SIMULAÇÃO DO CICLO PADRÃO DE EMISSÕES U.S. FTP-75 … · Figura 3.5: Rotações no ciclo FTP-75 em função do tempo ... 3 FUNDAMENTOS PARA DESENVOLVIMENTO DO MODELO NUMÉRICO.....28

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

SIMULAÇÃO DO CICLO PADRÃO DE EMISSÕES U.S. FTP-75

(NBR6601) EM DINAMÔMETRO DE BANCADA

Martinho Henrique Novaes Murta

Belo Horizonte 2008

Martinho Henrique Novaes Murta

SIMULAÇÃO DO CICLO PADRÃO DE EMISSÕES U.S. FTP-75 (NBR6601) EM DINAMÔMETRO DE BANCADA

Belo Horizonte 2008

Dissertação apresentada ao Programa

de Pós-Graduação em Engenharia

Mecânica da Pontifícia Universidade

Católica de Minas Gerais como requisito

parcial para obtenção do título de Mestre

em Engenharia.

Orientador: José Ricardo Sodré

FICHA CATALOGRÁFICA Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Murta, Martinho Henrique Novaes M984s Simulação do ciclo padrão de emissões U.S. FTP-75 (NBR6601) em

dinamômetro de bancada / Martinho Henrique Novaes Murta. Belo Horizonte, 2008.

93f. : il. Orientador: José Ricardo Sodré Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. 1. Emissões de veículos. 2. Controle automático. 3. Sistemas de controle

digital. 4. Motores de combustão interna. I. Sodré, José Ricardo. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. III. Título.

CDU: 662.756

Martinho Henrique Novaes Murta Simulação do Ciclo Padrão de Emissões U.S. FTP-75 ( NBR6601) em

Dinamômetro de Bancada

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia.

__________________________________________________________________ Prof. José Ricardo Sodré, Ph.D., PUC Minas (Orientador e Presidente da Banca) __________________________________________________________________ Profa. Mila Rosendal Avelino, D.Sc., UERJ (Examinadora Externa) __________________________________________________________________ Prof. José Eduardo Mautone, D.Sc., UFMG (Examinador Externo) __________________________________________________________________ Prof. Lauro de Vilhena Brandão M. Neto, D.Sc. – PUC Minas (Examinador Externo) __________________________________________________________________ Prof. Sérgio de Morais Hanriot, D.Sc. – PUC Minas (Examinador Interno)

Belo Horizonte, 26 de setembro de 2008.

Aos meus pais, Martinho e Mercedes, saudades, pelo imenso amor e apoio incondicional em todas as ocasiões.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. José Ricardo Sodré, que sob sua orientação, um tema tão relevante

com grande apelo interdisciplinar foi desenvolvido com sucesso e satisfação.

À Fiat Powertrain Technologies – FTP, pela doação do motor 1.4 flex para a

execução desse trabalho.

À PUC Minas, instituição que através de seu Programa de Capacitação

Docente substantivou essa iniciativa.

Aos Professores Osmano Valente e Roberto Schirm, que, com a costumeira

abnegação pela Engenharia, restauraram todo o sistema elétrico/mecânico

motor/dinamômetro, possibilitando a execução dos testes realizados.

Aos colegas professores e alunos do Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica, que acreditam e constroem novos sonhos de uma

Engenharia integrada nas várias ciências do conhecimento humano.

Aos alunos estagiários do Laboratório Eletro-Eletrônico Veicular da PUC

Minas (LEEV), pelo empenho voluntário no acompanhamento da pesquisa e

desenvolvimento desse projeto.

À Professora Denise Pereira, que, com seu entusiasmo acadêmico e fulgor

juvenil, incentivou-me a descobrir novos desafios intelectuais.

Aos meus filhos, que são o que sempre esperei e quis ter.

RESUMO

Esse trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de controle eletrônico, de

baixo custo, para simular testes em laboratório de motores de combustão interna

acoplados em um dinamômetro de bancada. O desenvolvimento consistiu na

construção de um equipamento composto de circuitos eletrônicos e programas

embutidos que controlam simultaneamente a velocidade rotacional do motor e a

carga aplicada ao motor pelo dinamômetro. A modelagem matemática das

grandezas físicas envolvidas no processo de movimento de um veículo automotor

em pistas urbanas foi realizada e suas características foram reproduzidas e

controladas pelo sistema proposto em laboratório. Em especial, é simulado o teste

dinâmico descrito na norma NBR 6601, que utiliza o percurso urbano segundo o

procedimento de testes federal americano FTP-75, padrão brasileiro para avaliação

de emissões gasosas de veículos de passeio e veículos comerciais leves.. O

sistema de controle foi testado em um motor de produção montado em um

dinamômetro de bancada e, mesmo com a alta inércia do sistema hidráulico do

dinamômetro, reproduziu adequadamente o ciclo de teste de emissões.

Palavras chave: Emissões. Controle Eletrônico. Motores de Combustão Interna.

ABSTRACT

This work describes a low-cost electronic control system developed to simulate the

FTP-75 emissions test cycle in a bench test dynamometer. The system is consisted

of purpose built software and hardware that simultaneously control engine rotational

speed and dynamometer load. Mathematical modeling of the physical parameters

involved was performed, and the characteristics of vehicle motion in urban tracks

were reproduced and controlled by the developed system in laboratory. Particularly,

the US 1975 Federal Test Procedure (FTP-75) emission test driving schedule for

passenger cars and light trucks is simulated. The control system was tested in

production engines mounted in a dynamometer bench. Despite the high

dynamometer inertia, the system adequately reproduced the emissions test cycle.

Keywords: Emissions. Electronic Control. Internal Combustion Engines.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1: Ciclo padrão de emissões NBR 6601....................................................17

Figura 3.1: Esquema de um sistema de controle eletrônico de um veículo.............30

Figura 3.2: Variação da força de arrasto com a velocidade do veículo. ..................34

Figura 3.3: Variação da força de rolamento com a velocidade do veículo. .............35

Figura 3.4: Utilização ideal das marchas em função da velocidade do motor .........36

Figura 3.5: Rotações no ciclo FTP-75 em função do tempo determinado...............37

Figura 3.6: Tempos de utilização da 1ª marcha no ciclo FTP-75. ...........................37




Figura 3.10: Utilização da 5ª marcha.........................................................................39

Figura 3.11: Distribuição da força de arrasto aerodinâmico no ciclo FTP-75, em N............................................................................................................40

Figura 3.12: Distribuição da força de rolamento no ciclo FTP-75, em N. ..................40

Figura 3.13: Distribuição da soma das forças resistivas no ciclo FTP-75, em N.......41

Figura 4.1: Dinamômetro hidráulico e célula de carga. ...........................................43

Figura 4.2: Motor acoplado ao dinamômetro...........................................................43

Figura 4.3: Analisadores de CO, CO2, O2 e HC. .....................................................45

Figura 4.4: Placa impressa do controlador eletrônico do ciclo FTP-75. ..................46

Figura 4.5: Protótipo do controlador digital do conjunto motor-dinamômetro. .........46

Figura 4.6: Painel elétrico de controle do dinamômetro. .........................................47

Figura 4.7: Diagrama elétrico da interface eletrônica do dinamômetro. ..................48

Figura 4.8: Intertravamento digital das chaves de Carga + e Carga -. ....................48

Figura 4.9: Forma de onda gerada pelo deslocamento do pedal. ...........................49

Figura 4.10: Sistema de aceleração fly-by-wire.........................................................50

Figura 4.11: Circuito integrado de duplo potenciômetro digital com comunicação I2C. ........................................................................................................50

Figura 4.12: Protocolo inter-integraded circuit (I2C)...................................................51

Figura 4.13: Comunicação I2C entre o micro-controlador e o potenciômetro digital. ....................................................................................................52

Figura 5.1: Resultado comparativo do valor medido e do valor de referência da velocidade de rotação do motor na simulação do ciclo FTP-75. ...........55

Figura 5.2: Erro absoluto da velocidade de rotação do motor no ciclo FTP-75. ......55

Figura 5.3: Resultado comparativo do valor medido e do valor de referência do torque aplicado ao motor na simulação do ciclo FTP-75.......................56

Figura 5.4: Erro absoluto do torque do motor no ciclo FTP-75................................57

Figura 5.5: Concentração de hidrocarbonetos na exaustão durante o ciclo FTP-75. .................................................................................................58

Figura 5.6: Concentração de monóxido de carbono na exaustão durante o ciclo FTP-75. .........................................................................................59

Figura 5.7: Concentração de dióxido de carbono na exaustão durante o ciclo FTP-75. .................................................................................................59

Figura 5.8: Concentração de oxigênio na exaustão durante o ciclo FTP-75. ..........60

Figura 5.9: Comparação dos resultados obtidos com os limites do PROCONVE IV e V. .............................................................................61

Figura E.1: Esquema elétrico da fonte de alimentação. ..........................................86

Figura E.2: Esquema elétrico do circuito de alimentação da célula de carga. .........87

Figura E.3: Esquema elétrico do amplificador de instrumentação. ..........................88

Figura E.4: Esquema elétrico simplificado do INA 114. ...........................................88

Figura E.5: Circuito equivalente do resistor GR . ......................................................89

Figura E.6: Esquema elétrico de um circuito schmit trigger. ....................................90

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1: Fases do PRONCOVE. ..........................................................................16

Tabela A.1: Dados para análise de incerteza dos componentes do gás de exaustão. ...............................................................................................92

Tabela A.2: Incerteza padrão e incerteza total dos componentes do gás de exaustão. ...............................................................................................92

Tabela A.3: Dados para análise de incerteza das leituras da rotação do motor e do torque aplicado. ................................................................................92

Tabela A.4: Incerteza padrão e incerteza total das leituras da velocidade e da rotação...................................................................................................93

NOMENCLATURA

A - Área frontal do veículo projetada (m2) Cp - Coeficiente característico da pista (adimensional) Cr - Coeficiente de resistência ao rolamento (adimensional) Cx - Coeficiente de arrasto aerodinâmico (adimensional) Fa - Força de resistência aerodinâmica (N) Fr - Força de resistência ao rolamento (N) g - Aceleração da gravidade (m/s2) Mv - Massa do veículo (kg) pa - Pressão interna dos pneus anteriores (bar) pp - Pressão interna dos pneus posteriores (bar) Wa - Peso no eixo anterior do veículo (N) Wp - Peso no eixo posterior do veículo (N) Wv - Peso total do veículo (N) Pr - Potência de carga de estrada (kw) Prr - Potência resistiva ao rolamento (kw) Pa - Potência de arrasto aerodinâmico (kw) Pe - Potência exuberante (kw) Pd - Potência disponível no eixo do motor (kw) Ra - Força de arrasto aerodinâmico (N) Rd - Relação de diferencial (adimensional) Rm - Relação de marcha inserida (adimensional) Rp - Raio do pneu (m) v - Velocidade (m/s)

ρar - Massa específica do ar (kg/m3) ω - Rotação do motor (RPM) CO - Monóxido de carbono (g/km) HC - Hidrocarbonetos Metano e não Metanos (g/km) NOx - Óxidos de nitrogênio (g/km)

ABREVIATURAS

ABS Sistema de freio anti-bloqueio PWM Modulação por largura de pulso HCCI Ignição por compressão de carga homogênea VVT Comando de válvulas pneumáticas variáveis no tempo FPGA Arranjos lógicos reprogramáveis Wrappers Software interligador de sistemas CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente PRONCOVE Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas EPA Agencia Americana de Proteção Ambiental ECE Economic Commission for Europe UDDS Percurso urbano para direção em dinamômetro FTP Federal Test Procedure HWFET Percurso para testes economia de combustível em auto-estrada OBD Diagnósticos on board CAD Projeto auxiliado por computador CAE Computer Aided Engineering

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................15 1.1 Prólogo........................................ .......................................................................15 1.2 Objetivos ...................................... ......................................................................18 1.3 Justificativa.................................. ......................................................................18 1.4 Escopo da dissertação .......................... ...........................................................19 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................ ......................................................21 2.1 Prólogo........................................ .......................................................................21 2.2 Estado da arte................................. ...................................................................21 3 FUNDAMENTOS PARA DESENVOLVIMENTO DO MODELO NUMÉRI CO........28 3.1 Testes de motores de combustão interna em dinam ômetro.........................28 3.2 Sistemas de controle automotivos ............... ...................................................30 3.3 Equações relativas ao movimento veicular ....... .............................................32 3.4 Construção do modelo numérico .................. ..................................................36 4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL ......................... ..............................................42 4.1 Aparato experimental........................... .............................................................42 4.1.1 Dinamômetro .................................. ................................................................42 4.1.2 Motor de combustão interna ................... ....................................................434 4.1.3 Analisadores dos gases da exaustão........... ................................................44 4.1.4 Desenvolvimento do protótipo do controlador .. .........................................45 4.2 Procedimento experimental ...................... .....................................................467 4.2.1 Controle do conjunto motor-dinamômetro ....... ...........................................47 4.2.2 Testes de emissões........................... .............................................................53 5 RESULTADOS....................................... ................................................................54 5.1 Prólogo........................................ .......................................................................54 5.2 Velocidade de rotação do motor no ciclo FTP-75 . .........................................54 5.3 Torque aplicado ao motor no ciclo FTP-75 ....... ..............................................56 5.4 Concentrações de componentes do gás de exaustão ...................................57 5.5 Resultados obtidos versus PROCONVE IV e V ...... ........................................60 6 CONCLUSÕES......................................................................................................62 6.1 Prólogo........................................ .......................................................................62 6.2 Modelo dinâmico ................................ ...............................................................62 6.3 Programas computacionais e circuitos eletrônico s ......................................62 6.4 Validação do sistema de controle eletrônico.... ..............................................62 6.5 Comportamento do sistema de controle eletrônico .......................................63 6.6 Análise do gás de exaustão ..................... ........................................................63 6.7 Sugestões para trabalhos futuros ............... ....................................................64 REFERÊNCIAS.........................................................................................................65

APÊNDICES .............................................................................................................68 APÊNDICE A - Fluxograma do programa de controle do motor

executando o ciclo FTP-75 .......................... .................................68 APÊNDICE B - Fluxograma do programa de controle do dinamômetro

executando o ciclo FTP-75 .......................... .................................73 APÊNDICE C - Programa comparativo das forças resis tivas.............................76 APÊNDICE D - Programa de distribuição da velocidad e de rotação e das

forças resistivas no FTP-75........................ ..................................79 APÊNDICE E - Diagramas elétricos dos circuitos de controle do motor/

dinamômetro........................................ ..........................................86 APÊNDICE F - Análise de incertezas................ ....................................................91

15

1 INTRODUÇÃO

1.1 Prólogo

Um dos grandes problemas ambientais no século 21 é a deterioração da

qualidade do ar nas grandes cidades, com a adição de compostos de carbono e

óxidos de nitrogênio emitidos continuamente à atmosfera por indústrias e veículos

automotores. Os motores de combustão interna automotivos, por emitirem gases

poluentes resultantes da queima inadequada da mistura, estão entre os maiores

contribuintes dessa situação.

Na década de 1970, os países mais desenvolvidos iniciaram um controle da

produção de motores a gasolina para que, em etapas, limitassem cada vez mais os

níveis de poluentes na exaustão. Os fabricantes de veículos reagiram às normas de

controle de emissões de poluentes criando dispositivos como filtros catalíticos na

saída da exaustão para a redução dos três gases poluentes regulados, HC, CO e

NOX, sensor de oxigênio na exaustão (sonda lambda) para melhor controle da

combustão, e centrais eletrônicas para controle do sistema de injeção e da queima

da mistura combustível/ar. Novas geometrias de câmaras de combustão e

otimização dos dutos de admissão foram recursos também implementados.

Outra inovação importante foi o sistema drive-by-wire, que substituiu o

sistema tradicional de comando do ângulo de abertura da válvula de admissão pelo

pedal do acelerador, puxando ou tensionando um cabo de aço, por um sistema

eletrônico que, pressionado pelo pedal do acelerador, envia sinais elétricos à central

eletrônica de controle do motor. Estes sinais são interpretados como a intenção de

aumento do torque do motor pelo motorista. Pneus ecológicos com baixo coeficiente

de rolamento já são mencionados para uso comercial. Estes pneus reduzem a

inércia do veículo no início do movimento após a partida a frio do motor, que é o

período em que mais emissões são produzidas.

No Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA -

institucionalizou, em maio de 1986, o PROCONVE - Programa de Controle da

Poluição do Ar por Veículos Automotores. Na FASE I (Tab. 1.1), o PROCONVE

estabeleceu os primeiros limites de emissão dos seguintes poluentes: monóxido de

16

carbono (CO), hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NOX), e aldeídos (HCO),

em g/km, e emissões evaporativas, em g/teste. Com isso, os fabricantes de veículos

no país iniciaram medidas concretas para a redução da poluição atmosférica pelos

modelos produzidos. Atualmente o PROCONVE encontra-se na FASE IV (Tab. 1.1),

que estabelece que 70% dos veículos vendidos no país respeitem os níveis

máximos de emissões, muito inferiores aos estabelecidas nas fases anteriores. O

atendimento aos novos limites de emissões de poluentes, FASE V na Tab. 1.1,

particularmente para os hidrocarbonetos (HC), depende da melhoria da partida e

início de funcionamento a frio dos motores, quando é maior a emissão de

combustível não queimado.

Para a homologação de motores e outros componentes automotivos são

utilizados testes em percursos pré-definidos de velocidade/tempo. Estes testes

podem ser realizados nas ruas, em grandes laboratórios utilizando dinamômetros

com rolos (dinamômetros de chassi) e até mesmo em dinamômetros de bancada

instalados em pequenos locais.

Tabela 1.1: Fases do PRONCOVE.

FASE

ANO

CO (g/km)

HC (g/km)

NOX (g/km)

CO* (g/km)

ALDEIDOS (g/km)

I 1989 24,0 2,1 2,0 3,0 -

II 1992 12 1,2 1,4 2,5 0,16

III 1997 2,0 0,3 0,6 0,5 0,03

IV 2007 2,0 0,16 0,25 0,5 0,03

V 2009 2,0 0,05 0,12 0,5 0,02 Fonte: CONAMA ,(1986)

* Sob marcha lenta

A padronização dos testes de emissões de poluentes no Brasil é descrita pela

norma NBR 6601 (ABNT, 2004). Esta norma adota a rotina americana FTP-75 como

o padrão para os testes de emissões no Brasil. A rotina automobilística é definida por

uma curva suave especificada através da relação velocidade versus tempo

especificada.

A primeira parte do teste requer 1372 s (22,87 min) para ser completada,

cobre uma distância de 12,1 km a uma velocidade média de 31,46 km/h e é dividida

em duas fases. Os primeiros 505 s (8,42 min) do ciclo representam a fase transitória

17

após a partida a frio e cobrem uma distância de 5,78 km a uma velocidade média de

41,2 km/h. A segunda fase da primeira parte do ciclo representa a fase estabilizada,

com duração de 867 s (14,45 min), velocidade média de 22,55 km/h e

correspondendo a uma distância percorrida de 6,32 km. Em seguida há um período

de 10 min durante o qual o veículo completamente aquecido fica em repouso com o

motor e o eletro-ventilador desligados e o capô aberto, sendo fechado imediatamente

antes do reinício do motor. A segunda parte do ciclo, denominada fase transitória a

quente, repete os primeiros 505 s do teste. O teste completo totaliza 17,88 km em

41,28 min, conforme pode ser visto na Fig. 1.1 .

0 5 10 15 20 25 30 35 40TEMPO (min)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

VE

LOC

IDA

DE

(km

/h)

FASE FRIA FASE ESTABILIZADA INTERVALO FASE QUENTETRANSITÓRIA TRANSITÓRIA 5,78 km 6,32 km 10 min 5,78 km

Figura 1.1: Ciclo padrão de emissões NBR 6601

Fonte: ABNT, (2005)

O teste pode ser realizado para homologação dos motores dos veículos de

duas formas distintas. Na primeira o veículo é movimentado em ruas e estradas

seguindo o percurso do ciclo. Na segunda o veículo é testado em um dinamômetro

de chassi, com suas rodas motoras sobre rolos que simulam as condições das vias

de tráfego . Um condutor segue o ciclo aplicando ao câmbio e ao acelerador as

ações necessárias para acompanhar o percurso descrito na norma NBR 6601.

Parâmetros básicos como peso do veículo, coeficiente de arrasto aerodinâmico,

coeficiente de rolamento, densidade do ar, característicos das condições do

movimento, são inseridos no software gerenciador do dinamômetro para a correta

simulação do ciclo urbano.

18

1.2 Objetivos

Este trabalho tem por objetivo geral desenvolver um sistema de controle

eletrônico para reproduzir automaticamente ciclos padrão de emissões e

desempenho em um dinamômetro de bancada. Os objetivos específicos deste

trabalho são:

• desenvolver um sistema utilizando micro-controladores que opere um conjunto

dinamômetro de bancada/motor de combustão interna em modo automático,

obedecendo ao ciclo padrão de emissões descrito na norma NBR 6601;

• projetar e construir os circuitos de comando e interfaces para o controle do

dinamômetro e do motor;

• elaborar os fluxogramas dos programas de controle do dinamômetro e do

motor;

• codificar os programas, inserindo-os na memória permanente dos micro-

controladores e anexando as tabelas de dados geradas pelos modelos;

• medir e analisar as concentrações de CO,CO2 e HC na exaustão de um motor de

produção montado em um dinamômetro de bancada, submetido ao ciclo padrão

de emissões NBR 6601 simulado pelo sistema de controle desenvolvido neste

trabalho;

• realizar estudo comparativo das concentrações de CO,CO2 e HC medidas nos

testes realizados em dinamômetro de bancada simulados pelo sistema de

controle desenvolvido com as concentrações destes componentes obtidas de um

veículo com o mesmo modelo de motor submetido ao ciclo padrão de emissões

em dinamômetro de chassi.

1.3 Justificativa

O ciclo FTP-75 descrito pela norma NBR 6601 é realizado em grandes

laboratórios com dinamômetros de chassi, onde o automóvel tem uma ou duas rodas

colocadas sobre rolos devidamente parametrizados com as condições de solo,

características e geometria do veículo e densidade do ar. O dinamômetro aplica

19

dinamicamente a carga específica a cada instante do percurso previsto e um

condutor, seguindo instruções de um painel, aciona a aceleração e caixa de

marchas nos momentos indicados para acompanhar o ciclo. A realização de testes

simulando o ciclo em dinamômetro de chassi é lenta e dispendiosa devido,

principalmente, à necessidade de pré-condicionamento do veículo por um período

longo e à presença de, no mínimo, dois operadores.

São disponíveis comercialmente alguns sistemas gerenciadores dedicados

desenvolvidos por grandes empresas que reproduzem automaticamente o ciclo de

emissões NBR 6601 em dinamômetros de bancada. Tais sistemas são encontrados

em dinamômetros dinâmicos de custo elevado e agravados pelo inconveniente, na

maioria das vezes, de não permitirem o acesso e alterações por parte do usuário. A

proposta desse trabalho é o desenvolvimento de um sistema de baixo custo

reproduzindo o ciclo FTP-75.

1.4 Escopo da dissertação

O Capítulo 2 apresenta uma revisão bibliográfica sobre os ensaios de motores

em dinamômetros de chassi e de bancada e também sobre sistemas de controle

construídos para a realização dos testes. Mostra um cenário futuro para a melhoria

das partes móveis de controle do motor e novas tecnologias sem fios para

acionamento do motor.

O Capítulo 3 relaciona as grandezas envolvidas no movimento do automóvel

e equaciona as funções de impulsão e retenção à velocidade desejada pelo veículo,

aplicando o equacionamento citado acima ao ciclo FTP-75, descrevendo as rotações

e os torques em cada momento do percurso, estabelecendo o modelo numérico para

a desenvolvimento do sistema de controle.

O Capítulo 4 descreve o aparato experimental desenvolvido no laboratório e

as características do conjunto composto pelo dinamômetro e motor, do sistema de

controle digital e as técnicas envolvidas na implantação do sistema.

O Capítulo 5 apresenta os resultados obtidos do sistema de controle

desenvolvido e as comparações entre os dados de emissões dos ciclos simulados

em dinamômetro de bancada e em dinamômetro de chassi, acompanhados das

20

análises pertinentes.

As conclusões desta dissertação e sugestões para trabalhos futuros são

apresentadas no Capítulo 6.

Os Apêndices A e B apresentam os fluxogramas dos programas de controle

do motor e do dinamômetro para execução do ciclo FTP-75, respectivamente.

O Apêndice C apresenta o programa comparativo das forças resistivas, e o

Apêndice D apresenta o programa de distribuição destes parâmetros no ciclo FTP-

75.

O Apêndice E mostra os diagramas elétricos dos circuitos de controle do

motor e do dinamômetro.

O Apêndice F apresenta a análise de incertezas das medições realizadas nos

experimentos.

21

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Prólogo

Neste capítulo estão relacionados os trabalhos de autores que desenvolveram

modelos ou aplicaram sistemas eletrônicos embarcados (programas embutidos em

circuitos integrados) para testes de peças, combustíveis e motores automotivos em

laboratório.

2.2 Estado da arte

Windlin et al (1994) elaboraram um modelo matemático para correlacionar

testes de consumo de óleo em dinamômetro de bancada para o desenvolvimento de

novos pistões com resultados obtidos de veículos nas ruas e estradas. Observaram

que as vantagens apresentadas pelos testes em bancada, como rapidez,

repetibilidade e possibilidades de reconfigurações das variáveis ambientais e de

carga, eram sobrepostas pelas discrepâncias com os resultados obtidos na

utilização do veículo em condições reais nas ruas. Consideraram que o motor

acoplado ao sistema de transmissão produz a força de propulsão necessária para

vencer as forças contrárias ao movimento do veículo e que o equilíbrio dessas forças

representa um movimento com velocidade constante. A resistência ao rolamento

provocada pelo atrito dos pneus com o solo, a força de arrasto aerodinâmica e a

força causada pela aceleração da gravidade em rampas foram equacionadas e

inseridas em um software. A rotação necessária para uma dada velocidade foi

calculada para cada marcha, observando os parâmetros de testes como tipo de via

(auto-estrada, montanhas e fora de estrada), inclinação, peso do veículo e pneus.

Nos três tipos de vias foram testados dois automóveis com motores de 1,0 litro e 1,5

litros de volume deslocado. Os resultados simulados correlacionaram

adequadamente com os dados reais, validando a qualidade dos testes em bancada.

Salem e Bata (1996) desenvolveram um modelo matemático para transferir

ciclos de testes de desempenho em dinamômetro de chassi para dinamômetro de

22

bancada, aplicável a veículos pesados. Os autores trabalharam com veículos com

transmissão automática, considerando, com isso, os tempos de mudança de marcha

como função somente da velocidade e da resistência ao rolamento. Os resultados

mostraram a possibilidade de simular em dinamômetro de bancada ciclos para

ônibus urbanos que são realizados em dinamômetro de chassi.

Ren et al (1997) desenvolveram um sistema de aquisição e controle

adaptativo do conjunto motor/dinamômetro de bancada na mesma plataforma do

software desenvolvido no presente trabalho. De baixo custo, o sistema de aquisição

de dados proporcionou um controle operacional flexível e potente, com análise em

tempo real da investigação do desempenho do motor.

Schurov e Ceen (2000) desenvolveram um programa de simulação de ciclo

de direção, testando-o para várias combinações de veículos e motores em

dinamômetro de bancada para análise de desempenho e de emissões. O programa

apresentou ótima correlação com os dados obtidos em dinamômetro de chassi. O

princípio fundamental do software é converter a velocidade do veículo e as forças

resistivas para rotação do motor e demanda de torque baseados na relação de

marcha selecionada. Um controlador programável de múltiplos canais digitais de

entrada e um sistema de aquisição de dados foram utilizados para operar um

dinamômetro de corrente alternada capaz de acelerar livre a 500 rev/s e fornecer

250 kW em desempenho contínuo. Os parâmetros de entrada para o sistema foram:

tipo da pista, pneus, relações de transmissão, eficiências e modo de direção, como o

processo de troca de marcha e o método de aceleração.

Para assegurar a precisão e um suave controle do motor durante o ciclo,

foram caracterizados os seguintes modos de controle ou estados, tanto para o motor

quanto para o dinamômetro: velocidade, torque e direção (SCHUROV E CEEN,

2000). O motor funciona no modo torque todo o tempo, exceto nas simulações de

mudanças de marcha, quando o acelerador é controlado por um arquivo de dados, e

em ponto morto. O dinamômetro é sempre operado no modo de controle de

velocidade, exceto no instante que o motor é desacoplado, quando é então colocado

no ajuste inicial. Os testes realizados no dinamômetro de bancada demonstraram

boa correlação com os testes realizados no dinamômetro de chassi, apresentando

um significativo aumento de repetibilidade.

Asik et al (2001) descreveram o desenvolvimento de um programa para

investigações de óxidos de nitrogênio, na mesma plataforma do programa

23

desenvolvido no presente trabalho, com as seguintes atribuições: habilidade de ter

os testes de configurações impressos, salvos, serem buscados e alterados

facilmente. O programa deveria também possibilitar a alteração no ganho, no nome

do canal, nas unidades métricas de cada canal e salvamento de dados no formato

ASCII. Uma interface customizada com ambiente amigável foi criada, permitindo a

redução de horas de treinamento e menor número de operadores do sistema. O

programa atendeu todas as especificações de projeto, proporcionando flexibilidade e

facilidade de uso.

A introdução do sistema de aceleração eletrônico tornou possível um controle

do motor baseado no torque. Isto significa que o torque gerado pelo motor é usado

como a maior interface entre a central de controle do motor e outras partes

demandantes de torque. Incluem-se acessórios como sistema de freio anti-bloqueio

(ABS), ar condicionado e transmissão automática, perdas por atrito e bombeamento

e controle de marcha lenta. Heintz et al (2001) desenvolveram um sistema de

controle de motor estruturado em torque e, usando tecnologias de rápida

prototipagem, obtiveram sucesso na implantação prática de um controlador com uma

relativa facilidade. Nesse sistema a posição do pedal do acelerador foi mapeada

junto com a velocidade do motor, obtendo, então, a demanda de torque necessária a

cada ponto.

Andreas et al (2001) desenvolveram um sensor magneto-resistivo, sem

contato, para determinar a posição da borboleta de aceleração sem os

potenciômetros utilizados até então, que, além de serem movidos continuamente,

trabalham em ambiente hostil com altas temperaturas e vibrações. Nos motores

modernos a borboleta de aceleração é movida por um motor elétrico, operando entre

3 e 10 A, que é comandado por uma ponte H de potência. O pedal do acelerador

eletrônico, com potenciômetros, fornece um ponto de referência para uma central

micro-controlada. Junto com a informação da posição da borboleta, processa os

dados e atua na ponte com sinais de freqüência acima de 30 kHz, realizando, assim,

uma suave aceleração. Para o futuro previram uma solução mecatrônica com todos

os componentes integrados ao corpo da borboleta tendo o controle da posição da

borboleta interno com quatro fios, alimentação e comunicação, interligando o

sistema à central eletrônica de controle. Para o pedal do acelerador a utilização de

sensores que gerariam um sinal elétrico analógico proporcional à mudança do

campo magnético provocada pela mudança de posição do pedal substituiria os

24

pedais convencionais com potenciômetros elétricos.

Pansire (2002) descreve, em um trabalho sobre o desenvolvimento de

sensores de pressão de alta precisão, como é o funcionamento interno de um

dinamômetro hidráulico. Segundo o autor, dinamômetros hidráulicos controlam um

fluxo de água proporcional à carga aplicada em uma câmara interna contendo o eixo

do motor, criando uma resistência ao seu movimento. O fluxo de água desejado é

injetado ao centro do rotor em uma câmara de absorção e é expelido pela força

centrífuga proveniente da alta rotação do motor para um recipiente externo com alta

pressão, onde é então estabilizado. A contínua injeção/descarga do fluxo de água

faz o dinamômetro absorver a potência produzida pelo motor, gerando água quente

que é descartada do processo.

Nicolò et al (2003) criaram um modelo não linear de um motor V12, 6.2 litros e

48 válvulas em um programa comercial. Identificaram novos parâmetros de controle,

investigando a influência dos três parâmetros mais importantes na produção do

torque: a razão ar/combustível, o avanço da ignição e o ângulo de abertura da

borboleta. Desenvolveram, baseados em dados experimentais de testes em

dinamômetro de bancada e na estrada, uma central eletrônica de controle. O

objetivo era o controle de velocidade do motor em ponto morto para diminuir sua

velocidade nesse instante e eliminar ruídos e estalos na cabine .

Hans et al (2003) observaram que a maioria de inovações automotivas

consiste de soluções mecatrônicas, nas quais sistemas puramente mecânicos são

integrados por subsistemas eletrônicos e de processamento de informações que,

interligados, acrescentam novas funções e grandes melhoramentos ao conjunto do

veículo. Novos dispositivos mecatrônicos aplicados aos sistemas de chassi (freios

ABS e estabilidade eletrônica), dirigibilidade (direção elétrica, atuadores de borboleta

de admissão de ar elétricos com controle eletrônico e atuadores de bicos injetores

piezoelétricos) e no interior do veículo (duplo ar-condicionado, aquecedores,

controles de posição de bancos e retrovisores) já equipam vários veículos de ponta

nos dias atuais. A base tecnológica para produtos mecatrônicos envolve sensores e

atuadores para controle de posição, velocidade e força, eletrônica e programas

embarcados (embedded softwares), para o desenvolvimento de unidades de

controle eletrônicas (ECU´s) e rede de comunicação para interligar sensores,

atuadores e ECU´s.

Dorissen et al (2003) citam os sensores com potenciômetros como os mais

25

preferidos nas aplicações automotivas nos dias atuais, pela constituição simples e

baixo custo. Os problemas de seu uso são devidos ao contato, que podem alterar os

níveis dos sinais elétricos. Sensores sem contato, capacitivos, indutivos e óticos são

esperados para utilização no futuro pela indústria automobilística, pois são

independentes da variação da temperatura, sujeira e interferências elétricas e

magnéticas. O termo x-by-wire, observam os autores, simboliza a tendência de se

ter continuamente dispositivos eletro-mecânicos em substituição aos componentes

mecânicos, hidráulicos e pneumáticos em aplicações veiculares. Drive-by-wire

significa que o principal foco está nos sistemas do veículo como controle do motor,

suspensão e chassi e ambiente interno, com o objetivo de melhorar o conforto, a

funcionalidade e a segurança de passageiros e do próprio veículo. Nesses sistemas

a comunicação é feita por fios elétricos, onde dados de sensores instalados no

veículo são enviados e processados pelas unidades de controle que enviam então

sinais para os atuadores desempenharem suas funções mecânicas do sistema.

Sistemas de controle hidráulicos e mecânicos vêm sendo substituídos por

sistemas eletromecânicos em veículos comerciais. Ronald (2004) observa que o

termo by-wire (por fios elétricos) denota conexões entre unidades de controle

eletrônico que atuam em dispositivos eletromecânicos. Sistemas de freio, controle de

tração e estabilidade, aceleração e direção em novos veículos já são controlados por

fios elétricos. O autor exemplifica o sistema de aceleração que, nos veículos

convencionais, é realizado proporcionalmente à pressão do pedal do acelerador que

abre/fecha a válvula da borboleta puxando/empurrando um cabo de aço. Em

veículos modernos a aceleração não é mais diretamente proporcional à pressão no

pedal; o sistema anterior foi substituído por um pequeno motor no corpo da

borboleta e fiação elétrica. O controle eletrônico de aceleração (by-wire) é composto

por um pedal que, quando acionado, envia sinais elétricos para a central que os

interpreta como uma solicitação de torque. A conjugação com outras variáveis

(temperatura do ar, aceleração/desaceleração, velocidade instantânea e outras),

comanda, então, a abertura da válvula borboleta para a admissão do ar, os tempos

de abertura dos bicos injetores de combustível e o avanço da ignição para, assim,

produzir um torque possível, que atenda aquela solicitação realizada pelo pedal e as

cargas ligadas naquele instante. O sistema eletrônico de controle da operação do

motor agora só não controla a quantidade de ar admitido. Como o motor recebe a

quantidade exata de combustível necessária para fornecer o torque dentro de uma

26

determinada situação, a economia e o desempenho do motor são otimizados.

O crescimento acentuado das funções de controle eletrônico em automóveis

para atender tanto às legislações ambientais, quanto a diagnósticos de bordo do

veículo (OBD) e também conforto na dirigibilidade, economia de combustível e

segurança, requer cada vez mais novos algoritmos e códigos de programas para o

gerenciamento do complexo sistema de controle. Um inconveniente no

desenvolvimento de programas embarcados é a diversidade das arquiteturas dos

sistemas de controle que, em muitos casos, não permitem o reuso de componentes

de códigos de programa, diminuindo a eficiência no desenvolvimento. Kentaro et al

(2004) pesquisaram um método orientado a objeto que gera automaticamente

códigos de controle. O modelo do controlador é projetado com ferramentas para

controle e é, em seguida, simulado para verificar sua funcionalidade lógica. Na

seqüência são gerados automaticamente os objetos, com programas geradores de

códigos, e os empacotadores, através de software desenvolvido na pesquisa que

contém as interfaces e atributos do controlador correspondente a uma função

gerada automaticamente. Com esse método, um programa de controle escrito no

passado pode ser reaproveitado em um novo programa de controle com inserção

apenas das alterações e correções nos objetos.

Utilizando como padrão de percurso o quinto ciclo da FTP, Matthews et al

(2005) submeteram um motor HCCI (ignição por compressão e carga homogênea),

de um cilindro, empregando um sistema de comando de válvulas variável (VVT) e

operando sobre drive-by-wire virtual. O sistema de aceleração se comportou da

mesma maneira que um pedal convencional e o comando de torque na saída era de

acordo com a velocidade percebida do veículo. Concluíram que, em comparação

com motores com ignição por centelha (SI), os motores HCCI poderão fornecer

significantes benefícios em termos de emissões e consumo específico de

combustível. O sistema de controle, desenvolvido na mesma plataforma deste

trabalho, comandou duas placas de aquisição de dados com multi-canais de

entradas de conversores de corrente alternada em corrente contínua para

realimentar o controle das variáveis do motor e saídas digitais de comando do motor.

Trajkovic et al (2006) projetaram um sistema de controle para atuação

variável de válvulas pneumáticas (VVT), tendo como um diferencial a implementação

via um chip reprogramável. O chip contém várias portas lógicas desconfiguradas.

Para cada aplicação, uma programação é realizada e modificada, se necessária, no

27

mesmo dispositivo, com nítida vantagem em relação a circuitos dedicados, onde

qualquer alteração no programa exige a construção de outro circuito. Os chips

trabalham a 40 MHz e executam tarefas paralelas. Nesse trabalho foi utilizada uma

placa de aquisição com oito entradas analógicas, oito saídas analógicas e noventa e

seis linhas digitais de entrada/saída.

Hui et al (2006) desenvolveram circuitos eletrônicos e programas embutidos

para implementar um sistema de gerenciamento micro-controlado para motores

quatro tempos e dois cilindros utilizados em motocicletas. Por ser uma versão mais

simples que as desenvolvidas para veículos de maior porte, utilizaram um

microcontrolador que, amostrando sensores da posição da borboleta de aceleração,

da posição do pistão, de oxigênio e de temperatura, calcula com seu software

embarcado a massa de ar admitida e controla o tempo e a quantidade de injeção de

combustível além do avanço da ignição. Realiza também o controle da marcha lenta

comandando um motor de passo. Possui comunicação serial para reprogramações

do controlador e leitura dos códigos de diagnósticos (OBD – on board diagnostics).

Para permitir a verificação do software, o hardware foi submetido a técnicas de

hardware in loop, que possibilitaram a verificação e correção dos códigos do

programa. Para criar os mapas de consumo e avanço de ignição o sistema foi

testado em dinamômetro de bancada, observando que o melhor ângulo de avanço é

determinado pela leitura do torque máximo do dinamômetro sem detonação.

Manninen et al (2006) ressaltam os benefícios do controle direto do torque

em dinamômetros elétricos em testes de desempenho, consumo de combustível,

emissões e do sistema de injeção, uma vez que dinamômetros elétricos possuem

alta precisão e capacidade superior de controle de cargas dinâmicas. O controle do

torque absorvido com motores de corrente alternada, que constituem esses

equipamentos, é extremamente eficaz com a utilização de inversores de freqüência

controlados eletronicamente. São os mais indicados para o desenvolvimento de

novas soluções mecatrônicas automotivas, como sistemas de freios anti-bloqueio

(ABS), direções elétricas e sistemas elétricos de transmissão. Em testes de

desempenho, emissões e consumo de combustível oferecem alta precisão,

dinamismo e economia de energia. Simulam com eficiência vias urbanas de tráfego

em dinamômetros de chassi porque podem compensar dinamicamente a inércia dos

rolos, obtendo a massa do veículo e as condições do pavimento de rolamento a

cada instante durante as acelerações e desacelerações.

28

3 FUNDAMENTOS PARA DESENVOLVIMENTO DO MODELO NUMÉRI CO

3.1 Testes de motores de combustão interna em dinam ômetro

Os motores de combustão interna veiculares são testados em laboratórios de

duas formas: montados nos veículos prontos ou dispostos em bancadas. A primeira

forma exige laboratórios amplos onde as rodas são colocadas sobre rolos, podendo

movimentar e serem movimentadas por eles, simulando as condições de carga de

trânsito que os veículos enfrentam no uso cotidiano. Dinamômetros de chassi

atualmente utilizados possuem rolos de 500 mm de diâmetro que são acoplados a

sistemas que inserem volantes de carga, para simular a inércia de qualquer situação

do veículo. Podem rodar a até 160 km/h e têm um sistema de controle projetado

para reproduzir com precisão as condições de carga de ruas e estradas. São

equipamentos caros, cuja repetibilidade nos testes depende do modo de conduzir o

veículo. Todavia, são os mais indicados e usados, principalmente para testes de

emissões nos quais todas as condições de temperatura, acelerações e

desacelerações têm que ser examinadas e controladas. A outra forma, de custo

mais baixo, é com o motor montado em dinamômetro de bancada e tendo um

controle eletrônico que simule as condições de tráfego. São testes com grande

repetibilidade porque não há intervenção humana nos testes. Podem ser repetidos

várias vezes em um dia, uma vez que as condições iniciais de temperatura após o

resfriamento são mais rapidamente obtidas sem o compartimento em que o motor é

montado no veículo.

Dinamômetros podem ser classificados de acordo com o meio adotado para

absorver a potência mecânica gerada por um movimento giratório, no caso,

produzida por um motor de combustão interna. Os tipos são: hidráulicos,

hidrostáticos, elétricos, por atrito e por ar. Estes últimos são hoje obsoletos pela

baixa precisão da medida de torque. Dinamômetros hidrostáticos e por atrito não são

muito utilizados atualmente, mas possuem a capacidade de desenvolver torque total

decrescendo para velocidade zero. O dinamômetro hidrostático pode atuar como

acelerador do motor, ou seja, fornecer potência ao equipamento em teste.

A característica comum nos freios elétricos é que a potência absorvida é

29

transformada em energia elétrica, ou como potência que é transmitida da máquina

ou como correntes parasitas que são perdas de energia e são transformadas em

calor dissipado na água do radiador. Os dinamômetros elétricos de corrente

contínua, comandados por conversores tipo corrente contínua-corrente contínua

(“choppers”), são robustos, facilmente controlados e capazes de frear ou acelerar o

motor em teste. Têm a desvantagem de serem limitados em velocidade e de terem

alta inércia, acarretando problemas de vibração e retardos nas mudanças de

velocidade. Já os elétricos de corrente alternada têm baixa inércia e não precisam

de um conversor por serem constituídos por um motor de indução, no qual a

velocidade é controlada pela variação da freqüência da tensão de alimentação, que

é gerada por um inversor de freqüência eletrônico comandado por chaveamento de

dispositivos de potência. Essas máquinas são capazes, como os de corrente

contínua, de frear ou acelerar o motor. Sua melhor característica é, na

desaceleração, a de fornecer potência para outros usos (como por exemplo, o freio

regenerativo).

O princípio do funcionamento de dinamômetros hidráulicos (freio à água) é

um rotor acoplado ao eixo de ligação ao motor em teste, que gira em uma câmara

(estator) preenchida com água. O efeito da rotação é a transferência do momento de

força do rotor para o estator produzindo um torque resistivo à rotação do eixo,

dissipando a potência absorvida em forma de calor na água. O controle é realizado

comandando uma bomba de injeção e uma válvula de descarga de água para fora

do dinamômetro. Possuem alta inércia e apenas conseguem frear o motor.

Os testes de motores em dinamômetros são realizados basicamente seguindo

uma rotina de valores desejados de velocidade e torque, o que é conseguido

controlando o acelerador do motor e aplicando carga (geradora de torque) no

dinamômetro. Cada posição do acelerador do motor tem sua própria característica

de torque e velocidade e similarmente o dinamômetro tem também sua própria

característica de torque e velocidade para cada posição comandada. A interação

dessas duas características determina a estabilidade do conjunto em testes. O

controle da aceleração do motor pode ser feito de três diferentes modos a saber :

mantendo uma aceleração fixa (modo posição), mantendo uma velocidade constante

(modo velocidade) ou mantendo um torque constante (modo torque). Enquanto o

controle do dinamômetro pode ter quatro modos distintos: modos posição,

velocidade, torque e um modo de reproduzir uma determinada característica torque-

30

velocidade. O tipo de teste a ser realizado determina a combinação dos modos para

atender o seu propósito.

O teste descrito na norma NBR 6601, por ser transiente com mudanças

constantes na velocidade e no torque, engloba todas as combinações dos modos.

Tanto o motor quanto o dinamômetro são acionados automaticamente por um

sistema de controle apropriado.

3.2 Sistemas de controle automotivos

Um sistema de controle e monitoramento eletrônico dentro de um veículo

pode ser representado como no diagrama da Fig. 3.1, onde os componentes são

mostrados em blocos e as setas indicam o fluxo de interações entre eles.

Figura 3.1: Esquema de um sistema de controle eletrônico de um veículo. Fonte: SCHAUFFELE, J., e ZURAWKA

O ‘motorista’ representa todos os ocupantes do veículo, incluindo os

passageiros. Atuam em teclas, alavancas, pedais, chaves e volantes solicitando uma

determinada função. O ‘ambiente’ é o conjunto de outros veículos, outros sistemas

eletrônicos no mesmo veículo, radiação de sinais eletromagnéticos de torres de

transmissão de telefones, rádios e televisões e também trânsito e condições da

natureza. O ‘gerador de ajuste’ (setpoint) são as leituras resultantes das posições de

comandos seletores, como da temperatura do condicionador de ar, do pedal do

MOTORISTA

GERADOR DE

AJUSTES

MONITORAMENTO

CONTROLE EM MALHA

ABERTA OU FECHADA

ATUADORES PLANTA SENSORES

AMBIENTE

31

acelerador, da posição do câmbio da marcha inserida. ‘Atuadores’ são os

dispositivos manipulados pelo sistema, como velas de ignição, bicos injetores,

válvulas de admissão e exaustão no caso de interfaces para o motor e podem ser de

vários outros tipos para outras partes do veículo (motores de corrente contínua ou de

passo, relés elétricos, chaves de potência eletrônicas, válvulas solenóides e outros).

Os ‘sensores’ capturam informações, por exemplo, de altitude e posição,

velocidade rotacional, pressão, temperaturas e outras grandezas físicas traduzidas

em sinal elétrico. A ‘planta’ é o sistema que se deseja controlar propriamente, como

a relação da marcha a inserir, o torque e aceleração do motor, a frenagem das rodas

em um sistema anti-bloqueio entre outros. O ‘controle em malha aberta ou fechada’

é o sistema eletrônico também chamado de ECU (unidade de controle eletrônico),

tendo como função monitorar e gerenciar plenamente o funcionamento do todo a

partir dos ajustes gerados e dos estados dos sensores. Também é conhecido como

interface eletrônica.

Um controle em ‘malha aberta’ não recebe sinais dos sensores diretamente,

ou seja, esses sinais não se realimentam ao controlador que ‘obedece’ apenas aos

ajustes. Já no controle em ’malha fechada’, representado na Fig. 3.1, o controlador

recebe as informações dos sensores, compara-as com os valores ajustados e assim

manipula os atuadores para forçar a aproximação entre a situação desejada e a que

está acontecendo naquele instante. O ambiente gera interferências na planta que

são refletidas pelos sensores e, assim, corrigidos pelo sistema em malha fechada,

que continuamente comanda os atuadores realizando um controle suave do

subsistema.

Tipicamente, veículos possuem mais de uma ECU para controlar seus vários

subsistemas. A pouco tempo atrás, a operação delas era autônoma, sem nenhuma

interação entre elas como controle de motor, chassi, freios anti-bloqueio ou outro

subsistema especificado (por exemplo, conforto e segurança). Em um automóvel

moderno, várias ECUs trabalham em paralelo tendo em comum um barramento de

comunicações interligando-as e possibilitando o compartilhamento de sensores e

ajustes.

Em um sistema discreto, os sinais de entrada das ECUs, sensores e ajustes,

que tem variação contínua (analógicos), são primeiramente convertidos para valores

digitais proporcionais às tensões elétricas, para serem processados por

microcontroladores ou microprocessadores digitais, realizando uma implementação

32

discreta de funções de controle em malha aberta ou em malha fechada. Conversores

analógico-digitais (A/D) são rotineiramente usados na aquisição desses sinais e

também são chamados de elementos de amostragem. Similarmente os sinais de

saída do controlador para os atuadores devem ser novamente convertidos, isto é,

devem passar de digitais para analógicos. Esses conversores são chamados de

elementos de manutenção porque mantêm as saídas constantes até a próxima

amostragem. Dispositivos como conversores D/A (digital-analógico) e

potenciômetros digitais são utilizados com essa finalidade.

O programa de controle desenvolvido para um determinado subsistema do

veículo é carregado em uma memória não volátil (embedded system) de um micro-

controlador ou de um sistema micro-processado. A diferença entre eles é que o

micro-controlador possui a memória internamente, não necessitando de

componentes de memória de programa externa. Também nesse tipo de memória

são carregadas tabelas de dados que parametrizam as funções malhas

abertas/fechadas de controle.

3.3 Equações relativas ao movimento veicular

Denomina-se potência exuberante (Pe) aquela disponível para acelerar um

veículo vencendo as resistências ao movimento, que compõem a potência resistiva

total Pr (potência de carga de estrada ou road-load power). Parte da potência gerada

pelo motor é então consumida para vencer essas forças contrárias ao movimento

que estão relacionadas às condições de rolamento da via e aerodinâmica do veículo.

A potência resistiva ao rolamento (Prr) é influenciada pela temperatura do piso

transmitida aos pneus e da provocada por atrito, pelas deformações dos pneus e

sua pressão interna durante o movimento e pela carga (peso) e velocidade impostas

ao veículo. Já a potência de arrasto aerodinâmico (Pa) está relacionada ao

coeficiente aerodinâmico e à área frontal do veículo, à massa específica do ar e ao

quadrado da velocidade instantânea imposta.

A potência resistiva total (Pr) é a soma da potência de arrasto aerodinâmico

(Pa) e a potência resistiva ao rolamento (Prr) conforme expresso pela Eq.(3.1),

rrar

PPP += . (3.1)

33

A potência exuberante Pe, necessária para deslocar o veículo em uma via a

uma determinada velocidade, é a potência disponível no eixo do motor (Pd) menos

as perdas pelas resistências ao movimento, expresso pela Eq.(3.2),

rde

PPP −= . (3.2)

Heywood (1989) descreve uma expressão aproximada para a potência de

carga de estrada (road-load power), ponto inicial para testes de motores automotivos

em laboratório, que mostra a resistência ao rolamento pelo atrito dos pneus e o

arrasto aerodinâmico do veículo em uma determinada densidade do ar, variando

com a velocidade, em uma superfície plana, como os integrantes formadores dessa

força contrária, expresso pela Eq.(3.3),

VAVCgMCP xravrr )5,0( 2ρ+= (3.3)

A velocidade considerada é aquela relativa entre a velocidade do veículo e a

velocidade do vento. Os coeficientes de resistência ao rolamento e o de arrasto

aerodinâmico, Cr e Cx, respectivamente, são determinados experimentalmente, com

o primeiro variando entre 0,012 e 0,015 e o segundo entre 0,3 e 0,5 (Bosch, 1986).

Assim, para uma dada potência resistiva aerodinâmica (Eq. 3.4), em kW, obtém-se a

força de arrasto Ra (Eq. 3.5), em N,

35,0 VACVRP arxaa ρ== (3.4)

ACVR xara2

2

1 ρ= (3.5)

A Fig. 3.2 é o gráfico de uma simulação da Eq.(3.5) da força de arrasto para

34

um veículo com área frontal de 2,00 m2 e coeficiente aerodinâmico de 0,33 com

velocidade variando de 0 a 120 km/hora:

Figura 3.2: Variação da força de arrasto com a velocidade do veículo.

Fonte: Dados obtidos na pesquisa

Da mesma forma, a potência resistiva de rolamento (Prr) é dada pela

Eq.(3.6),:

gVMCVRP vrrrr == (3.6)

e a Eq. (3.7) a força de resistência ao rolamento,

gMCRvrr

= (3.7)

O coeficiente de rolamento, Cr, é um fator adimensional e experimental que

expressa o efeito das propriedades físicas dos pneus e da superfície de rolamento.

É diretamente proporcional à deformação dos pneus e inversamente ao seu raio. Ele

aumenta com o crescimento da carga imposta, com o aumento da velocidade e com

35

baixa pressão dos pneus. Valores típicos são: 0,013 para asfalto/concreto, 0,08 para

terra e pisos de média dureza e 0,3 para areia (NASSER et al, 1998). Outra

representação empírica da força de rolamento é dada pela Eq. (3.8) (WINDLIN et al,

1994), que relaciona um coeficiente característico de pista, Cp, ao qual é atribuído o

valor 1,316 para concreto ou asfalto, 7,017 para terra ou superfícies de média

dureza e 26,316 para areia (WINDLIN et al, 1994), com o peso do veículo, Wv,

( ) vpr WCVF 000142,00116,0 += (3.8)

A Fig. 3.3 é um gráfico da simulação da Eq. (3.8) da força de rolamento, para

um veículo de 1040 kg peso rodando em asfalto liso com velocidade variando de 0

a 120 km/h,

Figura 3.3: Variação da força de rolamento com a velocidade do veículo.


A velocidade do veículo e a rotação do motor são relacionadas na Eq. (3.9),

onde são consideradas as relações de marcha inserida Rm, de diferencial Rd e o tipo

de pneu,

36

610

120×= V

R

RR

p

dm

πω (3.9)

A Fig. 3.4 retrata em uma simulação gráfica da Eq.(3.9), a utilização e o

momento das mudanças de marchas em função da velocidade e rotação do motor,

com relação de diferencial de 4,067 e de marchas 4,273/2,238/1,444/1/029 e 0,872

respectivamente de primeira à quinta marchas:

Figura 3.4: Utilização ideal das marchas em função da velocidade do motor

Fonte: FIAT Automóveis S.A. (2009)

3.4 Construção do modelo numérico

A distribuição da rotação do motor para um determinado veículo é mostrada

na Fig. 3.5 em uma simulação gráfica da Eq.(3.9), com relação de diferencial de

4,067 e de marchas 4,273/2,238/1,444/1/029 e 0,872, respectivamente, da primeira

à quinta marcha, seguindo as velocidades descritas no ciclo FTP-75. Segundo a

segundo é imposta uma nova rotação que deve ser assumida pelo motor no

dinamômetro. O programa de controle processa a leitura anterior e atual da rotação,

compara com o valor para o próximo segundo, memorizado em uma tabela interna, e

comanda o acelerador, simulando sinais no conector da central de controle, para

que o motor atinja a velocidade solicitada a cada instante.

37

Figura 3.5: Rotações no ciclo FTP-75 em função do tempo determinado.


As mudanças da marcha aplicada são realizadas de acordo com o manual do

veículo nas velocidades: de 1ª a 2ª marcha aos 23 km/h; 2ª a 3ª marcha aos 40

km/h; 3ª a 4a marcha aos 64 km/h e de 4ª a 5ª marcha aos 72 km/h. Os instantes

utilizados para cada marcha no ciclo FTP-75 são mostrados nas Figs. 3.6 a 3.10,

resultantes da mesma simulação:

Figura 3.6: Tempos de utilização da 1ª marcha no ciclo FTP-75.


38



Figura 3.8: Tempos de utilização da 3ª marcha no ciclo FTP-75. Fonte: Dados obtidos na pesquisa

39



Figura 3.10: Utilização da 5ª marcha Fonte: Dados obtidos na pesquisa

A distribuição da força de arrasto aerodinâmico no ciclo FTP-75, em N,

dada pela Eq. (3.5), é resultado da aplicação da Eq. (3.5) para um veículo de

área frontal de 2,00m2 e coeficiente aerodinâmico de 0,33 (Fig. 3.11). A força

resistiva ao rolamento em N, dada pela Eq. (3.8), tem a sua distribuição no

ciclo mostrada na Fig. 3.12 para um veículo de 1040 kg rodando em asfalto

liso. A soma das duas forças resistivas, de arrasto e de rolamento, é a que

40

deve ser aplicada pelo dinamômetro ao motor. Sua distribuição no ciclo é

mostrada na Fig. 3.13. O programa de controle processa a leitura anterior e

atual da célula de carga acoplada, compara com o valor para o próximo

segundo, memorizado em uma tabela interna, e comanda o acionador de

cargas, aplicando a quantidade pedida pelo ciclo no instante considerado.

Figura 3.11: Distribuição da força de arrasto aerodinâmico no ciclo FTP-75, em N. Fonte: Dados obtidos na pesquisa

Figura 3.12: Distribuição da força de rolamento no ciclo FTP-75, em N.


41

Figura 3.13: Distribuição da soma das forças resistivas no ciclo FTP-75, em N.


42

4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL

4.1 Aparato experimental

4.1.1 Dinamômetro

O dinamômetro hidráulico usado neste trabalho é capaz de absorver até 350

hp (261 kW) em velocidades de até 6000 rev/min (Fig. 4.1). O sistema de medição

de carga no dinamômetro é formado por um disco girante montado dentro da

carcaça contendo água. Sua resistência ao movimento é igual e oposta à reação

que tende a girar a carcaça. Com a carcaça montada em mancais independentes

dos mancais do eixo do dinamômetro, a força aplicada à carcaça é medida por meio

de um braço cuja extremidade é apoiada a uma balança pneumática, determinando

o esforço despendido pelo motor. Uma célula de carga foi adicionada ao

dinamômetro para fornecer um sinal elétrico, em mV, proporcional ao esforço

despendido. Um circuito amplificador eletrônico (ver Apêndice E) foi construído para

compatibilizar o nível elétrico gerado na célula com sinais de tensão necessários

para o conversor de corrente alternada em corrente contínua do micro-controlador

utilizado. Um sensor de rotação indutivo, montado oposto a uma roda fônica

acoplada ao eixo do dinamômetro (Fig. 4.2), fornece a velocidade do sistema em um

trem de pulsos que são retificados e quadrados por um circuito eletrônico mostrado

no Apêndice C. Um tubo de aço carbono de alta dureza acopla os eixos do

dinamômetro e do motor (Fig. 4.2).

43

Figura 4.1: Dinamômetro hidráulico e célula de carga.

Fonte: Laboratório de motores – IPUC/PUCMINAS

Figura 4.2: Motor acoplado ao dinamômetro.


4.1.2 Motor de combustão interna

CÉLULA DE

CARGA

RODA

FÔNICA

SENSOR DE

ROTAÇÃO

BRAÇO DE

CALIBRAÇÃO

ALAVANCA DE

APLICAÇÃO

DE CARGA EIXO

MOTOR

EIXO

DINAMÔMETRO

44

O motor de produção utilizado tem capacidade de 1,4 litros, 4 cilindros, do tipo

flexfuel, podendo operar com misturas de etanol hidratado e gasolina em qualquer

proporção (ver Fig. 4.2). A potência máxima do motor é de 80 cv (59,9 kW) a 5500

rpm, com gasolina, e 81 cv (60,3 kW) na mesma rotação, com etanol hidratado. O

torque máximo do motor é de 12,2 kgf.m (119,6 N.m) a 2250 rpm, com gasolina, e

12,4 kgf.m (121,4 N.m) na mesma rotação com etanol hidratado.

Conectados à central eletrônica de controle do motor, sensores informam o

valor da velocidade de rotação do motor, pressão do ar admitido e temperaturas em

vários pontos. O sensor de rotação, de relutância variável, monitora o giro de uma

roda fônica acoplada ao eixo do motor, gerando pulsos correspondentes aos dentes

da roda. O sensor da pressão do ar admitido é do tipo piezoelétrico, constituído por

uma ponte de Wheatstone estampada em uma membrana cerâmica. Uma face da

membrana é submetida a um vácuo de referência e a outra à depressão do coletor

de admissão. Assim, o sinal elétrico gerado pela deformação da membrana é

amplificado e enviado à central eletrônica. Os sensores de temperatura (ar e líquido

de arrefecimento) são do tipo de resistência elétrica de platina.

4.1.3 Analisadores dos gases da exaustão

O analisador de gases emitidos na exaustão utilizado é mostrado na Fig. 4.3. As

concentrações de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e oxigênio (O2)

foram analisadas. A concentração de HC foi medida por um detector por ionização da

chama (FID), as de CO e CO2 por infravermelho não dispersivo (NDIR) e a de O2 por

uma célula galvânica de combustível. A amostra do gás de exaustão enviada para

análise nos detectores em tempo real foi coletada antes do catalisador.

45

Figura 4.3: Analisadores de CO, CO2, O2 e HC.


4.1.4 Desenvolvimento do protótipo do controlador

Uma placa impressa de circuito eletrônico foi construída e montada com dois

circuitos integrados micro-controladores, um circuito integrado com potenciômetros

digitais, dois visores de cristal líquido (LCD) de 2 linhas, com 40 caracteres cada (2 x

40), botões de pressão para inicialização do ciclo e conectores para o chicote da

central eletrônica de controle do motor, para acionamento do dinamômetro e para

alimentação do circuito eletrônico (Fig. 4.4). A placa foi acondicionada em uma caixa

metálica (Fig. 4.5), constituindo assim um robusto protótipo do controlador do

conjunto motor-dinamômetro para a execução do ciclo de emissões FTP-75.

46

Figura 4.4: Placa impressa do controlador eletrônico do ciclo FTP-75.

Fonte: Laboratório eletro-eletrônico veicular IPUC/PUCMINAS

Figura 4.5: Protótipo do controlador digital do conjunto motor-dinamômetro.

Fonte: : Laboratório eletro-eletrônico veicular IPUC/PUCMINAS

4.2 Procedimento experimental

47

4.2.1 Controle do conjunto motor-dinamômetro

Um painel elétrico comanda toda a operação do dinamômetro no modo

manual (Fig. 4.6). Através de botões liga-se a bomba de água e comanda-se o

processo de movimentação de carga. Para operação do dinamômetro no modo

automático foi necessário efetuar algumas intervenções na sua estrutura,

implementando novas interfaces para o controle de carga. Um dispositivo de

interface eletrônica foi inserido no painel elétrico para permitir o modo automático de

controle do dinamômetro.

Figura 4.6: Painel elétrico de controle do dinamômetro.


A Fig. 4.7 apresenta o circuito elétrico da interface eletrônica, mostrando uma

chave de dois pólos que dirige a linha de alimentação ou para os botões manuais ou

para o circuito eletrônico que é comandado por sinais de tensão padrão (TTL).

Assim, os dois enrolamentos do motor de corrente alternada, que controlam a

abertura e o fechamento da válvula alimentadora de água, podem ser alimentados

tanto pelos botões quanto pelas entradas de TTL. Como no modo manual os dois

botões possuem intertravamento elétrico (se um está acionado a atuação no outro

não tem efeito), foi projetado um circuito seqüencial assíncrono realizando um

48

intertravamento digital (Fig. 4.8). O condicionamento do sinal, intertravamento e

comando para acionamento é desacoplado opticamente do sistema de potência,

que, com chaves semicondutoras controladas para cargas em corrente alternada,

aciona o motor elétrico e efetua o controle da carga absorvida pelo dinamômetro.

CAIXA DE ENTRADA COM ANDOS TTL

INTERTRAVADAS M ECANICAM ENTE

CHAVE NO PAINEL

BOTOEIRAS DO PAINEL

ELÉTRICO

ACIONADOR DE CARGA

DIGITAL

INTERTRAVADORCARGA -CARGA +

GND+ 5V

CARGA +AUTOMÁTICO

MANUAL

CARGA -

J1 NEUTRO

FASE

FASE2

FASE1

FASE2

FASE1

Figura 4.7: Diagrama elétrico da interface eletrônica do dinamômetro.

Fonte: Desenvolvimento da pesquisa

CARGA -

CARGA +

CARGA -

CARGA +

Figura 4.8: Intertravamento digital das chaves de Carga + e Carga -.

Fonte: Desenvolvimento da pesquisa

Para testes de funcionalidade foram criados inicialmente softwares para o

micro-controlador interligado às entradas de carga positiva e carga negativa do inter-

travador digital TTL (Fig. 4.8). No primeiro teste, chaves de baixa tensão foram

ligadas nas entradas do micro-controlador que, pela leitura de seus estados

(ligadas/desligadas), aciona o dinamômetro de forma direta, colocando ou tirando

carga. Os acionamentos elétricos realizados pelas sub-rotinas construídas

49

mostraram-se eficazes. Para um segundo teste foi criado um software que comanda

automática e ininterruptamente o dinamômetro. Com o motor inicialmente acelerado

até a velocidade de 4000 rpm e com seu acelerador travado, aplica-se carga ao

dinamômetro até que a velocidade do motor caia a 1000 rpm. Em seguida, diminui-

se a carga aplicada até que a velocidade inicial do motor seja atingida, repetindo-se

o processo.

A leitura da célula de carga é então feita pelo conversor analógico/digital de 8

bits de resolução do micro-controlador, de forma contínua, a uma taxa de

amostragem de 25.000 conversões por segundo. As leituras de 0 a 5 V são

convertidas linearmente e o software embutido calcula a média dos valores lidos

para evitar flutuações e a transforma novamente em escala de volts com resolução

de 20 mV/bit.

O pedal do acelerador do motor utilizado é constituído de dois potenciômetros

analógicos que geram sinais elétricos proporcionais às tensões aplicadas

mecanicamente. Para um deslocamento do pedal da posição de repouso ao fim de

curso e retorno à posição inicial tem-se as formas de onda de um dos dois

potenciômetros, lidas por um oscilógrafo (Fig. 4.9). A estratégia usada para o

funcionamento automático do motor de combustão foi simular os sinais elétricos

vindos do pedal do acelerador no conector de sua central de controle do motor –

sistema fly-by-wire (Fig. 4.10).

Figura 4.9: Forma de onda gerada pelo deslocamento do pedal. Fonte: Laboratório eletro-eletrônico veicular IPUC/PUCMINAS

50

Figura 4.10: Sistema de aceleração fly-by-wire. Fonte: Internet

Um circuito integrado que contém dois potenciômetros digitais de 10 kΩ foi

usado para a simulação. Sua constituição interna, mostrada na Fig. 4.11, possui dois

arranjos de 256 resistores e dois registradores que indicam a posição dos pinos

centrais dos potenciômetros que simulam os dois sinais elétricos do pedal. Os pinos

Hx , Lx e Wx são ligados respectivamente ao sinal de +5 V, terra e sinal de

aceleração presentes no conector da central de controle do motor. A programação

do circuito integrado é feita pelo micro-controlador através de uma comunicação

serial com o protocolo I2C (Inter-Integrated Circuit bus) e utiliza os pinos DAS

(dados) e SCL (clock) (Fig. 4.12).

Figura 4.11: Circuito integrado de duplo potenciômetro digital com comunicação I2C.

Fonte: Data sheet DALLAS DS 1803

Sensor da Posição

do Pedal

Modulo ETC

Central Eletrônica de

Controle do Motor Pedal do Acelerador

Corpo do Acelerador

Eletrônico

51

Figura 4.12: Protocolo inter-integraded circuit (I2C).

Fonte: Data sheet DALLAS DS 1803

Para testes de funcionalidade foram criados inicialmente programas para o

micro-controlador em linguagem Assembly, interligando as saídas do

potenciômetro digital ao conector da central eletrônica do motor, substituindo o

pedal convencional. Neste primeiro teste, chaves momentâneas de baixa tensão

são ligadas às entradas do micro-controlador que, pela leitura de seus estados

(apertadas ou soltas), realiza a aceleração ou desaceleração do motor,

comportando-se como um acelerador manual. Os acionamentos elétricos

realizados pelas sub-rotinas construídas mostraram-se eficazes, fazendo a

comunicação I2C adequadamente. Um exemplo dos sinais instantâneos capturados

pelo Oscilógrafo digital é mostrado na Fig. 4.13.

52

Figura 4.13: Comunicação I2C entre o micro-controlador e o potenciômetro digital.

Fonte: Laboratório eletro-eletrônico veicular IPUC/PUCMINAS

Para um segundo teste foi criado um software que comanda automaticamente

o motor, acelerando-o até uma determinada rotação, aguardando por um intervalo

fixo e, em seguida, retornando ao ponto morto. O procedimento é continuamente

repetido.

A leitura do sensor de rotação é então realizada pelo processo de captura de

entrada do canal do contador temporal do micro-controlador, que conta

continuamente os pulsos correspondentes à passagem dos dentes da roda fônica

pelo sensor, registrando essa contagem em um contador de 16 bits. O programa

embutido nesse micro-controlador realiza a cada 200 µs a leitura do contador,

amplifica-o em 5 vezes e obtém a rotação atual do motor para futuro processamento

e apresentação em diversos visores. Para o registro das rotações e cargas

aplicadas no tempo foi utilizado um oscilógrafo portátil de 200 MHz e 2,5 GS/s, que

captura freqüências de até 100 kHz e possui interface serial que permite a um

computador registrar formas de ondas elétricas. O oscilógrafo possui um programa

próprio para esta aquisição, que grava os dados lidos em forma de planilhas

editáveis.

Os sinais elétricos proporcionais às concentrações dos componentes do gás

de exaustão do motor foram gerados pelos analisadores de gases (ver Fig. 4.3) e

capturados pelas entradas analógicas de uma placa de aquisição de dados. Os

dados obtidos foram armazenados em planilhas eletrônicas editáveis.

53

4.2.2 Testes de emissões

Os testes de emissões ocorreram com um motor de produção montado em

um dinamômetro de bancada, descritos nas Seções 4.1.1 e 4.1.2. Antes de iniciar os

testes, os analisadores de gases eram aquecidos por, pelo menos, duas horas para

estarem habilitados para os testes. Após dar a partida ao motor, aguardava-se cerca

de 30 s para estabilização da velocidade na rotação de marcha lenta, quando então

o sistema de controle eletrônico era acionado para simulação do ciclo de emissões

FTP-75 descrito na norma NBR-6601 (ABNT, 2004). Além das concentrações dos

gases de exaustão, foram coletados os dados de velocidade de rotação do motor e

da carga aplicada pelo dinamômetro. A pressão atmosférica no interior da sala do

dinamômetro foi também monitorada, além da temperatura e a umidade relativa no

ambiente. Outros parâmetros monitorados foram as temperaturas do fluido de

arrefecimento e do óleo lubrificante do motor. A temperatura do ar admitido foi

mantida entre 20 e 30°C.

O gás de exaustão foi coletado para análise antes do catalisador, próximo à

válvula de exaustão. Cinco testes foram realizados, dos quais três foram

selecionados para obter-se os valores médios que são apresentados no Cap. 5. As

concentrações volumétricas dos componentes do gás de exaustão foram convertidas

para concentrações em base mássica através da seguinte correlação desenvolvida

neste trabalho:

d

tXY

2

ωρη ∀= (4.1)

Onde:

d distância total equivalente percorrida no ciclo FTP-75 (km)

t tempo de duração do ciclo FTP-75, excetuando o intervalo de parada (s)

η eficiência volumétrica média do motor ao longo do ciclo (adimensional)

ρ massa específica do componente (g/litro)

∀ volume total de gás deslocado por ciclo do motor (litros/rev)

ω velocidade de rotação média do motor ao longo do ciclo (rev/s)

X concentração do componente em base molar (ppm × 10-6 ou % × 10-2)

Y concentração do componente em base mássica (g/km)

54

5 RESULTADOS

5.1 Prólogo

Nesse capítulo são apresentados os resultados dos testes realizados no

laboratório com condições ambientais de temperatura de 23,9 ± 6 ºC, pressão de

691 ± 7 mmHg e umidade do ar de 35,8 ± 4 %. Os dados adquiridos são dispostos

em gráficos que ilustram o comportamento das grandezas envolvidas nesse estudo.

Os resultados comparativos do valor ajustado e do valor obtido da velocidade de

rotação e do torque aplicado ao motor são mostrados durante a simulação do ciclo

FTP-75. São também mostrados os teores presentes na exaustão de monóxido de

carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), oxigênio (O2) e hidrocarbonetos totais não

queimados na combustão (HC). O Capítulo apresenta, ainda, as concentrações

médias dos componentes do gás de exaustão ao longo do ciclo, em g/km, e

comparações com os limites previstos na norma NBR 6601 (ABNT, 2004).

5.2 Velocidade de rotação do motor no ciclo FTP-75

Utilizando o oscilógrafo portátil, o sinal do sensor de rotação do eixo do motor

foi adquirido continuamente durante o teste de emissões seguindo o ciclo FTP-75

(Fig. 5.1). A linha cheia representa os valores da velocidade de rotação medidos

durante os experimentos e a linha tracejada corresponde aos valores ajustados de

referência, tabelados conforme a norma NBR 6601 (ABNT, 2004). Na Fig. 5.1 pode-

se observar que o sistema de controle desenvolvido neste trabalho possibilitou ao

motor acompanhar adequadamente o traçado da velocidade de rotação no ciclo

FTP-75 gerado pelo modelo de simulação proposto. O erro absoluto entre as duas

curvas, dado pela diferença entre as duas velocidades, a medida e a tabelada, é

mostrado na Fig. 5.2. Nota-se que os maiores erros correspondem às defasagens

entre as curvas da velocidade de rotação medida e a de referência observada nas

fortes desacelerações e retomadas de aceleração solicitadas (Fig. 5.1). Estas

defasagens podem ser atribuídas à elevada inércia do dinamômetro hidráulico

55

usado. O erro absoluto médio calculado para todo o ciclo foi de 47,5 rev/min, que,

para uma velocidade de rotação média do ciclo de 2062,679 rev/min, corresponde a

2,3%. O desvio padrão foi de 0,835 rev/min.

0 5 10 15 20 25 30 35 40TEMPO (min)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000V

ELO

CID

AD

E (

rev/

min

)

VALOR MEDIDOVALOR DE REFERÊNCIA

Figura 5.1: Resultado comparativo do valor medido e do valor de referência da velocidade de rotação

do motor na simulação do ciclo FTP-75. Fonte: Dados gerados na pesquisa

0 5 10 15 20 25 30 35 40TEMPO (min)

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

VE

LOC

IDA

DE

(re

v/m

in)

ERRO ABSOLUTOVALOR DE REFERÊNCIA

Figura 5.2: Erro absoluto da velocidade de rotação do motor no ciclo FTP-75.

Fonte: : Dados gerados na pesquisa

56

5.3 Torque aplicado ao motor no ciclo FTP-75

Utilizando o oscilógrafo portátil, os sinais elétricos analógicos da célula de

carga e do sensor de rotação do sistema foram continuamente adquiridos durante

todo o teste e convertidos para N.m. Na Fig. 5.3 são sobrepostos valores gerados

pelo modelo e os valores medidos durante os testes de simulação do ciclo FTP-75.

Observa-se na Fig. 5.3 que, nos valores de pico de torque, correspondentes às

retomadas de aceleração, há um excedente na força aplicada pelo dinamômetro

devido à sua característica hidráulica, que introduz no sistema uma grande inércia.

Na Fig. 5.4 é mostrado o erro absoluto entre o torque medido e o torque de

referência ao longo do ciclo. O erro absoluto médio no ciclo foi de 3,7 N.m, que, para

um torque médio de 27,8 N.m corresponde a 13,2 %. O desvio padrão do torque foi

de 0,037 N.m.

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35 40

TEMPO(min)

TO

RQ

UE

(N.m

)

VALOR DE REFERENCIA

VALOR MEDIDO

Figura 5.3: Resultado comparativo do valor medido e do valor de referência do torque aplicado ao motor na simulação do ciclo FTP-75. Fonte: : Dados gerados na pesquisa

57

0 5 10 15 20 25 30 35 40TEMPO (min)

-40.0

-20.0

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

TOR

QU

E (

N.m

)

ERRO ABSOLUTOVALOR DE REFERÊNCIA

Figura 5.4: Erro absoluto do torque do motor no ciclo FTP-75.


.4 Concentrações de componentes do gás de exaustão

Utilizando os sinais elétricos, proporcionais às concentrações dos

componentes HC, CO, CO2 e O2 gerados pelo analisador de gases, o sistema de

aquisição de dados coletou as concentrações de cada um deles, que são

apresentadas nas Figs. 5.5 a 5.8. Na Fig. 5.5 é mostrada a variação da

concentração de hidrocarbonetos na exaustão ao longo do ciclo FTP-75. A

concentração volumétrica média de hidrocarbonetos coletados na exaustão durante

o ciclo FTP-75 foi de 579 ppm. Considerando o volume do motor de 1,368 litros, a

eficiência volumétrica de 47% (Costa, 2005), a massa específica do combustível não

queimado de 576,8 kg/m3 (ABNT, 2004), o tempo médio de um ciclo completo do

motor durante o ciclo de emissões de 0,001325 s, o tempo de duração do ciclo de

emissões de 1877s e a distância equivalente de 17,88 km, a concentração

equivalente de hidrocarbonetos, em massa, é de 0,28 g/km.

58

0 5 10 15 20 25 30 35 40TEMPO (min)

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

HID

RO

CA

RB

ON

ET

OS

(ppm

)

Figura 5.5: Concentração de hidrocarbonetos na exaustão durante o ciclo FTP-75.


A variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão do motor

ao longo do ciclo FTP-75 é mostrada na Fig. 5.6. A concentração volumétrica média

de CO ao longo do ciclo foi de 0,39%. Considerando o volume do motor de 1,368

litros, a eficiência volumétrica de 47% (Costa, 2005), a massa específica de

monóxido de carbono de 1,164 kg/m3 (ABNT, 2004), o tempo médio de um ciclo

completo do motor durante o ciclo de emissões de 0,001325 s, o tempo de duração

do ciclo de emissões de 1877s e a distância equivalente de 17,88 km, a

concentração equivalente de CO, em massa, é de 3,85 g/km.

A concentração volumétrica de dióxido de carbono (CO2) na exaustão ao

longo do ciclo FTP-75 é mostrada na Fig. 5.7. A concentração média de CO2 foi de

10,7% do volume total dos gases na exaustão. Considerando o volume de gás

admitido de 1,368 litros por ciclo de operação do motor, a eficiência volumétrica de

47% (Costa, 2005), a massa específica de CO2 de 1,830 kg/m3 (ABNT, 2004), o

tempo de duração do ciclo de operação do motor de 0,001325 s, correspondente à

velocidade de rotação média de 1509,6 rev/min, o tempo total do ciclo de emissões

de 1877 s e a distância percorrida no ciclo de emissões correspondente a 17,88 km,

a concentração mássica média de CO2 no ciclo FTP-75 é de 135,2 g/km.

A variação da concentração volumétrica de oxigênio (O2) na exaustão ao

longo do ciclo FTP-75 é mostrada na Fig. 5.8. A concentração volumétrica média de

59

O2 ao longo do ciclo de emissões é de 5,99%. Considerando a massa específica de

O2 igual a 1,308 kg/m3, a 25 oC e 1 bar, e os mesmos valores adotados para os

demais parâmetros utilizados no cálculo da concentração mássica dos outros

componentes do gás de exaustão, a concentração média de O2 no ciclo, em base

mássica, é de 81,1 g/km.

0 5 10 15 20 25 30 35 40t (min)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

CO

(%)

Figura 5.6: Concentração de monóxido de carbono na exaustão durante o ciclo FTP-75.


0 5 10 15 20 25 30 35 40t (min)

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

CO

2 (%

)

Figura 5.7: Concentração de dióxido de carbono na exaustão durante o ciclo FTP-75.


60

0 5 10 15 20 25 30 35 40t (min)

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

O2 (

%)

Figura 5.8: Concentração de oxigênio na exaustão durante o ciclo FTP-75.


As concentrações de HC e CO apresentam comportamento similar (Figs. 5.5

e 5.6), indicando a influência do aumento da quantidade de combustível injetado nas

regiões de aceleração, em que há solicitação de alto torque (Figs. 5.1 e 5.3). Nas

Figs. 5.7 e 5.8, pode-se observar uma relação inversa nas concentrações de CO2 e

O2 ao longo do ciclo. Quando há requisição de torque do motor, nas regiões de

aceleração, a quantidade de combustível injetada produz a combustão nas regiões

estequiométrica e de mistura ligeiramente rica, para as quais a concentração de CO2

é máxima. Por outro lado, nas desacelerações, com baixa solicitação de torque do

motor, são acionados os sistemas de cut off (corte no fornecimento de combustível

pela central eletrônica) e dash pot (ar adicional utilizado nas desacelerações para

auxiliar a queima do combustível restante no coletor de admissão e melhorar a

dirigibilidade), aumentando a concentração de O2 na exaustão (AMARAL, 2000).

5.5 Resultados obtidos versus PROCONVE IV e V

Para a fase IV do programa de controle da poluição do ar, o PROCONVE

estabeleceu para 2007 os limites de 2,0 g/km para emissão de monóxido de carbono

e 0,16 g/km para hidrocarbonetos não queimados na exaustão (ver Tab. 1.1). Para

61

2009, a fase V do PROCONVE estabelece os limites máximos de 2,0 g/km para CO

e 0,05 g/km para HC (Tab. 1.1). A Fig. 5.9 apresenta os resultados obtidos neste

trabalho com os limites estabelecidos nas fases IV e V do PROCONVE. Os limites

de CO2 não constam no PROCONVE, sendo apenas uma referência. Ressalta-se

que os limites estabelecidos pelo PROCONVE devem ser aplicados ao gás na saída

do duto de exaustão, ou seja, após o catalisador. Neste trabalho, o ponto de coleta

de amostra dos gases foi antes da entrada do catalisador. Assim, esta comparação

serve somente para verificação da ordem de grandeza dos dados obtidos nos testes,

mostrando-se satisfatória.

HC CO CO2

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

HC

×10,

CO

, CO

2×1

0-2 (g

/km

)

0,28

0,16

0,05

3,8

2,0 2,0

135100100

VALOR MEDIDOPROCONVE IVPROCONVE V

Figura 5.9: Comparação dos resultados obtidos com os limites do PROCONVE IV e V.


62

6 CONCLUSÕES

6.1 Prólogo

As conclusões obtidas dos resultados deste trabalho são apresentadas neste

capítulo. Sugestões para trabalhos futuros são também realizadas.

6.2 Modelo dinâmico

• A distribuição das equações relativas ao comportamento de um automóvel se

deslocando no asfalto plano seguindo o ciclo FTP-75 é compatível com os dados

de potência e torque do motor disponibilizados pelo fabricante, possibilitando o

teste de emissões em dinamômetro de bancada.

6.3 Programas computacionais e circuitos eletrônico s

• As interfaces eletrônicas para acionamento das bobinas elétricas do dinamômetro,

para variação da carga e para simular o comportamento do pedal de aceleração

no chicote da central de controle do motor, para variação da rotação, foram

desenvolvidas e provaram-se eficientes, como pode ser observado na Fig. 4.11.

• Os programas computacionais desenvolvidos possibilitaram que o conjunto

motor/dinamômetro de bancada reproduzisse adequadamente a seqüência de

acelerações e acelerações do ciclo FTP-75 do teste de emissões, Figs 5.1 e 5.3.

6.4 Validação do sistema de controle eletrônico

• Testes experimentais realizados em laboratório comprovaram que o sistema de

controle eletrônico é capaz de simular consistentemente o ciclo de emissões FTP-

75 em dinamômetro de bancada.

63

6.5 Comportamento do sistema de controle eletrônico

• O sistema de controle eletrônico mostrou-se robusto, proporcionando ao conjunto

motor/dinamômetro um comportamento adequado e um movimento contínuo e

suave.

• Nas retomadas de aceleração e nos instantes de grandes desacelerações

observa-se os maiores erros nas curvas de velocidade e torque, atribuídos à alta

inércia do dinamômetro hidráulico.

6.6 Análise do gás de exaustão

• As concentrações de hidrocarbonetos não queimados (HC) e de monóxido de

carbono (CO) na exaustão durante o teste de emissões FTP-75 apresentaram

picos nos instantes de acelerações e solicitação de torque, mostrando

consistência com o enriquecimento da mistura combustível/ar nestas condições.

• As concentrações de dióxido de carbono (CO2) e oxigênio (O2) na exaustão

apresentam comportamento inverso e também consistente, com o aumento de O2

nas situações de desaceleração, em que normalmente são acionados os sistemas

de corte na injeção de combustível (cut off) e de fornecimento de ar adicional

(dash pot), validando o sistema de controle.

• Comparações das concentrações medidas de HC e CO no ciclo de emissões

FTP-75 simulado em dinamômetro de bancada com os limites determinados pelo

Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores no Brasil –

PROCONVE – para o ciclo FTP-75 simulado em dinamômetro de chassi

apresentam consistência de resultados, em virtude da similaridade de

comportamento.

• As concentrações de HC e CO medidas antes da entrada do catalisador no ciclo

simulado em dinamômetro de bancada são superiores e na mesma ordem de

grandeza dos limites estabelecidos pelo PROCONVE para medições efetuadas

em dinamômetro de chassi ressaltando que estes são previstos para medições na

saída do catalisador.

64

• A concentração de dióxido de carbono (CO2) foi também medida no ciclo de

emissões FTP-75 simulado em dinamômetro de bancada, é comparável aos

valores de referência obtidos em dinamômetro de chassi para o desenvolvimento

de motores e veículos modernos.

Final: O objetivo proposto foi atingido.

6.7 Sugestões para trabalhos futuros

• Sugere-se como trabalho futuro uma avaliação comparativa dos resultados dos

testes de emissões simulados em dinamômetro de bancada, coletando a amostra

do gás de exaustão após o catalisador, com os resultados produzidos em testes

de dinamômetro de chassi por um veículo com o mesmo motor, incluindo dados

de emissões de óxidos de nitrogênio (NOX) e medições de consumo de

combustível.

• Sugere-se reproduzir o ciclo de emissões em dinamômetro de bancada com a

medição da taxa de escoamento do gás de exaustão em tempo real, para

refinamento do cálculo da concentração dos seus componentes em base mássica.

• Sugere-se a aplicação do sistema de controle eletrônico desenvolvido neste

trabalho em um dinamômetro de bancada elétrico, permitindo a redução da

inércia do sistema e a investigação das emissões de hidrocarbonetos na fase de

partida a frio e aquecimento do motor.

• Com a aplicação do sistema de controle eletrônico em um dinamômetro de

inércia reduzida, sugere-se utilizar o método de cálculo da concentração mássica

dos componentes do gás de exaustão ponderado pelas fases do ciclo, conforme

descrito na norma NBR6601 (ABNT, 2004).

• Sugere-se reproduzir o ciclo de emissões em dinamômetro de bancada com

aplicações de cargas elétricas variadas representando os componentes do

veículo (faróis, ar-condicionado e outros) observando suas influências no

comportamento das emissões.

• Outro trabalho futuro sugerido é a aplicação do sistema de controle eletrônico

desenvolvido para simulação em dinamômetro de bancada a outros tipos de

ciclos padrão de testes de motores e veículos.

65

REFERÊNCIAS

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66

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68

APÊNDICES

APÊNDICE A - Fluxograma do programa de controle do motor executando o

ciclo FTP-75

A.1 Descrição

O programa principal realiza as configurações necessárias para o

funcionamento integrado dos componentes eletrônicos. Configura as portas de

entrada e saída, as interrupções do relógio (timer) e do canal 1 do micro-controlador,

programado para captura dos sinais de entrada. O programa controla todas as fases

do ciclo FTP-75 e, das comparações dos valores lidos e anteriores das rotações

estabelecidas no ciclo e a rotação atual do motor, comanda o possível acionamento

do motor chamando as rotinas ACELERAR e DESACELERAR.

A tabela de rotações inserida na memória instantânea do micro-controlador é

lida segundo a segundo e seu valor, em 16 bits, é registrado na variável TABATUAL.

O valor anterior é guardado na variável TABANTIG. As rotações do motor são

contadas na rotina de interrupção do canal do timer e registradas na variável de 16

bits ROTAÇÃO. Na rotina de interrupção do timer é determinada a rotação do

motor, em rev/min, carregando a variável de 16 bits RATUAL com o valor atingido

pela contagem da ROTAÇÃO e, em seguida, é zerada a variável ROTAÇÃO para

nova contagem. O registrador RANTIG, antes dessa determinação, recebe o

conteúdo de RATUAL (que memoriza a rotação anterior do motor) e o tempo do ciclo

e o ponteiro da tabela são atualizados.

Nas sub-rotinas ACELERAR e DESACELERAR são realizadas novas

comparações entre os valores atuais da tabela e os valores da rotação atual,

podendo, se for o caso, passar o processamento de uma para a outra. Novas

comparações entre os valores anteriores e os atuais da rotação do motor completam

a estratégia de controle, com o acionamento do motor.

Na sub-rotina ACELERAR é inserido um fator de aceleração (slew rate) que,

após as comparações entre os valores anteriores e atuais da rotação,elevam ou

reduzem a velocidade do processamento, suavizando o comportamento da

aceleração do motor com valores próximos do desejado pelo ciclo.

69

A interface com a central eletrônica de controle do motor é realizada com a

utilização dos potenciômetros digitais que recebem os registros da posição desejada via

protocolo I2C. As sub-rotinas TORQUE e TRANSMITE realizam essa comunicação.

A.2 Fluxograma

PRINCIPAL

CONFIGURAÇÕESI/O ,TIMER ,CAPTURA

DE ENTRADA

POSICIONAR PONTEIROS DA

TABELA PARA FASES 1 E 2

TABATUAL

INICIAR ?N

FIM FASE 1

FIM CICLO

N

NOVO VALOR ?TABANTIG

<--TABATUALTABATUAL <--TNOVO

PONTO MORTO?

S

PEDAL SOLTO?

DELAY VAR

S

S

VAR= MAX

SOLTAR PEDAL

TORQUE

TABATUAL-TABANTIG

TABATUAL-RATUAL

ACELERAR

DESACELERAR

>

<

=

=>

<

N

N

FLAGUE

VAR+1

MOTOR

DESLIGADO?

N

DESABILITA CAPTURA

PAUSA 10 MINUTOS

REABILITA CAPTURA

INICIAR?N

POSICIONAR PONTEIROS DA

TABELA PARA FASE 1

DESABILITA INTERRUPÇÕES

PARADO

S

70

DESACELERAR

TABATUAL-RATUAL

RANTIG-RATUAL

DIMINUI REGISTRO DO PEDAL (-1)

< MÍNIMO

AUMENTA REGISTRO DO PEDAL (+1)

S

>

RETORNE

=

=

N

ACELERAR

TABATUAL-RATUAL

VAR=MIN

> 256 RPM

TABATUAL-RATUAL

RANTIG-RATUAL

<

>

AUMENTA REGISTRO DO PEDAL (+1)

> MÁXIMO

DIMINUI REGISTRO DO PEDAL (-1)

RETORNE

=

<

N

71

TORQUE

I2CDADOS=1CLOCK=1

I2CDADOS=0

RTRANS=$50

TRANSMITE

RTRANS=$A9

TRANSMITE

RTRANS=REGISTROSUPERIOR DO

PEDAL

TRANSMITE

RTRANS=REGISTROINFERIOR DO

PEDAL

DADOS = 1

RETORNE

TRANSMITE

DESABILITAINTERRUPÇÕES

CONT = 8

CLOCK =0

DESLOCA RTRANS

CARRY DADOS = 0

DADOS = 1

CLOCK = 1

PAUSA

CONT=CONT-1

CONT= 0N

ACKCLOCK=0DADOS=0

PAUSA CLOCK = 1 PAUSA

CLOCK = 0PAUSAHABILITA

INTERRUPÇÕES

72

INTERRUPÇÕES

ROTTIMER

RANTIG = RATUAL

RATUAL = ROTAÇÃO

ROTAÇÃO = 0

TEMPO = TEMPO+1

ATUALIZA PONTEIRO DA TABELA

FIM ? FLAGUE = 0

FLAGUE= $FF

FLAGUE= $F0S

FIM FASE 1

FIM DO CICLO

REABILITA INTERRUPÇÃO

RETORNA

ROTCAPTURA

ROTACAO <-- ROTAÇÃO+1


RETORNA

73

APÊNDICE B - Fluxograma do programa de controle do dinamômetro

executando o ciclo FTP-75

B.1 Descrição

O programa principal realiza as configurações necessárias para o

funcionamento integrado do circuito eletrônico. Configura as portas de entrada e

saída, as interrupções do relógio (timer) e do canal 1 do conversor analógico digital

do micro-controlador da entrada analógica com taxa de 25.000 conversões por

segundo, programado para leituras contínuas por interrupção. O programa controla

todas as fases do ciclo FTP-75 e, de acordo com as comparações dos valores lidos

e anteriores das tensões estabelecidas no ciclo e a tensão atual da célula de carga,

comanda o acionamento do dinamômetro chamando as rotinas UPLOAD,

DOWNLOAD e STOPDINA.

A tabela de carga inserida na memória instantânea do micro-controlador é lida

segundo a segundo e seu valor, em 8 bits, é registrado na variável TABATUAL e o

valor anterior é guardado na variável TABANTIG. As cargas aplicadas pelo

dinamômetro são lidas numa freqüência de 25 ks/s e guardadas em um buffer

circular de memória RAM de 16 posições. A sub-rotina MEDIABH extrai a média

desses valores registrados no buffer e a carrega na variável MEDIAH, armazenando

o valor anterior de MEDIAH em MEDIAO (que memoriza a carga anterior do

dinamômetro). A rotina de interrupção do canal analógico carrega o buffer circular

com a leitura efetuada e realiza o controle do ponteiro do buffer de modo que, após

o preenchimento das 16 posições, a próxima leitura seja guardada na primeira

posição (buffer circular). A rotina de interrupção do timer atualiza o tempo do ciclo e

o ponteiro da tabela.

As sub-rotinas UPLOAD e DOWNLOAD acionam o dinamômetro, inserindo ou

retirando carga. Nestas sub-rotinas são realizadas novas comparações entre os

valores atuais da tabela e os valores lidos, podendo, se for o caso, passar o

processamento de uma para a outra. Novas comparações entre os valores

anteriores e os atuais da média das leituras da célula de carga completam a

estratégia de controle, com o acionamento das bobinas do dinamômetro. A sub-

rotina STOPDINA interrompe o acionamento, retirando energia do circuito elétrico.

74

B.2 Fluxograma

75

ROTTIMER

TEMPO = TEMPO+1

ATUALIZA PONTEIRO DA TABELA

FIM


RETORNA

FLAGUE =0FLAGUE =

$F0

FLAGUE = $FF

ROTAD

APONTA POSIÇÃO LIVRE DO BUFFER

FIM FASE 1

MBUFFER = LEITURA

ÚLTIMA POSIÇÃO?

PROXIMA POSIÇÃO LIVRE NO

INICIO

RETORNA

ATUALIZA PONTEIRO

S

N

FIM DO CICLO

N

S S

N

UPLOAD DOWNLOAD

TABATUAL - MEDIAH

TABATUAL - MEDIAH

MEDIAO-MEDIAH MEDIAO-MEDIAH

RETORNA RETORNA

ADICIONA CARGA

TIRA CARGA

STOPDINA

DESATIVA DINAMÔMETRO

RETORNA

=

>

< =

<

N

76

APÊNDICE C - Programa comparativo das forças resist ivas

C.1 Descrição

O programa processa as equações da força de arrasto aerodinâmico e da

força resistiva ao rolamento e totaliza-as para velocidades de 0 a 120 km/h.

• Força de Arrasto Aerodinâmico

Fa = (((Cx*((v/3.6)^2)*A*p)/2)/9.80656

• Forças Resistivas ao Rolamento

Fr = (0.0041+0.000041*v/1.608)*peso

• Características da Simulação

PARÂMETRO VALOR

Peso do veículo 1040 kg Área frontal 2,0 m2 Coeficiente de penetração aerodinâmica 0,33 Raio do pneu 0,310 m Tipo de piso Asfalto liso Massa específica do ar 1,16 kg/m3

Como resultado é gerado um gráfico comparativo entre as três forças

envolvidas: força de rolamento, força de arrasto aerodinâmico e força total.

C.2 Programa

clear all

peso=1040;

Cx=0.33;

A= 2.0;

p=1.16;

s=1.316;

rpneu = 0.310;

77

x=1:120;

for v = 1 :1: 120

to(v)= (0.0116+0.0000142*v)*peso*s;

%polinomio de michigan

tof(v)=(0.0041+0.000041*v/1.608)*peso;

ta(v)=(((Cx*((v/3.6)^2)*A*p)/2)/9.80656);

ft(v)=ta(v)+tof(v);

ft2(v)=ta(v)+to(v);

end

figure(1);

plot(x,ta,'k.-' )

hold on

plot(x,tof,'c.-')

hold on

plot(x,ft,'y.-')

hold off

legend('Arrasto Aerodinamico','Resistencia ao Rolamento','Resistencia Total')

xlabel('\bfVelocidade (Km/Hora)');

ylabel('\bfForça N');

hold off

figure(2);



plot(x,to,'m.-')

hold on

plot(x,tof,'b.-')

hold off

figure(3);

plot(x,ta,'k.-' )

hold on

plot(x,to,'m.-')

hold on

plot(x,ft2,'y.-')

hold off

78



79

APÊNDICE D - Programa de distribuição da velocidade de rotação e das forças

resistivas no FTP-75

D.1 Descrição

O programa processa as equações da velocidade de rotação do motor em

função da velocidade do veículo, da força de arrasto aerodinâmico, da força resistiva

ao rolamento e da força resistiva total para o vetor de velocidade estabelecido pela

norma NBR 6601 (ABNT, 2004).

• Força de Arrasto Aerodinâmico

Fa =(((Cx*((v(a)/3.6)^2)*A*p)/2)/9.80656)*rpneu

• Forças Resistivas ao Rolamento

Fr = (0.0041+0.000041*v(a)/1.608)*rpneu*peso

• Rotação do Motor

RPM = ((v(a)*4.067*rmx*1000000)/(2*pi*pneu*60)+850)

• Características da Simulação

PARÂMETRO VALOR

Peso do veículo 1040 kg

Área frontal 2,0 m2

Coeficiente de penetração aerodinâmica 0,33

Raio do pneu 0,310 m

Tipo de piso Asfalto liso

Massa específica do ar 1,16

Relação de diferencial 4,067

80

• Relações de marcha - rmx

RM1 = 4.273 %RELAÇOES DE MARCHA 1-2

rm2 = 2.238 %Relaçoes de Marcha 2-3



rm5 = 0.872 %Relaçoes de Marcha 5

Como resultado são elaborados gráficos dos torques produzidos pelas forças

resistivas e da rotação do motor em função do tempo do ciclo, e são geradas as

tabelas das rotações e do torque total no ciclo FTP-75. Estas tabelas são inseridas

nas memórias dos micro-controladores.

D.2 PROGRAMA

clear all

hold off

clc

v=[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4.8 9.5 13.8 18.5 23 27.2 27.8 29.1 33.3

34.9 36.0 36.2 35.6 34.6 33.6 32.8 31.9 27.4 24 24 24.5 24.9 25.7 27.5 30.7 34 36.5

36.9 36.5 36.4 34.3 30.6 27.5 25.4 25.4 28.5 31.9 34.8 37.3 38.9 39.6 40.1 40.2 39.6

39.4 39.8 39.9 39.8 39.6 39.6 40.4 41.2 41.4 40.9 40.1 40.2 40.9 41.8 41.8 41.4 42

43 44.3 46 47.2 48 48.4 48.9 49.4 49.4 49.1 48.9 48.8 48.9 49.6 48.9 48.1 47.5 48

48.8 49.4 49.7 49.9 49.7 48.9 48 48.1 48.6 49.4 50.2 51.2 51.8 52.1 51.8 51 46 40.7

35.4 30.1 24.8 19.5 14.2 8.9 3.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5.3 10.6 15.9 21.2 26.6 31.9 35.7 39.1 41.5 42.5 41.4 40.4 39.8

40.2 40.6 40.9 41.5 43.8 42.6 38.6 36.5 31.2 28.5 27.7 29.1 29.9 32.2 35.7 39.4 43.9

49.1 53.9 58.3 60.0 63.2 65.2 67.8 70.0 72.6 74.0 75.3 76.4 76.4 76.1 76.0 75.6 75.6

75.6 75.6 75.6 76.0 76.3 77.1 78.1 79.0 79.7 80.5 81.4 82.1 82.9 84.0 85.6 87.1 87.9

88.4 88.5 88.4 87.9 87.9 88.2 88.7 89.3 89.6 90.3 90.6 91.1 91.2 91.2 90.9 90.9 90.9

90.9 90.9 90.9 90.8 90.3 89.8 88.7 87.9 87.2 86.9 86.4 86.3 86.7 86.9 87.1 87.1 86.6

85.9 85.3 84.7 83.8 84.3 83.7 83.5 83.2 82.9 83.0 83.4 83.8 84.5 85.3 86.1 86.9 88.4

81

89.2 89.5 90.1 90.1 89.8 88.8 87.7 86.3 84.5 82.9 82.9 82.9 82.2 80.6 80.5 80.6 80.5

79.8 79.7 79.7 79.7 79.0 78.2 77.4 76.0 74.2 72.4 70.5 68.6 66.8 64.9 62.0 59.5 56.6

54.4 52.3 50.7 49.2 49.1 48.3 46.7 44.3 39.9 34.6 32.3 30.7 29.8 27.4 24.9 20.1 17.4

12.9 7.6 2.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.6 6.9 12.2 17.5 22.9 27.8 32.2 36.2 38.1 40.6

42.8 45.2 48.3 49.6 50.9 51.7 52.3 54.1 55.5 55.7 56.2 56.0 55.5 55.8 57.1 57.9 57.9

57.9 57.9 57.9 57.9 58.1 58.6 58.7 58.6 57.9 56.5 54.9 53.9 50.5 46.7 41.4 37.0 32.7

28.2 23.3 19.3 14.0 8.7 3.4 0 0 0 0 0 0 4.2 9.5 14.5 20.1 25.4 30.7 36.0 40.2 41.2

44.3 46.7 48.3 48.4 48.3 47.8 47.2 46.3 45.1 40.2 34.9 29.6 24.3 19.0 13.7 8.4 3.1 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5.3 10.6 15.9 21.2 26.6 31.0 37.2 42.5 44.7 46.8

50.7 53.1 54.1 56.0 56.5 57.3 58.1 57.9 58.1 58.3 57.9 57.5 57.9 57.9 57.3 57.1 57.0

56.6 56.6 56.6 56.6 56.6 56.6 56.3 56.5 56.6 57.1 56.6 56.3 56.3 56.3 56.0 55.7 55.8

53.9 51.5 48.4 45.1 41.0 36.2 31.9 26.6 21.2 16.6 11.6 6.4 1.6 0 0 0 0 0 0 1.9 5.6 8.9

10.5 13.7 15.4 16.9 19.2 22.5 25.7 28.5 30.6 32.3 33.8 35.4 37.0 38.3 39.4 40.1 40.2

40.2 40.2 40.2 40.2 40.2 41.2 41.5 41.8 41.2 40.6 40.2 40.2 40.2 39.3 37.2 31.9 26.6

21.2 15.9 10.6 5.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5.3 10.6 15.9 20.9 23.5 25.7 27.4

27.4 27.4 28.2 28.5 28.5 28.2 27.4 27.2 26.7 27.4 27.5 27.4 26.7 26.6 26.6 26.7 27.4

28.3 29.8 30.9 32.5 33.8 34.0 34.1 34.8 35.4 36.0 36.2 36.2 36.2 36.5 38.1 40.4 41.8

42.6 43.5 42.0 36.7 31.4 26.1 20.8 15.4 10.1 4.8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 3.2 7.2 12.6 16.4 20.1 22.5 24.6 28.2 31.5 33.8 35.7 37.5 39.4 40.7

41.2 41.8 43.9 43.1 42.3 42.5 42.6 42.6 41.8 41.0 38 34.4 29.8 26.4 23.3 18.7 14 9.3

5.6 3.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.3 5.3 7.1 10.5 14.8 18.2 21.7 23.5 26.4 26.9 26.6

26.6 29.3 30.9 32.3 34.6 36.2 36.2 35.6 36.5 37.5 37.8 36.2 34.8 33 29 24.1 19.3

14.5 10 7.2 4.8 3.4 0.8 0.8 5.1 10.5 15.4 20.1 22.5 25.7 29 31.5 34.6 37.2 39.4 41

42.6 43.6 44.4 44.9 45.5 46 46 45.5 45.4 45.1 44.3 43.1 41 37.8 34.6 30.6 26.6 24

20.1 15.1 10 4.8 2.4 2.4 0.8 0 4.8 10.1 15.4 20.8 25.4 28.2 29.6 31.4 33.3 35.4 37.3

40.2 42.6 44.3 45.1 45.5 46.5 46.5 46.5 46.3 45.9 45.5 45.5 45.5 45.4 44.4 44.3 44.3

44.3 44.3 44.3 44.3 44.4 45.1 45.9 48.3 49.9 51.5 53.1 53.1 54.1 54.7 55.2 55 54.7

54.6 54.1 53.3 53.1 52.3 51.5 51.3 50.9 50.7 49.2 48.3 48.1 48.1 48.1 48.1 47.6 47.5

47.5 47.2 46.5 46.4 44.6 43.5 41 38.1 35.4 33 30.9 30.9 32.3 33.6 34.4 35.4 36.4

37.3 38.6 40.2 41.8 42.8 42.8 43.1 43.5 43.8 44.7 45.2 46.3 46.5 46.7 46.8 46.7 45.2

44.3 43.5 41.5 40.2 39.4 39.9 40.4 41.0 41.4 42.2 43.3 44.3 44.7 45.7 46.7 47 46.8

46.7 46.5 45.9 45.2 45.1 45.1 44.4 43.8 42.8 43.5 44.3 44.7 45.1 44.7 45.1 45.1 45.1

44.6 44.1 43.3 42.8 42.6 42.6 42.6 42.3 42.2 42.2 41.7 41.2 41.2 41.7 41.5 41 39.6

37.8 35.7 34.8 34.8 34.9 36.4 37.7 38.6 38.9 39.3 40.1 40.4 40.6 40.7 41 40.6 40.2

82

40.3 40.2 39.8 39.4 39.1 39.1 39.4 40.2 40.2 39.6 39.6 38.8 39.4 40.4 41.2 40.4 38.6

35.4 32.3 27.2 21.9 16.6 11.3 6 0.6 0 0 0 3.2 8.5 13.8 19.2 24.5 28.2 29.9 32.2 34

35.4 37 39.4 32.3 44.3 45.2 45.7 45.9 45.9 45.9 44.6 44.3 43.8 43.1 42.6 41.8 44.1

40.6 38.6 35.4 34.6 34.6 35.1 36.2 37 36.7 36.7 37 36.5 36.5 36.5 37.8 36.6 39.6

39.9 40.4 41 41.2 41 40.2 38.8 38.1 37.3 36.9 36.2 35.4 34.8 33 28.2 22.9 17.5 12.2

6.9 1.6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.9 6.4 11.7 17.1

22.4 27.4 29.8 32.2 35.1 37.0 38.6 39.9 41.2 42.6 43.1 44.1 44.9 45.5 45.1 44.3 43.5

43.5 42.3 39.4 36.2 34.6 33.2 29 24.1 19.8 17.9 17.1 16.1 15.3 14.6 14 13.8 14.2

14.5 14 13.8 12.9 11.3 8 6.8 4.2 1.6 0 0.2 1.0 2.6 5.8 11.1 16.1 20.6 22.5 23.3 25.7

29.1 32.2 33.8 34.1 34.3 34.4 34.9 36.2 37 38.3 39.4 40.2 40.1 39.9 40.2 40.9 41.5

41.8 42.5 42.8 43.3 43.5 43.5 43.5 43.3 43.1 43.1 42.6 42.5 41.8 41 39.6 37.8 34.6

32.2 28.2 25.7 22.5 17.2 11.9 6.6 1.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3.4 8.7 14 19.3

24.6 29.9 34 37 37.8 37 36 32.2 26.6 21.6 16.3 10.9 5.6 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.3

2.4 5.6 10.5 15.8 19.3 20.8 20.9 20.3 20.6 21.1 21.1 22.5 24.9 27.4 29.9 31.7 33.8

34.6 35.1 35.1 34.6 34.1 34.6 35.1 35.4 35.2 34.9 34.6 34.6 34.4 32.3 31.4 30.9 31.5

31.9 32.2 31.4 32.2 24.9 20.9 16.1 12.9 9.7 6.4 4 1.1 0 0 0 0 0 0 0 0 1.6 1.6 1.6 1.6

1.6 2.6 4.8 6.4 8 10.1 12.9 16.1 16.9 15.3 13.7 12.2 14.2 17.7 22.5 27.4 31.4 33.8

35.1 35.7 37 38 38.8 39.4 39.4 38.6 37.8 37.8 37.8 37.8 37.8 37.8 38.6 38.8 39.4

39.8 40.2 40.9 41.2 41.4 41.8 42.2 43.5 44.7 45.5 46.7 46.8 46.7 45.1 39.8 34.4 29.1

23.8 18.5 13.2 7.9 2.6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.4 7.7 13 18.3

21.2 24.3 27 29.5 31.4 32.7 34.3 35.2 35.6 36 35.4 34.8 34 33 32.2 31.5 29.8 28.2

26.6 24.9 22.5 17.7 12.9 8.4 4 0 0 0 0 0];

peso=1040; %Peso do Veiculo

Cy=0.33;%alteracao em 100807

Cx=0.33;

s=1.316;

A=2; %2.007;

p=1.16;

rm1 = 4.273; %Relaçoes de Marcha 1-2

rm2 = 2.238; %Relaçoes de Marcha 2-3

rm3 = 1.444; %Relaçoes de Marcha 3-4 1,520 site fiat

rm4 = 1.029; %Relaçoes de Marcha 4-5 1,156 site fiat

rm5 = 0.872; %Relaçoes de Marcha 5 0,919 site fiat

83

rpneu = 0.310;

pneu = 310;

t = length(v);

x=1:t;

for a = 1 : t

if v(a) == 0

n(a) = v(a) + 850;

end

if 0 < v(a) <= 25

n(a) = ((v(a)*4.067*rm1*1000000)/(2*pi*pneu*60)+850);

end

if 25 < v(a) <= 40

n(a) = ((v(a)*4.067*rm2*1000000)/(2*pi*pneu*60)+850);

end

if 40 < v(a) <= 59

n(a) = ((v(a)*4.067*rm3*1000000)/(2*pi*pneu*60)+850);

end

if 59 < v(a) <= 65

n(a) = ((v(a)*4.067*rm4*1000000)/(2*pi*pneu*60)+850);

end

if v(a) > 65

n(a) = ((v(a)*4.067*rm5*1000000)/(2*pi*pneu*60)+850);

end

end

rotround=round(n);

invrotround=rotround';

csvwrite('rotacao.txt',rotround)

csvwrite('rotacaoinv.txt',invrotround)

for a = 1 : t

if v(a)<100

to(a)=(0.0116+0.0000142*v(a))*peso*s*rpneu;

tof(a)=(0.0041+0.000041*v(a)/1.608)*rpneu*peso;

tfo(a)=(0.01+3.24*0.005*(v(a)/160.8)^2.5)*rpneu*peso;

% fo(a)=(0.0152656+0.0001869*v(a))*g;

84

ta(a)=(((Cx*((v(a)/3.6)^2)*A*p)/2)/9.80656)*rpneu;

%fa(a)=0.33*v(a)^2*0.010904*2.25/2;

tr=(to+ta);

%tp=(s00+ta);

fr1=(tof+ta);

fr2=(tfo+ta);

cp1a=(ta*9.80656)/rpneu;

cp1r=(tof)/rpneu;

end

end

ind = 1;

for ind = 1 : t

torhex(ind) = round((51*((fr1(ind)+8.65)/5.24)));

end

velinv=round(v');

torqueinv=fr1';

resp = torhex';

csvwrite('torqueinv.txt',torqueinv);

csvwrite('torque.txt',tr);

csvwrite('tensaocarga.txt',torhex);

csvwrite('tensaocarga inverso.txt',resp);

csvwrite('velocidade.txt',velinv);%escreve a velocidade em um aqrquivo

figure(1);

title('Forcas Resistivas')

xlabel('Tempo(s)')

YLABEL('Kgfm')

plot(x,ta,'r.-')

hold on

plot(x,tof,'b.-')

hold on

plot(x,fr1,'m.-')

figure(2);

85

title('ROTAÇAO NO FTP-75')

legend('Arrasto Aerodinamico','Resistencia ao Rolamento','Resistencia Total')

plot(x,n,'b.-')

figure(3);

xlabel('TEMPO(s)')

ylabel('FORÇA (N)')

title('ARRASTO AERODINAMICO NO FTP-75')

plot(x,cp1a,'b.-')

figure(4);

xlabel('TEMPO(s)')

ylabel('FORCA (N)')

title('FORÇA RESISTIVA AO ROLAMENTO NO FTP-75')

plot(x,cp1r,'b.-')

86

APÊNDICE E - Diagramas elétricos dos circuitos de c ontrole do motor/

dinamômetro

E.1 Fonte de alimentação (+5Vcc, +12Vcc e -12Vcc)

A Fig. E.1 apresenta o esquema elétrico da fonte de alimentação do sistema

de controle eletrônico construído.

Figura E.1: Esquema elétrico da fonte de alimentação.

E.1.1 Lista de Materiais

• Diodos

4 diodos 1N4002 (D1, D2, D3, D4) - Fonte

• Capacitores eletrolíticos

2 capacitores 2200uF/35V (C1, C3)- Fonte

1 capacitor 1000uF/35V (C2) - Fonte

• Capacitores cerâmicos

2 capacitores 0,33pF (C4, C6)- Fonte

2 capacitores 0,1uF (C7, C9)- Fonte

1 capacitor 1,0uF (C5) - Fonte

• Resistor

87

1 resistor 5,6 Ω /10W (R1) - Fonte

• Reguladores de tensão

1 CI 7805 - Fonte

1 CI 7812 - Fonte

1 CI 7912 - Fonte

• Transformador

110/12V Center Tape – 1,5A por enrolamento (T1) - Fonte

E.2 Alimentação da célula de carga

Para que a fonte disponível no laboratório (+12V) pudesse ser utilizada na

alimentação da célula de carga, o circuito apresentado na Fig. E.2 foi construído.

Figura E.2: Esquema elétrico do circuito de alimentação da célula de carga.

E.2.1 Lista de materiais

• Diodos

2 diodos 1N751 (D5, D6) – Célula de carga

• Resistor

1 resistor de 56 Ω (R2) - Célula de carga

• Alimentação

+12V

E.3 Circuito amplificador da célula de carga

O circuito integrado utilizado na amplificação do sinal proveniente da célula de

88

carga é o INA114. Este circuito integrado é um amplificador de instrumentação de

alta precisão. O resistor externo ( GR ) determina o ganho do amplificador, que pode

variar de 1 a 10.000. No caso, foi utilizado um potenciômetro para regulagem deste

ganho e posterior substituição por um resistor. A tensão de alimentação utilizada é

de +12Vcc e –12Vcc. A Fig. E.3 mostra o esquema elétrico do circuito amplificador.

Figura E.3: Esquema elétrico do amplificador de instrumentação.

A Fig. E.4 apresenta o esquema elétrico do circuito integrado INA 114. A Fig.

E.5 mostra o circuito do resistor externo.

Figura E.4: Esquema elétrico simplificado do INA 114.

89

GR

R3

R4

R5

Figura E.5: Circuito equivalente do resistor GR .

E.3.1 Lista de materiais

• Resistor

1 resistor (R3) – Célula de carga

1 resistor (R4) – Célula de carga

1 potenciômetro (R5) - Célula de carga

• Capacitores

2 capacitores de 0,1uF (C10, C11) - Célula de carga

• Alimentação

+12V, -12V

Obs.: Na célula de carga Vo+ é o fio branco e Vo- é o fio verde.

E.4 Sensor de rotação

O sensor de rotação á capaz de detectar variações de fluxo magnético. Essas

variações geram uma corrente alternada e ocorrem com a rotação de uma roda

fônica, composta por 60 dentes. O sinal proveniente do sensor de rotação é

senoidal. Seu período e amplitude variam conforme a rotação. A amplitude mínima

do sinal é 8Vpp e a máxima é, aproximadamente, 50Vpp. Cada giro completo da

roda fônica gera sessenta ciclos senoidais.

Sabendo-se o número de pulsos e o tempo, a freqüência (Hz) ou a rotação

(rev/min) podem ser determinada. Uma rotação em um segundo equivaleria a 1 rps,

ou seja, 1/60 rev/min. No entanto, no caso da roda dentada, cada rotação gera 60

pulsos. Por isso, a leitura de rotações por um período de tempo deve ser

multiplicada por 60. Assim, um giro da roda por segundo equivale a 60 rps, ou 1

rev/min. Daí, conclui-se que cada giro por segundo da roda fônica, nesse caso,

equivale à leitura em rev/min.

90

rpmrpsHzsegundo

ciclosdentes

segundo

rotação16060

6060

1 ====×

O sinal do sensor de rotação é conectado ao contador (PFI19/

GPCTR0_GATE) da placa de aquisição, que, através do programa Labview, faz a

leitura da freqüência do sinal. Essa freqüência indica a rotação do motor. Para

utilizar este sinal no contador, necessita-se de um sinal digital. Por isso, o circuito

abaixo (Fig. E.6) recebe o sinal senoidal proveniente do motor e o transforma em

uma onda quadrada de amplitude limitada.

Figura E.6: Esquema elétrico de um circuito schmit trigger.

E.4.1 Lista de Materiais

• Resistores

2 resistores 1k (R6, R7) – Sensor de rotação

• Diodos

1 diodo 1N4148 (D7) – Sensor de rotação

• Transistor

1 transistor npn BC547 (TBJ1) – Sensor de rotação

91

APÊNDICE F - Análise de incertezas

F.1 Incerteza das medições

Estudos estatísticos foram realizados para determinar as incertezas das

medições nos testes executados da velocidade de rotação, torque e dos gases de

exaustão CO2, CO, O2 e HC. Tomou-se como base três testes realizados. A

incerteza da das medições pode ser calculada pela expressão: (Kline e McClintock,

1953):

22

PII ++++==== σσσσ (A.1)

onde:

I é a incerteza padrão da grandeza medida (%)

σ é o desvio padrão da medida (%)

Ip é a incerteza padrão da medição ou leitura (%)

A incerteza padrão da medição, por sua vez, é expressa por:

222epfleT rlrI ++= (A.2)

onde:

TI incerteza total da medida (%)

fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (%)

l lineraridade da leitura (%)

r repetibilidade da leitura (%)

F.2 Incerteza das medições de HC, CO, CO2 e O2 na e xaustão

Os dados utilizados para os cálculos da incerteza das medições de HC, CO,

CO2 e O2 são mostrados na Tab. A.1.

92

Tabela A.1: Dados para análise de incerteza dos componentes do gás de exaustão.

PARÂMETRO MÉDIO (%) DESVIO PADRÃO

RESOLUÇÃO LINEARIDADE REPETIBILIDADE

CO2 9,82 0,523 0,01 0,01 0,5

CO 0,51 0,011 1 1 1

O2 6,01 0,701 0,0001 1 0,5

HC 592,49 * 0,0001 1 0,5

* Não foi possível realizar mais que 1 teste devido a dano do aparelho medidor de HC

Processando as Eqs. A.1 e A.2 com os dados da Tab. A.1, tem-se as

incertezas padrão e total das leituras, indicadas na Tab. A.2:

Tabela A.2: Incerteza padrão e incerteza total dos componentes do gás de exaustão.

PARÂMETRO INCERTEZA PADRÃO (IP)

INCERTEZA TOTAL (IT)

CO2 ±0,51 % ±0,73 %

CO ±1,50 % ±1,51 %

O2 ±1,12 % ±1,12 %

HC ±1,12 ppm ±1,12 ppm

F.3 Incerteza das medições da velocidade e do torq ue

Tabela A.3: Dados para análise de incerteza das leituras da rotação do motor e do torque aplicado.

PARÂMETRO MÉDIO (%) DESVIO PADRÃO

Rotação do Motor (RPS)

34,338 0,011

Torque Aplicado (volts)

2,13 0,009

Torque Aplicado (kgfm)

3,048284 0,037457

93

Tabela A.4: Incerteza padrão e incerteza total das leituras da velocidade e da rotação.

PARÂMETRO INCERTEZA PADRÃO (IP)

INCERTEZA TOTAL (I T)

Rotação do Motor 2,44083 2,44086

Torque Aplicado (volts)

0,02 0,02193

Torque Aplicado (Kgfm)

0,2319 0,11595187

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