Universidade São Francisco Curso de Engenharia...
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Universidade São Francisco Curso de Engenharia Elétrica Módulo de Injeção Eletrônica Universal Área de Engenharia Elétrica Por Emerson Henrique Carrião Teixeira Paulo Eduardo Silveira Orientador Itatiba (SP) Novembro de 2012
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Universidade São Francisco
Curso de Engenharia Elétrica
Módulo de Injeção Eletrônica Universal
Área de Engenharia Elétrica
Por
Emerson Henrique Carrião Teixeira
Paulo Eduardo Silveira Orientador
Itatiba (SP) Novembro de 2012
i
Emerson Henrique Carrião Teixeira – R.A. 002200600983
Módulo de Injeção Eletrônica Universal
Monografia apresentada a Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Elétrica para análise e aprovação. Orientador: Paulo Eduardo Silveira, Prof. Ms.
Itatiba (SP) Novembro de 2012
ii
Emerson Henrique Carrião Teixeira
Módulo de Injeção Eletrônica Universal
Monografia aprovada pelo curso de Engenharia Elétrica da Universidade São Francisco, como requisito para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Data da Aprovação ___/___/______
Banca Examinadora:
___________________________________________________________________________
Prof. Ms. Paulo Eduardo Silveira (Orientador)
___________________________________________________________________________
Prof. Alex Franciscon (Examinador)
___________________________________________________________________________
Prof. Mario Rigolo (Examinador)
iii
“Ainda que eu tivesse o dom da profecia, o conhecimento de todos os mistérios e de toda ciência; ainda que eu tivesse toda fé, a ponto de transportar montanhas, se não tivesse o amor, eu nada seria.”
(CORÍNTIOS, 13:1).
iv
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus pela saúde, por me dar forças e sabedoria para
que fosse possível superar obstáculos.
A Universidade São Francisco por proporcionar excelentes docentes que
contribuíram com meu crescimento profissional e pessoal, e aos demais colegas
presentes ao longo destes cinco anos do curso de Engenharia Elétrica.
Ao Professor Mestre Paulo Eduardo Silveira, meu orientador, que me instruiu
tecnicamente para o desenvolvimento deste trabalho e outros futuros.
E por fim, agradeço meus familiares por sempre estar presente ao meu lado, me
ajudando e incentivando o meu desenvolvimento.
v
SUMÁRIO
ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................................... vii
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................. ix
RESUMO ................................................................................................................................... 1
ABSTRACT .............................................................................................................................. 2
1.0 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 3
2.0 REVISÕES BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 4
2.1 Motores Ciclo Otto ........................................................................................................... 4
2.2 Volume Do Cilindro ......................................................................................................... 7
2.3 Razão De Compressão ...................................................................................................... 7
2.4 Mistura Ar/Combustível ................................................................................................... 8
2.5 Injeção Eletrônica ........................................................................................................... 10
2.5.1 Componentes do sistema .......................................................................................... 13
2.5.1.1 Sensores ................................................................................................................. 13
2.5.1.1.1 Sensor de posição de borboleta .......................................................................... 14
2.5.1.1.2 Sensor de temperatura ........................................................................................ 15
2.5.1.1.3 Sensor de massa de ar........................................................................................ 16
2.5.1.1.4 Sensor de oxigênio ............................................................................................. 17
2.5.1.2 Atuadores .............................................................................................................. 18
2.5.1.2.1 Injetor de combustível ........................................................................................ 19
2.6 Microcontroladores ......................................................................................................... 20
2.7 Eletrônica De Potência .................................................................................................... 22
2.7.1 Chaveamento de Transistores................................................................................... 23
2.7.2 Transistor MOSFET ................................................................................................. 24
2.7.2.1 Chaveamento de cargas indutivas ......................................................................... 24
3.0 METODOLOGIA ............................................................................................................. 25
3.1 Visão Geral do Sistema ................................................................................................... 25
3.2 Definições do Microcontrolador ..................................................................................... 26
3.3 Definições Circuito Eletrônico ....................................................................................... 27
vi
3.3.1 Circuito de entrada ................................................................................................... 27
3.3.2 Circuito de potência ................................................................................................. 29
3.3.3 Controle e navegação ............................................................................................... 30
3.3.4 Fonte de alimentação ................................................................................................ 30
3.4 Requisitos Do Software .................................................................................................. 31
4.0 RESULTADOS ................................................................................................................. 33
4.1 Testes em Laboratório .................................................................................................... 35
4.2 Teste Final ....................................................................................................................... 37
5.0 CONCLUSÃO ................................................................................................................... 40
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 41
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Ciclo de trabalho de um MCI de quatro tempos. ........................................................ 5
Figura 2: Corte em um motor ciclo Otto. ................................................................................... 6
Figura 3: Razão de compressão Rc = 8:1. .................................................................................. 8
Figura 4: Potência em relação a lambda (λ). ............................................................................ 10
Figura 5: Diagrama básico de um sistema de injeção. ............................................................. 11
Figura 6: Sistema de injeção Single-Point. ............................................................................... 12
Figura 7: Sistema de injeção Multi-Point. ................................................................................ 12
Figura 8: Principio de um TPS. ................................................................................................ 14
Figura 9: Termistor NTC. ......................................................................................................... 16
Figura 10: Localização da Sonda Lambda. .............................................................................. 17
Figura 11: Sonda Lambda......................................................................................................... 18
Figura 12: Curva de Funcionamento de uma Sonda Lambda. ................................................. 18
Figura 13: Injetor de combustível. ............................................................................................ 19
Figura 14: Diagrama de blocos de um microcontrolador PIC12F675. .................................... 21
Figura 15: Transistor bipolar na configuração de emissor comum em estado de corte. .......... 23
Figura 16: Transistor bipolar na configuração de emissor comum em estado de saturação. ... 24
Figura 17: Formas de onda na entrada em condução de MOSFET com carga indutiva. ......... 25
Figura 18: Circuito eletrônico do módulo de injeção universal. .............................................. 27
Figura 19: Circuito de entrada analógica e digital. ................................................................... 28
Figura 20: Etapa para acionamento do injetor. ......................................................................... 29
Figura 21: Circuito de navegação e controle do módulo. ......................................................... 30
Figura 22: Etapa de regulagem e estabilização da alimentação. .............................................. 31
Figura 23: Fluxograma básico do programa. ............................................................................ 32
Figura 24: Circuito completo do Módulo de Injeção Universal. .............................................. 33
Figura 25: Layout da placa de circuito eletrônico. ................................................................... 34
Figura 26: Protótipo finalizado. ................................................................................................ 34
Figura 27: Sinal de entrada (azul) e sinal de saida (amarelo). .................................................. 36
Figura 28: Tempo de injeção requisitado pelo módulo. ........................................................... 36
viii
Figura 29: (A) Sinal alongado, (B) Cursor medindo o tempo de injeção. ................................ 37
Figura 30: Analisador de Gases. ............................................................................................... 38
Figura 31: Módulo de Injeção Universal e Analisador de Gases. ............................................ 38
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Relação estequiométrica dos combustíveis. ............................................................... 9
Tabela 2: Valores de referência para mistura Ar/Combustível. ............................................... 37
1
RESUMO
O presente trabalho situa-se no desenvolvimento de um Módulo de Injeção Eletrônica
Universal aberta, substituindo os carburadores e permitindo o controle do funcionamento em
veículos, que visa um melhor desempenho, diminuição de consumo de combustíveis e
emissão de poluentes. Para tal proposta, fez-se necessário apresentar uma revisão
bibliográfica sobre o funcionamento de motores quatro tempos do tipo ciclo Otto, relação
entre ar/combustível para uma combustão perfeita e os principais sensores utilizados em um
sistema de injeção eletrônica de combustível. Também foram efetuados estudos sobre os
métodos de funcionamento da injeção eletrônica, eletrônica de potência no controle de cargas
indutivas e microcontroladores. O método de funcionamento utilizado consiste em se fazer o
controle do tempo de injeção em malha aberta, tendo como base de cálculos sensores de
pressão, temperatura e variáveis de controle adicionadas manualmente através de uma tela de
LCD com botões de navegação. Os resultados obtidos com o veículo satisfizeram-se as
expectativas de se manter o funcionamento de motor a combustão, tendo em vista as
estratégias adotadas.
Palavras-chave: Carburador. Microcontrolador. Injeção Eletrônica. Sistemas embarcados
automotivos.
2
ABSTRACT
The present document refers to the development of an Universal Electronic Fuel
Injection Open Method, replacing the carburetors and allowing the plenty control of operation
in vehicles that aims at a better performance, decrease of fuel consumption and pollutant
emission. For the purpose it is necessary presenting a bibliographic review about the Otto
Cycle Four Stroke Engine; the relation between air/ fuel to a perfect combustion and the main
sensors used in an Electronic Fuel Injection System. Also, some studies about the operation
methods of the Electronic Fuel Injection, Power Electronics in the control of inductive load
and microcontrollers has been done. The present operation method consists in controlling the
time in open loop fuel injection, using pressure sensors as calculation basis, temperature and
control variables manually added using LCD display with navigation buttons. The results
obtained satisfied the expectations about maintaining the combustion engine's operation,
considering the strategies used.
Keywords: carburetor, microcontroller, Electronic Fuel Injection, automotive embedded
systems.
3
1.0 INTRODUÇÃO
Com proposta de diminuir a poluição, o consumo de combustível e aumentar a
autonomia em veículos, foi desenvolvida a injeção eletrônica, que consiste em um aparelho
eletrônico capaz de dosar ao motor, controlando o tempo de abertura de uma válvula injetora,
a quantidade necessária de combustível, para que o mesmo funcione perfeitamente em toda
sua faixa de trabalho.
Esta tecnologia surgiu no Brasil na década de 80, substituindo os carburadores, devida
as expectativas atuais do mercado e o avanço tecnológico, este sistema sofreu muitas
alterações, trazendo mais eficiência aos veículos.
O objetivo deste trabalho é projetar, construir e efetuar testes de um módulo de injeção
eletrônica. Utilizando o mínimo possível de sensores, e baseando-se no funcionamento do
carburador, o usuário terá uma facilidade de adaptação aos ajustes do aparelho. Assim a
instalação será rápida e poderá ser utilizado em qualquer veículo.
Pretende-se melhorar o consumo, acerto e de baixar a emissão de gases tóxicos em
veículos que não possui um sistema de injeção eletrônica, ou que possui, mas mesmo assim
deseje alterar o funcionamento, trabalhando em sua curva de combustível e fazendo com que
melhore sua forma de trabalho, no caso de veículos com potência alterada.
Os critérios específicos são:
• Compreender o funcionamento da injeção eletrônica, atuando no controle de
combustível em motores ciclo Otto;
• Estudar e dimensionar sensores para uso no setor automobilístico;
• Testar o equipamento em um motor;
4
2.0 REVISÕES BIBLIOGRÁFICAS
Este capítulo aborda princípios básicos de funcionamento e controle eletrônico para
motores de combustão interna ciclo Otto, bem como, dispositivos eletrônicos para tal
controle. 2.1 Motores Ciclo Otto
Ciclo Otto é uma característica de montagem e funcionamento de um motor de
combustão interna (MCI) com ignição por centelha, podendo ser de dois ou quatro tempos.
Motores de combustão interna têm por finalidade transformar a energia da queima do
combustível, em energia mecânica, movendo peças internas e transmitindo essa força a uma
peça rotativa denominada eixo de manivelas (ou virabrequim). Motores dois tempos estão
quase que extintos por ser muito poluente, mas ainda é empregado em alguns tipos de
motocicletas, motores de polpa em barcos, moto-serra, etc. Pelo fato do projeto ser
direcionado a automóveis, será utilizado como base o modelo quatro tempos, que recebe essa
denominação por seu ciclo completo durar quatro fases. Segundo Santos (2004, p.2), essas
fases são descritas como:
Fase de admissão: Neste momento a válvula de admissão encontra-se aberta e a de
escape fechada. O pistão desloca-se dentro do cilindro do ponto mais alto, ponto morto
superior (PMS), ao ponto mais baixo, ponto morto inferior (PMI), este movimento gera um
arrasto de combustível, proveniente de um carburador ou uma injeção eletrônica, e ar
atmosférico. Este volume aspirado recebe a denominação de cilindrada unitária do motor.
Fase de compressão: Agora a válvula de admissão se fecha e o pistão desloca-se do
PMS ao PMI, fazendo com que a mistura ar/combustível aspirada anteriormente seja
comprimida.
5
Fase de combustão: É disparada uma centelha na vela de ignição, deflagrando
rapidamente a combustão da mistura ar/combustível. Com essa explosão ocorre uma expansão
interna fazendo com que o pistão se movimente do PMS ao PMI, gerando a potência do
motor.
Fase de exaustão: Com esta queima é gerado gases e resíduos que não poderá estar
presente no novo ciclo. Para isto, será aberta a válvula de escape e o pistão se movimentará do
PMI até o PMS, expulsando o conteúdo do cilindro para a atmosfera.
Na figura 1 é mostrado fases de um motor quatro tempos.
Figura 1: Ciclo de trabalho de um MCI de quatro tempos. Fonte: (BRAGA, 2007, p.4)
Como pode se observar na figura 1, para se obter o ciclo completo neste motor, o
virabrequim necessita virar 720º, ou seja, duas voltas completas. Para se fazer a abertura das
válvulas em sequência, é utilizado um eixo com ressaltos denominado comando de válvulas.
Porém esse eixo vira apenas 360º para um ciclo completo do motor, então para se obter o
funcionamento correto, é utilizada uma relação de coroa e pinhão de 2:1, entre o comando de
válvulas e o virabrequim. Este sistema pode ser interligado através de correias sincronizadoras
(correia dentada), corrente ou varetas. Toda alimentação do motor é feita por carburador ou
injeção eletrônica. No carburador o combustível é sugado pelo arraste de ar gerado no
6
movimento dos pistões, e sua dosagem é feita por giclê, que consiste em uma peça de metal
com um orifício pequeno. Nos sistemas atuais, esse combustível é pulverizado diretamente
sobre as válvulas e a quantia do mesmo é controlada pela central de injeção eletrônica. A
faísca utilizada na vela é gerada a partir de um transformador de alta tensão, que é controlada
pelo sistema de ignição, e o distribuidor, que controla a sequência da queima no motor. Com
o avanço da tecnologia há novos sistemas de ignição, que não necessitam do distribuidor para
fazer a sequência de queima.
Figura 2: Corte em um motor ciclo Otto. Fonte: (SANTOS, 2004, p.1)
7
2.2 Volume Do Cilindro
É o volume sugado pelo movimento do pistão, do ponto morto superior (PMS) até o
ponto morto inferior (PMI). Para Santos (2004, p.13), uma equação que represente este
volume, será:
= (1)
Onde:
Vd = Volume deslocado (cm³).
D = Diâmetro do cilindro (cm).
L = Curso do pistão ou PMI – PMS (cm).
Para se obter o volume total ou a cilindrada do motor, basta multiplicar VD por
quantidade de cilindros do motor.
2.3 Razão De Compressão
A razão de compressão ou taxa de compressão de um motor, é a relação entre o
volume da câmara de combustão, quando o pistão esta em PMI e o volume quando o pistão
esta em PMS. Segundo Santos (2004, p.14), a razão de compressão é definida pela seguinte
equação:
= (2)
8
Onde:
Rc = Razão de compressão.
Vcc = Volume da câmara de combustão (cm³).
Vd = Volume do cilindro (cm³).
A Figura 3 exibe um modelo de ralação de compressão igual a 8:1.
Figura 3: Razão de compressão Rc = 8:1. Fonte: (SANTOS, 2004, p.14)
2.4 Mistura Ar/Combustível
Para que o processo de combustão ocorra, é necessária uma quantidade de combustível
proporcional à massa de ar contida na câmara de combustão. Um excesso ou falta de
combustível, poderá baixar a potência e até mesmo danificar internamente o motor. A
quantidade ideal de ar/combustível é denominada relação estequiométrica. A tabela 1
demonstra essa relação para alguns combustíveis mais comuns.
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Tabela 1: Relação estequiométrica dos combustíveis.
Combustível Relação estequiométrica, gramas de ar para cada grama de combustível.
Gasolina 14,7 Álcool (etanol) 9,0 Gasolina com 22% de etanol 13,3 Diesel 15,2 Metanol 6,4 Propano 15,6 Butano 15,4 Metano 17,2 Gás Liquefeito do Petróleo (GLP) 15,5 Querosene 14,5 Hidrogênio 34,0 Éter 7,7
Fonte: (GLEHN, 1999, p. 15)
Os valores da tabela 1 representam dados para uma queima perfeita do combustível,
mas na realidade isto não ocorre com perfeição no cilindro, pois fatores como temperatura
interna, restos de combustão do ciclo anterior e regime no qual o motor será empregado,
interferem na queima. Assim é feita uma relação entre a mistura ar/combustível real e a
mistura ar/combustível estequiométrica, no qual esse resultado será defino como fator lambda
(λ), de acordo com a equação 3.
= (/)(/) (3)
Onde:
(A/F)real = Mistura ar/combustível admitida pelo motor.
(A/F)ideal = Mistura ar/combustível estequiométrica, conforme tabela 1.
Pela equação 3, quando a relação tiver valor de λ = 1, será uma indicação de que a
mistura é ideal ou completa. Para λ < 1, a mistura é considerada rica, pois terá sobra de
combustível. Outro caso é de λ > 1 onde se tem mais ar do que combustível, sendo
10
considerada mistura pobre. Quando ela entra em combustão, eleva a temperatura da queima, e
a parte interna do motor, causando sérios danos.
Segundo Santos (2004, p. 5), a figura 4 mostra o comportamento da potência em
vermelho e do consumo específico de um motor em função da qualidade da mistura
ar/combustível (λ), representada pela cor verde. Este consumo está relacionado com a quantia
de combustível necessária para obter potência mecânica em um motor.
Figura 4: Potência em relação a lambda (λ). Fonte: (SANTOS, 2004, p.5)
É possível verificar na Figura 4, que a máxima potência é atingida com mistura levemente rica (λ ≈ 0,9), tendo como desvantagem o aumento do consumo, enquanto lambda (λ) mais alto (λ ≈ 1,03) obtém consumo menor, mas com o risco de danos ao motor.
2.5 Injeção Eletrônica
A injeção eletrônica é um sistema de alimentação de combustível, diferente do
carburador, ela não necessita do arrasto de ar gerado no coletor de admissão para sugar o
combustível, o mesmo será injetado pela eletroválvula (bico injetor), que é presa a uma linha
pressurizada por uma bomba de combustível e controlada por um regulador de pressão.
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Este sistema é eficaz pelo fato de seu controle de mistura ar/combustível ser mais
preciso. Seu funcionamento é baseado na coleta das condições do motor, feita por sensores e
enviadas ao modulo de injeção eletrônica (ECU), através dessas informações, será feito
cálculos, correções e posteriormente controlada por atuadores. A Figura 5 ilustra de forma
simples o controle de um sistema.
Figura 5: Diagrama básico de um sistema de injeção. Fonte: Autor.
Segundo AIRD (2001, p.11), existem dois tipos de sistemas de injeção eletrônica, um
que utiliza apenas um bico injetor para alimentar todo motor (single-point ou SP), ou com
mais de um injetor, sendo divido um para cada cilindro (multi-point ou MP). A Figura 6 e a
Figura 7 representam esses sistemas.
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Figura 6: Sistema de injeção Single-Point. Fonte: (AIRD, 2001, p. 12)
Figura 7: Sistema de injeção Multi-Point. Fonte: (AIRD, 2001, p. 13)
Para que a ECU calcule a quantidade correta de combustível a ser injetado no motor, é
necessário o valor da quantia de ar aspirado, no qual esta grandeza será convertida em um
sinal elétrico por um sensor e enviado para ECU. Este cálculo leva em conta a temperatura e a
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pressão atmosférica, pois são itens que influenciam no volume do ar, o livro de Sonntag,
Wylen e Borgnakke (2003) descreve uma equação para esse volume:
. = ". . # (4)
" = $. (5)
Onde:
n = Número de moles (kg).
ρ = Massa especifica do ar (kg/m³).
V = Volume de ar (m³).
p = Pressão (kN/m²).
T = Temperatura (K).
R = Constante universal dos gases = 8,31 (kN.m/kg.K)
2.5.1 Componentes do sistema
Para o funcionamento correto de um motor com este sistema, é necessária a utilização
de vários componentes, o principal é a ECU, onde se tem dados do veiculo e seus parâmetros
de ajuste de fabrica, ela também realiza os cálculos de tempo de injeção e controle da ignição
que foi programada. Os outros componentes serão divididos em dois grupos sensores e
atuadores.
2.5.1.1 Sensores
Sensores são dispositivos que trabalham com medidas de grandezas físicas,
convertendo-as em sinal elétrico, para que possa ser interpretados por sistemas eletrônicos,
conversores A/D e microcontroladores.
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2.5.1.1.1 Sensor de posição de borboleta
Sensor de posição de borboleta (TPS – Throttle Position Sensor) é utilizado para
definir a posição do acelerador, com isso a ECU identifica em qual regime esta o motor,
marcha lenta (acelerador em posição de descanso), plena carga (acelerador em final de curso)
e aceleração rápida, que é a mudança repentina no regime de trabalho até sua estabilização.
Este sensor é simples, mas de grande importância no sistema, ele consiste de um resistor
variável linear e sua montagem é feita no eixo da borboleta.
Figura 8: Principio de um TPS. Fonte: Autor.
O nível de tensão de saída (Vo) depende da tensão máxima de alimentação e do
movimento do eixo, Denton (2004, p. 40) descreve uma equação para este funcionamento:
* = +. ,--./ (6)
15
Onde:
Vo = Tensão de saída.
Vs = Tensão de alimentação.
θi = Ângulo do potenciômetro.
θt = Ângulo máximo do potenciômetro.
2.5.1.1.2 Sensor de temperatura
O motor utiliza de dois sensores para seu funcionamento, um para temperatura da água
de arrefecimento e outro para a temperatura da massa de ar admitida pelo mesmo. Este
dispositivo é um termistor, e podem ser de dois tipos, NTC (Negative Temperature
Coefficient) e PTC (Positive Temperature Coefficient). Este tópico irá tratar do termistor
NTC, por ser o mais empregado na área automobilística, e recebe este termo por sua
resistência diminuir com o aumento da temperatura, conforme a equação apresentada por
Denton (2004, p. 37).
= 5. 6, 7∆9/ (7)
Onde:
R = Resistência do termistor na temperatura T (K).
A = Resistência medida na temperatura T0 (K).
∆T = Variação de temperatura (T-T0).
B = Constante do material, válida para uma determinada faixa de temperatura.
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A Figura 9 demonstra um sensor usado em injeção eletrônica para medição da
temperatura de água.
Figura 9: Termistor NTC. Fonte: (AIRD, 2001, p. 43)
2.5.1.1.3 Sensor de massa de ar
Este dispositivo tem a função de medir a pressão interna do coletor de admissão,
denominado de MAP (Manifold Absolut Pressure), é o sensor mais importante do sistema de
injeção eletrônica, pois informa a ECU com qual carga o motor esta trabalhando e calcula a
melhor quantidade de combustível para a determinada massa de ar. A outro sensor que pode
ser empregado em sistemas de injeção eletrônica, o MAF (Mass Air Flow), mas pela maioria
dos veículos não o utilizarem será abordado o sensor MAP.
Por ser um sensor de pressão absoluta, seu trabalho é baseado na diferença de pressão
atmosférica e o vácuo gerado pelo motor. Como é necessário ter valor da temperatura do ar
para que seja calculada a vazão mássica, esse componente acaba vindo com termistor (NTC)
embutido.
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2.5.1.1.4 Sensor de oxigênio
No capitulo 3 foi apresentado a mistura ar/combustível, a relação entre (A/F)real e
(A/F)ideal denominada lambda (λ), demonstrando em que estado está a mistura, ideal (λ = 1),
rica (λ < 1) ou pobre (λ > 1). Para que a ECU possa fazer correções no tempo de injeção ela
vai precisar saber em qual estado encontra-se esta mistura, para isto é utilizado o sensor de
oxigênio, que também recebe o nome de sonda lambda (λ). Sua montagem é feita no tubo de
escape dos gases, logo após o cabeçote como mostrado na Figura 10.
Figura 10: Localização da Sonda Lambda. Fonte: (DENTON, 2004, p. 247)
Conforme Denton (2004, p. 44), a maioria dos sensores de oxigênio tem em sua
constituição o dióxido de zircônio (ZrO2). Quando ele é aquecido acima de 300 ºC o dióxido
de zircônio presente na cerâmica começa a conduzir íons de oxigênio, de onde o sensor
estiver presente. Dependendo da diferença de concentração de oxigênio presente na cerâmica
e a quantia de oxigênio presente do lado externo (usado como referencia), será gerada uma
diferença de potencial elétrico entre os terminais, que para λ = 1 será de aproximadamente
400 mv. A Figura 11 ilustra a construção de uma sonda, e a Figura 12 representa tensão
gerada pelo sensor lambda em função do fator λ.
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Figura 11: Sonda Lambda. Fonte: (DENTON, 2004, p. 44)
Figura 12: Curva de resposta de uma Sonda Lambda de banda estreita (Narrow Band). Fonte: (AIRD, 2001, p. 82)
2.5.1.2 Atuadores
Os atuadores são dispositivos que funcionam a partir de um sinal elétrico para que se
possa produzir um determinado trabalho. Ele é responsável pelo controle do motor, recebendo
os sinais elétricos da ECU eles iram atuar nas reações do motor.
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2.5.1.2.1 Injetor de combustível
O injetor de combustível é utilizado pela ECU para o controle de combustível injetado
no motor. Ele é uma válvula solenóide, que abre através de um sinal elétrico em um
determinado tempo (tempo de injeção) calculado pela ECU. Quando este solenóide for
energizado, será criado um campo magnético que puxa um pistão de ferro, liberando a
passagem de combustível por um orifício com medida calibrada. Após o termino do tempo de
injeção, o solenóide será desenergizado, e uma mola interna irá empurrar o pistão fechando o
orifício de vazão. A Figura 13 mostra a construção interna de um injetor.
Figura 13: Injetor de combustível. Fonte: (DENTON, 2004, p. 47)
Denton (2004, p. 47) apresenta uma à relação entre algumas variáveis através da
equação 8.
< = = >1 @ 6,AB.C
D /E (8)
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Onde:
i = Corrente instantânea na bobina (A).
V = Tensão de alimentação do injetor (V).
R = Resistência total da bobina (Ω).
L = Indutância da bobina (H).
t = Tempo de injeção (s).
A equação 9 é utilizada para relacionar a quantidade mássica de combustível injetado
em função de um determinado tempo de injeção.
F< = G<. $. #<"H (9)
Onde:
mi = Massa de combustível injetado (kg).
vi = Vazão do bico injetor (l/s).
ρc = Densidade do combustível utilizado (kg/l).
Tinj = Tempo em que o injetor permanece aberto (s).
2.6 Microcontroladores
Microcontroladores são dispositivos eletrônicos, que possuem em seu interior um
processador e periféricos essenciais para seu funcionamento, a Figura 14 apresenta a arquitetura
de um microcontrolador da fabricante MICROCHIP.
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Figura 14: Diagrama de blocos de um microcontrolador PIC12F675. Fonte: www.microchip.com
Os componentes mais simples utilizados em um microcontrolador são listados como:
• Memória de programa – é uma memória de leitura, com a capacidade de armazenar as
informações de programa, ou seja, o que o processador deve executar.
• Memória de dados – geralmente uma memória RAM, ela é utilizada pelo processador
para guardar e ler dados utilizados no processamento, quando o dispositivo é
desligado esses valores se perdem, pelo fato da memória não ser retentiva.
• Memória EEPROM – também conhecida como memoria retentiva, ela é usada quando
se deseja manter dados gravados pelo processador para uma futura leitura, sem o risco
de as perderem por uma falta de energia ou por desligar o dispositivo.
• Interface de entrada e saída – é utilizado para trocas dados a outros periféricos, quanto
apenas receber ou enviar bit.
• Conversor A/D – tem a finalidade de converter sinais elétricos analógicos em sinais
digitais.
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Os microprocessadores são diferentes por trabalhar com alta frequência de clock, que
atualmente fica acima de 1GHz enquanto os microcontroladores ainda trabalham na casa dos
MHz. Eles também não possuem dentro de seu invólucro todos esses periféricos citados, com
isso é mais empregado em periféricos com construção complexa e com uso extremo do
processador, grande exemplo dessa aplicação é o computador, no qual aceita variações de
periféricos para o uso em diversas áreas. Assim os microcontroladores são mais empregados
em pequenos circuitos eletrônicos e que não necessita de grande capacidade de processamento
de dados, como celulares, fornos de micro-ondas, TVs e diversos.
Para utilizar os periféricos que o microcontrolador dispõe, é necessário o
conhecimento de sua plataforma de programação, sendo as mais usuais o ASSEMBLER ou
C++. A diferença entre as duas é a forma de interação, onde o assembler tem um nível mais
baixo (nível de máquina), proporcionando códigos precisos e estabilidade ao componente,
mas também certa complexidade a sua escrita. Já a outra plataforma proporciona mais
agilidade na programação, mas contrario ao anterior proporciona códigos mais pesados e
algumas vezes instáveis por ter aumentando a facilidade de se programar. Depois de
concluída a programação, tudo o que foi escrito será compilado e gerado um arquivo para
posteriormente ser gravado no microcontrolador.
2.7 Eletrônica De Potência
Eletrônica de potencia é a área da eletrônica no qual visa o controle de grandes cargas
através de sinais com baixa amplitude e corrente. Este controle é baseado no chaveamento de
semicondutores para obter o controle do fluxo de energia e a conversão de formas de onda da
tensão e corrente entre fonte e carga, através de tiristores e transistores de alta capacidade.
Esse processo é muito empregado para controle de motores, variando velocidade ou fazendo
partidas suaves (soft-starter), e fontes chaveadas, que atualmente abrange quase todos os
equipamentos eletrônicos.
23
2.7.1 Chaveamento de Transistores
Esta técnica é empregada em transistores de potencia que podem ser divididos em:
a) Transistor de junção bipolar – BJT
b) Transistor de efeito de campo – MOSFET
c) Transistor de indução estática – SIT
d) Transistor bipolar de porta isolada – IGBT
Ela consiste em utilizar estes transistores em sua região de corte ou saturação,
funcionando como uma chave ligada ou desligada. A região de corte é definida por não ter
corrente de excitação, assim não á circulação de corrente na carga, tendo assim a tensão da
fonte em cima do transistor como mostrado na Figura 15, na região de saturação a corrente de
excitação é suficientemente alta, assim a tensão em cima do transistor diminui próximo à
zero, fazendo com que a corrente de carga seja a máxima, ou seja, é um ponto que mesmo
aumentando a corrente de base não provoca um aumento significativo de corrente de coletor,
neste momento o transistor se comporta como uma chave fechada. A Figura 16 mostra um
transistor bipolar nesta característica, mas esta técnica é aplicada da mesma forma nos outros
tipos de transistores.
Figura 15: Transistor bipolar na configuração de emissor comum em estado de corte. Fonte: Autor.
24
Figura 16: Transistor bipolar na configuração de emissor comum em estado de saturação. Fonte: Autor.
2.7.2 Transistor MOSFET
O transistor MOSFET (acrônimo de Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor), é um transistor de efeito de campo, de grande utilidade na eletrônica de potência.
Seu funcionamento baseia-se no controle do canal PN, dreno (drain) e fonte (source) do
MOSFET, tal controle é obtido aplicando-se uma tensão entre os terminais porta (gate) e
fonte (source), assim elétrons livres (gerados por efeito térmico) presentes na região P, é
atraído e forma-se um canal N dentro da região P, tornando-se possível a passagem da
corrente elétrica (Id), entre dreno e fonte. Elevando se a tensão na porta, mais portadores são
atraídos, ampliando o canal e assim diminuindo sua resistência, possibilitando o aumento de
Id.
2.7.2.1 Chaveamento de cargas indutivas
Entrada em condução – Ao ser aplicada uma tensão no gate do transistor, a
capacitância de entrada (Cgs) começa a se carregar. Quando a tensão (Vds) diminuir,
as capacitâncias Cds e Cgd começara a descarregar. A descarga desta última
capacitância se dá desviando a corrente do circuito de acionamento, reduzindo a
velocidade do processo de carga de Cgs, o que ocorre até que Cgd esteja descarregado.
A Figura 17 mostra a entrada em condução de um MOSFET.
25
Figura 17: Formas de onda na entrada em condução de MOSFET com carga indutiva. Fonte: (POMILIO, 1998, p.40)
3.0 METODOLOGIA
Este capítulo irá apresentar a metodologia empregada para o desenvolvimento do
sistema, bem como possíveis soluções, materiais e implementação.
3.1 Visão Geral do Sistema
A intenção é que a instalação seja mais simples e barato possível, sem deixar de
atender as características principais de um sistema de injeção eletrônica. Os sensores de
temperatura, TPS e de massa de ar será o da linha da montadora Volkswagen, por ser de
simples adaptação e por ser facilmente encontrado em lojas.
Para este sistema, será implementado a técnica de se pulsar todos os bicos ao mesmo
tempo, por tratar de uma injeção eletrônica com poucos recursos de sensores. O tempo de
injeção será calculado através de variáveis adicionadas manualmente, por meio dos botões e
uma tela de LCD para navegação. Estas variáveis serão utilizadas juntamente com
informações obtidas a partir dos sensores de massa de ar, temperatura e posição de borboleta
do acelerador, e assim será traçado uma curva de injeção de combustível. Com tudo isso já é
26
possível o controle deste sistema em malha aberta. O problema de se utilizar em malha aberta
é de não poder ser corrigido dinamicamente.
3.2 Definições do Microcontrolador
Será definido o microcontrolador pela quantia de entradas e saídas digitais, e por
número de sensores analógicos utilizados no projeto, posteriormente levará em consideração a
quantidade de memória de programa e frequência de trabalho.
A princípio espera-se que o projeto utilize de doze portas digitais, sendo quatro para
botões de navegação, seis para comunicação do display de LCD, uma entrada para o sinal de
rotação e uma saída para controle do bico injetor. Também será necessário a utilização de
quatro entradas para conversor analógico-digital.
Para a velocidade do microcontrolado será levado em consideração o tempo mínimo
de injeção, no qual será definido em 50µs. Para uma boa precisão será adotado uma
frequência de trabalho de no mínimo 20MHz, que seria algo em torno de 50ns. O tamanho da
memoria de programa seria algo difícil de definir no momento, outro ponto importante na
escolha do microcontrolador é a plataforma de programação.
Por esses motivos, foi optado por se utilizar um microcontrolador PIC18F4550, da
fabricante MICROCHIP. Este modelo atende bem as funções necessitadas e contém
periféricos que poderá ser útil para uma possível atualização funcional do projeto, e pelo
fabricante proporcionar gratuitamente a plataforma de programação, o MPLAB.
O PIC18F4550 é um dispositivo de 8bits que possui 32Kbytes de memória de
programa e 2048bytes de memória RAM. Ele pode operar com tensões entre 4V e 5,5V, além
de operar com frequência de até 48MHz (12MIPS).
Esse modelo possui 40 pinos, dos quais 35 podem ser programados como I/O, e
periféricos como, memória EEPROM de 256 bytes, treze conversores A/D de 10bits, quatro
TIMERS sendo um de 8bits e três de 16 bits. Ele possui também módulos SPI, I²C,
comunicação EUSART e módulo USB 2.0 podendo operar no modo low-speed (1,5Mbps) ou
full-speed (12Mbps).
27
3.3 Definições Circuito Eletrônico
Após pesquisas anteriores definição dos componentes utilizados e também o modo de
funcionamento do projeto foi possível chegar ao primeiro esquema eletrônico do modulo.
Na Figura 18 é mostrado o circuito que foi criado com o auxilio do ISIS, um software
de criação e testes de circuitos eletrônicos de poder da ©LABCENTER ELETRONICS.
Figura 18: Circuito eletrônico do módulo de injeção universal. Fonte: Autor.
3.3.1 Circuito de entrada
Esta é uma etapa de grande importância para o projeto, onde é feito toda a aquisição
de dados do motor para ser utilizado nos cálculos do tempo de injeção. Esta etapa também
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-/CVREF4
RA3/AN3/VREF+5
RA4/T0CKI/C1OUT/RCV6
RA5/AN4/SS/LVDIN/C2OUT7
RA6/OSC2/CLKO14
OSC1/CLKI13
RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA33
RB1/AN10/INT1/SCK/SCL34
RB2/AN8/INT2/VMO35
RB3/AN9/CCP2/VPO36
RB4/AN11/KBI0/CSSPP37
RB5/KBI1/PGM38
RB6/KBI2/PGC39
RB7/KBI3/PGD40
RC0/T1OSO/T1CKI15
RC1/T1OSI/CCP2/UOE16
RC2/CCP1/P1A17
VUSB18
RC4/D-/VM23
RC5/D+/VP24
RC6/TX/CK25
RC7/RX/DT/SDO26
RD0/SPP019
RD1/SPP120
RD2/SPP221
RD3/SPP322
RD4/SPP427
RD5/SPP5/P1B28
RD6/SPP6/P1C29
RD7/SPP7/P1D30
RE0/AN5/CK1SPP8
RE1/AN6/CK2SPP9
RE2/AN7/OESPP10
RE3/MCLR/VPP1
U1
PIC18F4550
R2010k
X1
20MHzC11
33pF
C10
33pF
D7
14
D6
13
D5
12
D4
11
D3
10
D2
9D
18
D0
7
E6
RW
5R
S4
VS
S1
VD
D2
VE
E3
LCD1LM016L
R11.5k
Temp. Agua
TPS
Temp. Ar
R61.5k
R7
10k
R8
10k
R9
10k
R10
10k
C5
10uF
R19
1k
RS
RS
E
E
D4D5
D6
D4
D5
D6
D7
D7
CIMA
BAIXO
ENTER
ESC
cima
escbaixo
enter
esccima
baixoenter
C9100nF
C8100nF
C6100nF
C7100nF
D31N4148
47%RV5
10kC16
100nF
C12100nF
C14100nF
C15
100nF
D1
1N4007
C1470uF
C2100uF
C3100nF
Bico Injetor
VI1
VO3
GN
D2
U27812
VI1
VO3
GN
D2
U37805D2
1N4007
C4100uF
+5V+12V
12
J1
1
2
J2
1
2
J4
R22.2k
R32.2k
R52.2k
Q1BC558
Q2BC548
R410k
12
J5
RPM IN
1
2
J6
+14V
Q3BC548
R11
2.2k
R13
2.2k
R14
2.2k
Q4BC558
R152.2k
R16
470R17
2.2k
D4
1N4148
Q5BC558
Q6IRFZ46N
R182.2kD5
1N5237B
+12V
Bico Injetor
Sinal
Sinal
TPS
ARAGUA
AR
TPS
MAP
AGUA
R122.2k
Negativo do Bico Injetor
C17100nF
C18
100nF
Pino11_U1
Pino12_U1
Pino32_U1
Pino31_U1
R212.2k
MAP C13100nF
1
2
J3
MAP
C191nF
28
conta com a entrada do sinal de rotação do motor, para assim ser efetuado o disparo do bico
injetor. Na Figura 19 é mostrada essa etapa do circuito.
Figura 19: Circuito de entrada analógica e digital. Fonte: Autor.
Para entrada do sinal foi utilizado transistores para chavear a entrada do
microcontrolador com 5 Volts, pois os sensores ali conectados emitem sinais com 12 Volts e
poderia danifica-lo.
Para as entradas analógicas foram utilizados capacitores para estabilizar as oscilações,
e assim ter uma melhor precisão na conversão deste sinal. O restante será otimizado pelo
software através de médias e intervalos de medição.
R11.5k
Temp. Agua
TPSTemp. Ar
R61.5k
C12100nF
C14100nF
C15
100nF
12
J1
1
2
J21
2
J4
R22.2k
R32.2k
R52.2k
Q1BC558
Q2BC548
R410k
12
J5
RPM IN
Sinal
TPSAR
AGUA
R212.2k
MAP C13100nF
12
J3
MAP
29
3.3.2 Circuito de potência
O acionamento do bico injetor deve ser preciso, com velocidade suficiente para ligar e
desligar, independentemente de qual seja a situação de trabalho do motor. Tal circuito é
mostrado na Figura 20.
Figura 20: Etapa para acionamento do injetor. Fonte: Autor.
Como é possível observar, o circuito consiste em um transistor mosfet de potência
(Q6) que irá chavear o bico injetor. Para que o mosfet entre em saturação rapidamente foi
utilizado um transistor (Q4) para chavear uma tensão mais alta no Gate do transistor de
potência, pois o microcontrolador não pode oferecer tal nível de tensão oque poderia causar
um atraso na abertura do injetor de combustível, para que o mosfet entre em estado de corte
foi implementado um transistor (Q5) que irá aterrar o Gate do mesmo, garantindo a
velocidade de fechamento do injetor.
Q3BC548
R11
2.2k
R13
2.2k
R14
2.2k
Q4BC558
R152.2k
R16
470R17
2.2k
D4
1N4148
Q5BC558
Q6IRFZ46N
R182.2kD5
1N5237B
+12V
Bico Injetor
R122.2k
Negativo do Bico Injetor
C191nF
30
3.3.3 Controle e navegação
Para se efetuar o controle do modulo de injeção eletrônica foi implementado uma
etapa que consiste em quatro botões e uma tela de LCD contendo duas linhas e dezesseis
colunas para se navegar entre menus e facilitar a inserção das características do motor
utilizado e também da modificação das variáveis de base, que é utilizado no cálculo do tempo
de injeção. Tal etapa pode ser visualizada na Figura 21.
Figura 21: Circuito de navegação e controle do módulo. Fonte: Autor.
3.3.4 Fonte de alimentação
A principal fonte de alimentação do módulo é feita pela bateria do veículo, que em
geral tem uma tensão que varia entre 12V quando o motor está parado e no máximo 14V após
o funcionamento. Esta tensão é elevada para o funcionamento do microcontrolador e para o
controle do circuito de potência do módulo. Pensando neste fato foi associado dois
D7
14
D6
13
D5
12
D4
11
D3
10
D2
9D
18
D0
7
E6
RW
5R
S4
VS
S1
VD
D2
VE
E3
LCD1LM016L
R7
10k
R8
10k
R9
10k
R10
10k
RS E
D4
D5
D6
D7
CIMA
BAIXO
ENTER
ESC
esc
cima
baixo
enter
C9100nF
C8100nF
C6100nF
C7100nF
47%RV5
10kC16
100nF
31
reguladores de tensão para o circuito da fonte do projeto, onde U2 irá garantir uma tensão
constante de 12V para a parte de potência enquanto U3 garante 5V constante para todo
restante do circuito do projeto, garantindo a eficiência do todo. A Figura 22 apresenta esta
etapa do projeto.
Figura 22: Etapa de regulagem e estabilização da alimentação. Fonte: Autor.
3.4 Requisitos Do Software
O software do microcontrolador será desenvolvido com o compilador CCS C
COMPILER, e para não ter problemas no funcionamento foi elaborado um fluxograma básico
do programa, não entrando com detalhes muito específicos de funcionamento.
Quando o circuito for alimentado, o microcontrolador entrará em uma rotina que irá
buscar todas variáveis de funcionamento na memória EEPROM. Após esta etapa o programa
entrará uma rotina de leitura de sensores, verificação de teclas e atualização do display,
quando o motor entrar em modo de partida, onde a rotação ainda permanece baixa, será
utilizada a rotina de marcha lenta e após entrar em funcionamento a rotina será a de
funcionamento normal, onde o tempo de injeção final será a somatória do tempo de marcha
lenta e do tempo de injeção por variação da pressão do coletor de admissão. Em todos os
pontos do programa os botões e o display serão atualizados.
D1
1N4007
C1470uF
C2100uF
C3100nF
VI1
VO3
GN
D2
U27812
VI1
VO3
GN
D2
U37805D2
1N4007
C4100uF
+5V+12V
1
2
J6
+14V
32
Na Figura 23 é mostrado o fluxograma do programa básico para o funcionamento
deste protótipo.
Figura 23: Fluxograma básico do programa. Fonte: Autor.
33
4.0 RESULTADOS
O projeto foi desenvolvido em etapas individuais, onde cada uma delas exerce uma
funcionalidade específica ao sistema. A partir do circuito eletrônico finalizado, figura 24,
pode-se criar o layout da placa e assim confeccioná-la através de um processo manual de
transferência térmica. A figura 25 mostra o layout da placa enquanto a figura 26 mostra o
protótipo finalizado, pronto para iniciar os testes.
Figura 24: Circuito completo do Módulo de Injeção Universal. Fonte: Autor.
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-/CVREF4
RA3/AN3/VREF+5
RA4/T0CKI/C1OUT/RCV6
RA5/AN4/SS/LVDIN/C2OUT7
RA6/OSC2/CLKO14
OSC1/CLKI13
RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA33
RB1/AN10/INT1/SCK/SCL34
RB2/AN8/INT2/VMO35
RB3/AN9/CCP2/VPO36
RB4/AN11/KBI0/CSSPP37
RB5/KBI1/PGM38
RB6/KBI2/PGC39
RB7/KBI3/PGD40
RC0/T1OSO/T1CKI15
RC1/T1OSI/CCP2/UOE16
RC2/CCP1/P1A17
VUSB18
RC4/D-/VM23
RC5/D+/VP24
RC6/TX/CK25
RC7/RX/DT/SDO26
RD0/SPP019
RD1/SPP120
RD2/SPP221
RD3/SPP322
RD4/SPP427
RD5/SPP5/P1B28
RD6/SPP6/P1C29
RD7/SPP7/P1D30
RE0/AN5/CK1SPP8
RE1/AN6/CK2SPP9
RE2/AN7/OESPP10
RE3/MCLR/VPP1
U1
PIC18F4550
R2010k
X1
20MHzC11
33pF
C10
33pF
D7
14
D6
13
D5
12
D4
11
D3
10
D2
9D
18
D0
7
E6
RW
5R
S4
VS
S1
VD
D2
VE
E3
LCD1LM016L
R11.5k
Temp. Agua
TPS
Temp. Ar
R61.5k
R7
10k
R8
10k
R9
10k
R10
10k
C5
10uF
R19
1k
RS
RS
E
E
D4D5
D6
D4
D5
D6
D7
D7
CIMA
BAIXO
ENTER
ESC
cima
escbaixo
enter
esccima
baixoenter
C9100nF
C8100nF
C6100nF
C7100nF
D31N4148
47%RV5
10kC16
100nF
C12100nF
C14100nF
C15
100nF
D1
1N4007
C1470uF
C2100uF
C3100nF
Bico Injetor
VI1
VO3
GN
D2
U27812
VI1
VO3
GN
D2
U37805D2
1N4007
C4100uF
+5V+12V
12
J1
1
2
J2
1
2
J4
R22.2k
R32.2k
R52.2k
Q1BC558
Q2BC548
R410k
12
J5
RPM IN
1
2
J6
+14V
Q3BC548
R11
2.2k
R13
2.2k
R14
2.2k
Q4BC558
R152.2k
R16
470R17
2.2k
D4
1N4148
Q5BC558
Q6IRFZ46N
R182.2kD5
1N5237B
+12V
Bico Injetor
Sinal
Sinal
TPS
ARAGUA
AR
TPS
MAP
AGUA
R122.2k
Negativo do Bico Injetor
C17100nF
C18
100nF
Pino11_U1
Pino12_U1
Pino32_U1
Pino31_U1
R212.2k
MAP C13100nF
1
2
J3
MAP
C191nF
34
Figura 25: Layout da placa de circuito eletrônico. Fonte: Autor.
Figura 26: Protótipo finalizado. Fonte: Autor.
35
4.1 Testes em Laboratório
Os testes em laboratório se fez necessário para identificar possíveis falhas ou
instabilidades do sistema como também a precisão no tempo de injeção. Para efetuar tais
testes foi utilizado uma fonte de tensão variável, um gerador de sinais e um osciloscópio
digital com possibilidade de gravação da imagem contida na tela, no lugar dos sensores foram
utilizados resistores variáveis e um bico injetor na saída.
O circuito do projeto foi alimentado com 14 Volts ajustados na fonte, essa tensão é a
mesma que se tem presente no veículo quando está em funcionamento, o gerador de sinais foi
ajustado para uma saída de 37Hz, o que seria em torno de 1100 rotações por minuto em um
motor com quatro cilindros, calculado através da equação 10.
LM = N.OPQR (10)
Onde:
RPM = Número de voltas do eixo do motor (rpm).
Fin = Frequência de entrada (Hz).
N = Número de cilindros do motor.
Foram utilizados dois canais do osciloscópio para medir o momento do acionamento
do bico injetor em comparação a entrada. A figura 27 mostra o sinal de entrada de cor azul e o
tempo de injeção que é o sinal amarelo, neste momento o protótipo estava em marcha lenta e
configurado para pulsar o bico a cada dois pulsos de saída.
A figura 28 mostra o sinal com a escala de tempo/divisão menor facilitando as
medições, com a função cursor foi possível medir a largura do pulso de injeção no bico
injetor, esta medição é mostrada na figura 29.
36
Figura 27: Sinal de entrada (azul) e sinal de saida (amarelo). Fonte: Autor.
Figura 28: Tempo de injeção requisitado pelo módulo. Fonte: Autor.
37
Figura 29: (A) Sinal alongado, (B) Cursor medindo o tempo de injeção. Fonte: Autor.
4.2 Teste Final
Para a conclusão do projeto foram efetuados testes em um carro. Este já possuía
injeção eletrônica, no qual teve a parte de controle dos injetores inutilizado e substituído pelo
módulo projetado, restando apenas o controle de ignição. Junto a ele foi instalado um medidor
de gases para monitorar a mistura ar combustível como mostrado na figura 30 e figura 31.
Após o termino da instalação foi programado alguns valores e então se iniciou a
partida, o motor entrou em funcionamento com rapidez, mas apresentou uma marcha lenta
ruim. Foi conferido e corrigido, após isso o motor entrou em funcionamento demonstrando
estabilidade em funcionamento. Com a ajuda de um medidor de gases foi possível chegar a
um bom nível de mistura ar/combustível para a combustão levando em consideração valores
cedidos junto ao aparelho, estes valores estão presentes na tabela 2 comparando com valores
de mistura WB visível na figura 32.
Tabela 2: Valores de referência para mistura Ar/Combustível.
Valores de REFERÊNCIA para acerto inicial de motores
Tipo de Motor Gasolina Etanol Hidratado Aspirado/Original 0,86 – 0,90 0,82 – 0,86
Turbo Baixa Pressão 0,82 – 0,88 0,78 – 0,84 Turbo Alta Pressão 0,78 – 0,82 0,72 – 0,78
38
Figura 30: Analisador de Gases. Fonte: Autor.
Figura 31: Módulo de Injeção Universal e Analisador de Gases. Fonte: Autor.
39
Figura 32: Medidor com valor de lambda WB (Wide Band) aproximado de 0,84. Fonte: Autor.
40
5.0 CONCLUSÃO
Foi projetado, construído e implementado um módulo de injeção eletrônica universal.
Antes de se fazer a aplicação prática do projeto, foi necessária aplicação de testes em
laboratório, estes incluíram o uso de gerador de sinais, o qual simula o sensor de rotações em
um veículo e a saída pode ser observada com auxílio de um osciloscópio, para os sensores
foram utilizados resistores variáveis, verificando assim as alterações no tempo de injeção pela
variação destes sensores. Com isso foi possível observar a estabilidade e a precisão do circuito
o que proporcionou partir para a instalação em um veículo.
Os resultados obtidos permitem concluir que o sistema construído é capaz de controlar
o funcionamento de um motor a combustão, com um melhor aproveitamento do combustível.
Também teve um bom resultado nas primeiras partidas do veiculo, deixando mais fácil de
iniciar o funcionamento na primeira partida do dia.
A verificação de potência no veiculo e adição de novos recursos ao módulo, como
controle de ignição e controle por malha fechada, seria uma proposta de continuidade ao
trabalho proporcionando um aparelho completo.
41
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] DENTON, T. Automobile electrical and electronic systems. 3rd. ed. Londres: Elsevier, 2004.
[2] MEGASQUIRT. Disponível em: <http://www.msefi.com/index.php>. Acesso em: 17 mar. 2012
[3] LOBÃO, Rafael Fassi. Controlador para Adaptação de Injeção Eletrônica em Motores Ciclo Otto Originalmente Carburados. 2011, 51 f. Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia Mecatrônica, Faculdade de Tecnologia e Ciências, Salvador, 2011.
[4] AIRD, Forbes. Bosch Fuel Injection Systems. HP Books, 2001.
[5] SANTOS, A. M. dos. Introdução aos motores de combustão interna. São Paulo, 2004. Disponível em: <http://www.scribd.com/doc/13183029/Introducao-Ao-Motores-de-Combustao-Interna>. Acesso em: 04 abr. 2012.
[6] BRAGA, G. T. Uma Contribuição ao Controle de Motores de Combustão Interna de Ignição por Centelha na Condição de Marcha Lenta. 2007, 72 f. Dissertação (Mestrado) — UFMG, Belo Horizonte, MG, 2007.
[7] POMILIO, José Antenor. Eletrônica de Potência. Campinas-SP: UNICAMP-Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, 2009, 125f.
[8] MIYADAIRA, Alberto Noboru. Microcontroladores PIC18: Aprenda e Programe em Linguagem C. São Paulo-SP: Editora Érica, 2009, 200f.
[9] MICROCHIP. Disponível em: <http://www.microchip.com>. Acesso em: 10 jul. 2012.
[10] PASSARINI, L.C. Projeto e análise de válvulas eletromagnéticas injetoras de combustível: Uma nova proposta. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 1993.
[11] KOSIK, Richard Bohuslav. Digital Ignition & Electronic Fuel Injection. Trabalho (Bacharelado) – Divisão de Engenharia Elétrica e Eletrônica, Universidade de Queensland, 2000.
[12] HEYWOOD, John B. Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill, 1988.
