Controle de lambda com sensor EGO em regime permanente

Inicialmente foi testado o controlador de lambda realimentado com sensor EGO, sendo o controlador de marcha lenta mantido em malha aberta. O primeiro teste realizado foi em regime permanente, ou seja, sem perturbação e com referência constante. O atuador de marcha lenta permaneceu fixo na posição 130, de forma a manter o motor em uma rotação baixa, que

corresponda à faixa de validade do modelo linear obtido na seção 3.3.6.5 e que permaneça na região de marcha lenta. Os ganhos obtidos através das simulações desenvolvidas na metodologia, Kp = 0,03 e Ki = 0,18, proporcionaram resposta com amplitude de oscilação elevada, com o lambda se afastando constantemente da região estequiométrica. A redução do ganho proporcional para 0,01 proporcionou o resultado que está apresentado na Figura 4 1, com as medidas de rotação, lambda não linear (EGO), lambda linear (UEGO) e tempo de injeção. Mostra se separadamente a correção do tempo de injeção gerada pelo controlador PI de realimentação. A Tabela 4 4 mostra os valores dos parâmetros relevantes ao teste em questão.

Tabela 424 – Parâmetros relevantes para o teste de controle em malha fechada de lambda usando EGO e marcha lenta em malha aberta.

Parâmetro Valor usado

Tempo Base de Injeção 10 ms Tempo de Ignição 3,5 ms Posição motor de passo Malha Aberta 130

Ganho Kp controlador PI de lambda 0,01 Ganho Ki controlador PI de lambda 0,18 Posição padrão do motor de passo 140 Ganho Compensação da posição MP 0,03 ms

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Figura 421 – Controle de lambda em malha fechada com realimentação através de sensor EGO, com marcha lenta em malha aberta.

O gráfico A da Figura 4 1 mostra que a rotação se manteve em torno de 1050 rpm com variação máxima de 30 rpm. O gráfico B mostra a medição gerada pelo sensor EGO, que foi usada para fechar a malha de controle. Observa se que o lambda oscila com freqüência que varia entre 0,5 e 0,7 Hz. O gráfico C mostra a medição gerada pelo sensor UEGO, que corresponde ao valor

instantâneo do lambda ao longo do tempo. Duas linhas tracejadas de tolerância de 1% em torno da referência do lambda são mostradas representando a região ótima de controle. Observa se que o controlador é capaz de manter o lambda próximo da região ideal, com variação máxima de 2%. O gráfico E mostra o tempo de injeção final aplicado pela ECU no comando dos bicos injetores. O tempo médio é de aproximadamente 1,4 ms, com variação máxima de 5%. Como foi visto na seção 3.3.6 o cálculo do tempo final de injeção compreende três ações diretas de controle e uma realimentação. As ações diretas se baseiam em correções aplicadas sobre o tempo base de injeção. A primeira delas é a correção percentual gerada pelo mapa de injeção, que varia linearmente com a rotação neste caso. Em seguida adiciona se uma compensação em função da posição do motor de passo de marcha lenta. Por fim aplica se uma correção percentual com base na variação da posição do motor de passo. No caso do teste com o controlador de marcha lenta em malha aberta, a correção com base na variação da posição do motor de passo não atua, já que este permanece fixo na posição 130. No entanto, a diferença de 10 passos em relação à posição padrão faz com que seja aplicada uma compensação de 0,3 ms ao tempo de injeção. A ação de realimentação é gerada pelo controlador PI, e está apresentada no gráfico D. Pode se observar sua variação baseada na medição gerada pelo sensor EGO. A correção média de realimentação fica em torno de 0,3 ms, com variação de aproximadamente 7%. A correção negativa indica que, como esperado, a mistura gerada pela ação direta é ligeiramente rica, e seu valor deve ser reduzido. Do total de 5% de variação do tempo de injeção final, o controlador PI de realimentação é responsável por 3%, enquanto os 2% restantes são causados pela ação direta através do mapa de calibração.

Voltando aos resultados das simulações, apresentados na seção 3.3.6.7, observa se na Tabela 3 6 que os ganhos aplicados no sistema real, Kp = 0,01 e Ki = 0,18, proporcionam na simulação amplitude de oscilação do lambda igual a 0,66% e freqüência de 0,6Hz. Já o sistema real apresentou oscilação com amplitude média de 1%, com picos de 2%, e freqüência entre 0,5 e 0,7 Hz. As diferenças já eram esperadas devido ao nível de simplificação do modelo, no entanto os resultados foram razoavelmente próximos. No caso do ganho proporcional original, considerado ótimo na metodologia, o sistema real apresentou oscilações elevadas no lambda, com picos de 3%, e variações maiores que 50 rpm na rotação. Esta diferença se deve principalmente ao fato de que o lambda influi na rotação, que por sua vez influi no cálculo do tempo de injeção, através do mapa de calibração. Esta interdependência entre o lambda e a rotação não é levada em conta pelo modelo de simulação, que considera apenas a malha de realimentação do controlador de lambda. No entanto, se a rotação for mantida com variação relativamente pequena, o modelo obtido se aproxima do comportamento real do sistema.

Como foi visto na seção 3.3.6.4, a dinâmica complexa do motor faz com que este sistema apresente variações entre ciclos mesmo que todos os parâmetros controláveis sejam mantidos constantes. Deste modo, o comportamento do lambda sempre varia, apresentando alterações na freqüência e na amplitude das oscilações, como pode ser observado no gráfico B da Figura 4 1, no

qual a freqüência de oscilação varia entre 0,5 e 0,7 Hz aproximadamente. Os gráficos obtidos mostram também a influência do lambda na rotação, efeito citado na seção 3.3.6.6. Quando o lambda oscila com uma freqüência maior (intervalo entre 15 e 23 segundos) a rotação fica mais estável. No entanto, quando a freqüência do lambda é reduzida (intervalo entre 5 e 15 segundos) pode se perceber oscilações na rotação, na mesma freqüência.