Implementação do Controlador de Avanço de Ignição

O controle eletrônico da introdução da centelha de ignição é realizado através da variação do instante em que a corrente no circuito primário da bobina de ignição é interrompida, em relação à posição angular do eixo de manivelas, definida como ângulo de avanço de ignição (Capítulo 3). Por essa razão, a posição e a velocidade angulares do eixo de manivelas são os principais parâmetros de referência do sistema de controle de ignição. Assim como no mapa de tempo base de injeção, o mapa de avanço estático de ignição é composto por valores pré-estabelecidos, que compõe uma matriz de referência para o sistema de controle, em função da condição de operação do motor (rotação x carga), como mostrado na Figura 4.26.

Figura 4.26 – Mapa de avanço estático de ignição. Motor Fire 1.3 8V Gasolina. Os pontos que definem essa matriz são salvos em arquivos de texto e,

quando enviados através do protocolo serial (Rx/Tx), armazenados em endereços

específicos de memória no SGEM dedicados ao mapa de avanço estático de ignição. A principal diferença entre os mapas de avanço de ignição e de tempo base de injeção é o fato do avanço ser representado em um valor real de posição angular anterior ao Ponto Morto Superior (ºAPMS), corrigido em função do atraso causado pelo tempo de carga da bobina (tempo de permanência). Por essa razão, utilizam-se os valores de avanço máximo de ignição e o tempo máximo de permanência para definição da referência do PMS, na aplicação da Equação 4.6.

Através da interface Homem-Máquina (IHM), define-se a dimensão da matriz de avanço estático de ignição utilizando a mesma metodologia empregada na definição da matriz de tempo base de injeção. A referência do intervalo de rotação e seu respectivo passo (irot) são definidos na 1ª Linha da matriz e a referência do intervalo de carga e seu

respectivo passo (icarga), definidos na 1ª Coluna. A matriz de controle passa a possuir a

dimensão (M-1)x(N-1), sendo essa característica arquivada pelo sistema (Figura 4.26).

Com base nos dados fornecidos, o SGEM cria uma tabela para descrição do mapa de avanço estático de ignição com os ângulos reais de avanço a serem aplicados no motor. Esse mapa é apresentado pela IHM, que permite o acesso de maneira simples com a possibilidade de ajuste a cada condição específica de operação do motor. Assim como na formação da mistura ar/combustível, onde se realiza o controle em malha fechada em torno de um valor ideal (estequiométrico), existe também a possibilidade de se desenvolver um sistema de controle de avanço dinâmico de ignição segundo o mesmo princípio de sistemas de controle em malha fechada. Esse controle é realizado em função de um sinal de re-alimentação proveniente de um acelerômetro fixado ao bloco do motor capaz de detectar a ocorrência do fenômeno de detonação (Capítulo 3).

4.3.7.1 Estrutura do Controlador

A Figura 4.27 apresenta a arquitetura de um módulo de controle de ignição, cujo objetivo é de fornecer energia suficiente ao inicio da combustão da mistura (centelha) capaz de garantir sua queima, além de controlar o ângulo de ignição, buscando maximizar a pressão gerada pela combustão, até que o maior torque

observado (Maximum Brake Torque - MBT) seja alcançado ou que seja atingida a

condição de LDI1. Tempo de Ignição Base Correção do tempo de Ignição Mapas e tabelas de calibração Avanço Base Correção do Avanço Avanço Corrigido Geração Pulsos de Comando Bobinas Pulsos Posição angular do eixo Tempo de Ignição Corrigido Tensão Bateria Detonação Rotação Carga Temperatura motor

4.27 – Diagrama do sistema de controle de ignição implementado.

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Limite de Detonação Inferior (LDI): condição limite de avanço de ignição aplicado a um MCI, na qual se evidencia o início da ocorrência do fenômeno da detonação.

O controle da energia da centelha é feito a partir do valor definido para o

tempo de permanência (Dwell time) corrigido com base na tensão da bateria,

determinando assim a duração correta do pulso de comando para o fornecimento da mesma energia de ativação da combustão (Figura 4.27). O controle do avanço consiste

em uma ação feedforward, baseada nos mapas de referência, e da re-alimentação

através do sensor de detonação. A ação feedforward determina a condição de operação

do motor, através das medições de rotação, pressão no coletor, posição da borboleta, temperatura do ar e do motor e a tensão da bateria e aplica o ângulo estático de ignição definido no mapa.

O estágio de correção do avanço recebe a informação do estágio de identificação e atua sobre o ângulo base no caso de ocorrência do fenômeno. Uma estratégia usual consiste em reduzir o avanço de um valor fixo sempre que a detonação é detectada. Se a ocorrência da detonação não é mais evidenciada, o ângulo de avanço recebe um incremento a cada passo, até retornar ao valor estático definido no mapa.

Em sistemas que utilizam bobinas individuais para cada cilindro, pode-se ainda implementar estratégias de identificação a origem da detonação e limitar o avanço apenas nos cilindros onde a mesma está ocorrendo. Isso permite que os outros cilindros operem em condição ótima, obtendo-se o melhor desempenho do motor.

4.3.7.2 Estratégia de Correção

A condição ideal de correção do avanço de ignição é realizada segundo o princípio de controle em malha fechada, como citado anteriormente. Apesar da possibilidade da correção dos valores de avanço de ignição em função da ocorrência do fenômeno da detonação, o controlador implementado, apresentado nesse trabalho, realiza apenas a aplicação dos valores de avanço estáticos de avanço de ignição mapeados durante o ajuste do SGEM no motor. Dada a complexidade do problema de detecção da detonação, através dos métodos apresentados por Braga (2004), optou-se pela elaboração de um sistema de controle em malha aberta, baseado na ação

feedforward de controle.

Ainda que o sistema opere em malha aberta, é possível realizar uma correção em função da temperatura do ar no coletor de admissão, visto que esse é um parâmetro de grande influência na ocorrência do fenômeno da detonação.

Essa correção visa reduzir o avanço de ignição, definido no mapa de referência, em função do aumento da temperatura do ar no coletor de admissão. As principais causas são: variação nas condições atmosféricas, aumento de temperatura do ar no vão-motor, circulação natural ou forçada do ar através do sistema de arrefecimento ou pelo pico de temperatura no vão-motor após uma parada brusca do veículo.

O aumento de temperatura do ar na admissão é ainda favorecido pelo crescimento anual da frota nacional, que promove uma redução da velocidade média do trânsito nos grandes centros urbanos. Essa condição aumenta a transferência de calor entre o vão-motor os dutos do sistema de aspiração, elevando a temperatura do ar admitido. A Tabela IV.12 apresenta a matriz de correção do avanço de ignição em função do aumento anormal da temperatura do ar no coletor de admissão, causado por problemas inerentes de temperatura no vão-motor.

Tabela IV.12 – Redução do avanço de ignição em função da temperatura do ar admitido.

Temperatura do ar no coletor de admissão [ºC]

45 50 55 60 65 70

Correção do avanço

de ignição [º APMS] -2,0 -3,0 -3,5 -4,5 -5,0 -6,5

No exemplo apresentado, percebe-se predominantemente uma tendência à redução do avanço de ignição com o aumento da temperatura. Da mesma forma que se apresenta essa tendência à redução devido aos valores negativos apresentados, valores positivos de correção podem ser inseridos em função de temperaturas abaixo da condição mínima de ajuste (20ºC) de forma a promover um avanço de ignição maior do que o mapeado, em regiões especificas de temperatura do ar de admissão.

Apesar de possíveis, essas condições não são facilmente encontradas em países tropicais, como o Brasil. As variações no ângulo de avanço de ignição estão sempre relacionadas ao mapa de avanço de ignição principal, respeitando a condição inicial estabelecida durante o ajuste do SGEM no motor. Dessa forma, caso os valores tabelados sejam iguais a zero, o SGEM adota os valores mapeados, sem a aplicação de correções citadas.