Controle eletrônico do sistema de admissão de um motor de combustão interna

No artigo "Controle PI aplicado em uma válvula borboleta eletrônica" foi apresentado todo o funcionamento da válvula borboleta, incluindo o modelo matemático, seus parâmetros e a aplicação de um controle PI. Esse artigo foi utilizado como base para realizar o controle do sistema de admissão. O trabalho completo sobre a válvula borboleta pode ser visualizado e utilizado como referência "aqui"

 

Foram realizados diferentes testes no motor e análises ao sistema de controle original e os resultados revelaram que não é necessário um controle rápido, ou seja, a válvula borboleta não precisa abrir ou fechar rapidamente. Nesse caso, um controle estável é essencial para o sucesso do controle de rotação. O controlador de posição desenvolvido para este projeto é ilustrado na figura 1.

 

Controlador PI de posição da válvula borboleta.
Figura 1 - Controlador PI de posição da válvula borboleta.

 

A implementação do controlador PI é feita de forma discreta. O microcontrolador utiliza o módulo PWM que disponibiliza um sinal PWM com uma frequência de 2kHz. O software utilizado para implementar o controlador é apresentado abaixo.

 

 

Esta função é executada a cada 10ms. Para obter os ganhos Kp e Ki, foi adotada uma metodologia ajustável, baseada em testes de bancada e no próprio veículo. A carga imposta pela aspiração do motor e a instabilidade do motor na condição de marcha lenta fez com que o ganho proporcional fosse relativamente elevado. Escolheu-se um ganho proporcional elevado para que o controlador fosse capaz de atingir sua referência no menor tempo possível. É importante mencionar que o tratamento dos sensores envolvidos (pedal de aceleração e TPS) é essencial para o sucesso do controlador de posição implementado, dado que ruídos presentes no sistema degradariam a estabilidade do PI. A figura 2 ilustra o resultado final obtido com o controlador PI desenvolvido.

 

Resultados obtidos com o controlador PI implementado.
Figura 2 - Resultados obtidos com o controlador PI implementado.

 

O gráfico superior mostra o sinal de referência do controlador implementado no canal 2 (Pedal, cor verde). Neste teste, o pedal estava em sua posição de repouso (completamente solto) e no instante 34.5s foi totalmente acionado, permanecendo acionado até o instante 36.2s, quando é solto, retornando a sua posição inicial. O canal 1 (TPS, cor vermelha) mostra o sinal do sensor de posição angular da válvula borboleta acompanhando sua referência. Este resultado se mostrou bastante eficaz, tendo em vista a dinâmica e a carga imposta pelo motor em regime de operação. O gráfico inferior mostra o sinal PWM de saída do controlador diretamente nos dois polos do motor DC da válvula borboleta. O canal 3 (Borboleta 1, cor azul) mostra o sinal de controle PWM no polo 1 do motor DC, o canal 4 (Borboleta 2, cor rosa) mostra o sinal de controle PWM no polo 2 do motor DC. É possível observar que quando o erro do controlador é positivo, ou seja, a referência é maior que a posição atual da válvula borboleta, o controlador apenas atua no PWM do polo 1 do motor DC, fazendo com que a válvula borboleta aumente sua posição angular. Quando o erro do controlador é negativo, ou seja, a referência é menor que a posição atual da válvula borboleta, o controlador apenas atua no PWM do polo 2 do motor DC. O pequeno erro de estado estacionário ocorre devido às perturbações, como os próprios atritos e molas não lineares do sistema.

 

Esse foi o último artigo da série sobre o funcionamento básico de uma ECU de um motor a combustão interna ciclo Otto. Há outras funções, que serão explicadas e detalhadas em artigos futuros, como o controle em malha fechada utilizando a sonda lambda e o controle da velocidade de cruzeiro.

 

Saiba mais

 

Controle PI aplicado em uma válvula borboleta eletrônica

Controle eletrônico de válvulas em um motor ciclo Otto

 

Referências

 

ALCÂNTARA DIAS, B. M. Unidade microcontroladora para gerenciamento eletrônico de um motor de combustão interna ciclo Otto. São Paulo. 2015. 269p. (Mestrado) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2015.

 

SILVA, C. T. Modelamento matemático e controle PI de uma válvula borboleta eletrônica. São Paulo. 2015. 138p (Mestrado) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2015.

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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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