Validação do controle do avanço de ignição em malha fechada com composição de 35% de etanol

combustivel

Os últimos 3 artigos dessa série discutem os resultados obtidos nos testes realizados para levantamento do comportamento da detonação no motor e validação das rotinas desenvolvidas para controle. Os testes foram realizados com os seguintes parâmetros: composição de combustível de 35% e 91% de etanol, carga máxima do motor (90 kPa), rotações de 2000 RPM, 3000 RPM e 4000 RPM, com o controle ativado ou desativado, a fim de comparar os valores de torque de saída do motor, valor do indicador de detonação, média do indicador de detonação e o avanço que é aplicado.

Todos os testes podem ser visualizados no trabalho completo.

O teste apresentado nesse artigo foi realizado com as seguintes configurações: duração de 60 segundos, composição de 35% de etanol, motor com carga total e com as seguintes rotações: 2000 RPM, 3000 RPM e 4000 RPM. O teste com composição de 35% foi realizado principalmente com a intenção de se analisar e comparar o torque de saída, o torque médio, o valor do indicador de detonação e a média do indicador de detonação com o controle ativado e desativado.

Validação a 2000 RPM com composição de 35% 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.

figura 1
Figura 1 – Curvas de Indicador de detonação (a), Avanço final de ignição (b) e torque de saída do motor (c), para o teste de 2 000 rpm com controle desabilitado e composição de 35% de etanol.
figura 2
Figura 2 – Curvas de Indicador de detonação (a), Avanço final de ignição (b) e torque de saída do motor (c), para o teste de 2 000 rpm com controle ativo e composição de 35% de etanol.

Analisando os resultados, inicialmente pode-se notar que o torque de saída do motor permanece mais estável quando o controle está habilitado. Adicionalmente, em ambos os testes há uma perturbação não medida no avanço de ignição. Esta perturbação, que afeta o torque de saída em aproximadamente 45 segundos do primeiro teste e em 35 segundos do segundo teste, é causada pelo avanço em função da temperatura do motor, que para o presente teste não foi medida. O valor médio do torque em ambos os testes foi de 126 Nm, mostrando que o controle não apresenta ganho relativo nesta condição de funcionamento do motor.

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

figura 3
Figura 3 – Torque de saída do motor a 2000 RPM, composição de 35% de etanol, curva vermelha controle desativado, curva azul controle ativado.

Em relação ao indicador de detonação, o teste com controle ativo apresentou mais picos e com maiores valores, o que era esperado, uma vez que o controle tenta fazer o motor operar na liminar de detonação.

A média do indicador com o controle desabilitado foi de 9195 e o valor com controle ativo foi de 18429, um aumento relativo entre os dois resultados, porém o valor médio com controle ativo é menor do que o liminar para redução do avanço de 22000. A partir destes resultados, observa-se que o controle não traz ganho relativo nesta condição de operação do motor, sendo melhor alterar a programação do controle para ele não atuar nesta faixa de operação.

Validação a 3000 RPM com composição de 35% 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.

figura 4
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 35% de etanol.
figura 5
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 35% de etanol.

Primeiramente o principal resultado é que diferentemente do teste realizado a 2000 RPM, o teste a 3000 RPM com controle ativo apresenta ganho de torque em relação ao teste a 3000 RPM com controle desabilitado, sendo que o valor médio com controle ativo é de 129 Nm, enquanto com controle desabilitado o valor é de 127 Nm. Novamente em ambos os testes são observadas perturbações no sinal de saída de origem não medidas duas vezes, com o controle ativo a aproximadamente 12 e 45 segundos.

Com o controle desabilitado, a perturbação tem início há aproximadamente 30 segundos, e continua durante 20 segundos. Porém o torque só é afetado no início da perturbação, se estabilizado após a oscilação inicial. A figura 6 ilustra a comparação do torque de saída para o controle ativado e desativado.

figura 6
Figura 6 – Torque de saída do motor a 3000 RPM, composição de 35% de etanol, curva vermelha controle desativado, curva azul controle ativado.

Em relação ao valor do indicador de detonação, os resultados apresentados a 3000 RPM são muito melhores do que os a 2000 RPM, sendo o valor médio com controle ativo a 3000 RPM de 10926. Com o controle desabilitado, o valor médio é de 9145. Este resultado demonstra que o controle traz benefícios ao torque de saída sem comprometer a ocorrência de detonação para esta condição de operação do motor.

Validação a 4000 RPM com composição de 35% de etanol

A figura 7 ilustra o resultado do teste com o controle desabilitado e a figura 8 com o controle ativo para o teste a 4000 RPM.

figura 7
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 35% de etanol.
figura 8
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 35% de etanol.

Finalizando os testes com composição de 35% de etanol, o teste a 4000 RPM, assim o como o teste a 3000 RPM, apresenta melhora no torque de saída do motor quando o controle está ativo em relação a torque de saída quando o mesmo está desabilitado, sendo que o valor médio com controle ativo é de 123,1 Nm e com controle desabilitado é de 121,7 Nm. Uma particularidade deste teste é que o torque de saída não foi afetado pela perturbação não medida como nos testes anteriores, conforme mostrado no gráfico de avanço na figura 5 (b).

A figura 9 ilustra a comparação do torque de saída para o controle ativado e desativado.

figura 9
Figura 9 – Torque de saída do motor a 4000 RPM, composição de 35% de etanol, curva vermelha controle desativado, curva azul controle ativado.

Em relação ao indicador de detonação, o teste apresentou um resultado divergente aos testes anteriores, o indicador de detonação apresentou média menor com o controle ativo em relação à média com controle desabilitado, sendo de 15233 para o primeiro e de 15558 para o segundo.

Estes resultados reforça a conclusão obtida com o teste a 3000 rpm de que o controle otimiza o torque de saída sem comprometer a ocorrência de detonação.

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 35% de etanol e controle desabilitado.

figura 10
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 35% de etanol e controle ativo.

figura 11
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 próximo artigo será apresentado o resultado dos testes com etanol hidratado E95 a plena carga (90kPa) e lambda de referência igual a 1.

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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