Gerenciamento eletrônico dos motores de combustão interna ciclo Otto

Gerenciamento eletrônico dos motores

Os três subsistemas, descritos no artigo anterior, eram controlados basicamente pelo carburador no controle da vazão de combustível em função da vazão de ar controlada pelo condutor, através de cabos de aço ligados ao pedal do acelerador e pelo distribuidor no controle do ponto de ignição.

 

Uma das principais limitações do carburador é que a dosagem de combustível é basicamente determinada pela abertura do giclê e, após ser calibrado, não se consegue realizar ajustes em tempo real. Por esse motivo e, considerando os diferentes regimes de operação do motor, o carburador não oferece a flexibilidade necessária para atender às rígidas legislações ambientais mais recentes. A motivação para o controle eletrônico dos motores de combustão interna foi devido a dois fatores: a legislação sobre os limites na emissão dos gases tóxicos na exaustão e uma tentativa de promover economia de combustível. O controle da emissão dos gases de exaustão começou nos Estados Unidos em 1966 no estado Califórnia e, posteriormente, foi imposta pelo governo federal restringindo os padrões progressivamente.

 

Gradativamente, o método de controle foi evoluindo e em 1979, foi lançado o primeiro sistema digital de gerenciamento do motor, denominado Monotronic e desenvolvido pela Bosch. Este sistema integra os controladores de injeção e ignição em um único módulo. A partir deste sistema, iniciou-se o método de integração dos sistemas de controle em um único módulo de controle eletrônico denominado ECU (Electronic Control Unit) ou UCM (Unidade de Controle do Motor), passando a concentrar funções de controle da injeção de combustível, da marcha lenta, da ignição, do torque, recirculação dos gases, diagnose, dentre outros.

 

Os sistemas de injeção eletrônica são formados por múltiplos sensores e atuadores responsáveis pelo gerenciamento completo do motor. A evolução dos sistemas de gerenciamento eletrônico promoveu a redução do número de componentes mecânicos em ambos os sistemas, pela introdução de módulos eletrônicos de processamento de sinais. Os avançados sistemas existentes no mercado, aplicados aos motores de combustão interna, são capazes de controlar os parâmetros de funcionamento do motor, otimizando seu rendimento.

 

O gerenciamento do motor, a partir dos subsistemas descritos, passou a ser possível com o desenvolvimento da eletrônica, o que viabilizou a utilização de sistemas microprocessados, realizando o controle digital do motor. Esse tipo de sistema de gerenciamento eletrônico é o principal responsável pela redução do impacto ambiental causado pelos automóveis atuais, além de maximizar a vida útil do motor enquanto assegura economia de combustível.

 

Para gerenciar o motor, a ECU recebe, através da interpretação de sinais elétricos fornecidos pelos diversos sensores no motor, um conjunto de informações relativas ao estado atual do motor, convertendo e discretizando essas informações de entrada para o processamento do microcontrolador. O microcontrolador é o responsável pela determinação da condição instantânea de operação do motor e pela atuação no motor através das saídas do módulo. O módulo é apresentado na Figura 1.

 

Gerenciamento eletrônico dos motores de combustão interna: Unidade de controle do motor e circuito eletrônico microcontrolado.
Figura 1 - Unidade de controle do motor e circuito eletrônico microcontrolado.

 

O microcontrolador possui partições de memórias dedicadas ao armazenamento do firmware principal. Normalmente, o firmware é gravado e armazenado em memórias do tipo flash EEPROM. Algumas unidades de controle do motor possuem memórias voláteis do tipo RAM para auxiliar na execução do firmware. Estas memórias podem ser integradas ao microcontrolador, ou externas, dependendo da característica de cada projeto. As principais saídas da unidade de controle do motor são responsáveis pelo controle do tempo de injeção de combustível, pelo tempo de carga da bobina e avanço de ignição, além da abertura da válvula borboleta. Atribui-se à ECU o controle de periféricos como, por exemplo, a bomba de combustível, o sistema de recirculação dos gases de descarga (EGR) e a eletroválvula de purga do canister.

 

Um sistema de gerenciamento eletrônico digital contribui diretamente ao controle e manutenção da mistura carburante dentro dos limites definidos em todas as faixas de operação do motor, que se traduzem em um maior rendimento do motor nas regiões de economia de combustível, conforto e dirigibilidade. A divisão de tarefas do sistema físico da unidade de controle do motor (hardware) e do conjunto de instruções (firmware) é realizada de forma a maximizar o rendimento do sistema. Para que o sistema de controle possa gerenciar a operação do motor, é necessário que a ECU receba e processe os sinais de sensores indicando a condição de funcionamento do motor. Assim, sinais de comando são enviados para os atuadores, de forma que o motor opere de acordo com a condição determinada. A Figura 2 ilustra os principais sensores e atuadores presentes em um sistema de gerenciamento eletrônico do motor.

 

Gerenciamento eletrônico dos motores de combustão interna: Principais sensores e atuadores de um sistema de gerenciamento.
Figura 2 - Principais sensores e atuadores de um sistema de gerenciamento.

 

No próximo artigo, serão detalhados os principais sensores e atuadores presentes em um sistema de gerenciamento eletrônico do motor, indicando as grandezas medidas e os modos de controle para cada condição do motor.

 

 

Referência

 

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.

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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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Ulysses FonsecaCynthia Thamires Da SilvaJonathan Gonzaga Recent comment authors
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Ulysses Fonseca
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Ulysses Fonseca

Muito bom o artigo. Como o Jonathan falou a comunicação no sistema automotivo com os sensores é via CAN bus. Uma dúvida que sempre tive, é aberta a documentação dos comandos utilizados, por ex. eu quero ler a rotação do motor de um carro, os fabricante disponibilizam algum documento especificando algo assim?

Cynthia Thamires Da Silva
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Cynthia Thamires

Bom dia Ulysses. Então, na realidade a comunicação dos sensores com o gerenciamento não é via CAN, a ECU possui um condicionamento dos sinais de cada sensor para ler corretamente as informações dos sensores. A comunicação via CAN é entre cada módulo eletrônico do carro. Por exemplo, a unidade do painel de instrumentos se comunica via CAN com a ECU para receber as informações da ECU e mostrar para o condutor do veículo. A comunicação via CAN ocorre entre os módulos eletrônicos do veículo, e quanto mais moderno e tecnológico é o veículo, mais módulos eletrônicos o veículo possui. Os… Leia mais »

Ulysses Fonseca
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Ulysses Fonseca

Boa tarde Cynthia, me expressei mal em minha pergunta, eu já fiz alguns trabalhos com CAN bus, cada sensor tem um modo diferente a ser condicionado, uns digitais e outros analógicos, dentre os diversos métodos disponíveis para identificar diferentes fatores, a CAN bus assim como diversas outras redes (ethernet, profibus, modbus, etc) vêm para facilitar o entendimento dos dados adquiridos por cada módulo e assim facilitar o tratamento, podendo até ser lido por outros módulos. Acho que estou correto, caso meu pensamento esteja errado, sinta-se a vontade de me corrigir. É uma pena que os fabricantes não disponibilizem tais informações.… Leia mais »

Cynthia Thamires Da Silva
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Cynthia Thamires

Ulysses, não sei se você chegou a ver, mas publiquei um artigo hoje sobre todos os sensores utilizados no gerenciamento do motor. Acredito que com esse artigo, você vai entender melhor o que tentei explicar aqui no comentário.

Jonathan Gonzaga
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Jonathan Gonzaga

Normalmente os microcontroladores usados em sistemas automotivos são de 16 bits, certo? Eu trabalho com plataformas aéreas e manipuladores telescópicos, e em geral eles são bem semelhantes aos carros, e na maioria dos módulos e controladores que pude abrir havia um chip ST ou Infineon de 16 bits comunicando via CAN bus.

Cynthia Thamires Da Silva
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Cynthia Thamires

Olá Jonathan..
Então, depende muito da ano que o projeto da ecu foi finalizado. Em geral os veículos que atendem as legislações atuais de emissões que são mais severas utilizam mcu de 32 bits. Veículos híbridos já utilizam processadores em suas ecus.
Mas a grande maioria dos projetos para o mercado brasileiro (veículos populares) são 16 bits sim... =)

Jonathan Gonzaga
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Jonathan Gonzaga

Ah, sim, faz sentido, os 16 bits parecem estar defasados. Mas vc disse que existem ECUs com processadores, é isso? Rodando sistemas operacionais de que tipo? Linux, RTOS? A parte de sensoriamento do motor é feita com processadores mesmo (sensor de óleo, pressão, rotação, temperatura)? Interessante, não sabia disso. Você acha que existe mercado para isso no Brasil. Desenvolver software/hardware para ECUs?

Cynthia Thamires Da Silva
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Cynthia Thamires

Jonathan, a SAE definiu uma padronização do sistema operacional automotivo, chamado AUTOSAR (Automotive Open System Architecture), que é uma arquitetura de firmware automotivo padronizado. O objetivo do AUTOSAR é criar e estabelecer padrões para sistemas automotivos, que irá proporcionar uma infraestrutura básica para ajudar com o desenvolvimento do firmware.onde tem uma série de regras e padrões para o sistema operacional automotivo, ele utiliza o padrão MISRA C. Sobre o sensoriamento, cada sensor do motor tem seu condicionamento, o processador já recebe os dados prontos para gerenciamento dos dados. E existe mercado sim, as sistemistas desenvolvem software/hardware para ECU, como por… Leia mais »

Jonathan Gonzaga
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Jonathan Gonzaga

Caramba, nunca tinha ouvido falar. Interessante. Achei alguns artigos sobre esse sistema, vou dar uma pesquisada. Gostaria de sugerir que falasse sobre ele posteriormente, seria legal.

Cynthia Thamires Da Silva
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Cynthia Thamires

Muito obrigada pela sugestão.
Assim que eu terminar a série de Gerenciamento Eletrônico, falarei sobre AUTOSAR..
Realmente é um tema interessante. =)