FACULDADE DE TECNOLOGIA FATEC SANTO...
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FACULDADE DE TECNOLOGIA FATEC SANTO ANDRÉ Tecnologia em Mecânica Automobilística Vinícius Godoy dos Santos São Paulo 2019
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FACULDADE DE TECNOLOGIA
FATEC SANTO ANDREacute
Tecnologia em Mecacircnica Automobiliacutestica
Viniacutecius Godoy dos Santos
Satildeo Paulo 2019
CENTRO PAULA SOUZA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
FATEC SANTO ANDREacute
Tecnologia em Mecacircnica Automobiliacutestica
Viniacutecius Godoy dos Santos
Montagem e calibraccedilatildeo de um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica
baseada em Arduino em um motor de ciclo 2 tempos
Trabalho de Conclusatildeo de Curso entregue agrave Fatec Santo Andreacute como requisito parcial para obtenccedilatildeo do tiacutetulo de Tecnoacutelogo em Mecacircnica Automobiliacutestica
Orientador Prof MSc Adriano Ribolla
Santo Andreacute 2019
FICHA CATALOGRAacuteFICA
S237m Santos Viniacutecius Godoy dos
Montagem e calibraccedilatildeo de um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica baseada em arduino em um motor de ciclo 2 tempos Viniacutecius Godoy dos Santos - Santo Andreacute 2019 ndash 127f il Trabalho de Conclusatildeo de Curso ndash FATEC Santo Andreacute
Curso de Tecnologia em Mecacircnica automobiliacutestica 2019 Orientador Prof Adriano Ribolla
1 Mecacircnica 2 Automoacuteveis 3 Motores 4 Motores de Combustatildeo Interna 5 Motores de ciclo dois tempos 6 Software 7 Programa 8 Arduino 9 Injeccedilatildeo eletrocircnica I Montagem e calibraccedilatildeo de um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica baseada em arduino em um motor de ciclo 2 tempos
6292
AGRADECIMENTOS
Agrave minha namorada Ana Silvia Morais pela paciecircncia e compreensatildeo em todos
os momentos que tive de estar ausente e tambeacutem pelo grande incentivo em
momentos difiacuteceis
Aos meus pais Valdir Joseacute dos Santos e Solange Dirce de Godoy dos Santos
que me deram o alicerce do conhecimento e do respeito a quem devo muito
Aos professores da Fatec com quem tive a oportunidade de adquirir enorme
conhecimento teacutecnico em especial ao meu orientador Adriano Ribolla pessoa
pela qual tenho o maior respeito e honra de poder aprender cada dia mais
E a todas as pessoas e amigos que de uma maneira ou outra contribuiacuteram para
o meu conhecimento nessa longa jornada da vida
ldquoPenso 99 vezes e nada descubro Deixo de pensar
mergulho no silecircncio e a verdade me eacute revelada rdquo
Albert Einstein
RESUMO
Os motores de combustatildeo interna parecem ter seus dias contados mas
enquanto este fato natildeo acontece buscamos alternativas para que eles possam
ter uma sobrevida Especificamente os motores de ciclo dois tempos possuem
caracteriacutesticas que ainda natildeo conseguiram ser alcanccediladas mesmo com toda a
tecnologia embarcada nos motores de combustatildeo interna atualmente Se
comparado com motores similares de outros tipos de ciclo possuem baixa
massa simplicidade de construccedilatildeo possuindo poucas peccedilas moacuteveis e alta
eficiecircncia volumeacutetrica poreacutem por queimarem oacuteleo e natildeo possuiacuterem vaacutelvulas seu
processo de combustatildeo gera uma maior quantidade de compostos poluentes
emitidos para a atmosfera
Este trabalho visa obter resultados positivos ao proporcionar o uso de uma
tecnologia moderna em um antigo motor de ciclo dois tempos que originalmente
utilizava como sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel um carburador Mikuni
com venturi de 24mm mostrando que pode valer a pena sua possiacutevel aplicaccedilatildeo
comercial nos dias atuais em possiacuteveis casos E a proposta embarcada neste
trabalho natildeo eacute um fato isolado tendo em vista que alguns fabricantes
desenvolvem novas tecnologias aplicadas a este tipo de motor nos dias de hoje
tais como KTM SportMotorcycle AG BRP-Rotax Tm Racing Sutter Engineering
empresas essas que oferecem tecnologia eletrocircnica em motores de ciclo dois
tempos nos dias atuais atendendo determinados nichos de mercado como
motores de motocicletas de competiccedilatildeo karts snowmobiles e motores naacuteuticos
Este fato corrobora que esta ideia de tecnologia natildeo estaacute morta (para uso em
veiacuteculos da linha comercial) mas ainda estaacute muito viva em alguns setores da
induacutestria automobiliacutestica
Para tal seraacute adaptado e calibrado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica
programaacutevel (open source) chamado Speeduino que utiliza um Arduino mega
2560 como controlador Foram adaptadas tambeacutem diversas peccedilas sensores e
atuadores para que seja possiacutevel o funcionamento do mesmo
Palavras chaves Ciclo Dois Tempos Motores de Combustatildeo Interna Injeccedilatildeo
Eletrocircnica Programaacutevel Speeduino Arduino Open Source
ABSTRACT
The internal combustion engines seems to be on the borderline of its time
but in the meanwhile we search alternatives to this engines to have an extra
overtime Especificaly two stroke engines have characteristics that have not been
achieved even with all the current technology If comparated with similar engines
but of other kind of cycles two stroke engines have low mass simplicity of
construction owning few movable parts and high volumetric efficiency However
due to a huge amount of oil burning and the lack of valves its combustion process
provides an enormous amount of poluents heat are thrown into the atmosphere
This work aims to have positive results by providing the use of modern
technology in an old two stroke engine Originally this engine used a 24mm
Mikuni carburetor showing that it may be worth to be used in comercial
aplications nowadays in some cases And the proposal contained in this work is
out of an isolated fact since some manufactures have developed new
tecnologies applied to this kind of engine today just like KTM SportMotorcycle
AG BRP-Rotax TM Racing Sutter Engineering such companies that offer
electronic tecnology in two stroke engines nowadays attending specific market
spaces like race engines to bikes karts snowmobiles and nautics applications
This fact comes to show that this idea of tecnology is possible (to commercial
line vehicles) in some sectors of automotive industries
According to this a system of programable electronic fuel injection (open
source) named Speeduino which uses an Arduino mega 2560 as controller will
be adapted and tuned Several parts will be also adapted just like sensors and
actuators to make possible its operation
Keywords Two stroke cycle Internal combustion engines Programable
electronic fuel injection Speeduino Arduino Open Source
Lista de Unidades de Medida
cmsup3 - unidade de volume centiacutemetros cuacutebicos
mm - unidade de medida miliacutemetros
Kgmf - unidade de torque quilograma forccedila vezes metro
Nm - unidade de torque Newton vezes metro
Bar - unidade de pressatildeo
Kmh - quilocircmetros por hora
degC - graus Celsius unidade de temperatura
deg - graus unidade de acircngulo
1min - unidade de rotaccedilatildeo por minuto
HP - Horse Power unidade de potecircncia
Cv - Cavalo Vapor unidade de potecircncia
V - Volts unidade de tensatildeo eleacutetrica
mA - mili ampeacutere unidade de corrente eleacutetrica
Ohms - unidade de resistecircncia eleacutetrica
MHz - Mega Hertzunidade de frequecircncia
KB - quilobyte unidade de capacidade de armazenamendo ou memoacuteria
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
9 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Figura 58
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Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
CENTRO PAULA SOUZA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
FATEC SANTO ANDREacute
Tecnologia em Mecacircnica Automobiliacutestica
Viniacutecius Godoy dos Santos
Montagem e calibraccedilatildeo de um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica
baseada em Arduino em um motor de ciclo 2 tempos
Trabalho de Conclusatildeo de Curso entregue agrave Fatec Santo Andreacute como requisito parcial para obtenccedilatildeo do tiacutetulo de Tecnoacutelogo em Mecacircnica Automobiliacutestica
Orientador Prof MSc Adriano Ribolla
Santo Andreacute 2019
FICHA CATALOGRAacuteFICA
S237m Santos Viniacutecius Godoy dos
Montagem e calibraccedilatildeo de um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica baseada em arduino em um motor de ciclo 2 tempos Viniacutecius Godoy dos Santos - Santo Andreacute 2019 ndash 127f il Trabalho de Conclusatildeo de Curso ndash FATEC Santo Andreacute
Curso de Tecnologia em Mecacircnica automobiliacutestica 2019 Orientador Prof Adriano Ribolla
1 Mecacircnica 2 Automoacuteveis 3 Motores 4 Motores de Combustatildeo Interna 5 Motores de ciclo dois tempos 6 Software 7 Programa 8 Arduino 9 Injeccedilatildeo eletrocircnica I Montagem e calibraccedilatildeo de um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica baseada em arduino em um motor de ciclo 2 tempos
6292
AGRADECIMENTOS
Agrave minha namorada Ana Silvia Morais pela paciecircncia e compreensatildeo em todos
os momentos que tive de estar ausente e tambeacutem pelo grande incentivo em
momentos difiacuteceis
Aos meus pais Valdir Joseacute dos Santos e Solange Dirce de Godoy dos Santos
que me deram o alicerce do conhecimento e do respeito a quem devo muito
Aos professores da Fatec com quem tive a oportunidade de adquirir enorme
conhecimento teacutecnico em especial ao meu orientador Adriano Ribolla pessoa
pela qual tenho o maior respeito e honra de poder aprender cada dia mais
E a todas as pessoas e amigos que de uma maneira ou outra contribuiacuteram para
o meu conhecimento nessa longa jornada da vida
ldquoPenso 99 vezes e nada descubro Deixo de pensar
mergulho no silecircncio e a verdade me eacute revelada rdquo
Albert Einstein
RESUMO
Os motores de combustatildeo interna parecem ter seus dias contados mas
enquanto este fato natildeo acontece buscamos alternativas para que eles possam
ter uma sobrevida Especificamente os motores de ciclo dois tempos possuem
caracteriacutesticas que ainda natildeo conseguiram ser alcanccediladas mesmo com toda a
tecnologia embarcada nos motores de combustatildeo interna atualmente Se
comparado com motores similares de outros tipos de ciclo possuem baixa
massa simplicidade de construccedilatildeo possuindo poucas peccedilas moacuteveis e alta
eficiecircncia volumeacutetrica poreacutem por queimarem oacuteleo e natildeo possuiacuterem vaacutelvulas seu
processo de combustatildeo gera uma maior quantidade de compostos poluentes
emitidos para a atmosfera
Este trabalho visa obter resultados positivos ao proporcionar o uso de uma
tecnologia moderna em um antigo motor de ciclo dois tempos que originalmente
utilizava como sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel um carburador Mikuni
com venturi de 24mm mostrando que pode valer a pena sua possiacutevel aplicaccedilatildeo
comercial nos dias atuais em possiacuteveis casos E a proposta embarcada neste
trabalho natildeo eacute um fato isolado tendo em vista que alguns fabricantes
desenvolvem novas tecnologias aplicadas a este tipo de motor nos dias de hoje
tais como KTM SportMotorcycle AG BRP-Rotax Tm Racing Sutter Engineering
empresas essas que oferecem tecnologia eletrocircnica em motores de ciclo dois
tempos nos dias atuais atendendo determinados nichos de mercado como
motores de motocicletas de competiccedilatildeo karts snowmobiles e motores naacuteuticos
Este fato corrobora que esta ideia de tecnologia natildeo estaacute morta (para uso em
veiacuteculos da linha comercial) mas ainda estaacute muito viva em alguns setores da
induacutestria automobiliacutestica
Para tal seraacute adaptado e calibrado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica
programaacutevel (open source) chamado Speeduino que utiliza um Arduino mega
2560 como controlador Foram adaptadas tambeacutem diversas peccedilas sensores e
atuadores para que seja possiacutevel o funcionamento do mesmo
Palavras chaves Ciclo Dois Tempos Motores de Combustatildeo Interna Injeccedilatildeo
Eletrocircnica Programaacutevel Speeduino Arduino Open Source
ABSTRACT
The internal combustion engines seems to be on the borderline of its time
but in the meanwhile we search alternatives to this engines to have an extra
overtime Especificaly two stroke engines have characteristics that have not been
achieved even with all the current technology If comparated with similar engines
but of other kind of cycles two stroke engines have low mass simplicity of
construction owning few movable parts and high volumetric efficiency However
due to a huge amount of oil burning and the lack of valves its combustion process
provides an enormous amount of poluents heat are thrown into the atmosphere
This work aims to have positive results by providing the use of modern
technology in an old two stroke engine Originally this engine used a 24mm
Mikuni carburetor showing that it may be worth to be used in comercial
aplications nowadays in some cases And the proposal contained in this work is
out of an isolated fact since some manufactures have developed new
tecnologies applied to this kind of engine today just like KTM SportMotorcycle
AG BRP-Rotax TM Racing Sutter Engineering such companies that offer
electronic tecnology in two stroke engines nowadays attending specific market
spaces like race engines to bikes karts snowmobiles and nautics applications
This fact comes to show that this idea of tecnology is possible (to commercial
line vehicles) in some sectors of automotive industries
According to this a system of programable electronic fuel injection (open
source) named Speeduino which uses an Arduino mega 2560 as controller will
be adapted and tuned Several parts will be also adapted just like sensors and
actuators to make possible its operation
Keywords Two stroke cycle Internal combustion engines Programable
electronic fuel injection Speeduino Arduino Open Source
Lista de Unidades de Medida
cmsup3 - unidade de volume centiacutemetros cuacutebicos
mm - unidade de medida miliacutemetros
Kgmf - unidade de torque quilograma forccedila vezes metro
Nm - unidade de torque Newton vezes metro
Bar - unidade de pressatildeo
Kmh - quilocircmetros por hora
degC - graus Celsius unidade de temperatura
deg - graus unidade de acircngulo
1min - unidade de rotaccedilatildeo por minuto
HP - Horse Power unidade de potecircncia
Cv - Cavalo Vapor unidade de potecircncia
V - Volts unidade de tensatildeo eleacutetrica
mA - mili ampeacutere unidade de corrente eleacutetrica
Ohms - unidade de resistecircncia eleacutetrica
MHz - Mega Hertzunidade de frequecircncia
KB - quilobyte unidade de capacidade de armazenamendo ou memoacuteria
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
9 Referecircncias Bibliograacuteficas
Blair Gordon P Design and simulation of two-stroke engines 1Ed USA
Society of Automotive Engineers Inc 1996
Boothroyd Dave Forgotten Hero The man who invented the two-stroke
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
FICHA CATALOGRAacuteFICA
S237m Santos Viniacutecius Godoy dos
Montagem e calibraccedilatildeo de um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica baseada em arduino em um motor de ciclo 2 tempos Viniacutecius Godoy dos Santos - Santo Andreacute 2019 ndash 127f il Trabalho de Conclusatildeo de Curso ndash FATEC Santo Andreacute
Curso de Tecnologia em Mecacircnica automobiliacutestica 2019 Orientador Prof Adriano Ribolla
1 Mecacircnica 2 Automoacuteveis 3 Motores 4 Motores de Combustatildeo Interna 5 Motores de ciclo dois tempos 6 Software 7 Programa 8 Arduino 9 Injeccedilatildeo eletrocircnica I Montagem e calibraccedilatildeo de um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica baseada em arduino em um motor de ciclo 2 tempos
6292
AGRADECIMENTOS
Agrave minha namorada Ana Silvia Morais pela paciecircncia e compreensatildeo em todos
os momentos que tive de estar ausente e tambeacutem pelo grande incentivo em
momentos difiacuteceis
Aos meus pais Valdir Joseacute dos Santos e Solange Dirce de Godoy dos Santos
que me deram o alicerce do conhecimento e do respeito a quem devo muito
Aos professores da Fatec com quem tive a oportunidade de adquirir enorme
conhecimento teacutecnico em especial ao meu orientador Adriano Ribolla pessoa
pela qual tenho o maior respeito e honra de poder aprender cada dia mais
E a todas as pessoas e amigos que de uma maneira ou outra contribuiacuteram para
o meu conhecimento nessa longa jornada da vida
ldquoPenso 99 vezes e nada descubro Deixo de pensar
mergulho no silecircncio e a verdade me eacute revelada rdquo
Albert Einstein
RESUMO
Os motores de combustatildeo interna parecem ter seus dias contados mas
enquanto este fato natildeo acontece buscamos alternativas para que eles possam
ter uma sobrevida Especificamente os motores de ciclo dois tempos possuem
caracteriacutesticas que ainda natildeo conseguiram ser alcanccediladas mesmo com toda a
tecnologia embarcada nos motores de combustatildeo interna atualmente Se
comparado com motores similares de outros tipos de ciclo possuem baixa
massa simplicidade de construccedilatildeo possuindo poucas peccedilas moacuteveis e alta
eficiecircncia volumeacutetrica poreacutem por queimarem oacuteleo e natildeo possuiacuterem vaacutelvulas seu
processo de combustatildeo gera uma maior quantidade de compostos poluentes
emitidos para a atmosfera
Este trabalho visa obter resultados positivos ao proporcionar o uso de uma
tecnologia moderna em um antigo motor de ciclo dois tempos que originalmente
utilizava como sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel um carburador Mikuni
com venturi de 24mm mostrando que pode valer a pena sua possiacutevel aplicaccedilatildeo
comercial nos dias atuais em possiacuteveis casos E a proposta embarcada neste
trabalho natildeo eacute um fato isolado tendo em vista que alguns fabricantes
desenvolvem novas tecnologias aplicadas a este tipo de motor nos dias de hoje
tais como KTM SportMotorcycle AG BRP-Rotax Tm Racing Sutter Engineering
empresas essas que oferecem tecnologia eletrocircnica em motores de ciclo dois
tempos nos dias atuais atendendo determinados nichos de mercado como
motores de motocicletas de competiccedilatildeo karts snowmobiles e motores naacuteuticos
Este fato corrobora que esta ideia de tecnologia natildeo estaacute morta (para uso em
veiacuteculos da linha comercial) mas ainda estaacute muito viva em alguns setores da
induacutestria automobiliacutestica
Para tal seraacute adaptado e calibrado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica
programaacutevel (open source) chamado Speeduino que utiliza um Arduino mega
2560 como controlador Foram adaptadas tambeacutem diversas peccedilas sensores e
atuadores para que seja possiacutevel o funcionamento do mesmo
Palavras chaves Ciclo Dois Tempos Motores de Combustatildeo Interna Injeccedilatildeo
Eletrocircnica Programaacutevel Speeduino Arduino Open Source
ABSTRACT
The internal combustion engines seems to be on the borderline of its time
but in the meanwhile we search alternatives to this engines to have an extra
overtime Especificaly two stroke engines have characteristics that have not been
achieved even with all the current technology If comparated with similar engines
but of other kind of cycles two stroke engines have low mass simplicity of
construction owning few movable parts and high volumetric efficiency However
due to a huge amount of oil burning and the lack of valves its combustion process
provides an enormous amount of poluents heat are thrown into the atmosphere
This work aims to have positive results by providing the use of modern
technology in an old two stroke engine Originally this engine used a 24mm
Mikuni carburetor showing that it may be worth to be used in comercial
aplications nowadays in some cases And the proposal contained in this work is
out of an isolated fact since some manufactures have developed new
tecnologies applied to this kind of engine today just like KTM SportMotorcycle
AG BRP-Rotax TM Racing Sutter Engineering such companies that offer
electronic tecnology in two stroke engines nowadays attending specific market
spaces like race engines to bikes karts snowmobiles and nautics applications
This fact comes to show that this idea of tecnology is possible (to commercial
line vehicles) in some sectors of automotive industries
According to this a system of programable electronic fuel injection (open
source) named Speeduino which uses an Arduino mega 2560 as controller will
be adapted and tuned Several parts will be also adapted just like sensors and
actuators to make possible its operation
Keywords Two stroke cycle Internal combustion engines Programable
electronic fuel injection Speeduino Arduino Open Source
Lista de Unidades de Medida
cmsup3 - unidade de volume centiacutemetros cuacutebicos
mm - unidade de medida miliacutemetros
Kgmf - unidade de torque quilograma forccedila vezes metro
Nm - unidade de torque Newton vezes metro
Bar - unidade de pressatildeo
Kmh - quilocircmetros por hora
degC - graus Celsius unidade de temperatura
deg - graus unidade de acircngulo
1min - unidade de rotaccedilatildeo por minuto
HP - Horse Power unidade de potecircncia
Cv - Cavalo Vapor unidade de potecircncia
V - Volts unidade de tensatildeo eleacutetrica
mA - mili ampeacutere unidade de corrente eleacutetrica
Ohms - unidade de resistecircncia eleacutetrica
MHz - Mega Hertzunidade de frequecircncia
KB - quilobyte unidade de capacidade de armazenamendo ou memoacuteria
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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z4XlO7l-
97
OvI7_2OEUpSgy57Vriq67T2bbuVtWP0MawULSQk9SCjBoCXZcQAvD_BwEampq
uantity=1 acessado em 22062019 agraves 2340
Figura 57
Fonte httpswwwacnpecascombrprodutocabo-de-vela-fiat-tipo-1-6-ie-mpi-
todos-injecao-eletronica acessado em 22062019 agraves 2345
Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
AGRADECIMENTOS
Agrave minha namorada Ana Silvia Morais pela paciecircncia e compreensatildeo em todos
os momentos que tive de estar ausente e tambeacutem pelo grande incentivo em
momentos difiacuteceis
Aos meus pais Valdir Joseacute dos Santos e Solange Dirce de Godoy dos Santos
que me deram o alicerce do conhecimento e do respeito a quem devo muito
Aos professores da Fatec com quem tive a oportunidade de adquirir enorme
conhecimento teacutecnico em especial ao meu orientador Adriano Ribolla pessoa
pela qual tenho o maior respeito e honra de poder aprender cada dia mais
E a todas as pessoas e amigos que de uma maneira ou outra contribuiacuteram para
o meu conhecimento nessa longa jornada da vida
ldquoPenso 99 vezes e nada descubro Deixo de pensar
mergulho no silecircncio e a verdade me eacute revelada rdquo
Albert Einstein
RESUMO
Os motores de combustatildeo interna parecem ter seus dias contados mas
enquanto este fato natildeo acontece buscamos alternativas para que eles possam
ter uma sobrevida Especificamente os motores de ciclo dois tempos possuem
caracteriacutesticas que ainda natildeo conseguiram ser alcanccediladas mesmo com toda a
tecnologia embarcada nos motores de combustatildeo interna atualmente Se
comparado com motores similares de outros tipos de ciclo possuem baixa
massa simplicidade de construccedilatildeo possuindo poucas peccedilas moacuteveis e alta
eficiecircncia volumeacutetrica poreacutem por queimarem oacuteleo e natildeo possuiacuterem vaacutelvulas seu
processo de combustatildeo gera uma maior quantidade de compostos poluentes
emitidos para a atmosfera
Este trabalho visa obter resultados positivos ao proporcionar o uso de uma
tecnologia moderna em um antigo motor de ciclo dois tempos que originalmente
utilizava como sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel um carburador Mikuni
com venturi de 24mm mostrando que pode valer a pena sua possiacutevel aplicaccedilatildeo
comercial nos dias atuais em possiacuteveis casos E a proposta embarcada neste
trabalho natildeo eacute um fato isolado tendo em vista que alguns fabricantes
desenvolvem novas tecnologias aplicadas a este tipo de motor nos dias de hoje
tais como KTM SportMotorcycle AG BRP-Rotax Tm Racing Sutter Engineering
empresas essas que oferecem tecnologia eletrocircnica em motores de ciclo dois
tempos nos dias atuais atendendo determinados nichos de mercado como
motores de motocicletas de competiccedilatildeo karts snowmobiles e motores naacuteuticos
Este fato corrobora que esta ideia de tecnologia natildeo estaacute morta (para uso em
veiacuteculos da linha comercial) mas ainda estaacute muito viva em alguns setores da
induacutestria automobiliacutestica
Para tal seraacute adaptado e calibrado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica
programaacutevel (open source) chamado Speeduino que utiliza um Arduino mega
2560 como controlador Foram adaptadas tambeacutem diversas peccedilas sensores e
atuadores para que seja possiacutevel o funcionamento do mesmo
Palavras chaves Ciclo Dois Tempos Motores de Combustatildeo Interna Injeccedilatildeo
Eletrocircnica Programaacutevel Speeduino Arduino Open Source
ABSTRACT
The internal combustion engines seems to be on the borderline of its time
but in the meanwhile we search alternatives to this engines to have an extra
overtime Especificaly two stroke engines have characteristics that have not been
achieved even with all the current technology If comparated with similar engines
but of other kind of cycles two stroke engines have low mass simplicity of
construction owning few movable parts and high volumetric efficiency However
due to a huge amount of oil burning and the lack of valves its combustion process
provides an enormous amount of poluents heat are thrown into the atmosphere
This work aims to have positive results by providing the use of modern
technology in an old two stroke engine Originally this engine used a 24mm
Mikuni carburetor showing that it may be worth to be used in comercial
aplications nowadays in some cases And the proposal contained in this work is
out of an isolated fact since some manufactures have developed new
tecnologies applied to this kind of engine today just like KTM SportMotorcycle
AG BRP-Rotax TM Racing Sutter Engineering such companies that offer
electronic tecnology in two stroke engines nowadays attending specific market
spaces like race engines to bikes karts snowmobiles and nautics applications
This fact comes to show that this idea of tecnology is possible (to commercial
line vehicles) in some sectors of automotive industries
According to this a system of programable electronic fuel injection (open
source) named Speeduino which uses an Arduino mega 2560 as controller will
be adapted and tuned Several parts will be also adapted just like sensors and
actuators to make possible its operation
Keywords Two stroke cycle Internal combustion engines Programable
electronic fuel injection Speeduino Arduino Open Source
Lista de Unidades de Medida
cmsup3 - unidade de volume centiacutemetros cuacutebicos
mm - unidade de medida miliacutemetros
Kgmf - unidade de torque quilograma forccedila vezes metro
Nm - unidade de torque Newton vezes metro
Bar - unidade de pressatildeo
Kmh - quilocircmetros por hora
degC - graus Celsius unidade de temperatura
deg - graus unidade de acircngulo
1min - unidade de rotaccedilatildeo por minuto
HP - Horse Power unidade de potecircncia
Cv - Cavalo Vapor unidade de potecircncia
V - Volts unidade de tensatildeo eleacutetrica
mA - mili ampeacutere unidade de corrente eleacutetrica
Ohms - unidade de resistecircncia eleacutetrica
MHz - Mega Hertzunidade de frequecircncia
KB - quilobyte unidade de capacidade de armazenamendo ou memoacuteria
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Figura 26
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Figura 27
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Figura 41
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
ldquoPenso 99 vezes e nada descubro Deixo de pensar
mergulho no silecircncio e a verdade me eacute revelada rdquo
Albert Einstein
RESUMO
Os motores de combustatildeo interna parecem ter seus dias contados mas
enquanto este fato natildeo acontece buscamos alternativas para que eles possam
ter uma sobrevida Especificamente os motores de ciclo dois tempos possuem
caracteriacutesticas que ainda natildeo conseguiram ser alcanccediladas mesmo com toda a
tecnologia embarcada nos motores de combustatildeo interna atualmente Se
comparado com motores similares de outros tipos de ciclo possuem baixa
massa simplicidade de construccedilatildeo possuindo poucas peccedilas moacuteveis e alta
eficiecircncia volumeacutetrica poreacutem por queimarem oacuteleo e natildeo possuiacuterem vaacutelvulas seu
processo de combustatildeo gera uma maior quantidade de compostos poluentes
emitidos para a atmosfera
Este trabalho visa obter resultados positivos ao proporcionar o uso de uma
tecnologia moderna em um antigo motor de ciclo dois tempos que originalmente
utilizava como sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel um carburador Mikuni
com venturi de 24mm mostrando que pode valer a pena sua possiacutevel aplicaccedilatildeo
comercial nos dias atuais em possiacuteveis casos E a proposta embarcada neste
trabalho natildeo eacute um fato isolado tendo em vista que alguns fabricantes
desenvolvem novas tecnologias aplicadas a este tipo de motor nos dias de hoje
tais como KTM SportMotorcycle AG BRP-Rotax Tm Racing Sutter Engineering
empresas essas que oferecem tecnologia eletrocircnica em motores de ciclo dois
tempos nos dias atuais atendendo determinados nichos de mercado como
motores de motocicletas de competiccedilatildeo karts snowmobiles e motores naacuteuticos
Este fato corrobora que esta ideia de tecnologia natildeo estaacute morta (para uso em
veiacuteculos da linha comercial) mas ainda estaacute muito viva em alguns setores da
induacutestria automobiliacutestica
Para tal seraacute adaptado e calibrado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica
programaacutevel (open source) chamado Speeduino que utiliza um Arduino mega
2560 como controlador Foram adaptadas tambeacutem diversas peccedilas sensores e
atuadores para que seja possiacutevel o funcionamento do mesmo
Palavras chaves Ciclo Dois Tempos Motores de Combustatildeo Interna Injeccedilatildeo
Eletrocircnica Programaacutevel Speeduino Arduino Open Source
ABSTRACT
The internal combustion engines seems to be on the borderline of its time
but in the meanwhile we search alternatives to this engines to have an extra
overtime Especificaly two stroke engines have characteristics that have not been
achieved even with all the current technology If comparated with similar engines
but of other kind of cycles two stroke engines have low mass simplicity of
construction owning few movable parts and high volumetric efficiency However
due to a huge amount of oil burning and the lack of valves its combustion process
provides an enormous amount of poluents heat are thrown into the atmosphere
This work aims to have positive results by providing the use of modern
technology in an old two stroke engine Originally this engine used a 24mm
Mikuni carburetor showing that it may be worth to be used in comercial
aplications nowadays in some cases And the proposal contained in this work is
out of an isolated fact since some manufactures have developed new
tecnologies applied to this kind of engine today just like KTM SportMotorcycle
AG BRP-Rotax TM Racing Sutter Engineering such companies that offer
electronic tecnology in two stroke engines nowadays attending specific market
spaces like race engines to bikes karts snowmobiles and nautics applications
This fact comes to show that this idea of tecnology is possible (to commercial
line vehicles) in some sectors of automotive industries
According to this a system of programable electronic fuel injection (open
source) named Speeduino which uses an Arduino mega 2560 as controller will
be adapted and tuned Several parts will be also adapted just like sensors and
actuators to make possible its operation
Keywords Two stroke cycle Internal combustion engines Programable
electronic fuel injection Speeduino Arduino Open Source
Lista de Unidades de Medida
cmsup3 - unidade de volume centiacutemetros cuacutebicos
mm - unidade de medida miliacutemetros
Kgmf - unidade de torque quilograma forccedila vezes metro
Nm - unidade de torque Newton vezes metro
Bar - unidade de pressatildeo
Kmh - quilocircmetros por hora
degC - graus Celsius unidade de temperatura
deg - graus unidade de acircngulo
1min - unidade de rotaccedilatildeo por minuto
HP - Horse Power unidade de potecircncia
Cv - Cavalo Vapor unidade de potecircncia
V - Volts unidade de tensatildeo eleacutetrica
mA - mili ampeacutere unidade de corrente eleacutetrica
Ohms - unidade de resistecircncia eleacutetrica
MHz - Mega Hertzunidade de frequecircncia
KB - quilobyte unidade de capacidade de armazenamendo ou memoacuteria
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
9 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
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Figura 28
Fonte Autor
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Figura 31
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Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
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Figura 44
Fonte Autor
Figura 45
Fonte Autor
Figura 46
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-879906333-080036-sensor-de-
rotaco-fiat-idea-e-torq-16-linea-16-18-_JMquantity=1 acessado em
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Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-839220558-bobina-ignico-gol-
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_JMmatt_tool=14302715ampmatt_wordampgclid=CjwKCAjwr8zoBRA0EiwANmvpYI
z4XlO7l-
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
RESUMO
Os motores de combustatildeo interna parecem ter seus dias contados mas
enquanto este fato natildeo acontece buscamos alternativas para que eles possam
ter uma sobrevida Especificamente os motores de ciclo dois tempos possuem
caracteriacutesticas que ainda natildeo conseguiram ser alcanccediladas mesmo com toda a
tecnologia embarcada nos motores de combustatildeo interna atualmente Se
comparado com motores similares de outros tipos de ciclo possuem baixa
massa simplicidade de construccedilatildeo possuindo poucas peccedilas moacuteveis e alta
eficiecircncia volumeacutetrica poreacutem por queimarem oacuteleo e natildeo possuiacuterem vaacutelvulas seu
processo de combustatildeo gera uma maior quantidade de compostos poluentes
emitidos para a atmosfera
Este trabalho visa obter resultados positivos ao proporcionar o uso de uma
tecnologia moderna em um antigo motor de ciclo dois tempos que originalmente
utilizava como sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel um carburador Mikuni
com venturi de 24mm mostrando que pode valer a pena sua possiacutevel aplicaccedilatildeo
comercial nos dias atuais em possiacuteveis casos E a proposta embarcada neste
trabalho natildeo eacute um fato isolado tendo em vista que alguns fabricantes
desenvolvem novas tecnologias aplicadas a este tipo de motor nos dias de hoje
tais como KTM SportMotorcycle AG BRP-Rotax Tm Racing Sutter Engineering
empresas essas que oferecem tecnologia eletrocircnica em motores de ciclo dois
tempos nos dias atuais atendendo determinados nichos de mercado como
motores de motocicletas de competiccedilatildeo karts snowmobiles e motores naacuteuticos
Este fato corrobora que esta ideia de tecnologia natildeo estaacute morta (para uso em
veiacuteculos da linha comercial) mas ainda estaacute muito viva em alguns setores da
induacutestria automobiliacutestica
Para tal seraacute adaptado e calibrado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica
programaacutevel (open source) chamado Speeduino que utiliza um Arduino mega
2560 como controlador Foram adaptadas tambeacutem diversas peccedilas sensores e
atuadores para que seja possiacutevel o funcionamento do mesmo
Palavras chaves Ciclo Dois Tempos Motores de Combustatildeo Interna Injeccedilatildeo
Eletrocircnica Programaacutevel Speeduino Arduino Open Source
ABSTRACT
The internal combustion engines seems to be on the borderline of its time
but in the meanwhile we search alternatives to this engines to have an extra
overtime Especificaly two stroke engines have characteristics that have not been
achieved even with all the current technology If comparated with similar engines
but of other kind of cycles two stroke engines have low mass simplicity of
construction owning few movable parts and high volumetric efficiency However
due to a huge amount of oil burning and the lack of valves its combustion process
provides an enormous amount of poluents heat are thrown into the atmosphere
This work aims to have positive results by providing the use of modern
technology in an old two stroke engine Originally this engine used a 24mm
Mikuni carburetor showing that it may be worth to be used in comercial
aplications nowadays in some cases And the proposal contained in this work is
out of an isolated fact since some manufactures have developed new
tecnologies applied to this kind of engine today just like KTM SportMotorcycle
AG BRP-Rotax TM Racing Sutter Engineering such companies that offer
electronic tecnology in two stroke engines nowadays attending specific market
spaces like race engines to bikes karts snowmobiles and nautics applications
This fact comes to show that this idea of tecnology is possible (to commercial
line vehicles) in some sectors of automotive industries
According to this a system of programable electronic fuel injection (open
source) named Speeduino which uses an Arduino mega 2560 as controller will
be adapted and tuned Several parts will be also adapted just like sensors and
actuators to make possible its operation
Keywords Two stroke cycle Internal combustion engines Programable
electronic fuel injection Speeduino Arduino Open Source
Lista de Unidades de Medida
cmsup3 - unidade de volume centiacutemetros cuacutebicos
mm - unidade de medida miliacutemetros
Kgmf - unidade de torque quilograma forccedila vezes metro
Nm - unidade de torque Newton vezes metro
Bar - unidade de pressatildeo
Kmh - quilocircmetros por hora
degC - graus Celsius unidade de temperatura
deg - graus unidade de acircngulo
1min - unidade de rotaccedilatildeo por minuto
HP - Horse Power unidade de potecircncia
Cv - Cavalo Vapor unidade de potecircncia
V - Volts unidade de tensatildeo eleacutetrica
mA - mili ampeacutere unidade de corrente eleacutetrica
Ohms - unidade de resistecircncia eleacutetrica
MHz - Mega Hertzunidade de frequecircncia
KB - quilobyte unidade de capacidade de armazenamendo ou memoacuteria
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
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Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Figura 46
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-879906333-080036-sensor-de-
rotaco-fiat-idea-e-torq-16-linea-16-18-_JMquantity=1 acessado em
02062019 agraves 2220
Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-839220558-bobina-ignico-gol-
saveiro-parati-10-kombi-16-mi-3-pinos-
_JMmatt_tool=14302715ampmatt_wordampgclid=CjwKCAjwr8zoBRA0EiwANmvpYI
z4XlO7l-
97
OvI7_2OEUpSgy57Vriq67T2bbuVtWP0MawULSQk9SCjBoCXZcQAvD_BwEampq
uantity=1 acessado em 22062019 agraves 2340
Figura 57
Fonte httpswwwacnpecascombrprodutocabo-de-vela-fiat-tipo-1-6-ie-mpi-
todos-injecao-eletronica acessado em 22062019 agraves 2345
Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
ABSTRACT
The internal combustion engines seems to be on the borderline of its time
but in the meanwhile we search alternatives to this engines to have an extra
overtime Especificaly two stroke engines have characteristics that have not been
achieved even with all the current technology If comparated with similar engines
but of other kind of cycles two stroke engines have low mass simplicity of
construction owning few movable parts and high volumetric efficiency However
due to a huge amount of oil burning and the lack of valves its combustion process
provides an enormous amount of poluents heat are thrown into the atmosphere
This work aims to have positive results by providing the use of modern
technology in an old two stroke engine Originally this engine used a 24mm
Mikuni carburetor showing that it may be worth to be used in comercial
aplications nowadays in some cases And the proposal contained in this work is
out of an isolated fact since some manufactures have developed new
tecnologies applied to this kind of engine today just like KTM SportMotorcycle
AG BRP-Rotax TM Racing Sutter Engineering such companies that offer
electronic tecnology in two stroke engines nowadays attending specific market
spaces like race engines to bikes karts snowmobiles and nautics applications
This fact comes to show that this idea of tecnology is possible (to commercial
line vehicles) in some sectors of automotive industries
According to this a system of programable electronic fuel injection (open
source) named Speeduino which uses an Arduino mega 2560 as controller will
be adapted and tuned Several parts will be also adapted just like sensors and
actuators to make possible its operation
Keywords Two stroke cycle Internal combustion engines Programable
electronic fuel injection Speeduino Arduino Open Source
Lista de Unidades de Medida
cmsup3 - unidade de volume centiacutemetros cuacutebicos
mm - unidade de medida miliacutemetros
Kgmf - unidade de torque quilograma forccedila vezes metro
Nm - unidade de torque Newton vezes metro
Bar - unidade de pressatildeo
Kmh - quilocircmetros por hora
degC - graus Celsius unidade de temperatura
deg - graus unidade de acircngulo
1min - unidade de rotaccedilatildeo por minuto
HP - Horse Power unidade de potecircncia
Cv - Cavalo Vapor unidade de potecircncia
V - Volts unidade de tensatildeo eleacutetrica
mA - mili ampeacutere unidade de corrente eleacutetrica
Ohms - unidade de resistecircncia eleacutetrica
MHz - Mega Hertzunidade de frequecircncia
KB - quilobyte unidade de capacidade de armazenamendo ou memoacuteria
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
9 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Figura 10
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Figura 15
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Figura 16
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Figura 25
Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
Fonte Autor
Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
Fonte Autor
Figura 30
Fonte Autor
95
Figura 31
Fonte Autor
Figura 32
Fonte Autor
Figura 33
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Figura 38
Fonte Autor
Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
96
Figura 44
Fonte Autor
Figura 45
Fonte Autor
Figura 46
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-879906333-080036-sensor-de-
rotaco-fiat-idea-e-torq-16-linea-16-18-_JMquantity=1 acessado em
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Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-839220558-bobina-ignico-gol-
saveiro-parati-10-kombi-16-mi-3-pinos-
_JMmatt_tool=14302715ampmatt_wordampgclid=CjwKCAjwr8zoBRA0EiwANmvpYI
z4XlO7l-
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
Lista de Unidades de Medida
cmsup3 - unidade de volume centiacutemetros cuacutebicos
mm - unidade de medida miliacutemetros
Kgmf - unidade de torque quilograma forccedila vezes metro
Nm - unidade de torque Newton vezes metro
Bar - unidade de pressatildeo
Kmh - quilocircmetros por hora
degC - graus Celsius unidade de temperatura
deg - graus unidade de acircngulo
1min - unidade de rotaccedilatildeo por minuto
HP - Horse Power unidade de potecircncia
Cv - Cavalo Vapor unidade de potecircncia
V - Volts unidade de tensatildeo eleacutetrica
mA - mili ampeacutere unidade de corrente eleacutetrica
Ohms - unidade de resistecircncia eleacutetrica
MHz - Mega Hertzunidade de frequecircncia
KB - quilobyte unidade de capacidade de armazenamendo ou memoacuteria
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Figura 6
Fonte
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Figura 7
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Figura 8
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Figura 25
Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
Fonte Autor
Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
Fonte Autor
Figura 30
Fonte Autor
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Figura 31
Fonte Autor
Figura 32
Fonte Autor
Figura 33
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Figura 38
Fonte Autor
Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
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Figura 44
Fonte Autor
Figura 45
Fonte Autor
Figura 46
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rotaco-fiat-idea-e-torq-16-linea-16-18-_JMquantity=1 acessado em
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Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
Lista de Siglas e Abreviaturas
RPM - Rotaccedilotildees por minuto
PMS - Ponto morto superior
PMI - Ponto morto inferior
CDI - Capacitor Discharge Ignition
PWM - Pulse with modulation
SMD - Surface mounting device
GND - Ground
AP - Modelo de motor Volkswagen
EA111 - Modelo de motor Volkswagen
E-torq - Modelo de motor Fiat
DIY - Do it yourself
MAP - Manifold Absolute Pressure
IAT - Intake Air Temperature
TPS - Throttle Position Sensor
YPVS - Yamaha Power Valve System
Stand-Alone ndash Sistema que funciona independente de outros
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
9 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Figura 10
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Haynes 1999
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Haynes 1999
Figura 15
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Figura 16
Fonte Graham Bell A Two-stroke performance tuning 2 Ed Reino Unido
Haynes 1999
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Figura 25
Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
Fonte Autor
Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
Fonte Autor
Figura 30
Fonte Autor
95
Figura 31
Fonte Autor
Figura 32
Fonte Autor
Figura 33
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Figura 34
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Figura 38
Fonte Autor
Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
96
Figura 44
Fonte Autor
Figura 45
Fonte Autor
Figura 46
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-879906333-080036-sensor-de-
rotaco-fiat-idea-e-torq-16-linea-16-18-_JMquantity=1 acessado em
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Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-839220558-bobina-ignico-gol-
saveiro-parati-10-kombi-16-mi-3-pinos-
_JMmatt_tool=14302715ampmatt_wordampgclid=CjwKCAjwr8zoBRA0EiwANmvpYI
z4XlO7l-
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
Sumaacuterio
1 Introduccedilatildeo 18
11 Motivaccedilatildeo 19
12 Objetivos 21
13 Contribuiccedilotildees Esperadas 21
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho 22
2 Fundamentaccedilatildeo 23
21 Objetivos do Capiacutetulo 24
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos 24
23 Admissatildeo 29
24 Compressatildeo 31
25 Combustatildeo 35
251 Igniccedilatildeo 36
26 Exaustatildeo 37
261 Escapamento 41
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna 48
3 Detalhamento do Projeto 51
31 Dados do Motor 52
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico 58
33 Arduino Mega 2560 60
34 Speeduino 62
35 Montagem do Sistema Speeduino 63
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico 72
37 Corpo de Borboleta 76
38 Unidade de Sensores 77
381 Sensor TPS 77
382 Sensor IAT 78
383 Sensor MAP 79
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Newnes 1992 166 p
Tillmann Carlos Antonio da Costa Motores de Combustatildeo Pelotas - RS
Rede eTec Brasil 2013
Vieilledent Edmond Low Pressure Electronic Fuel Injection System for
Two-Stroke Engines SAE Paper 780767 EUA 1978
92
10 Referecircncia Figuras
Figura 1
Fonte httpsimageshutterstockcomimage-vectorsystem-twostroke-engines-
vectortwostroke-engine-600w-524929192jpg acessado em 26052019 agraves
1922
Figura 2
Fonte
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acessado em 26052019 agraves 1924
Figura 3
Fonte httpsiebayimgcomimagesg~TsAAOSw~1FUVYxas-l1600jpg
acessado em 26052019 agraves 1927
Figura 4
Fonte httpswwwamazonesBoyesen-varillas-vC3A1lvula-Yamaha-
BlasterdpB003Y7YXPO acessado em 26052019 agraves 1930
Figura 5
Fonte
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Figura 6
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Figura 8
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93
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Fonte Graham Bell A Two-stroke performance tuning 2 Ed Reino Unido
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Figura 10
Fonte Graham Bell A Two-stroke performance tuning 2 Ed Reino Unido
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Figura 11
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Figura 12
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Figura 15
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Figura 16
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Figura 18
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Figura 23
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Figura 24
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Figura 25
Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
Fonte Autor
Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
Fonte Autor
Figura 30
Fonte Autor
95
Figura 31
Fonte Autor
Figura 32
Fonte Autor
Figura 33
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Figura 36
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Figura 37
Fonte
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Figura 38
Fonte Autor
Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
96
Figura 44
Fonte Autor
Figura 45
Fonte Autor
Figura 46
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rotaco-fiat-idea-e-torq-16-linea-16-18-_JMquantity=1 acessado em
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Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
39 Sistema de Igniccedilatildeo 82
4 Calibraccedilatildeo do Motor 83
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais 83
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel 85
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo 86
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada 87
5 Dados do Motor (Modificado) 87
6 Resultados 88
7 Conclusatildeo 89
8 Propostas Futuras 90
9 Referecircncias Bibliograacuteficas 91
10 Referecircncia Figuras 92
Apecircndice I 98
Anexo A 99
Anexo B 111
Anexo C 127
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
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Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
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Figura 30
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Figura 31
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Figura 38
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Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
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Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
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Fonte Autor
Figura 45
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Figura 48
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Figura 49
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
Lista de Figuras
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos 25
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro 26
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto 26
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas 27
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa 27
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter
do motor passando pela vaacutelvula de palhetas 28
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor
permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel 29
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
30
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos
pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro 31
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando
formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto 32
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo 33
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio
de platinado 36
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts 37
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF 39
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida 39
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System 40
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos 41
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos 42
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante 48
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo 49
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus
perifeacutericos 50
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135 51
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30 53
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo 53
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia 54
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto 55
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Figura 14
Fonte Graham Bell A Two-stroke performance tuning 2 Ed Reino Unido
Haynes 1999
Figura 15
Fonte Graham Bell A Two-stroke performance tuning 2 Ed Reino Unido
Haynes 1999
Figura 16
Fonte Graham Bell A Two-stroke performance tuning 2 Ed Reino Unido
Haynes 1999
Figura 17
Fonte httpsbikemanperformancecomsupreme-tool-arctic-cat-rave-style-
exhaust-valveshtml acessado em 02062019 agraves 2055
Figura 18
Fonte Graham Bell A Two-stroke performance tuning 2 Ed Reino Unido
Haynes 1999
94
Figura 19
Fonte httpthunderproductscomattachment_id=316 acessado em
02062019 agraves 2100
Figura 20
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom201404 acessado em 02062019 agraves
2104
Figura 21
Fonte httpflaviolucasmmblogspotcom201508componentes-da-injecao-
eletronicahtml acessado em 02062019 agraves 2110
Figura 22
Fonte httpsmotos-motorcombrmfipeprecos-tabela-yamaha-rd-135-1994
acessado em 02062019 agraves 2116
Figura 23
Fonte httpswwwjapanbaikucomtm-27-8006 acessado em
02062019 agraves 2122
Figura 24
Fonte httpswwwcustojustoptleiriapecas-motasrotor-motoplat-bobine-
externa-anti-horario-28261205 acessado em 02062019 agraves 2124
Figura 25
Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
Fonte Autor
Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
Fonte Autor
Figura 30
Fonte Autor
95
Figura 31
Fonte Autor
Figura 32
Fonte Autor
Figura 33
Fonte httpswwwmagnetimarellicomnode65 acessado em 02062019 agraves
2130
Figura 34
Fonte httpswwwbosch-motorsportcomcontentdownloadsRacepartsen-
GB49044619111858827html acessado em 02062019 agraves 2135
Figura 35
Fonte Autor
Figura 36
Fonte httpswwwamazoncomSmartProjects-Mega-Arduino-MEGA-
BoarddpB004A7H3DG acessado em 02062019 agraves 2141
Figura 37
Fonte
httpsSpeeduinocomshopindexphpid_product=18ampcontroller=product
acessado em 02062019 agraves 2145
Figura 38
Fonte Autor
Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
96
Figura 44
Fonte Autor
Figura 45
Fonte Autor
Figura 46
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-879906333-080036-sensor-de-
rotaco-fiat-idea-e-torq-16-linea-16-18-_JMquantity=1 acessado em
02062019 agraves 2220
Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-839220558-bobina-ignico-gol-
saveiro-parati-10-kombi-16-mi-3-pinos-
_JMmatt_tool=14302715ampmatt_wordampgclid=CjwKCAjwr8zoBRA0EiwANmvpYI
z4XlO7l-
97
OvI7_2OEUpSgy57Vriq67T2bbuVtWP0MawULSQk9SCjBoCXZcQAvD_BwEampq
uantity=1 acessado em 22062019 agraves 2340
Figura 57
Fonte httpswwwacnpecascombrprodutocabo-de-vela-fiat-tipo-1-6-ie-mpi-
todos-injecao-eletronica acessado em 22062019 agraves 2345
Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1 55
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2 56
Figura 29 - Processo de pintura 56
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo 57
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada 57
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta 58
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport 59
Figura 34 - ECU Bosch MS 151 59
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino 60
Figura 36 - Arduino Mega 2560 61
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino 63
Figura 38 - Inicio da montagem da placa 64
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada 65
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio 66
Figura 41 - Aterramento refeito externamente 67
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico 68
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada 69
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica 70
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes 71
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v 71
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall 72
Figura 48 - Roda Focircnica 73
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 74
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo 75
Figura 51 - Corpo de Borboleta 76
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS 78
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT 79
Figura 54 - Princiacutepio strain gage 80
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP 81
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW 82
Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo 82
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor 84
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE 85
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo 86
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees 88
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
9 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
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Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
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Fonte Autor
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Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
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Figura 44
Fonte Autor
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Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
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Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
Lista de Graacuteficos
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3
1996 20
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos
com rotaccedilatildeo em 6000 RPM 35
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de
retorno 44
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor 46
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Figura 10
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Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
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Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
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Fonte Autor
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Figura 38
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Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
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Figura 42
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Figura 43
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Figura 45
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rotaco-fiat-idea-e-torq-16-linea-16-18-_JMquantity=1 acessado em
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Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
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Figura 50
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Figura 51
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Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
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Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
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z4XlO7l-
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
Lista de Quadros
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos 23
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para oldquoHeaderrdquo 43
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor 44
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor 45
Quadro 5 - Comprimento da ponteira 47
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560 61
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
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1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
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eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
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Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
Fonte Slides aulas SAGE ndash Prof MSc Adriano Ribolla
Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
Fonte httpsprodutomercadolivrecombrMLB-839220558-bobina-ignico-gol-
saveiro-parati-10-kombi-16-mi-3-pinos-
_JMmatt_tool=14302715ampmatt_wordampgclid=CjwKCAjwr8zoBRA0EiwANmvpYI
z4XlO7l-
97
OvI7_2OEUpSgy57Vriq67T2bbuVtWP0MawULSQk9SCjBoCXZcQAvD_BwEampq
uantity=1 acessado em 22062019 agraves 2340
Figura 57
Fonte httpswwwacnpecascombrprodutocabo-de-vela-fiat-tipo-1-6-ie-mpi-
todos-injecao-eletronica acessado em 22062019 agraves 2345
Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
Lista de Foacutermulas
1 - Caacutelculo da Taxa de Compressatildeo 34
2 - Volume a ser comprimido (fabricantes japoneses) 34
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento 42
4 - Dimensotildees do Escapamento Header 43
5 - Dimensotildees do Escapamento Difusor 45
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor 46
7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo 47
8 - Caacutelculo do Fator Gauge 80
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
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Figura 58
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Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
18
1 Introduccedilatildeo
Em 1878 um engenheiro escocecircs criou o projeto tido como o primeiro motor
de ciclo dois tempos e eacute atribuiacutedo a ele esta invenccedilatildeo este engenheiro era
Dugald Clerk Poreacutem este motor possuiacutea algumas diferenccedilas dos motores dois
tempos que conhecemos e utilizamos durante todo o seacuteculo XX ateacute os dias de
hoje Nos motores de Clerk a admissatildeo era feita por bombeamento separado do
motor possuiacutea vaacutelvulas e utilizava gaacutes como combustiacutevel (NUNNEY 1992)
O primeiro motor de ciclo dois tempos com as caracteriacutesticas que hoje
conhecemos com admissatildeo inicial e compressatildeo no caacuterter transferecircncia da
mistura feita por janelas nas laterais do cilindro sem vaacutelvulas soacute foi inventado
por volta de 1892 pelo inglecircs Joseph Day que por volta de 1889 comeccedilou a
desenvolver um motor de combustatildeo interna sem infringir as patentes de
Nikolaus Otto as quais eram as patentes do motor com ciclo a quatro tempos
(BOOTHROYD 2006)
As patentes de Nikolaus Otto satildeo atualmente invaacutelidas e atribuiacutedas a um
engenheiro francecircs Alphonse-Eugene Beau de Rochas o qual havia feito todos
estudos pesquisas e projetos sobre este ciclo anos antes em 1862 poreacutem natildeo
chegou a construir um motor assim como Otto o fez (TILLMAN 2013)
A invenccedilatildeo do motor dois tempos eacute creditada a Dugald Clerk Satildeo citados
diversos pesquisadores engenheiros inventores e construtores como pessoas
que desenvolveram e agregaram conhecimento a este tipo de motor poreacutem foi
possiacutevel observar durante as pesquisas que Day eacute pouco lembrado em livros e
documentos poreacutem historicamente foi quem idealizou e construiu as soluccedilotildees
para o motor dois tempos que utilizamos quase que literalmente ateacute os dias de
hoje (BOOTHROYD 2006)
Durante o seacuteculo XX os motores dois tempos foram amplamente utilizados
na induacutestria automotiva Foram construiacutedos diversos veiacuteculos com esses
motores carros motocicletas caminhotildees e tratores O primeiro estudo e
construccedilatildeo de protoacutetipo de injeccedilatildeo eletrocircnica voltada para motores dois tempos
aconteceu em 1978 exatos cem anos da construccedilatildeo do motor de Clerk e foi
feita por Edmond Vieilledent que conseguiu obter relativo sucesso em suas
pesquisas e desenvolvimento poreacutem a tecnologia de microprocessamento na
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
9 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Figura 15
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Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
Fonte Autor
Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
Fonte Autor
Figura 30
Fonte Autor
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Figura 31
Fonte Autor
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Figura 38
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Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
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Figura 44
Fonte Autor
Figura 45
Fonte Autor
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Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
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Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
19
eacutepoca inicial e o custo para implementaccedilatildeo relativamente alto em motores de
baixa cilindrada aparentemente inviabilizou o projeto em larga escala
(VIEILLEDENT 1978)
Quarenta anos apoacutes o trabalho de Vieilledent em 2018 a fabricante de
motocicletas austriacuteacas KTM Motorcycle disponibiliza para venda no mercado
motocicletas de competiccedilatildeo off-road de 250 e 300cmsup3 com sistema de injeccedilatildeo
eletrocircnica o que vem a corroborar a ideia de que os motores dois tempos para
determinadas aplicaccedilotildees merecem a implementaccedilatildeo de novas tecnologias para
que haja junto com a evoluccedilatildeo eletrocircnica novos resultados aplicados aos
motores dois tempos
11 Motivaccedilatildeo
As motivaccedilotildees deste trabalho surgem da premissa de reduzir algumas
deficiecircncias intriacutensecas do funcionamento dos motores de ciclo dois tempos
funcionamento que seraacute abordado e explicado em um toacutepico especiacutefico adiante
Para isso seraacute utilizado um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel com
processamento de dados feito a partir de um Arduino Mega 2560 montado em
um motor Yamaha de 135cmsup3 de 2 tempos de fabricaccedilatildeo nacional produzido ateacute
o ano de 2000 Este motor equipou por mais de vinte anos as motocicletas
Yamaha Rd e Rdz 135cmsup3 e possuiacuteam como sistema de alimentaccedilatildeo de
combustiacutevel carburadores com diacircmetro de venturi 24mm e 26mm
respectivamente e sistema de igniccedilatildeo por descarga capacitiva com curva de
igniccedilatildeo preacute-estabelecida
Os motores dois tempos possuem caracteriacutesticas de funcionamento muito
peculiares e produzem uma potecircncia especiacutefica relativamente alta poreacutem esta
potecircncia vem de uma curva de torque caracteriacutestica do projeto do motor sendo
muito difiacutecil conseguir obter uma curva onde se consiga que a potecircncia seja alta
em todas as faixas de rotaccedilatildeo A maioria dos projetos de motores dois tempos
favorece a potecircncia em uma faixa de rotaccedilatildeo muito estreita por exemplo motores
que satildeo projetados para terem alto torque natildeo possuem alta rotaccedilatildeo e motores
para alta potecircncia soacute conseguem atingir esta potecircncia apoacutes os 10000rpm e todo
o resto da curva de potecircncia do motor eacute esquecida Este trabalho visa a
20
introduccedilatildeo de um sistema de gerenciamento de combustiacutevel e igniccedilatildeo eletrocircnico
para obter uma possiacutevel melhora da faixa de potecircncia aumentando a largura
dessa faixa de potecircncia elevada
Podemos notar ao analisarmos o graacutefico 1 que este tipo de motor produz
uma faixa de trabalho uacutetil de aproximadamente 1500 rpm somente apoacutes os
10000 rpm esta caracteriacutestica torna a pilotagem destas motocicletas em regime
de competiccedilatildeo muito difiacutecil e cansativa
Fonte httppulpmxcom
Com a inserccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico seraacute feita a
tentativa de implementar uma calibraccedilatildeo que natildeo privilegie somente uma faixa
tatildeo pequena de trabalho buscando antecipar e ampliar esta faixa de potecircncia
Graacutefico 1ndash Curva de potecircncia de motocicletas do mundial de motocross 125cmsup3 1996
21
12 Objetivos
Os objetivos deste trabalho satildeo construir montar adaptar e talvez a parte
mais complexa calibrar um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel em um
motor de ciclo dois tempos Natildeo existem muitas informaccedilotildees a respeito de
calibraccedilatildeo eletrocircnica para motores em geral muito menos para motores dois
tempos o que torna esse acerto um tanto quanto difiacutecil
Como descrito anteriormente a motivaccedilatildeo vecircm da capacidade de tentar
incrementar potecircncia em um motor de pouca massa e isso eacute o essencial para
regimes de performance em competiccedilotildees de karts naacuteuticas e de motocicletas
A busca seraacute por uma calibraccedilatildeo final que alargue a faixa de potecircncia do motor
ou seja melhorando suas caracteriacutesticas de funcionamento utilizando um
sistema de gerenciamento eletrocircnico com alguns sensores que seja confiaacutevel e
que permita a sua utilizaccedilatildeo em quaisquer condiccedilotildees climaacuteticas e ambientais
tais como umidade temperatura e pressatildeo atmosfeacuterica
13 Contribuiccedilotildees Esperadas
As contribuiccedilotildees estatildeo relacionadas com os objetivos descritos na
subseccedilatildeo 12 e satildeo elas
a) Promover uma anaacutelise de forma ampla sobre os aspectos positivos e
negativos dos motores que utilizam o ciclo de dois tempos
b) Renovar alguns dados encontrados na literatura teacutecnica a respeito dos
motores dois tempos que na maioria dos livros sobre motores de
combustatildeo interna satildeo dados advindos do estudo de motores anteriores
a deacutecada de 1950 ou seja informaccedilotildees que merecem atualizaccedilatildeo
c) Expor os aspectos positivos do uso da eletrocircnica e programaccedilatildeo no
gerenciamento de motores
d) Possibilitar a adaptaccedilatildeo de uma tecnologia moderna e aberta (open
source) em antigos motores de combustatildeo interna que originalmente
possuiacuteam alimentaccedilatildeo de combustiacutevel mecacircnica e sistema de igniccedilatildeo
simplificado
e) Mostrar as possiacuteveis e esperadas dificuldades de se calibrar o sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos
22
14 Organizaccedilatildeo do Trabalho
Este trabalho abordaraacute a inserccedilatildeo de um sistema de gerenciamento
eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos sendo assim o assunto eacute abordado
em trecircs fases
Fase Inicial Aborda todo o conceito de funcionamento mecacircnico do motor
de ciclo dois tempos princiacutepios caracteriacutesticas de construccedilatildeo soluccedilotildees
adotadas ao longo da histoacuteria principais aplicaccedilotildees Esta parte tambeacutem tem por
objetivo ampliar o entendimento deste tipo de motor que eacute pouco esclarecido
em literaturas teacutecnicas e quando apresentado em livros utiliza o princiacutepio de
funcionamento correto poreacutem demonstra exemplos de motores antigos sem
muitas soluccedilotildees eficientes
Fase Intermediaacuteria Aborda todas as soluccedilotildees eleacutetricas e eletrocircnicas que
seratildeo utilizadas para o desenvolvimento do protoacutetipo histoacuterico de aplicaccedilotildees em
motores dois tempos processo de escolha montagem de componentes e
sensores anaacutelise de funcionamento e dificuldades enfrentadas
Fase Final Mostra os processos necessaacuterios para fazer a calibraccedilatildeo de
um motor de combustatildeo interna utilizando gerenciamento eletrocircnico aplicaccedilatildeo
em motores dois tempos quais as dificuldades e resultados obtidos
23
2 Fundamentaccedilatildeo
Os motores de ciclo dois tempos possuem o conceito mecacircnico da
termodinacircmica para seu funcionamento onde eacute admitido uma mistura de ar e
combustiacutevel pelo orifiacutecio de admissatildeo Posteriormente essa mistura sofre uma
melhor homogeneizaccedilatildeo no caacuterter junto ao eixo de manivelas onde tambeacutem eacute
comprimido e transferido para a cabeccedila do pistatildeo pelos orifiacutecios de transferecircncia
apoacutes a transferecircncia o pistatildeo inicia o ciclo de subida sentido PMS onde comprime
a mistura ar combustiacutevel e sofre combustatildeo por meio de uma centelha
Nos motores de ciclo dois tempos os pistotildees assim como nos motores
com ciclo quatro tempos possuem movimento alternativo em relaccedilatildeo ao cilindro
poreacutem a lubrificaccedilatildeo dos cilindros eacute feita por meio de oacuteleo misturado com o
combustiacutevel podendo ser forccedilado por uma bomba de lubrificaccedilatildeo que injeta o
oacuteleo no orifiacutecio de admissatildeo ou mesmo por uma mistura oacuteleocombustiacutevel que
pode ser previamente feita Esse sistema simplifica todo o funcionamento deste
tipo de motor poreacutem tambeacutem traz consigo suas deficiecircncias intriacutensecas desse
processo de combustatildeo
Segundo o Manual de Tecnologia Automotiva Bosch (2005) os motores
dois tempos possuem as vantagens e desvantagens que vemos a seguir
Quadro 1 ndash Comparativo entre vantagens e desvantagens dos motores dois tempos em relaccedilatildeo aos motores de quatro tempos
Vantagens Desvantagens
Design Simples do Motor Maior Consumo de Combustiacutevel
Baixo Peso Altas Emissotildees de
Hidrocarbonetos
Baixo Custo de Fabricaccedilatildeo Pressatildeo Efetiva Meacutedia mais
Baixa
Padratildeo Melhor de Forccedila de
Torccedilatildeo
Cargas Teacutermicas mais Altas
Marcha Lenta mais deficiente
(Bosch 2005)
24
O desenvolvimento deste trabalho natildeo busca fazer um comparativo entre
os diversos ciclos de funcionamento dos motores de combustatildeo interna
existentes apesar de que em determinados toacutepicos essa comparaccedilatildeo seja
inevitaacutevel Apoacutes a anaacutelise deste trabalho seraacute possiacutevel tirar as proacuteprias
conclusotildees a respeito do funcionamento de motores dois tempos visto que a
maioria das literaturas a respeito dos motores dois tempos natildeo satildeo especiacuteficas
nem tampouco profundas a respeito do tema
21 Objetivos do Capiacutetulo
As seccedilotildees a seguir apresentam o princiacutepio de funcionamento dos motores
de ciclo dois tempos O capiacutetulo iraacute abordar e analisar as fases de funcionamento
e alguns componentes mecacircnicos deste tipo de motor e os resultados de
possiacuteveis modificaccedilotildees em seus componentes
22 Priacutencipios de Funcionamento dos Motores Dois Tempos
Diferentemente dos motores de ciclo otto a 4 tempos que necessitam a
rotaccedilatildeo de 720deg do eixo aacutervore de manivelas os motores de ciclo dois tempos
necessitam apenas de 360deg do eixo aacutervore de manivelas para executar as quatro
operaccedilotildees baacutesicas de funcionamento de um motor de combustatildeo interna
- Admissatildeo
- Compressatildeo
- Combustatildeo
- Exaustatildeo
25
Apesar das operaccedilotildees e princiacutepio de funcionamento dos motores dois tempos
serem parecidas com as do ciclo otto a concepccedilatildeo e construccedilatildeo do motor eacute
totalmente diferente Os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como
existem nos motores de ciclo otto pelo menos natildeo no sistema mais baacutesico de
funcionamento desses motores (conforme Figura 1)
Figura 1 - Fases do motor de ciclo dois tempos
Editado pelo Autor Fonte httpswwwshutterstockcom
No sistema baacutesico de funcionamento de um motor dois tempos o cilindro possui
aberturas chamadas janelas elas satildeo como portas para entrada e saiacuteda da
mistura arcombustiacutevel
A mistura arcombustiacutevel apoacutes ser succionada atraveacutes do carburador entra
atraveacutes da chamada janela de admissatildeo no cilindro (conforme Figura 2) e chega
primeiramente no caacuterter do motor alguns motores normalmente os de
competiccedilatildeo ou maior performance possuem a entrada de arcombustiacutevel
diretamente no caacuterter (conforme Figura 3) natildeo necessitando entrar no cilindro e
ir para o caacuterter poreacutem isto natildeo eacute regra A entrada desse combustiacutevel no caacuterter
tambeacutem eacute utilizada para a lubrificaccedilatildeo dos rolamentos inferiores do motor jaacute que
na maioria dos casos o combustiacutevel e oacuteleo lubrificante satildeo misturados salvo
26
raros casos em que existem pontos de injeccedilatildeo apenas de oacuteleo em determinadas
partes do motor
Editado pelo Autor Fonte httpwwwrichstaylordportingcom
Figura 3 - Sistema com admissatildeo feita diretamente no caacuterter do moto
Editado pelo Autor Fonte httpwwwebaycom
Figura 2 - Sistema de Janelas de Admissatildeo no Cilindro
27
Como dito anteriormente os motores dois tempos em essecircncia natildeo utilizam
vaacutelvulas poreacutem com o desenvolvimento desse tipo de motor foi-se aprimorando
a tecnologia e notou-se a necessidade do uso de vaacutelvulas na admissatildeo visto
que parte da mistura era expelida novamente pela admissatildeo quando havia
compressatildeo no caacuterter anteriormente este papel de vaacutelvula de admissatildeo era feito
pelo proacuteprio pistatildeo que ao passar pela janela de admissatildeo determinava os
intervalos de tempo entre admissatildeo e exaustatildeo Para melhorar a eficiecircncia do
sistema de vaacutelvula feito pelo pistatildeo adotou-se principalmente dois sistemas o
sistema de palhetas (conforme Figura 4) e o sistema de vaacutelvula rotativa
(conforme Figura 5)
Figura 4 - Vaacutelvula de palhetas
Fonte wwwamazoncom
Fonte httpscellcodeus
Figura 5 - Vaacutelvula Rotativa
28
Apoacutes ser recebida no caacuterter a mistura arcombustiacutevel eacute comprimida com a
descida do pistatildeo sentido ao PMI o que gera o aumento de pressatildeo no caacuterter e
faz com que a mistura seja transportada para a parte superior do pistatildeo atraveacutes
das chamadas janelas de transferecircncia (conforme Figura 6) Essas janelas
possuem aberturas na parte inferior do cilindro junto ao caacuterter do motor que eacute
por onde passa esta mistura arcombustiacutevel essas aberturas ligam dutos de
transferecircncia ateacute uma abertura na camisa do cilindro jaacute na parte superior do
pistatildeo (conforme Figura 6) Com a mistura jaacute na parte superior do pistatildeo ela eacute
comprimida e por fim queimada e os gases resultantes da queima satildeo expulsos
pela janela de exaustatildeo (conforme Figura 6)
Editado pelo Autor Fonte wwwpatentimagescom
Figura 6 ndash Comportamento da entrada da mistura arcombustiacutevel rumo ao caacuterter do motor passando pela vaacutelvula de palhetas
29
23 Admissatildeo
O processo de admissatildeo inicia-se com a subida do pistatildeo sentido PMS
isso cria uma pequena depressatildeo no caacuterter do motor poreacutem suficiente para
arrastar a mistura arcombustiacutevellubrificante advinda do sistema de alimentaccedilatildeo
usualmente carburadores Essa mistura passa por vaacutelvulas que controlam a
entrada de mistura fresca no motor Na maioria dos motores atuais utilizam-se
vaacutelvulas de palhetas elas tambeacutem tecircm a funccedilatildeo de impedir que a mistura retorne
para o coletor de admissatildeo quando haacute a movimentaccedilatildeo do pistatildeo sentido PMI
(conforme Figura 7) Os primeiros motores de Joseph Day jaacute haviam adotado
uma soluccedilatildeo de vaacutelvulas de palhetas poreacutem esse sistema foi esquecido por
muitos anos e novamente adotados para motores de motocicletas de competiccedilatildeo
em meados dos anos 70 Notemos que a mistura no caacuterter do motor aleacutem de ar
e combustiacutevel tambeacutem possui lubrificante que nesse momento faz a lubrificaccedilatildeo
das peccedilas moacuteveis na parte inferior do motor Nas figuras seguintes podemos
notar como se comporta a entrada da mistura arcombustiacutevel para o caacuterter do
motor e tambeacutem o funcionamento das vaacutelvulas de palhetas
Editado pelo Autor Fonte www1bpblogspotcom
Figura 7- Vaacutelvula de palhetas que se abrem com a depressatildeo no caacuterter do motor permitindo a passagem do fluxo de mistura arcombustiacutevel
30
O principal momento de admissatildeo da mistura arcombustiacutevel para o motor se daacute
com subida do pistatildeo rumo ao PMS no entanto esse natildeo eacute o uacutenico periacuteodo em
que o motor recebe mistura fresca do sistema de alimentaccedilatildeo Quando o pistatildeo
inicia o movimento de descida rumo ao PMI apoacutes a exaustatildeo tambeacutem temos
admissatildeo de mistura arcombustiacutevel fresca A quantidade eacute bem menor e se daacute
pela depressatildeo gerada pelo escape dos gases queimados junto a janela de
exaustatildeo Essa admissatildeo acontece passando por uma janela conhecida
popularmente como ldquoQuinta Luzrdquo ou em inglecircs ldquoBoost Portrdquo (conforme Figura 8)
poreacutem esse curto periacuteodo de admissatildeo tem maior influecircncia no processo de
exaustatildeo dos gases Essa admissatildeo favorece a expulsatildeo dos gases e limpeza
da cacircmara de combustatildeo para iniacutecio de um novo ciclo
Editado pelo Autor Fonte httpswwwpinterestcom
A duraccedilatildeo desse periacuteodo em graus da duraccedilatildeo da admissatildeo na quinta
luz pode ser tido como um dos periacuteodos criacuteticos no que diz respeito e eficiecircncia
do motor dois tempos pois se o periacuteodo tiver uma duraccedilatildeo muito prolongada
pode resultar em excesso de mistura fresca que eacute ldquojogada forardquo para a exaustatildeo
e se for muito curto acaba mantendo gaacutes queimado na cacircmara de combustatildeo o
que gera perda de potecircncia para o motor
Figura 8 - Cilindro com a indicaccedilatildeo (seta) da janela ldquoQuinta Luzrdquo ou ldquoBoost Portrdquo
31
24 Compressatildeo
A compressatildeo no motor dois tempos acontece assim como no motor de quatro
tempos comprimindo o volume total do cilindro em uma pequena aacuterea da cacircmara
de combustatildeo Poreacutem diferentemente do motor quatro tempos o cilindro do
motor dois tempos natildeo eacute totalmente vedado possuindo aberturas que como dito
anteriormente se chamam janelas (conforme Figura 6)
Podem existir vaacuterios formatos de cacircmara de combustatildeo ou popularmente
conhecido como cabeccedilote cada tipo buscando um resultado final diferente
(conforme Figuras 910 e 11)
Como os cabeccedilotes de motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas satildeo
praticamente um material usinado ou fundido contemplando um formato final E
esse formato nos motores dois tempos influencia muito na performance do
motor
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Figura 9 - Exemplo de uma cacircmara de combustatildeo de um motor dois tempos pouco utilizado atualmente com vela deslocada do centro
32
Os cabeccedilotes dos motores dois tempos possuem formatos que privilegiam
determinadas faixas de rotaccedilatildeo ou comportamento do motor com relaccedilatildeo a
torque Os chamados ldquoSquishrdquo satildeo um formato que impotildeem uma alta velocidade
agrave mistura em direccedilatildeo a vela de igniccedilatildeo e produz melhora no comportamento da
queima (conforme Figura 10)
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
O ldquoSquishrdquo eacute composto por algumas medidas que satildeo
Banda do Squish eacute a largura da faixa onde se concentra o squish e contorna
toda a circunferecircncia do cabeccedilote podendo ser mais larga ou estreita
dependendo do regime de funcionamento do motor
Acircngulo do Squish eacute o acircngulo feito na banda de squish podendo acompanhar
ou natildeo o acircngulo existente na cabeccedila do pistatildeo natildeo eacute usual mas podem existir
cabeccedilotes cujos acircngulos de squish sejam retos assim como a cabeccedila dos
pistotildees nesses motores
Figura 10 - cabeccedilote com banda de ldquoSquishrdquo eacute o modelo mais utilizado variando formatos e medidas de acordo com a proposta do projeto
33
Folga do Squish essa folga eacute a folga do topo da cabeccedila do pistatildeo quando
em PMS ateacute o ponto fiacutesico mais proacuteximo da banda de squish
Segundo Bell (1999) os cabeccedilotes que contemplam ldquoSquishrdquo vieram a
promover melhorias significantes na performance dos motores dois tempos
Esse tipo de cabeccedilote promove melhor homogeneizaccedilatildeo da mistura
arcombustiacutevel e tambeacutem de qualquer porccedilatildeo de gases de escapamento
residuais presentes na cacircmara Esse formato tambeacutem evita que a propagaccedilatildeo
de chama para as laterais do cilindro promovam o aquecimento do mesmo fator
que pode dar iniacutecio a um ciclo de detonaccedilatildeo que eacute muito prejudicial para o
funcionamento do motor
Fonte httpwwwcmraracingcom
Figura 11 - Cabeccedilotes Honda RS125 de competiccedilatildeo com ldquoSquishrdquo
34
Um outro fator que gera uma certa confusatildeo em motores dois tempos eacute a
mediccedilatildeo da taxa de compressatildeo A compressatildeo efetiva do volume do cilindro
ocorre apenas quando os aneacuteis de segmento do pistatildeo passam pela uacuteltima
abertura sentido PMS sendo que a uacuteltima abertura em motores dois tempos satildeo
as janelas de exaustatildeo
O que pode se notar usualmente eacute que fabricantes europeus utilizam a
mesma maneira de se calcular taxa de compressatildeo de motores quatro tempos
em motores de ciclo dois tempos
onde
RC Relaccedilatildeo de Compressatildeo
VC Volume do Cilindro (cmsup3)
VCC Volume da Cacircmara de Combustatildeo (cmsup3)
Enquanto fabricantes japoneses utilizam uma maneira especiacutefica de medir
a taxa compressatildeo para motores dois tempos avaliando o volume total de
compressatildeo efetiva somente apoacutes a passagem dos aneacuteis de segmento pela
janela de escapamento fazendo sua vedaccedilatildeo Nesse caso o volume total do
cilindro natildeo entra na conta o que se utiliza eacute a altura da janela de exaustatildeo como
referecircncia para o volume total a ser comprimido
Pode-se assim calcular o Volume a ser Comprimido
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
onde
VAC Volume a ser comprimido (cmsup3)
120645 Constante
r Raio do cilindro (mm)
h distacircncia percorrida pelo pistatildeo do momento de fechamento da janela
de exaustatildeo ateacute a chegada em PMS (mm)
VAC = 120645 lowast 119955120784 lowast 119945
RC = VC+VCC
VCC
1-Caacutelculo da Taxa de
Compressatildeo
2 - Volume a ser comprimido
(fabricantes japoneses)
35
Quando pesquisa-se em fichas teacutecnicas sobre motores dois tempos tais
literaturas podem gerar uma confusatildeo de entendimento pois pode-se entender
que motores europeus utilizam taxa de compressatildeo muito maior que os motores
japoneses e isto natildeo eacute verdade apenas utilizam meacutetodos de mediccedilatildeo diferentes
25 Combustatildeo
O processo de combustatildeo em motores dois tempos eacute muito semelhante ao
dos motores de quatro tempos mas com uma diferenccedila essencial ao
entendimento deste tipo de motores Nos motores de ciclo de quatro tempos
acontece a centelha na vela de igniccedilatildeo a cada 720deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore
de manivelas enquanto no motor de ciclo dois tempos a centelha ocorre a cada
360deg de rotaccedilatildeo do eixo aacutervore de manivelas ou seja a cada subida do pistatildeo
sentido PMS ocorre uma combustatildeo
Segundo Najafabadi Aziz Adams e Leman (2013) existem alguns efeitos
gerados no processo de combustatildeo advindos do ciclo anterior devido a gases
residuais que se mantiveram na cacircmara de combustatildeo Este fenocircmeno afeta a
combustatildeo podendo ocorrer avanccedilo ou atraso do tempo de igniccedilatildeo devido a
temperatura desses gases Ainda a pressatildeo no interior do cilindro que veio do
ciclo anterior afeta o fluxo de transiccedilatildeo do motor podendo a quantidade de gases
residuais ser diferente (conforme Graacutefico 2)
Fonte Najafabadi et al 2013
Graacutefico 2 - Graacutefico de pressatildeo x temperatura em um motor de ciclo dois tempos com rotaccedilatildeo em 6000 RPM
36
251 Igniccedilatildeo
Este mecanismo eacute importante para que o processo de combustatildeo seja
equilibrado bem executado e responda com um bom funcionamento do motor
Existem diversos sistemas de igniccedilatildeo disponiacuteveis para motores dois tempos
desde os mais simplificados (conforme Figura 12) ateacute sistemas programaacuteveis
onde pode-se determinar a curva de avanccedilo desejada por meio de programaccedilatildeo
do dispositivo via software (conforme Figura 13) poreacutem para entendimento do
funcionamento o esquema eleacutetrico do sistema de igniccedilatildeo por platinado possui
faacutecil entendimento este sistema foi utilizado por muitos anos e o uacutenico motivo de
cair em desuso era a necessidade de regulagem constante devido ao desgaste
mecacircnico do contato eleacutetrico
Fonte Bell 1999
Figura 12 - Esquema eleacutetrico de um sistema de igniccedilatildeo convencional por meio de platinado
37
Fonte httpwwwpvl-zuendungende
26 Exaustatildeo
Este eacute com certeza o processo mais importante dentre todos os processos no
motor dois tempos a janela de exaustatildeo eacute a aacuterea do motor que se sofrer uma
alteraccedilatildeo de alguns deacutecimos de miliacutemetros pode mudar completamente o
comportamento do motor
Como jaacute discorremos os motores dois tempos natildeo possuem vaacutelvulas como os
motores quatro tempos pelo menos natildeo nos mesmos moldes ou entatildeo vaacutelvulas
que vedem completamente a passagem dos gases Em um motor de quatro
tempos o comando de vaacutelvulas determina qual eacute momento de abertura das
vaacutelvulas a ordem o levante etc No motor dois tempos essa funccedilatildeo de duraccedilatildeo
da admissatildeo e exaustatildeo eacute composta pela diagramaccedilatildeo das janelas do cilindro
(conforme Figura 14) e satildeo fixas natildeo existe um comando de vaacutelvulas rotativo
ou qualquer dispositivo semelhante dentre essa diagramaccedilatildeo a duraccedilatildeo mais
importante e que determina o desempenho do motor e como ele se comportaraacute
eacute a da janela de exaustatildeo
Figura 13 - Sistema digital programaacutevel especiacutefico para uso em karts
38
Segundo Bell (1999) o processo de modificaccedilatildeo da janela de exaustatildeo eacute talvez
um dos mais criacuteticos dentro dos motores dois tempos (conforme Figuras 14 e
15) pocircde-se notar que as diagramaccedilotildees possuem desenhos diferentes de
janelas de exaustatildeo o primeiro modelo da Yamaha TZ250 (conforme Figura 14)
eacute de janela uacutenica pois a dimensotildees que foram determinadas para o tamanho e
duraccedilatildeo da janela dado o diacircmetro do cilindro permitiram que isso fosse feito Jaacute
no segundo diagrama da Suzuki PE175 podemos notar que a janela de exaustatildeo
eacute bi partida (conforme Figura 15) isso acontece por que por projeto foi
determinado um tamanho de janela de exaustatildeo demasiadamente grande para
o diacircmetro desse cilindro natildeo eacute regra mas usualmente a largura de uma janela
de exaustatildeo pode ter no maacuteximo 70 do diacircmetro do cilindro isso acontece para
que os aneacuteis de segmento natildeo tendam a entrar no duto de exaustatildeo quando por
laacute passarem por isso a soluccedilatildeo adotada na Suzuki PE175 de adicionar mais
uma divisatildeo na janela permite ter uma janela de exaustatildeo mais larga sem
comprometer a durabilidade do motor
Por ser uma medida fiacutesica e determinante para o funcionamento do motor dois
tempos a janela de exaustatildeo sempre foi um ponto criacutetico no projeto desses
motores pois se o projeto determinava uma medida para a janela de exaustatildeo a
performance do motor era inerente a esta medida Motores que foram
desenvolvidos ateacute o final da deacutecada de 1970 natildeo conseguiam melhorar suas
caracteriacutesticas em todas as faixas de funcionamento Por exemplo se o projeto
da janela de exaustatildeo era feito para funcionar bem em baixas rotaccedilotildees isso
caracterizava aquele motor e nada podia ser feito para ser melhorado sem que
isso comprometesse outras faixas de rotaccedilatildeo
Motocicletas e karts de competiccedilatildeo que eram projetados para funcionar bem
em altas rotaccedilotildees tinham todo o torque em baixa muito comprometido se vermos
corridas de motocicletas da deacutecada de 1970 e iniacutecio dos anos de 1980 podemos
ver pilotos que largavam praticamente empurrando a motocicleta ateacute que ela
embalasse e chegasse a uma rotaccedilatildeo onde o motor pudesse andar sozinho
39
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Figura 14 - Diagrama TZ250 modelos - DEF
Figura 15 - Diagrama Suzuki PE175 janela de exaustatildeo bi partida
40
No iniacutecio dos anos de 1980 a Yamaha criou uma soluccedilatildeo para melhorar o
desempenho dos motores dois tempos em todas as faixas de rotaccedilatildeo eacute um
sistema com uma vaacutelvula mecacircnica que variava as dimensotildees da janela de
exaustatildeo durante o funcionamento do motor esse sistema eacute chamado YPVS
(Yamaha Power Valve System) (conforme Figura 16) foi um sistema que permitiu
a Yamaha ganhar diversas competiccedilotildees on e off road ateacute que seus concorrentes
pudessem desenvolver sistemas semelhantes
Editado pelo Autor Fonte Bell 1999
Inicialmente esse sistema era totalmente mecacircnico e era tocado por uma
bomba centriacutefuga ligada ao eixo arvore do motor posteriormente em
motocicletas de rua foi adotado o mesmo princiacutepio poreacutem foi utilizado um sistema
eletrocircnico com um servo motor Outros fabricantes desenvolveram sistemas
semelhantes ao longo do tempo e adotaram as mais diversas soluccedilotildees Um outro
sistema bastante popular foi o sistema pneumaacutetico (conforme Figura 17) que
era composto por uma vaacutelvula do tipo guilhotina e uma membrana na janela de
exaustatildeo a vaacutelvula se mantinha fechada em baixas rotaccedilotildees melhorando o
torque naquele momento e a membrana era calibrada para que em um certo
momento quando certa quantidade de gases de escape estivessem sendo
produzidos a membrana empurrava a vaacutelvula para traacutes aumentando as
dimensotildees da janela de exaustatildeo melhorando o torque em altas rotaccedilotildees
Figura 16 - YPVS Yamaha Powervalve System
41
Fonte httpwww bikemanperformancecom
261 Escapamento
Ainda na fase de exaustatildeo o escapamento eacute o acessoacuterio mais importante
para o bom funcionamento dos motores dois tempos e necessita cuidados
especiais em seu desenvolvimento Eacute intriacutenseco do funcionamento e da forma
construtiva do motor dois tempos o fato de que ele acaba por jogar mistura
fresca para o escapamento e isso causa perda de performance Assim o
escapamento promove ondas de ressonacircncia que causam o retorno de parte
dessa mistura fresca novamente para dentro do cilindro
Este sistema determina muito das caracteriacutesticas importantes de
funcionamento desse tipo de motor Satildeo peccedilas complexas de serem construiacutedas
e produzem um som caracteriacutesticos de ldquoring-dingrdquo a este tipo de motor
Figura 17 - Vaacutelvulas pneumaacuteticas utilizadas em motores dois tempos
42
Para um bom projeto de escapamento satildeo necessaacuterios diversos caacutelculos
para que se obtenha as dimensotildees ideais Posteriormente outro desafio eacute aplicar
as dimensotildees calculadas ao projeto do veiacuteculo o que produz verdadeiras
esculturas mecacircnicas (conforme Figura 18)
Caacutelculo para determinaccedilatildeo do comprimento ideal do escapamento
Onde
LE = Comprimento do escapamento (mm)
DE = Duraccedilatildeo da janela de exaustatildeo em graus (deg)
RPM = Rotaccedilatildeo para melhor funcionamento do motor (1min)
42545 = Constante que leva em conta que a onda socircnica sempre viaja na
velocidade do som no ar
Fonte Bell 1999
O trecho do escapamento que sai do cilindro do motor eacute chamado em inglecircs
ldquoHeaderrdquo esse trecho usualmente eacute cocircnico e utiliza acircngulos entre 115deg e 15deg
Entretanto ao longo da histoacuteria os fabricantes testaram acircngulos variando entre
08deg ateacute 23deg de conicidade para determinadas aplicaccedilotildees
Figura 18 ndash Dimensotildees de um escapamento de motores dois tempos
LE = DE x 42545
RPM
3 - Caacutelculo do comprimento ideal do escapamento
43
As dimensotildees do Header podem ser determinadas da seguinte maneira Para
o comprimento pode-se utilizar o fator de multiplicaccedilatildeo (conforme Quadro 2)
Quadro 2 - Fator de Multiplicaccedilatildeo para o ldquoHeaderrdquo
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 85 ndash 95 10 -11
100 ndash 125 78 ndash 85 78 ndash 85
175 ndash 250 73 ndash 83 9 -10
350 - 500 73 ndash 83 85 ndash 95
Fonte Bell 1999
Jaacute com o fator de correccedilatildeo apropriado multiplicamos esse valor pelo diacircmetro
da janela de exaustatildeo e esse eacute o comprimento ideal do Header
O diacircmetro maior do Header pode ser calculado pela seguinte expressatildeo
Onde
D2 = eacute o diacircmetro maior do Header para uniatildeo com o Difusor (mm)
CH = eacute o Comprimento do Header (mm)
D1 = eacute o diacircmetro inicial do Header determinado pelo diacircmetro da janela de
exaustatildeo (mm)
Cotg H = eacute a cotangente do acircngulo do Header usualmente entre 115 e 15deg
O segundo trecho do escapamento chamado Difusor pode ser calculado da
seguinte maneira O diacircmetro inicial eacute o mesmo diacircmetro D2 do Header o
comprimento do Difusor eacute usualmente calculado utilizando 25 vezes o diacircmetro
da janela de exaustatildeo poreacutem pode-se usar de 22 a 29 vezes o diacircmetro da
janela de exaustatildeo dependendo do projeto tendo em mente que quanto menor
o comprimento melhor o rendimento em altas rotaccedilotildees e quanto maior o
comprimento melhor as respostas do motor em baixas rotaccedilotildees Ao final o que
D2 = CH x 2 + D1
cotg H
4 ndash Dimensotildees do Escapamento Header
44
iraacute determinar o comprimento eacute a proposta do motor O acircngulo de conicidade do
Difusor varia normalmente entre 3deg e 7deg com diferentes reaccedilotildees ao rendimento
do motor (conforme Quadro 3) modificando a duraccedilatildeo e os efeitos da onda de
ressonacircncia (conforme Graacutefico 3)
Quadro 3 - Determinaccedilatildeo do acircngulo do Difusor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 ndash 80 65 a 7deg 3 a 35deg
100 ndash 125 65 a 75deg 4 a 48deg
175 65 a 75deg 35 a 45deg
250 7 a 75deg 4 a 45deg
350 ndash 500 4 a 5deg
Fonte Bell 1999
Fonte Bell 1999
Graacutefico 3 ndash Efeito do acircngulo do Difusor na intensidade e duraccedilatildeo da onda de retorno
45
O segundo diacircmetro o diacircmetro maior do Difusor pode ser calculado
utilizando a seguinte expressatildeo
Onde
CD = Comprimento do Difusor D3 = Diacircmetro maior do Difusor D2 = Diacircmetro menor do Difusor cotg D = Cotangente do acircngulo de conicidade que foi determinado para o Difusor
Existe uma seccedilatildeo paralela que liga o diacircmetro maior do difusor ao uacuteltimo
cone esse trecho eacute popularmente chamado de Bojo (conforme Figura 18) poreacutem
natildeo se pode calcular o comprimento dela sem antes calcular as dimensotildees do
cone final que eacute chamado de ldquoBafflerdquo ou defletor (conforme Quadro 4) Essa
seccedilatildeo por sua vez determina a duraccedilatildeo e a intensidade das ondas de
ressonacircncia que iraacute manter o cilindro cheio de maneira eficiente Segundo Bell
(1999) um defletor com um cone curto e acircngulo muito abrupto iraacute permitir um
ganho de potecircncia maacutexima ao custo de sacrificar as baixas e meacutedias rotaccedilotildees
(conforme Graacutefico 4)
Quadro 4 - Acircngulos usuais para o defletor
Volume do Cilindro (cmsup3) Motovelocidade Motocross e Enduro
50 -80 105 a 12deg 85 a 95deg
100 105 a 12deg 9 a 10deg
125 95 a 12deg 85 a 10deg
175 10 a 12deg 8 a 10deg
250 10 a 12deg 75 a 10deg
350 - 500 9 a 11deg
Fonte Bell 1999
CD = D3 ndash D2 x cotg D
2
5 ndash Dimensotildees do Escapamento Difusor
46
Fonte Bell 1999
Para se calcular o comprimento do cone utilizamos a expressatildeo
CTD = (D32) x Cotg D
Onde
CTD Comprimento total do cone do defletor
D3 Diacircmetro maior do defletor ou seja o mesmo diacircmetro que o diacircmetro maior
do difusor
cotg D Cotangente do acircngulo escolhido para o defletor
Graacutefico 4 ndash Efeito do acircngulo do Defletor
6 - Dimensotildees do Escapamento Defletor
47
Agora com todos esses valores calculados podemos calcular o
comprimento da parte central do escapamento o chamado bojo Para isso
utilizamos a seguinte expressatildeo
Onde
CB Comprimento do Bojo
L Comprimento total do escapamento ateacute o meio da seccedilatildeo do defletor
CH Comprimento do Header
CD Comprimento do Difusor
CDE Comprimento total do Defletor
Por fim ainda necessitamos saber as dimensotildees do ldquoStingerrdquo ou ponteira
que segundo Graham Bell apoacutes vaacuterias experimentaccedilotildees chegou a alguns
valores que resultaram em boas respostas do motor (conforme Quadro 5)
Quadro 5 - Comprimento da ponteira
Volume do cilindro (cmsup3) Comprimento (mm) Diacircmetro Interno (mm)
50 - 80 205 ndash 230 17 -19
100 230 ndash 250 19 - 21
125 265 ndash 290 22 -24
175 270 - 295 25 ndash 27
250 280 ndash 305 26 ndash 28
350 -500 285 - 310 27 ndash 29
Fonte Bell 1999
CB = L ndash (CH+CD+(CDE2)) 7 - Dimensotildees do Escapamento Bojo
48
27 Gerenciamento Eletrocircnico de Motores de Combustatildeo Interna
Em seu funcionamento os motores de combustatildeo interna
independentemente do tipo de ciclo necessitam de um gerenciamento da
admissatildeo de uma mistura carburante para o interior dos cilindros para que possa
haver a combustatildeo da mesma Anteriormente essa admissatildeo se dava por um
processo puramente mecacircnico com a utilizaccedilatildeo de carburadores que eram
sistemas mecacircnicos sofisticados que proporcionavam a atomizaccedilatildeo do
combustiacutevel com o ar atmosfeacuterico para a formaccedilatildeo da mistura carburante
(conforme Figura 19)
Fonte httpwwwthunderproductscom
Poreacutem este sistema possuiacutea algumas deficiecircncias pois necessitava de
constante regulagem e qualquer mudanccedila de condiccedilatildeo climaacutetica de temperatura
pressatildeo ou umidade fazia com que o carburador saiacutesse de sua faixa de trabalho
gerando um mal funcionamento do motor e por vezes ateacute mesmo sua quebra
Parte muito importante tambeacutem do funcionamento dos motores de
combustatildeo interna satildeo os sistemas de igniccedilatildeo que anteriormente eram sistema
independentes do sistema de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel poreacutem atualmente
pertencem ao mesmo pacote de gerenciamento do motor Estes sistemas de
Figura 19 ndash Carburador Formaccedilatildeo de mistura carburante
49
igniccedilatildeo eram normalmente sistemas eletromecacircnicos podendo ser sistemas
simples com ponto de igniccedilatildeo fixo ou sistemas mais elaborados com a presenccedila
de circuitos eletrocircnicos para fazer a variaccedilatildeo do ponto de igniccedilatildeo Estes sistemas
possuem alguns componentes baacutesicos
Distribuidor (no caso de haver mais de um cilindro) bobina de igniccedilatildeo
(para gerar alta tensatildeo) cabos de igniccedilatildeo e velas de igniccedilatildeo Este eacute o esquema
mais baacutesico de funcionamento dos sistemas de igniccedilatildeo podendo haver
variaccedilotildees eleacutetricas mecacircnicas e em alguns casos eletrocircnicas (conforme Figura
20)
Fonte httpdicasmotoresblogspotcom
Atualmente os sistemas mais modernos de gerenciamento de motores de
combustatildeo interna satildeo quase que puramente eletrocircnicos e contemplam os dois
mundos alimentaccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo em um uacutenico sistema (conforme
Figura 21) Todo o gerenciamento eacute feito com base em leitura de sensores uma
calibraccedilatildeo que prevecirc diversas situaccedilatildeo de uso do motor e atuadores que fazem
o processo fiacutesico de alimentaccedilatildeo de combustiacutevel do motor Estes satildeo sistemas
complexos que se baseiam na condiccedilatildeo imediata de diversos fatores que satildeo
Figura 20 - Esquema eleacutetrico de um sistema baacutesico de igniccedilatildeo
50
interpretados por sensores como por exemplo pressatildeo atmosfeacuterica
temperatura do motor massa de ar admitida etc Estas leituras feitas pelos
sensores satildeo recebidas por um circuito eletrocircnico que conteacutem um processador
onde essas informaccedilotildees satildeo recebidas e com base em dados armazenados em
sua memoacuteria para cada condiccedilatildeo ter-se atuaccedilatildeo eletrocircnica onde eacute feita a injeccedilatildeo
de combustiacutevel pelos injetores e o disparo da centelha de igniccedilatildeo para que haja
a combustatildeo
Fonte httpswwwflaviolucasmmblogspotcom
Figura 21 - Sistema de gerenciamento eletrocircnico geneacuterico veicular e seus perifeacutericos
51
3 Detalhamento do Projeto
Os capiacutetulos anteriores serviram para o embasamento teacutecnico para que
fosse possiacutevel uma melhor compreensatildeo do que se trata o projeto a ser
executado neste trabalho de conclusatildeo de curso Neste ponto iremos tratar
especificamente do projeto de adaptaccedilatildeo de um sistema completo de injeccedilatildeo
eletrocircnica em um motor de ciclo dois tempos Yamaha de 135cmsup3 proveniente
de uma motocicleta Yamaha RD 135 (Conforme Figura 22) e todos os
componentes utilizados para tornar esta adaptaccedilatildeo possiacutevel
Fonte httpsmotos-motorcombr
Figura 22 - Motocicleta Yamaha RD 135
52
31 Dados do Motor
O motor utilizado neste projeto eacute proveniente de uma motocicleta Yamaha
Rd 135cmsup3 que foi fabricado no Brasil de 1988 a 1999 Trata-se de um motor
monociliacutendrico que utiliza o ciclo de trabalho dois tempos refrigerado agrave ar
seguem os dados teacutecnicos
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 58mm x 50mm
Cilindrada 132cmsup3
Taxa de Compressatildeo 682 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Carburador Mikuni VM24 com 24mm de venturi
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo eletrocircnica de descarga capacitiva ou popularmente
CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Lubrificaccedilatildeo Oacuteleo dois tempos bombeado atraveacutes de uma bomba chamada
Autolube nos motores Yamaha este oacuteleo eacute proveniente de um reservatoacuterio que
alimenta a bomba que por sua vez transfere o oacuteleo atraveacutes de uma mangueira
diretamente ao coletor de admissatildeo do motor variando a quantidade de oacuteleo de
acordo com a rotaccedilatildeo e abertura do carburador
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Gasolina
Potecircncia 16cv a 9000rpm
Torque 174kgfm a 8500rpm
Para este projeto o motor utilizado jaacute possuiacutea modificaccedilotildees mecacircnicas
para atingir melhores rendimentos que o motor original pois eacute um motor que foi
utilizado em competiccedilotildees de motovelocidade na categoria RD 135 Diversas
peccedilas foram modificadas tais como sistema de alimentaccedilatildeo escapamento
vaacutelvula de palhetas igniccedilatildeo combustiacutevel diagramaccedilatildeo do cilindro e taxa de
compressatildeo O sistema de alimentaccedilatildeo original foi substituiacutedo por um carburador
Mikuni TM 30 (conforme Figura 23) o escapamento foi substituiacutedo por um
escapamento dimensionado construiacutedo artesanalmente o sistema de igniccedilatildeo
53
utilizado foi um Motoplat de ponto fixo (conforme Figura 24) e o combustiacutevel
utilizado foi o etanol que aleacutem de ser o combustiacutevel regulamentado para o
campeonato tambeacutem eacute um combustiacutevel que permite extrair mais potecircncia do
motor pois com esse combustiacutevel eacute possiacutevel fazer modificaccedilotildees mecacircnicas
como taxa de compressatildeo e avanccedilo de igniccedilatildeo que natildeo seriam possiacuteveis
utilizando gasolina como combustiacutevel
Fonte wwwjapanbaikucom
Fonte wwwcustojustopt
Figura 23 - Carburador Mikuni TM 30
Figura 24 - Sistema de Igniccedilatildeo Motoplat de ponto fixo
54
O motor utilizado como base nesse trabalho natildeo eacute um motor original eacute
um motor de competiccedilatildeo e para haver base para comparaccedilatildeo do antes e depois
do processo de inserccedilatildeo do sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica este motor teve sua
potecircncia medida em dinamocircmetro inercial com sua curva de torque e potecircncia
aquisitadas (conforme Figura 25)
Fonte Autor
O motor utilizado passou por uma revisatildeo geral havendo troca de peccedilas
por se tratar de um motor de competiccedilatildeo foi por diversas vezes levado ao
extremo e com a escolha desse motor para o projeto esta revisatildeo se fez
necessaacuteria As imagens a seguir mostram o processo de desmontagem para
verificaccedilatildeo das condiccedilotildees do motor e posterior montagem (Conforme Figuras
262728293031 e 32)
Figura 25 ndash Curva de torque e potecircncia
55
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 27 - Processo de desmontagem ndash Fase 1
Figura 26 - Motor Yamaha 135cmsup3 base para o projeto
56
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 28 - Processo de desmontagem ndash Fase 2
Figura 29 - Processo de pintura
57
Fonte Autor
Fonte Autor
Figura 30 - Processo de montagem - transmissatildeo
Figura 31 - Processo de montagem - roda focircnica adaptada e instalada
58
Fonte Autor
32 Escolha do Sistema de Gerenciamento Eletrocircnico
Para a escolha do sistema de gerenciamento eletrocircnico foi necessaacuteria
grande pesquisa entre as opccedilotildees disponiacuteveis no mercado nacional e
internacional Os sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica disponiacuteveis originalmente em
motocicletas de fabricaccedilatildeo nacional poderiam ter sido uma opccedilatildeo mas foram
logo descartados pois foram concebidos para trabalhar com motores de ciclo
otto o que natildeo eacute o caso e as maneiras de calibraccedilatildeo desses sistemas originais
se tornariam difiacuteceis de conseguir tornando essa escolha inviaacutevel
A busca foi por um sistema ldquostand-alonerdquo auto suficiente e que permitisse
mudanccedila total nos paracircmetros de calibraccedilatildeo normalmente satildeo sistemas
utilizados em competiccedilotildees de automoacuteveis motocicletas caminhotildees etc
Existem sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica ldquostand-alonerdquo muito sofisticados
de fabricantes renomados mundialmente dentro e fora das pistas de corridas
como Magneti Marelli (conforme Figura 33) e Bosch (conforme Figura 34) em
suas divisotildees motorsport
Figura 32 - Instalaccedilatildeo do motor na motocicleta
59
Sistemas desses fabricantes satildeo reconhecidamente confiaacuteveis o problema eacute o
valor de um sistema desses que eacute muito caro e os tornam inviaacuteveis para um
projeto experimental de baixo custo Opccedilotildees nacionais tambeacutem foram cogitadas
como o sistema Fueltech poreacutem ainda possuem um custo alto e suas opccedilotildees de
programaccedilatildeo e flexibilidade do sistema ainda eram limitados para o tipo de ciclo
do motor a ser utilizado
A escolha do sistema apoacutes grande pesquisa foi pelo sistema ldquostand-alonerdquo
Speeduino (conforme Figura 35) um sistema totalmente programaacutevel que utiliza
como microcontrolador um Arduino Mega 2560 esse eacute um sistema do tipo ldquoDIYrdquo
Do It Yourself ou em portuguecircs ldquofaccedila vocecirc mesmordquo Estatildeo disponiacuteveis na
internet os layouts das placas de circuito impresso e o usuaacuterio pode fabricar as
proacuteprias placas ou compraacute-las prontas em determinados sites da internet e sua
lista de componentes para montagem tambeacutem estaacute disponiacutevel na internet e eacute
relativamente faacutecil encontraacute-los O custo de produccedilatildeo de um sistema desse eacute
relativamente baixo comparado com outros sistemas do mesmo segmento e
por utilizar Arduino como controlador sua programaccedilatildeo eacute inteira aberta e pode
ser modificada de acordo com as necessidades do usuaacuterio
Fonte wwwmagnetimarellicom
Fonte wwwellis-componentscouk
Figura 33 - ECU Magneti Marelli Motorsport Figura 34 - ECU Bosch MS 151
60
Fonte Autor
33 Arduino Mega 2560
Arduino eacute uma plataforma para programaccedilatildeo criada na Itaacutelia por Massimo
Banzi David Cuartielles Tom Igoe Gianluca Martino e David Mellis no ano de
2005 para entusiastas e profissionais da programaccedilatildeo e da eletrocircnica
permitindo diversos tipos de projetos para estes seguimentos Trata-se de uma
placa com um microcontrolador Atmel possuindo diversas entradassaiacutedas
analoacutegicas e digitais a quantidade dessas entradas e saiacutedas varia de acordo
com o modelo do Arduino Essas entradassaiacutedas podem ser programadas por
uma interface IDE Arduino via computador utilizando linguagem C
Na praacutetica eacute um microcontrolador programaacutevel como qualquer outro de
outros fabricantes por exemplo PIC (Microchip) ou ARM (Freescale) poreacutem tem
sua utilizaccedilatildeo facilitada por jaacute estar inserido em uma placa que contempla
soquetes para pinagem das entradas e saiacutedas e porta de comunicaccedilatildeo USB
Serial para gravaccedilatildeo da programaccedilatildeo no microcontrolador Diferentemente de
outros microcontroladores que necessitam da confecccedilatildeo de uma placa de
circuito impresso para uso e de um programador serial para gravaccedilatildeo da
programaccedilatildeo (conforme Figura 36)
Figura 35 - Sistema de eletrocircnica programaacutevel Speeduino
61
Fonte httpswwwamazoncom
Quadro 6 - Caracteriacutesticas Teacutecnicas Arduino Mega 2560
Microcontrolador ATmega 2560 (Atmel)
Tensatildeo de Operaccedilatildeo 5V
Tensatildeo de Alimentaccedilatildeo (recomendado) 7-12V
Tensotildees Limites de Operaccedilatildeo 6-20V
Saiacutedas Digitais IO 54 saiacutedas sendo 15 PWM
Entradas Analoacutegicas 16
Corrente da Saiacutedas IO 20mA
Corrente nos Pinos 33V 50mA
Memoacuteria Flash 256Kb
SRAM 8Kb
EEPROM 4Kb
Frequecircncia do Clock 16Mhz
LED_BUILTIN 13
Comprimento da Placa 10152mm
Largura da Placa 5333mm
Peso da Placa Completa 37g
Altura da Placa 12mm
Editado pelo Autor Fonte httpwwwArduinocom
Figura 36 - Arduino Mega 2560
62
34 Speeduino
O sistema Speeduino foi o sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica escolhido para o
projeto Eacute um sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica totalmente programaacutevel criado por
Josh Stuart e utiliza um Arduino Mega 2560 como microcontrolador assim como
outros sistemas de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel possibilita a calibraccedilatildeo por
completo do sistema de injeccedilatildeo e igniccedilatildeo Para tal utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio que permite diversas configuraccedilotildees do
sistema de injeccedilatildeo tais como o meacutetodo de calibraccedilatildeo utilizado configuraccedilatildeo dos
mapas de avanccedilo de igniccedilatildeo e tempo de injeccedilatildeo sistema de malha aberta ou
malha fechada etc
O sistema de injeccedilatildeo eletrocircnica Speeduino eacute um sistema ldquostand-alonerdquo
ou seja trabalha independente de outros sistemas apenas para gerenciar o
motor a combustatildeo interna seja ele de ciclo quatro ou dois tempos Eacute um sistema
difundido pela internet e permite troca de informaccedilotildees entre usuaacuterios que
trabalham em conjunto para desenvolvimento e aperfeiccediloamento do hardware e
do software o layout principal da placa de circuito impresso tambeacutem estaacute
disponiacutevel na internet bem como a lista de componentes necessaacuterios para a
montagem Este sistema requer um miacutenimo de conhecimento de eletrocircnica para
sua construccedilatildeo um miacutenimo de conhecimento em eleacutetricaeletrocircnica automotiva
para a instalaccedilatildeo do sistema no motor e grande conhecimento em programaccedilatildeo
e mecacircnica automobiliacutestica para calibraccedilatildeo do sistema no motor
63
35 Montagem do Sistema Speeduino
A partir do momento onde foi feita a escolha do sistema Speeduino foi
necessaacuterio obter os componentes necessaacuterios para confecccedilatildeo da placa
(conforme Anexo C) O primeiro passo foi a fabricaccedilatildeo da placa de circuito
impresso a partir do layout disponiacutevel (conforme Figura 37)
Fonte wwwSpeeduinocom
Posteriormente foi feita a aquisiccedilatildeo dos componentes necessaacuterios para a
montagem da placa Esses componentes tambeacutem estatildeo disponiacuteveis na internet
em uma planilha eletrocircnica e satildeo encontrados com relativa facilidade no
Figura 37 - Layout da placa de circuito impresso Speeduino
64
mercado com exceccedilatildeo de determinados componentes cuja importaccedilatildeo foi
necessaacuteria poreacutem com baixo custo (conforme Anexo C)
Com todos os componentes necessaacuterios em matildeos foi executada a montagem
do sistema o que necessita uma certa habilidade pois o projeto possui diversos
componentes tipo SMD (conforme Figura 38)
Fonte Autor
Com a placa jaacute montada (conforme Figura 39) antes da montagem de todo o
chicote eleacutetrico para funcionamento do motor iniciaram-se os testes de
funcionamento do sistema Por ser um sistema montado artesanalmente os
testes pareciam ser o passo mais certo a se seguir
Figura 38 - Inicio da montagem da placa
65
Fonte Autor
Eacute importante mostrar que o sistema Speeduino utiliza um software de
calibraccedilatildeo chamado Tuner Studio (conforme Figura 40) eacute um freeware na
versatildeo baacutesica que foi criado para funcionar em conjunto com outro sistema
de injeccedilatildeo eletrocircnica programaacutevel conhecido como Megasquirt e o mesmo
tambeacutem eacute utilizado na calibraccedilatildeo do sistema Speeduino Mais adiante seratildeo
feitas explicaccedilotildees detalhadas das configuraccedilotildees do software
Figura 39 - Sistema Speeduino montagem finalizada
66
Fonte Autor
Jaacute no primeiro teste este apresentou resultados negativos com a
eletrocircnica natildeo respondendo agraves configuraccedilotildees e nem mostrando leituras de
sensores
A soluccedilatildeo deste problema veio depois de procurar muito e fazer diversas
mediccedilotildees analisando os diagramas eleacutetricos (conforme Anexo A) O
problema estava na placa de circuito impresso a trilha do aterramento
(GND) natildeo havia sido impressa ou seja natildeo havia aterramento em nenhum
ponto do sistema A placa havia sido impressa por um terceiro Ao entrar em
contato com o mesmo ele disse que enviaria outra placa poreacutem para agilizar
o processo e natildeo ter que esperar novamente a chegada de componentes
uma uacutenica opccedilatildeo surgiu devido aos prazos a de refazer o aterramento da
placa de forma externa (conforme Figura 41) sem nenhuma pretensatildeo de
que isso desse certo poreacutem era uma alternativa para que todo o processo
de funcionamento do motor fosse agilizado
Figura 40 - Interface de calibraccedilatildeo TunerStudio
67
Fonte Autor
Apoacutes todo o trabalho de refazer as trilhas de aterramento iniciou-se
novamente a fase testes de funcionamento e os resultados foram positivos
O sistema comeccedilou a responder perfeitamente aos testes iniciais
O elemento de maior importacircncia para o funcionamento desse sistema de
gerenciamento eletrocircnico eacute o sensor de rotaccedilatildeo do motor e foi por ele que
se iniciaram os testes Foi adaptada uma roda focircnica a um torno mecacircnico
e tambeacutem o sensor de rotaccedilatildeo do tipo ldquohallrdquo (conforme Figura 42) para
verificar se o conjunto eletrocircnico do sistema estava recebendo os sinais de
rotaccedilatildeo
Figura 41 - Aterramento refeito externamente
68
Fonte Autor
O teste obteve resultados positivos respondendo perfeitamente a rotaccedilatildeo
do torno mecacircnico sendo testado em diversas rotaccedilotildees diferentes com a
interface do software sempre mostrando os valores de rotaccedilatildeo corretos
Entatildeo os testes que se seguiram foram os de atuaccedilatildeo eleacutetrica como injetor
de combustiacutevel e bobina de igniccedilatildeo todos testes feitos a princiacutepio em
bancada (conforme Figura 43)
Figura 42 - Testes do sinal de rotaccedilatildeo em torno mecacircnico
69
Fonte Autor
Apoacutes todos os testes em bancada partiu-se para a montagem do chicote
eleacutetrico para funcionamento do sistema no motor e tambeacutem a adaptaccedilatildeo
mecacircnica de suportes para sensores e a adaptaccedilatildeo da roda focircnica
(conforme Figura 44)
Figura 43 - Testes de atuaccedilatildeo em bancada
70
Fonte Autor
A roda focircnica utilizada eacute proveniente de um motor Volkswagen EA-111
(conforme Figura 45) o sensor de rotaccedilatildeo a ser utilizado pelo sistema de
gerenciamento eletrocircnico Speeduino foi o sensor de efeito hall poderia ser
utilizado o sensor de relutacircncia magneacutetica poreacutem seria necessaacuterio a
confecccedilatildeo de uma eletrocircnica para o condicionamento de sinal
transformando-o para sinal de onda quadrada com amplitude de 5V de
tensatildeo Para evitar a confecccedilatildeo de mais uma eletrocircnica sendo um potencial
ponto fraco do sistema optou-se por utilizar um sensor de rotaccedilatildeo de efeito
hall proveniente dos motores Fiat E-torq 18 (conforme Figura 46) fabricado
pela Continental
Figura 44 - Adaptaccedilatildeo da Roda Focircnica
71
Fonte Autor
Fonte wwwmercadolivrecombr
Figura 45 - Roda Focircnica 60-2 dentes
Figura 46 - Sensor de rotaccedilatildeo efeito hall Fiat E-torq 18 16v
72
36 Funcionamento do Sincronismo Eletrocircnico
Neste projeto o sistema de sincronismo eletrocircnico possui dois
componentes apenas satildeo eles a roda focircnica e o sensor de rotaccedilatildeo ambos
adaptados ao projeto e advindos de carros
O sistema de sincronismo eletrocircnico consiste em transformar o
sincronismo mecacircnico do motor em sinais de onda quadrada (conforme Figura
47) que possam ser interpretados pelo sistema de gerenciamento eletrocircnico
proporcionando a injeccedilatildeo de combustiacutevel e disparo da centelha no momento
exato que fora previamente calibrado
Fonte Autor
O sistema consiste de uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes ou seja
satildeo 58 dentes e ausecircncia de 2 dentes Foi adaptada uma roda focircnica do motor
Volkswagen EA-111 poreacutem apoacutes alguns problemas de captaccedilatildeo do sinal esta
foi alterada por uma roda focircnica utilizada em motores Volkswagen AP quando
convertidos a injeccedilatildeo eletrocircnica (conforme Figura 48) essa roda mostrou melhor
resoluccedilatildeo do sinal Hall com menos ruiacutedos no sinal
Figura 47 - Sinal de rotaccedilatildeo proveniente do sensor de efeito Hall
73
Fonte Autor
Apoacutes vaacuterios testes esta foi a combinaccedilatildeo que melhor funcionou no motor
a roda focircnica aliada ao sensor de rotaccedilatildeo permite a sincronizaccedilatildeo mecacircnica do
motor em relaccedilatildeo ao sistema de gerenciamento eletrocircnico do motor A calibraccedilatildeo
eacute feita da seguinte maneira junto ao software de calibraccedilatildeo do sistema de
injeccedilatildeo eletrocircnica eacute dada a referecircncia em graus da posiccedilatildeo fiacutesica da roda focircnica
em relaccedilatildeo ao motor O primeiro passo eacute colocar o motor em PMS e ver onde se
situa a falha dos dois dentes da roda focircnica a partir disso contar quantos dentes
se tem ateacute o dente que coincide com o sensor de rotaccedilatildeo (conforme Figura 49)
Figura 48 - Roda Focircnica
74
Fonte Autor
Como eacute utilizada uma roda focircnica com 60 menos 2 dentes cada dente
equivale a 6deggraus de resoluccedilatildeo sendo 3deg do bordo de subida e 3deg do bordo de
descida no caso do projeto o sensor coincide com o 37deg dente a partir da falha
e isso equivale a 228deggraus a partir da falha Todo o sincronismo do motor eacute feito
baseado nessa referecircncia sendo este valor colocado como referecircncia no
software de gerenciamento eletrocircnico (conforme Figura 50)
Figura 49 - Referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
75
Fonte Autor
A partir deste momento todo o sincronismo do motor estaacute baseado nestes
dados e quando o motor estiver em PMS o sistema eletrocircnico saberaacute disso pois
o sensor de rotaccedilatildeo estaraacute alinhado com o 37deg dente que eacute a referecircncia para o
sistema
Figura 50 - Calibraccedilatildeo da referecircncia do sensor de rotaccedilatildeo
76
37 Corpo de Borboleta
O corpo de borboletas utilizado (conforme Figura 51) eacute proveniente das
motocicletas Honda CB300 e XRE300 possui 35mm de venturi e eacute fabricado
pela empresa japonesa Keihin famosa pela fabricaccedilatildeo de carburadores de
motocicletas tambeacutem possui uma unidade de sensores integrados Foi utilizado
por ser um componente de faacutecil aquisiccedilatildeo no mercado brasileiro o que permite
faacutecil manutenccedilatildeo quando necessaacuterio e seu formato fiacutesico permite a utilizaccedilatildeo de
uma grande gama de injetores diferentes quando isso se faz necessaacuterio
Tambeacutem houve uma pequena adaptaccedilatildeo no coletor de admissatildeo que tambeacutem
eacute proveniente das mesmas motocicletas Honda essa adaptaccedilatildeo se deve ao fato
de o motor em questatildeo possuir o sistema de vaacutelvulas de palhetas na admissatildeo
o que natildeo acontece nas motocicletas Honda que possuem motor de quatro
tempos
Fonte Autor
Figura 51 - Corpo de Borboleta
77
38 Unidade de Sensores
A unidade de sensores refere-se a uma unidade composta por trecircs
sensores que jaacute estaacute acoplada ao corpo de borboletas Keihin e contempla os
sensores
MAP ndash Manifold Absolute Pressure (Pressatildeo Absoluta no Coletor)
IAT ndash Intake Air Tempeture (Temperatura do Ar Admitido)
TPS ndash Throttle Position Sensor (Sensor de Posiccedilatildeo do Acelerador)
Destes sensores natildeo foi utilizado apenas o sensor Map pois a unidade
de gerenciamento eletrocircnico jaacute possui um sensor Map integrado que foi utilizado
Estes sensores puderam ser configurados para utilizaccedilatildeo com o sistema
de gerenciamento eletrocircnico sem o menor problema
381 Sensor TPS
Este sensor se refere ao sensor que envia a informaccedilatildeo de posiccedilatildeo da
borboleta para o sistema de gerenciamento eletrocircnico Nada mais eacute do que um
potenciocircmetro que varia a resistecircncia ocirchmica ao se variar a posiccedilatildeo do
acelerador
Sua calibraccedilatildeo eacute feita em tempo real com a unidade de gerenciamento
eletrocircnico (conforme Figura 52) onde se informa a posiccedilatildeo do acelerador
totalmente fechado e totalmente aberto o sistema de gerenciamento jaacute adquire
o valor de resistecircncia ocirchmica e faz os caacutelculos para os valores intermediaacuterios e
a interpretaccedilatildeo das posiccedilotildees
78
Fonte Autor
382 Sensor IAT
Este sensor eacute responsaacutevel por aquisitar a temperatura do ar que estaacute
sendo admitido ou seja que estaacute momentaneamente passando pelo corpo de
borboletas Este assim como o sensor de posiccedilatildeo da borboleta e tambeacutem o
sensor de pressatildeo absoluta no coletor eacute utilizado para o caacutelculo da massa de ar
que estaacute sendo admitida pelo motor Este sensor eacute calibrado a partir dos valores
de resistecircncia ocirchmica cujos valores satildeo inseridos no software de calibraccedilatildeo da
unidade de gerenciamento eletrocircnico esses valores natildeo satildeo facilmente
adquiridos pois o fabricante da unidade de sensores natildeo os disponibiliza poreacutem
outro fabricante de sensores a MTE-Thompson fabrica esse mesmo modelo de
unidade de sensores para reposiccedilatildeo do original e entrando em contato com o
departamento teacutecnico eles passam os valores de funcionamento do sensor e
esses valores foram os utilizados para calibraccedilatildeo do sensor de temperatura do
ar admitido (conforme Figura 53)
Figura 52 - Calibraccedilatildeo do Sensor TPS
79
Fonte Autor
383 Sensor MAP
Sensores MAP satildeo utilizados para determinar a pressatildeo do ar admitido
que passa pelo coletor de admissatildeo satildeo muito usados nos sistemas atuais de
gerenciamento eletrocircnico de motores de combustatildeo interna Este tipo de
sensores trabalha utilizando o princiacutepio de strain gage onde haacute a deformaccedilatildeo do
material metaacutelico variando tambeacutem sua resistividade (conforme Figura 54)
Figura 53 - Calibraccedilatildeo do sensor IAT
80
Fonte Nota de aula ndash Prof Adriano Ribolla (Sist De Gerenc Eletrocircnico 2018)
A funccedilatildeo de variaccedilatildeo da resistecircncia ou fator Gauge pode ser dada pela
expressatildeo
Onde
R resistecircncia (Ω)
ρ constante do material
L comprimento do fio (m)
A secccedilatildeo transversal do fio (msup2)
O sistema de gerenciamento eletrocircnico Speeduino jaacute possuiacute em sua
montagem um sensor MAP interno na sua montagem e mesmo que na
unidade de sensores Keihin utilizada jaacute possuiacutesse um sensor MAP foi
escolhido utilizar o sensor existente na eletrocircnica da unidade de
gerenciamento eletrocircnico apenas pela facilidade de calibraccedilatildeo (conforme
Figura 55)
R= ρ LA
8 - Caacutelculo do Fator Gauge
Figura 54 - Princiacutepio strain gage
81
Fonte Autor
O sensor MAP existente no sistema de gerenciamento eletrocircnico eacute do
fabricante NXPFreescale modelo MPX 4250AP (conforme Anexo B) com um
range de leitura pressatildeo de 20 a 250 kPa
Apoacutes o funcionamento do motor e leitura do sensor foi possiacutevel notar que nos
motores de ciclo dois tempos justamente pelo seu tipo de ciclo e forma
construtiva natildeo seria possiacutevel fazer a calibraccedilatildeo dos mapas de funcionamento
do motor levando-se em conta a leitura de pressatildeo no coletor pois a depressatildeo
no coletor deste tipo de motor eacute muito baixa variando muito pouco Poreacutem este
fato jaacute era de se esperar mas a inserccedilatildeo deste sensor natildeo foi em vatildeo Ela jaacute foi
feita com o objetivo de futuros trabalhos sobre este tipo de sensor em motores
dois tempos para obtenccedilatildeo de valores palpaacuteveis de pressatildeo que possam ser
levados em conta na calibraccedilatildeo do motor
Figura 55 - Calibraccedilatildeo do Sensor MAP
82
39 Sistema de Igniccedilatildeo
O sistema de igniccedilatildeo deve ser compatiacutevel com o sistema de
gerenciamento eletrocircnico utilizado que foi o Speeduino Para isso o sistema de
igniccedilatildeo original do motor foi substituiacutedo por uma bobina utilizada em motores da
linha VW (conforme Figura 56) bobinas essas com moacutedulo de igniccedilatildeo integrado
e para evitar interferecircncias com o sensor de rotaccedilatildeo ou demais eletrocircnicas do
hardware de gerenciamento foi utilizado cabo vela resistivo do veiacuteculo Fiat Tipo
ie (Conforme Figura 57) as velas originais da motocicleta jaacute eram do tipo
resistiva A bobina poderia ter sido utilizada qualquer uma com moacutedulo de igniccedilatildeo
integrado e o cabo de vela tambeacutem poderia ser qualquer um do tipo resistivo
poreacutem estes foram escolhidos apenas por se integrarem melhor fisicamente ao
projeto
Fonte wwwmercadolivrecombr Fonte wwwacnpecascombr
Figura 56 - Bobina de Igniccedilatildeo VW Figura 57 - Cabo de Vela Fiat Tipo
83
4 Calibraccedilatildeo do Motor
Atualmente a calibraccedilatildeo de motores de combustatildeo interna tem tido como
objetivo principal melhorar autonomia com relaccedilatildeo a consumo de combustiacutevel e
diminuiccedilatildeo das emissotildees de poluentes muito em funccedilatildeo de legislaccedilotildees mais
riacutegidas e restritivas Novas teacutecnicas construtivas de motores e implementaccedilotildees
de novas teacutecnicas de calibraccedilatildeo tem sido utilizadas como downsizing turbo-
compressores injeccedilatildeo direta de combustiacutevel para sistemas ldquoflex-fuelrdquo ou ateacute
mesmo sistemas mistos utilizando injeccedilatildeo direta e indireta de combustiacutevel em
um mesmo motor Estes meacutetodos elevaram o niacutevel tecnoloacutegico dos motores de
combustatildeo interna extraindo grande potecircncia diminuindo massa de motores
poreacutem com a necessidade de muita eletrocircnica embarcada
Um dos intuitos deste trabalho eacute a inserccedilatildeo de um sistema de
gerenciamento eletrocircnico em um motor de ciclo dois tempos a princiacutepio de
maneira experimental apenas para obter preacutevias de sua viabilidade
construtivamente e dar a motores que utilizam este tipo de ciclo a oportunidade
de ressurgirem ou natildeo no mercado com a utilizaccedilatildeo de novas tecnologias e
eletrocircnica embarcada ou mesmo proporcionar uma longevidade de seu uso em
competiccedilotildees
Para a calibraccedilatildeo do sistema de gerenciamento eletrocircnico que foi
escolhido o sistema Speeduino utilizamos o software de calibraccedilatildeo Tuner
Studio o qual jaacute foi previamente apresentado Seratildeo mostrados a seguir os
passos e direccedilotildees tomadas no que diz respeito a calibraccedilatildeo deste motor de ciclo
dois tempos em questatildeo
41 Inserccedilatildeo de dados iniciais
Inicialmente eacute necessaacuterio a introduccedilatildeo de alguns dados pertinentes ao
motor e a estrateacutegia de funcionamento do mesmo para tal utilizamos a tela
ldquoEngine Constantsrdquo ou constantes do motor no software Tuner Studio Em
seguida detalhamos os dados de acordo com as caracteriacutesticas do motor que foi
escolhido para o trabalho (conforme Figura 58)
84
Fonte Autor
Figura 58 - Inserccedilatildeo das caracteriacutesticas do motor
85
42 Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel
A tabela de injeccedilatildeo de combustiacutevel eacute baseada no meacutetodo VE ldquoVolumetric
Efficiencyrdquo ou eficiecircncia volumeacutetrica neste sistema utiliza-se o item ldquoCalculated
Required Fuelrdquo ou caacutelculo de combustiacutevel necessaacuterio (Conforme Figura 58) o
valor disponibilizado neste item representa o tempo necessaacuterio de injeccedilatildeo de
combustiacutevel baseado em 100 da eficiecircncia volumeacutetrica do motor e
posteriormente desenvolve-se a tabela VE de acordo com as necessidades do
motor (conforme Figura 59) em funccedilatildeo de rotaccedilatildeo do motor e posiccedilatildeo da
borboleta podendo ou natildeo estes valores serem multiplicados pelo valor de
pressatildeo do sensor MAP poreacutem no caso deste trabalho natildeo se utilizou o a
multiplicaccedilatildeo pelo sensor pois este dado se mostrou insatisfatoacuterio para motores
de ciclo dois tempos que geram pouca ou nenhuma depressatildeo no coletor de
admissatildeo
FonteAutor
Figura 59 - Tabela de Injeccedilatildeo de Combustiacutevel VE
86
43 Tabela de Avanccedilo de Igniccedilatildeo
A tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo permite determinar o momento em que seraacute
disparada a centelha pela vela de igniccedilatildeo permitindo a queima da mistura
arcombustiacutevel Os valores inseridos na tabela satildeo valores que representam o
acircngulo em graus antes do ponto morto superior do motor PMS (conforme Figura
60) em que seraacute disparada a centelha esta deve ser disparada alguns graus
antes do PMS pois a queima da mistura deve ser aproveitada ao maacuteximo e para
que isso aconteccedila deve se adotar um ponto de igniccedilatildeo de forma que a frente de
chama tenha tempo suficiente para queimar dentro do cilindro caso contraacuterio a
queima se torna ineficiente e acaba por desperdiccedilar combustiacutevel que acaba
sendo jogado para o escapamento sem que este seja queimado
Os valores de avanccedilo em graus inseridos nesta tabela tambeacutem tecircm seu
funcionamento em funccedilatildeo dos eixos de posiccedilatildeo da borboleta do acelerador e
rotaccedilatildeo do motor
Fonte Autor
Figura 60 - Tabela de avanccedilo de igniccedilatildeo
87
44 Consideraccedilotildees sobre a calibraccedilatildeo utilizada
Usualmente em uma grande montadora ou grande equipe de corridas
essas tabelas seriam desenvolvidas em um laboratoacuterio de desenvolvimento de
motores com diversos equipamentos para controle e aquisiccedilatildeo de dados Poreacutem
por se tratar de um trabalho acadecircmico e de baixo custo natildeo houve a
possibilidade de utilizaccedilatildeo de ferramentas desta espeacutecie desta maneira a tabela
foi toda desenvolvida experimentalmente atraveacutes de horas observando
deficiecircncias e comportamentos do funcionamento do motor
5 Dados do Motor (Modificado)
Tendo em vista que este motor eacute proveniente de uma motocicleta de
competiccedilatildeo as caracteriacutesticas originais dele foram modificadas e a motocicleta
utilizada no projeto tambeacutem (conforme Figura 61) Seguem os dados teacutecnicos
com a modificaccedilotildees do motor
Cilindro em alumiacutenio com camisa em ferro fundido nodular
Diacircmetro x Curso 59mm x 50mm
Cilindrada 1367cmsup3
Taxa de Compressatildeo 145 1 (meacutetodo europeu)
Sistema de Alimentaccedilatildeo Injeccedilatildeo eletrocircnica com corpo de borboletas de 35mm
de diacircmetro e injetor de combustiacutevel Keihin Flex
Sistema de Igniccedilatildeo Igniccedilatildeo gerenciada a partir da ECU com o uso de Bobina
Bosch utilizada em motores Volkswagen AP ndash MI
Lubrificaccedilatildeo Premix na proporccedilatildeo de 35ml por litro de etanol
Sistema de Partida do Motor Pedal de partida
Combustiacutevel Etanol
Potecircncia 245cv a 9400rpm
Torque 190kgfm a 9000rpm
88
Fonte Autor
6 Resultados
Os resultados obtidos neste trabalho foram deveras satisfatoacuterios
mostrando que eacute possiacutevel o funcionamento de um motor de ciclo dois tempos
utilizando como meacutetodo de injeccedilatildeo de combustiacutevel e igniccedilatildeo um sistema de
gerenciamento eletrocircnico moderno Abordagem essa que seria impensaacutevel anos
atraacutes hoje se tornou uma realidade talvez abrindo novos horizontes para o futuro
de motores que utilizem ciclo dois tempos talvez natildeo comercialmente mas ainda
que para seu uso em competiccedilotildees possa ser extraiacutedo o maacuteximo de rendimento
possiacutevel
Figura 61 - RD135 - EFI apoacutes modificaccedilotildees
89
7 Conclusatildeo
Seguramente o desenvolvimento de uma metodologia soacutelida no
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento eletrocircnico e calibraccedilatildeo voltadas
para motores de ciclo dois tempos natildeo seraacute uma tarefa faacutecil existe uma longa
estrada a se percorrer para se chegar ao mesmo niacutevel de desenvolvimento
existente destes sistemas para motores de ciclo quatro tempos ou mesmo diesel
Contudo o projeto se mostrou viaacutevel e mesmo que natildeo tenha havido
possibilidade de testes em dinamocircmetro o comportamento do motor mostrou-se
estaacutevel com o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica Possivelmente houve ganhos de
desempenho e esses testes podem ser executados como tarefa futura no intuito
de comprovar possiacuteveis resultados favoraacuteveis
Cabe aos futuros projetos novas soluccedilotildees e abordagens que podem ser
pensadas especificamente para o motor de ciclo dois tempos pois mesmo que
sua fabricaccedilatildeo seja descontinuada para veiacuteculos comerciais sua fabricaccedilatildeo para
suprir necessidades de veiacuteculos de competiccedilatildeo ainda pode prosseguir por anos
e o uso de tecnologia moderna nesses motores pode vir a extrair niacuteveis de
potecircncia e torque antes natildeo atingidos com a utilizaccedilatildeo de igniccedilotildees de ponto fixo
e carburadores Tambeacutem pode alterar caracteriacutesticas de desempenho do motor
como a falta de torque em baixas rotaccedilotildees
Neste projeto o motor original utilizado natildeo foi fabricado para comportar
uma injeccedilatildeo eletrocircnica por isso houve muitos esforccedilos nas adaptaccedilotildees para que
o funcionamento deste motor com esta tecnologia fosse possiacutevel Poreacutem se
pensarmos em uma produccedilatildeo fabril para motores dois tempos projetados para
que utilizem injeccedilatildeo eletrocircnica originalmente isso torna o processo todo muito
mais viaacutevel do ponto de vista comercial aleacutem de implementar uma tecnologia
que tiraria os motores de ciclo dois tempos da aposentadoria podendo ateacute se
pensar em niacuteveis de emissotildees poluentes melhores mesmo que seu uso seja
exclusivo apenas em competiccedilotildees De toda forma um passo foi dado com a
realizaccedilatildeo deste projeto e o uso da injeccedilatildeo eletrocircnica se mostrou ser uma
tecnologia segura e confiaacutevel para a utilizaccedilatildeo em motores de ciclo dois tempos
90
8 Propostas Futuras
Vaacuterios passos podem ser dados como propostas futuras mas pensando
no alto iacutendice de poluiccedilatildeo gerado por este tipo de motor pode se pensar em um
controle eletrocircnico da injeccedilatildeo de oacuteleo dois tempos para lubrificaccedilatildeo podendo-se
desenvolver algum meacutetodo de verificaccedilatildeo da necessidade de lubrificaccedilatildeo do
motor fazendo injeccedilatildeo de oacuteleo controlada por quantidade e por demanda
Tambeacutem pode-se pensar na utilizaccedilatildeo de catalisadores no escapamento para
diminuiccedilatildeo das emissotildees de gases poluentes o que com certeza deveraacute ser
estudado e caberaacute diversos testes e experimentaccedilotildees de materiais poreacutem
podendo obter resultados positivos
No sistema de injeccedilatildeo de combustiacutevel utilizado neste trabalho foi usado
o meacutetodo de injeccedilatildeo indireta de baixa pressatildeo utilizando uma pressatildeo na linha
de combustiacutevel na ordem de 3bar Futuramente pode-se fazer testes e anaacutelises
a respeito do uso da injeccedilatildeo indireta de combustiacutevel neste tipo de motor em
busca de quais seriam seus benefiacutecios Ainda sobre a injeccedilatildeo de combustiacutevel
uma anaacutelise que deve ser feita eacute em relaccedilatildeo a modificaccedilatildeo da posiccedilatildeo do injetor
de combustiacutevel que atualmente se situa no coletor de admissatildeo este pode ser
montado em alguma posiccedilatildeo estrateacutegica como no caacuterter do motor diretamente
ou em alguma das janelas por exemplo nas janelas de transferecircncia devendo-
se analisar os ganhos e perdas dessa montagem
Um sistema que foi utilizado neste trabalho poreacutem trouxe pouco benefiacutecio
foi o uso do sensor MAP Devido agrave baixa depressatildeo no coletor de admissatildeo
gerada por motores dois tempos uma soluccedilatildeo seria a aquisiccedilatildeo de dados com
alguns sensores de pressatildeo instalados em determinados pontos do motor como
no caacuterter admissatildeo e janelas de transferecircncia Isto para se analisar pontos de
baixa e alta pressatildeo durante os ciclos do motor podendo ser criado um algoritmo
que calcule uma meacutedia de pressatildeo mais palpaacutevel que possa ser levada em conta
na calibraccedilatildeo da injeccedilatildeo de combustiacutevel
91
9 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Fonte Autor
Figura 26
Fonte Autor
Figura 27
Fonte Autor
Figura 28
Fonte Autor
Figura 29
Fonte Autor
Figura 30
Fonte Autor
95
Figura 31
Fonte Autor
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Figura 38
Fonte Autor
Figura 39
Fonte Autor
Figura 40
Fonte Autor
Figura 41
Fonte Autor
Figura 42
Fonte Autor
Figura 43
Fonte Autor
96
Figura 44
Fonte Autor
Figura 45
Fonte Autor
Figura 46
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Figura 47
Fonte Autor
Figura 48
Fonte Autor
Figura 49
Fonte Autor
Figura 50
Fonte Autor
Figura 51
Fonte Autor
Figura 52
Fonte Autor
Figura 53
Fonte Autor
Figura 54
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Figura 55
Fonte Autor
Figura 56
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saveiro-parati-10-kombi-16-mi-3-pinos-
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Figura 58
Fonte Autor
Figura 59
Fonte Autor
Figura 60
Fonte Autor
Figura 61
Fonte Autor
98
Apecircndice I
Lista de peccedilas e componentes utilizados
Componente Fabricante Part Number (OEM)
Fabricante Part Number (Reposiccedilatildeo)
Qtd
Injetor de Combustiacutevel Keihin 3340-9657-7489 Magnetron MAGNETRON 154-209-B 1
Bobina de Igniccedilatildeo Bosch F000ZS0104 NGK NGK U1092 1
Cabo de Vela Bosch F00099C067 NGK NGK SC-T58 1
Sensor Hiacutebrido - MAP - TPS - IAT
Keihin 16060-KVK-901 MTE-Thomson
MTE6701 1
Sensor de Rotacatildeo HALL Continental 55223464 MTE-Thomson
MTE70565 1
Bomba de Combustiacutevel Delphi BCD 00101 Bosch 580464070 1
Regulador de Pressatildeo Comb
SPA SPA TURBO 1
Roda Focircnica 60-2 Fueltech JR7401PTAz 1
Corpo de Boboletas XR300
Keihin 1641A-KWT-305 1
99
Anexo A
Esquema eleacutetrico do sistema de gerenciamento eletrocircnico
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
Anexo B
Datasheet Sensor MAP ndash NXPFreescale MPX4250AP
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
Anexo C
Lista de componentes Speeduino
Qtd Referecircncia na Placa Componente Valor Modelo
1 C16 CAP TANT 10uF 35V 10 RADIAL 10uF
6 C2C4C6C8C10C24 CAP CER 022uF 50V 10 RADIAL 220nF 224
7 C1C3C5C7C9C13C15 CAP CER 01uF 50V 20 RADIAL 100nF 104
1 C14 CAP TANT 47uF 63V 10 RADIAL 47uF
1 C18 CAP CER 033uF 50V 10 RADIAL 330nF 334
2 C19C25 CAP CER 10000pF 50V 10 RADIAL 10nF 103
3 C11C12C20 CAP CER 1uF 50V 20 RADIAL 1uF 105
1 C23 CAP CER 4700pF 100V 10 RADIAL 47nF 472
1 D16 DIODO ZENER 56V 3W AXIAL 1N5919BG 1N5919BG 2 D15D17 DIODO SCHOTTKY 1A 30V DO41 1N5818 1N5818
8 LED1LED2LED3LED4
LED5LED6LED7LED8 LED SS 3MM LED
4 D9D10D11D12 DIODO USO GERAL 400V 1A DO41 1N4004 1N4004
1 U2 VARISTOR 14MM 22V 1000A ZNR Varistor ZNR
V14D220
8 Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
Q8 MOSFET N-CH 33V TO-220
62A
MOSFET STP75NS04Z
1 R54 RES 100K Ohm 14W 1 METAL
FILM 10kΩ
14W - 1
17
R10R13R16R19R21
R23R24R29R30R39
R40R50R51R57R58
R59R60
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 1kΩ
14W - 1
4 R9R12R15R18 RES 680 Ohm 06W 1 AXIAL 680Ω 14W - 1
6 R2R4R6R8R22R41 RES FILME METAacuteLICO 14W 470
Ohm 1 AXIAL 470Ω
14W - 1
7 R1R3R26R28R33R34
R61
249k Ohm plusmn1 025W 14W FILME
METAacuteLICO 249kΩ
14W - 1
1 R7 RES 39K Ohm 14W 01 FILME
METAacuteLICO 39kΩ
14W - 1
12
R11R14R17R20R35R3
6R37R38R48R49
R55R56
RES 100K Ohm 14W 1 FILME
METAacuteLICO 100kΩ
14W - 1
4 R25R27R31R32 RES 160 Ohm 2W 1 AXIAL 160Ω 2W - 1
1 U1 REGULADOR DE TENSAtildeO
LM2940-50 1A TO220 LM2940T 50NOPB
1 MPX4250A SENSOR MAP 363 PSI MAX 1-Bar MAP MPX4250AP
2 IC1IC2 CI MOSFET DVR 3A DUAL HS 8-DIP TC4424EP
A TC4424EPA
![UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE UFF FACULDADE DE …app.uff.br/riuff/bitstream/1/3145/1/Malhado ,Mayara [Dissertação, 2015].pdfLISTA DE FIGURAS, TABELAS E QUADROS Figura 1: Fórmula](https://static.fdocumentos.com/doc/165x107/60786aa853fa3d0a9d2a2776/universidade-federal-fluminense-uff-faculdade-de-appuffbrriuffbitstream131451malhado.jpg)
