 234'.Bacharel em ,ngenharia 5ec+nica. Aluno do curso de engenheira mec+nica. Faculdade de ,ngenharia Funda-o /anto Andr01 turma de 234'.Bacharel em ,ngenharia 5ec+nica. Aluno do curso de engenheira mec+nica. Faculdade de ,ngenharia Funda-o /anto Andr01 turma de 234'.

Bacharel em ,ngenharia 5ec+nica.%Aluno do curso de engenheira mec+nica. Faculdade de ,ngenharia Funda-o /anto Andr01 turma de 234'.Bacharel em ,ngenharia 5ec+nica.'Aluno do curso de engenheira mec+nica. Faculdade de ,ngenharia Funda-o /anto Andr01 turma de 234'.Bacharel em ,ngenharia 5ec+nica.*Aluno do curso de engenheira mec+nica. Faculdade de ,ngenharia Funda-o /anto Andr01 turma de 234'.Bacharel em ,ngenharia 5ec+nica.


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SUMRIO

4. 67&"8D9:;8........................................................................................................A/.........................%2.4. &io do motor em rela-o alica-o ro!eniente do roeto...........................%

2.2. &ios de ine-o eletrnica estudadas ara o roeto.....................................*

2.


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0- Intro#u!"o

>om o ad!ento da e!olu-o da eletrnica no ultimo s0culo1 os !eculos Lue

antes eram combina-Mes de sistemas mec+nicos1 e!oluram ara sistemasmec+nicos controlados eletronicamente1 melhorando o rendimento de seus

sistemas1 atra!0s de controles mais recisos ossibilitados ela eletrnica.

,ntre os sistemas1 esta o controle do NPowertrain do !eculo1 onde os

sistemas eletrnicos controlam a rela-o da mistura arIcombust!el1 a!an-o de

igni-o1 controle de emissMes1 odendo controlar a !elocidade e torLue do !eculo

autonomamente em sistemas como o de cruOeiro.

Atualmente e#istem no mercado fabricantes de unidades de gerenciamentoara motores rogramC!eis tais como o Nconsole de controle de ignio ou

conhecido como NP6/Q1 entretanto estas somente ossibilitam a modifica-o de

maas e ar+metros de sua atua-o1 sendo Lue a lRgica de controle no 0

modificC!el ou difundida. ,stas unidades so utiliOadas ara a modifica-o de

!eculos essoais ou de cometi-o1 cuas unidades originais no ossibilitam a

modifica-o de seus maas e ar+metros1 C Lue de!em atender as leis de

emissMes !igentes no as.

,ntretanto o regulamento nacional de Sart da confedera-o brasileira de

automobilismo restringe a reara-o dos motores Lue so utiliOados na

modalidade1 ou sea1 todos os motores ermitidos ainda utiliOam sistemas com

carburador ara dosagem de combust!el1 mostrando Lue ainda e#istem Creas onde

a eletrnica automoti!a ainda no foi alicada.

A roosta desse roeto 0 integrar a mec+nica do motor com a eletrnica do

mRdulo alicando os conhecimentos obtidos durante o curso1 difundindo assim os

conhecimentos ara desencadear no!as tecnologias no mercado1 desen!ol!er um

sistema Lue ossa ser utiliOado no mercado ara a melhoria no desen!ol!imento de

roetos1 a oss!el melhoria Luanto aos Luesitos economia de combust!el e

melhora no desemenho do sistema1 al0m da diminui-o da emisso de gases

oluentes emitidos no meio ambiente.

8 trabalho de concluso de curso consiste na imlementa-o de um sistema

Lue farC a altera-o do carburador ara ine-o de combust!el or controle de

reciso1 alterando o sistema carburado or um sistema controlado eletronicamente.


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Dentre as altera-Mes esto T instala-o de uma !Cl!ula de admisso de ar Lue C

ossui acolada em seu coro a !Cl!ula de ine-o de combust!el1 a instala-o de

sensores de osi-o de borboleta &=/1 temeratura do ar admitido A>& e

resso 5A=1 atuador de marcha lenta1 substitui-o do conunto de igni-o original

ara um com modelo NCoil-on-Plug>8=1 instala-o de um sensor de rota-o do

tio Pall e de uma roda dentada no conunto de artida manual do motor.

&odo o hardware e softwaredo roeto sero desen!ol!idos elos autores1

sendo o hardwarea unidade micro controlados1 dri!es de igni-o1 ine-o1 atuador

de marcha lenta e condicionadores de sinais dos sensores.

1- Desenolimento #o motor e apli%a!2es pr3ti%as

2 &io do motor em rela-o alica-o ro!eniente do roeto

De acordo com GA">6A U B"97,&&61 4HH21 o motor estacionCrio se dC da

seguinte forma Luanto T utiliOa-oV

,stacionCrios W Destinados ao acionamento de mCLuinas estacionCrias1

tais como Geradores1 mCLuinas de solda1 bombas ou outras mCLuinas

Lue oeram em rota-o constante.

8 motor Lue foi utiliOado submeteWse a um tio Ponda GJ


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Figura 4 W 5otor Ponda GJ


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9ma interessante metodologia de ine-o de combust!el 0 a conhecida como

multionto1 nesta metodologia1 0 utiliOada uma !Cl!ula inetora ara cada cilindro1

sendo Lue estas so osicionadas rR#imas T !Cl!ula de admisso de cada cilindro.

7esta metodologia a sincronia de ine-o segundo B8/>P1 4HH' ode serV

W 6ne-o simult+nea Nfull groupV 7este m0todo de ine-o todas as !Cl!ulas

inetoras eram ati!adas ao mesmo temo do combust!el inetado or elas aenas

um dos atos era admitido elo motor1 os demais fica!am em stand byQ at0 Lue seu

resecti!o cilindro entrasse no temo de admisso.

W 6ne-o banco a bancoV /egundo =9YA&661 233E esta configura-o assume

Lue em motores com nZmeros ares de cilindros1 semre a dois cilindros na mesma

osi-o1 mas em ciclos diferentes1 or e#emlo1 em um motor de Luatro cilindros o

cilindro um e o cilindro Luatro se encontro ambos no onto morto suerior ou =5/1

mas enLuanto uma irC come-ar o ciclo de admisso T outra irC realiOar o ciclo de

e#anso. Assim a ine-o de um cilindro 0 di!idida em duas artes1 uma durante o

ciclo de admisso do cilindro1 e outra durante o ciclo in!erso segundo1 isto ermite a

redu-o da freLu[ncia de oera-o das !Cl!ulas inetoras.

W 6ne-o seLuencialV >ada !Cl!ula inetora ineta somente no ciclo de admisso

de seu cilindro1 sendo Lue o onto de acionamento ode ser !ariado li!remente ara

melhor rendimento do motor em fun-o do regime de oera-o.

A escolha do m0todo de ine-o ela unidade de controle corresonde ao regime

de oera-o do motor1 or e#emlo1 durante a artida 0 realiOada ine-o simult+neaara garantir a artida do motor.

*


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Figura < W =osi-o das !Cl!ulas inetoras de combust!el em um motor de Luatro cilindrosFonteV httVIIbr.boschWautomoti!e.comIarts_and_accessories_2Imotor_and_sytemsI

Iinection_systemImultionto_4

2.


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.

Figura % W )ista em corte de um modelo de !al!ula inetoraFonteV =uatti1 F. Y. Desen!ol!imento de gerenciamento eletrnico ara motores de igni-o

8 inetor utiliOado no roeto ossui um leLue de forma cnica1 o

formato do seu leLue e!ita Lue o combust!el entre em contato com as

aredes do coletor de admisso1 e!itando Lue o mesmo condense. A bobina

de igni-o emregada no roeto 0 do tio multifCsico simles1 ou sea1 no

ossui o dri!e de ot[ncia interno.

(


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Figura ' \ Bobina de igni-o

FonteV =rRria2.%. Desen!ol!imento do coro de borboleta &B6

De acordo com Dias1 o sistema ode ter um ou mais de um bico inetor1

sendo monoontooumultionto1na ordem. As diferen-as entre os dois sistemas !o

al0m da Luantidade de inetores1 na !erdade1 efici[ncia 0 a maior diferen-a entre

eles.

7o sistema 5onoonto o bico localiOaWse acima do >oro de Borboleta , o

sistema !isa inetar a mistura de forma homog[nea1 mas deserdi-a bastante

combust!el1 ois al0m de ser um inetor ara todos os cilindros1 grande arte desse

combust!el condensa nas aredes do >oletor de Admisso.

H


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Figura * W =osicionamento da !Cl!ula inetora em sistema monoontoFonteV 8B,"&1 ,. F. 4H*(. 6nternal >ombustion ,ngines. omany.

5ais moderno1 o sistema5ultionto conLuistou o mercado ela

sua efici[ncia1 agora assa a ser uma !Cl!ula inetora or cilindro. A !antagem deste1

segundo Dias1 0 o fato de o combust!el ser inetado raticamente na )Cl!ula de

Admisso1 ento no >oletor de Admisso assa a circular aenas o ar asirado elo

motor. 7este caso um coletor de maior di+metro 0 usado1 o Lue 0 um onto a fa!or

da ot[ncia] o alumnio forado 0 substitudo elo lCstico1 mais le!e1 barato e

rincialmente menos resistente ao ar or ter uma suerfcie menos rugosa.

/egundo "ocha1 Luando os rimeiros sistemas de ine-o eletrnica de

combust!el chegaram ao mercado nacional1 trou#eram uma tecnologia onde a

alimenta-o de combust!el 0 realiOada atra!0s de um coro de borboleta1 muito

arecido com o carburador1 contendo uma !Cl!ula inetora de combust!el1 regulador

de resso e alguns sensores do sistema.

,ste coro de borboleta recebe a denomina-o de &B6. 7ele estC acolado o

bico inetor1 Lue fica acima da borboleta de acelera-o1 o regulador de resso de

combust!el Lue estC na linha de resso de combust!el1 o atuador de marcha

lenta1 o sensor de temeratura do ar admitido e o sensor de osi-o da borboleta

aceleradora.

43


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=ara o rocesso de gerenciamento e alica-o na rCtica foi necessCrio

substituir o carburador elo coro de borboleta eletrnico da moto Ponda >B


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Figura ( \ =laca eletrnica e comonentesFonteV =rRria

A roda fnica tamb0m conhecida como sensor de rota-o do motor1 se

origina basicamente de um transferidor1 assim obser!ado no roeto1 em

esecial a roda fnica informa sobre os ontos de abertura e fechamento das

!Cl!ulas odendo ser medido em rela-o T osi-o do !irabreLuim1 o Lue

este funcionamento tornouWse imrescind!el T e#lica-o clara sobre a

mesma no trabalho1 nela surge o onto refer[ncia do rocesso.

8 motor tem como caractersticas os rocessos ocorrendo

ciclicamente1 or0m com osi-Mes relacionadas com !irabreLuim1 sendo

assim os rocessos Lue se adeLuarem as temoriOa-Mes do motor

conseguem obter o mC#imo rendimento do motor em ot[ncia1 economia e

emissMes de oluentes.

Figura H \ "oda fnica e interliga-o

42


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FonteV =rRria

A rincio a ideia foi realiOar a imlanta-o do sistema desen!ol!ido entre

laca eletrnica com um motor estacionCrio1 ro!ando assim sua utilidade teRrica e

rCtica fundamentada nas rela-Mes entre ine-o e sistema de controle de alto

desemenho e bai#o custo.

Abai#o se encontra a laca de circuito interno desen!ol!ida ara controlar e

gerenciar o sistema de ine-o eletrnica.

Figura 43 \ =laca eletrnica desen!ol!idaFonteV =rRria

/egue algumas e#lica-Mes t0cnicas sobre o sistemaV

8 sinal ara cha!ear o negati!o 0 42 !olts ara inetor1 sendo Lue nos

sensores o sinal entra e nos atuadores o sinal sai. 8 =6>%''3 foi utiliOado ara

controle1 tamb0m foram utiliOados como elementos de controle o regulador de

tenso1 Nbootloadercuo no recisa de rogramador e dissiador de calor1 o

circuito estende ela sua maior arte regulada ara ' !1 e#istem botMes ara teste se

necessCrio1 estes com duas alternati!as. 8 $54H%H 0 o obeto controlador ara o

rocesso do inetor 42 !olts da bateria1 o sinal sai do >.6 e cha!eia o terra1 este 0

uma bobina1 Luando 0 desligada com a for-a eletromotriO o diodo Nao contrarioQ

4


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rotege o circuito em caso de danos no regulador de tenso E(3'1 temos

imlementado o $,D Lue indica a liga-o do sistema1 nosso 9/B tem fus!el ara

e!itar a Lueima da orta de entrada1 o "2H( do motor de asso1 ser!e como onte P

ara cha!ear o Noutdo motor de asso aos % fios de controle1 temos tamb0m um

boto de reset direto no =6>. Foi amlificado o sinal com o ' !olts saturado1

alimentando com 42! ara no saturar a rota-o do &=/ Lue assa o sinal direto or

seguran-a1 temos 2 diodos Lue so grameadores de tenso1 se ogarmos at0 '1E!

os sistema ersiste1 caso contrCrio ocorrerC a Lueima do diodo1 temos incrementado

ao sistema um Npull downQ ara ogar 3! Luando nada ocorrer. A arte de igni-o

ine-o 0 administrada elo "F'%3.

1-4- Controle #a Mistura Ar5Combust,el

Conforme (Dias), existem as seguintes formas de controle da mistura de ar e

combustvel:

Malha Aberta:8 sistema de ine-o 0 caracteriOado como malha aberta Luando no

ossui o controle dos gases de escae1 as informa-Mes necessCrias ara esse

controle so catadas elo sensor lambda \ /87DA $A5BDA ou sensor deo#ig[nio.

8 sensor calcula a Luantidade de o#ig[nio nos gases de escae1 com essa

informa-o a ,>9 interreta se a mistura estC muito rica ou muito obre e efetua a

corre-o.

Malha Fechada:7este caso o sistema ossui o controle total do motor1 desde a

entrada de ar at0 a sada dos gases elo escae. Atualmente os motores esto

sendo eLuiados com duas sondas $ambda1 uma antes e deois do catalisador.

4%


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Figura 44 W 5istura de ar e combust!elFonteV httVIIwww.carrosinfoco.com.brIcarrosI2342I3EIinecaoWeletronicaWcaracteristicasWeWsuasW

diferencasI2.E. Benefcios do roeto de altera-o dos sistemas

A ine-o eletrnica1 segundo mteWthomson1 ossui uma s0rie de benefcios

e !em se aerfei-oando cada !eO mais. >aso a distribui-o de combust!el no sea

realiOada de forma eficaO1 ode causar malefcios ao automR!el1 como entuimento

das agulhas1 al0m do aumento considerC!el no consumo de combust!el.

A seguir1 esto relacionados alguns benefcios roorcionados ela ine-o

eletrnica de acordo com a substitui-o e comara-o do sistema carburado ara o

sistema de ine-o eletrnicaV

W 5enor emisso de gases oluentes1 tendo o motor em erfeito

funcionamento e aro!eitamento do combust!el1 se reduOirC a sobra de combust!el

a ser liberada]

W =artidas mais rCidas1 ois1 com o uso da ine-o eletrnica1 0 disensada a

utiliOa-o do afogador]

W ,fici[ncia no consumo de combust!el do seu motor1 tendo um melhor

aro!eitamento do mesmo]

W 5aior economia1 ois serC usada somente a Luantidade necessCria de

combust!el]

4'


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W 5elhor rendimento do motor1 ois este receberC !olume de combust!el Lue

realmente necessita ara o seu erfeito funcionamento1 e!itando o entuimento das

agulhas.

6- E$emplo #e mer%a#o

&emos abai#o o demonstrati!o e nossa consci[ncia de Lue e#iste algo

semelhante no mercado1 or0m o custo conforme or-amentos re!istos com

o fornecedor foram de aro#imadamente "^2.'33133 aenas o mRdulo de

atua-o1 este 0 caaO de gerenciar e faOer o controle aroriado de !ariC!eis

Lue o sistema romo!e como temeratura do motor1 ati!a-o da sonda

lambda1 maeamento1 resso do combust!el e Rleo1 or0m no 0 oss!el oentendimento correto de como funciona todo gerenciamento e como esta

alica-o 0 feita na rCtica1 al0m do alto custo do mRdulo1 temos faltando o

custo de integra-o e montagem de todo o sistema.

Figura 42 \ ,#emlo de mercadoFonteV httVIIwww.fueltech.com.brIcategoriasIfueltechIinecaoWeWignicaoWcontrolesIinecaoWeletronica

7- Resulta#os espera#os

,m nenhum momento odeWse afirmar Lue a intera-o entre o controle e

gerenciamento do sistema serC comleta e Lue funcionarC no seu rendimento

4*


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mC#imo1 or0m a utiliOa-o do sistema original darC uma dimenso do se ode

eserar dos resultados.

/abeWse at0 o momento Lue o sistema 0 caaO de suortar a altera-o e terC

maior desemenho se for introduOido e assim atuar de forma a aerfei-oar o motor

mesmo durante suas considera-Mes crticas1 como 0 a artida do sistema de igni-o.

Foram feitos contatos com raticantes e emresCrios do ramo1 e os mesmos

mostraramWse interessados na tecnologia de!ido T roosta em diminuir a

manuten-o dos motores e obter redu-o dos custos. A imort+ncia deste

estudo em camo1 atra!0s dos contatos feitos1 foi de grande imort+ncia ara o

desen!ol!imento do artigo.

A redu-o do consumo de combust!el1 tal!eO sea a forma mais ino!adora de

rogramar a rea-o do mRdulo ara utiliOa-o do mesmo em motores de

cometi-o1 a !iabilidade do roeto em rela-o a este tRico 0 e!idente de acordo

com estudos realiOados.

De!ido T falta de temo1 enfrentaramWse dificuldades com o desen!ol!imento

da laca e a realiOa-o da alica-o do motor tornouWse comlicada e com escasseO

de recursos1 or0m alicouWse a migra-o da teoria ao sistema fsico romo!endo o

melhor conhecimento dos en!ol!idos e alcan-ando no!os rumos ara futuros

roetos.

8- Resulta#os obti#os

A intera-o com o rotRtio te!e hiRtese ositi!a em rela-o ao seu

funcionamento e o gerenciamento eserado a rincio foi conclusi!a e boa

Lualidade conforme arLuitetado.

8 sistema suortou a altera-o e nos trou#e resultados ositi!o em rela-o C

intera-o.

7o se ode afirmar de Lue o roeto 0 !iC!el at0 a intera-o fsica comleta

com motor real sea feita e testada1 or0m obser!aWse o a!an-o na redu-o de

consumo de combust!el1 o Lue nos trCs o mnimo interesse de estudo da !iabilidade

e tamb0m a melhoria na emisso de gases noci!os ao meio ambiente Lue cada !eO

mais se torna roblema ara grandes centros manufatureiros.

4E


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A imortante concluso sobre os resultados obtidos e o Lue realmente

buscouWse com todos os meios de ino!a-o e estudo alicados foi Lue fosse

dei#ado como obeto de estudo NabertoQ na funda-o /anto Andr0 todos os

reLuisitos necessCrios ara entender esta no!a tecnologia e mostrar o Luanto temos

camo ara melhoria aos no!os formandos Lue futuramente !iro a se tornar

emreendedores no ramo.

4- Con%lus"o 9Consi#era!2es +inais:

Desen!ol!euWse um roeto com Lualidade mec+nica bem definida e a laca

eletrnica trabalhou conforme re!imos a adeLua-o dela com o meio fsico1 a fim

de concluir com alto desemenho otouWse or melhoria e acabamento do roeto dalaca1 sua rograma-o bem entendida e bem esecificada foi de!ido ao alto temo

emregado no seu desen!ol!imento e desencadeando um ercentual alto de

melhoria em rela-o aos trabalhos futuros de esLuisa com sensores e atuadores

ou combust!eis alternati!os Lue ossam audar na melhora de ot[ncia e consumo

do motor.

Foi oss!el desen!ol!er um sistema Lue trabalha de forma semelhante T

estudada e Lue serC oss!el aerfei-oar o consumo1 manuten-o e desemenho

eserados.

8 bai#o custo ode ser rele!ante ara alica-o em di!ersas Creas1 uma delas

referente T crise econmica e da Cgua enfrentada no as1 tendo alica-o como

geradores de energia de alto desemenho.

4(


19/20

;- Re+erlaro1 $. s.d.. )aiba como as tecnologias de ponta impactam a ind+stria do

kart.Acesso em 2( de maio de 234'1 dison!el em

httVIIewellery.co.!uIchassi_carenagem.h`e#ibe4EH4WsaibaWcomoWasW

tecnologiasWdeWontaWimactamWaWindustriaWdoWSarta#OO6A1 8.1 U B"97,&&61 F. 4HH2.(otores de &ombust#o nterna. 2a ,di-o

.

Grasel1 G. F. s.d.. &omo funciona a nje-#o letr"nicaAcesso em 2 de unho

de 234'1 dison!el em www.oficinadanet.com.brIostI4


20/20

mteWthomson. s.d.. &onhecimentos 0/sicos sobre nje-#o letr"nica.Acesso

em 2H de maio de 234'1 dison!el em httVIIwww.mteW

thomson.com.brIsiteIfaLIconhecimentosWbasicosWsobreWinecaoWeletronica

8B,"&1 ,. F. 4H*(. #nternal &ombustion ngines. $.ed. ./cranton1 ennsyl!aniaV

6nternational &e#tbooS >omany.

=8,$$1 Y.1 U F,,&,1 7. =. 4HH(. $bserved10ased Air1'uel %atio &ontrol

!."%.6,,, >ontrol /ystems.

=uatti1 F. Y.

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Injeçao eletronica para motores estacionarios