Validação do controle do avanço de ignição em malha fechada com composição de 91% de etanol

Este teste foi realizado com as seguintes configurações: duração de 60 segundos, composição de 91% de etanol, motor com carga total e com rotações de 2000 RPM, 3000 RPM e 4000 RPM. O teste com composição de 91% foi realizado para estudar o comportamento do motor em relação à ocorrência de detonação e torque do motor e se existe algum ganho de torque em se trabalhar com o avanço de ignição na liminar de detonação. Para isso, o teste é realizado com o controle ativo e desabilitado, a fim de se comparar o torque de saída do motor com um ângulo de ignição próximo da liminar e um ângulo mais atrasado.

 

 

Validação com 2000 RPM com composição de 91% de etanol

 

A figura 1 ilustra o resultado do teste com o controle desabilitado e a figura 2 com o controle ativo para o teste a 2000 RPM e composição do combustível de 91% de etanol.

 

Figura 1 - Curvas de Indicador de detonação (a), Avanço final de ignição (b) e torque de saída do motor (c), para o teste de 2000 rpm com controle desabilitado e composição de 91% de etanol.
Figura 2 - Curvas de Indicador de detonação (a), Avanço final de ignição (b) e torque de saída do motor (c), para o teste de 2000 RPM com controle ativo e composição de 91% de etanol.

 

Analisando os resultados, é evidente que não houve ganho de torque através do controle em malha fechada, ao invés disso houve um menor torque de saída produzido em relação ao teste com controle desabilitado. Tal resultado fica evidente através da média de torque dos dois ensaios, para o controle ativado a média é 124,5 Nm enquanto que com o controle desabilitado a média de torque é 127 Nm.

 

A figura 3 ilustra a comparação do torque de saída para o controle ativado e desativado.

 

Figura 3 - Torque de saída do motor a 2000 RPM, composição de 91% de etanol, curva vermelha controle desativado, curva azul controle ativado.

 

A média do indicador de detonação para o teste com controle ativo foi de 8885, enquanto que para o teste com controle desabilitado a média foi de 7254, assim a função executa seu objetivo de aproximar o avanço de ignição para liminar de detonação sem que ocorram detonações subsequentes.

 

O resultado indica que o controle não traz benefícios para o torque de saída, porém os testes subsequentes com 3000 e 4000 RPM irão indicar se este comportamento é devido à faixa de rotação, como observado com a composição de 35% de etanol ou se é devido à composição do combustível utilizado.

 

 

Validação com 3000 RPM com composição de 91% de etanol

 

A figura 4 ilustra o resultado do teste com o controle desabilitado e a figura 5 com o controle ativo para o teste a 3000 RPM e composição do combustível de 91% de etanol.

 

Figura 4 - Curvas de Indicador de detonação (a), Avanço final de ignição (b) e torque de saída do motor (c), para o teste de 3000 RPM com controle desabilitado e composição de 91% de etanol.
Figura 5 - Curvas de Indicador de detonação (a), Avanço final de ignição (b) e torque de saída do motor (c), para o teste de 3000 RPM com controle ativo e composição de 91% de etanol.

 

A análise dos resultados reforça as conclusões obtidas com o teste a 2000 RPM, novamente o torque de saída do motor foi menor quando o controle do avanço estava ativo do que quando o controle estava desabilitado. Sendo o torque médio para quando o controle está desabilitado de 131,1 Nm, enquanto com o controle ativo o torque médio é 128,8 Nm. A figura 6 ilustra a comparação do torque de saída para o controle ativado e desativado.

 

Figura 6 - Torque de saída do motor a 3000 RPM, composição de 91% de etanol, curva vermelha controle desativado, curva azul controle ativado.

 

Em relação à média do indicador de detonação, para o teste com controle desabilitado, a média é 8903 e para o teste com controle ativado a média é 11404.

 

Apesar da média com controle ativado ser maior do que com controle desabilitado, o controle consegue manter a média abaixo de 15000 que é o liminar para recuo do avanço.

 

Novamente os resultados indicam que não há ganho com o controle em malha fechada, indicando que este comportamento é devido à composição do combustível e não à faixa de operação do motor.

 

 

Validação com 4000 RPM com composição de 91% de etanol

 

As figuras 7 e 8 ilustram os resultados dos testes respectivamente com o controle desabilitado e ativo a 3000 RPM e composição do combustível de 91% de etanol.

 

Figura 7 - Curvas de Indicador de detonação (a), Avanço final de ignição (b) e torque de saída do motor (c), para o teste de 4000 RPM com controle desabilitado e composição de 91% de etanol.
Figura 8 - Curvas de Indicador de detonação (a), Avanço final de ignição (b) e torque de saída do motor (c), para o teste de 4000 RPM com controle ativo e composição de 91% de etanol.

 

Finalmente, o teste com 4000 RPM reforça os resultados anteriores, apesar de a diferença entre o torque com controle ativo e desabilitado ser a menor dos três ensaios tal diferença indica novamente que trabalhar com o avanço de ignição próximo ao liminar de detonação não traz benefícios em relação ao torque de saída com composição de combustível de 91% de etanol. O torque médio do ensaio foi de 129,78 Nm para o controle ativado e de 130,5 Nm com o mesmo desativado. A figura 9 ilustra a comparação do torque de saída para o controle ativado e desativado.

 

Figura 9 - Torque de saída do motor a 4000 RPM, composição de 91% de etanol, curva vermelha controle desativado, curva azul controle ativado.

 

Em relação ao indicador de detonação ambos os resultados apresentaram média acima do valor do primeiro liminar, sendo 15957 com controle ativo e de 16572 com controle desabilitado, resultados divergentes de todos os outros testes por apresentar valor maior quando o controle estava desabilitado.

 

Agora os resultados dos testes são comparados em relação ao torque de saída. A figura 10 ilustra a comparação do torque de saída para as rotações de 2000, 3000 e 4000 RPM com composição de 91% de etanol e controle desabilitado.

 

Figura 10 - Torque de saída do motor para as rotações de 2000,3000 e 4000 RPM, composição de combustível de 35% de etanol e controle desabilitado.

 

A figura 11 ilustra a comparação do torque de saída para as rotações de 2000, 3000 e 4000 RPM com composição de 91% de etanol e controle ativo.

 

Figura 11 - Torque de saída do motor para as rotações de 2000,3000 e 4000 RPM, composição de combustível de 35% de etanol e controle ativo.

 

No último artigo dessa série o torque de saída do motor e a ocorrência de detonação são estudados em função da rotação do motor e composição da mistura utilizada. Estes testes são realizados a 1500 RPM, 2000 RPM, 2500 RPM, 3000 RPM e 3500 RPM com misturas de composição E50, E75 e E75.

 

 

Referência

 

HAYASHIDA, P. Desenvolvimento de uma estratégia de controle de detonação para otimização do torque em um motor de combustão interna flex. 2018. 95p. Dissertação (Mestrado em Sistemas Eletrônicos) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018.

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Cynthia Thamires Da Silva
De Minas Gerais para São Paulo. Mineira, moro em São Paulo a 10 anos. Sou pesquisadora da USP e estou cursando Doutorado em Engenharia Elétrica com ênfase em Gerenciamento Eletrônico da Bateria de Veículos Híbridos. Formada em Eletrônica Automotiva pela FATEC Santo André, Mestre em Engenharia Elétrica e apaixonada por tecnologia automotiva. Desenvolvi diversos projetos na área automotiva e trabalhei por 2 anos na Volkswagen no setor de pós vendas, auxiliando os concessionários na solução de diversos problemas na área elétrica e eletrônica veicular.

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