Na metodologia foram apresentadas as etapas do desenvolvimento do sistema de gerenciamento eletrônico proposto inicialmente (SGEM). Esse sistema possibilita o controle da formação e ignição da mistura ar/combustível em todas as condições de operação de um MCI, como demonstrado a seguir.
O SGEM implementado é montado sobre uma única placa de circuito
impresso, incluindo os drivers de potência para acionamento dos eletroinjetores e
bobinas de ignição, além dos demais sistemas mostrados na Figura 5.1. Optou-se pela incorporação dos drivers de ignição ao hardware principal, no intuito de evitar a utilização de módulos auxiliares para tal função e facilitar a sua instalação. O projeto, a simulação, a montagem e os testes operacionais da placa de circuito impresso foi realizado por alunos e professores do Departamento de Engenharia Eletrônica – DELT da UFMG, sob orientação do Prof. Dr. Marcos Antônio Severo Mendes.
Figura 5.1 – Placa de circuito impresso do SGEM e seus componentes principais. O SGEM implementado possui funções configuradas de acordo com a aplicação, com os respectivos parâmetros ajustáveis. A partir das estratégias implementadas, o sistema atual (Figura 5.1) disponibiliza as seguintes funções:
- Elaboração e ajuste de mapas dos parâmetros de ignição e de injeção;
- Compensação associada à temperatura do motor, temperatura e pressão do ar;
- Controle de corte de combustível em desacelerações (fuel cutoff);
- Controle da mistura ar/combustível em malha fechada (Wide / Narrow band);
- Calibração dos sensores utilizados.
Quanto à adequação do sistema aos diferentes tipos de sensores e atuadores utilizados e de inúmeros parâmetros de ajuste, o SGEM pode ser adequado a qualquer tipo de motor. Entre os parâmetros disponíveis, podem ser citados:
- Modulação da largura do pulso de injeção (tempo de injeção);
- Limitação da corrente máxima nos drivers de injeção (hardware);
- Compensação do pulso de injeção devido à queda de tensão na bateria;
- Determinação da carga solicitada (Posição borboleta ou pressão no coletor);
- Tipo dos sensores de referência e de sincronismo;
- Tipo do sistema de ignição e número de bobinas presentes;
- Tempo de permanência (Dwell time ignition).
Estes parâmetros permitem ao SGEM a atuação em injetores de baixa ou alta impedância, sistemas de ignição indutivos, sensores de rotação ópticos, magnéticos ou de efeito hall. Além destes parâmetros de configuração do motor, possui estratégias de controle como partida a frio e aquecimento, ganho de aceleração rápida e limitação de rotação e pressão no coletor. Também foram disponibilizadas saídas auxiliares para diferentes funções que permitem ao usuário atribuir funções, sendo elas:
- Controle de dispositivo genérico (PWM ou chaveado);
- Geração de pulsos para tacômetro e comando da bomba de combustível;
- Comando para dispositivo On/Off genérico em função da carga e da rotação.
O hardware do sistema de controle de ignição é composto por dois drivers de
potência independentes, nos quais foram aplicados IGBT’s capazes de alimentar bobinas de ignição com corrente de até 14A (primário). Possuem ainda proteção contra curtos-
circuitos e correntes superiores aos valores suportados pela placa. O hardware que
compõe o controlador de mistura ar/combustível também é composto por dois drivers de
potência independentes, nos quais foram aplicados MosFET’s capazes de acionar
eletroinjetores de alta e baixa impedância, com corrente de até 40A em regime constante. Também possuem proteção contra curtos-circuitos e correntes superiores aos valores suportados pela placa de circuito impresso. Em ambos, é possível realizar o sincronismo dos sinais em qualquer posição do eixo de manivelas (0º a 360º), além da possibilidade de defasagem e superposição de sinais de entre si.
O sistema conta ainda com um driver específico para acionamento de atuadores de marcha lenta do tipo motor de passo, e a estratégia equivalente de controle mediante ajuste de ganhos em função do motor de combustão interna controlado.
Os softwares associados ao SGEM possuem acesso irrestrito ao código fonte
e são divididos em dois grupos sendo um deles dedicado ao gerenciamento da unidade
de controle eletrônico (ECU) e o outro responsável pela configuração do sistema para
uma determinada aplicação (IHM). No primeiro caso, o software foi desenvolvido em
ambiente Code Composer, da Texas Instruments, e possui estrutura modular que permite o acesso e a modificação das ações de controle. Exige do usuário o conhecimento de
programação em linguagem “Assembly” e “C callable”, sendo cada linha do código
comentada visando facilitar o entendimento e a implementação de novas estratégias.
O software de configuração que gera a IHM permite o acesso à
parametrização do motor a ser controlado, bem como à modificação da interface gráfica e das funções associadas à visualização de parâmetros e de condições de operação. Para a parametrização do motor, o sistema exige do usuário conhecimentos básicos de funcionamento de um motor e de seu ajuste. Já a modificação da interface gráfica exige do usuário conhecimentos da linguagem Visual C++ 6.0.
O SGEM implementado apresenta algumas limitações quanto à aplicação. O sistema de ignição é composto por 2 drivers que permitem, no máximo, o controle de um motor de 04 cilindros com duas bobinas estáticas ou de um maior número de cilindros com a utilização de um distribuidor de ignição. Permite ainda o controle de um motor monocilíndrico com duas velas de ignição independentes (Twin Spark).
No que diz respeito ao sistema de formação e controle da mistura ar/combustível, é possível controlar a injeção de combustível de forma simultânea (full
group) sem limitação quanto ao número de cilindros, desde que a corrente total por driver
de potência não ultrapasse o valor citado. O controle em modo semi-seqüencial (banco a banco) é possível de ser implementado em motores de até 04 cilindros. Para operação em modo seqüencial sincronizado, existe a necessidade de implementação da estratégia de reconhecimento do tempo de cada cilindro, sendo que o sistema atual permitirá o controle em motores de até 2 cilindros. Uma vantagem do SGEM em relação aos sistemas programáveis utilizados no comparativo é a possibilidade de alterar o ângulo de injeção mesmo sem a presença de um sensor de sincronismo, sendo essa característica aplicada em ambos os drivers de injeção.