Avaliação do torque do motor em função da composição do combustível

No último artigo dessa série, o teste utiliza três composições de combustível 50%, 75% e 95% de etanol, todos os testes foram realizados com carga máxima (90kPa), com avanço de ignição de 9.75 º, 15 º, 20.25 º, 24.75 º, 30 º, 35.75 º e 39.5º APMS (Antes do Ponto Morto Superior) durante 30 segundos cada, no caso específico de E50 o avanço máximo foi de 35.75 º. Os valores de torque e indicador de detonação foram medidos.

 

Teste com E50

 

As figuras 1 e 2 ilustram o torque e a média do indicador de detonação para o teste com composição de combustível de 50% de etanol.

 

Figura 1 - Curvas de Torque para composição de combustível E50.
Figura 2 - Média do indicador de detonação composição de combustível E50.

 

Em todas as rotações, o torque do motor diminui para o avanço de ignição de 30º APMS que coincide com o avanço onde ocorre detonação do motor, tal resultado é ilustrado pela alta variação da média do indicador de detonação.

 

A análise dos resultados indica que para composição de 50% de etanol o torque do motor diminui no mesmo avanço de ignição que ocorre detonação do motor, este padrão se repete para todas as rotações analisadas. Estes resultados demonstram que utilizar controle do avanço em malha fechada para esta composição traz benefícios para o torque de saída do motor, uma vez que há aumento do torque para avanços próximos da liminar de detonação.

 

Teste com E75

 

As figuras 3 e 4 ilustram o torque e a média do indicador de detonação para o teste com composição de combustível de 75% de etanol.

 

Figura 3 - Curvas de Torque para composição de combustível E75.
Figura 4 - Média do indicador de detonação composição de combustível E75.

 

Os resultados do teste divergem em relação ao comportamento do torque de saída, para as rotações de 2500 e 3000 RPM, o torque diminuiu com um avanço de 40º APMS, que coincide com o avanço onde a média do indicador de detonação apresenta variação significativa positiva. Para 1500 e 3500 RPM o torque diminui com 35º APMS, sendo que para a rotação de 3500 RPM este ponto equivale ao avanço onde a média do indicador de detonação apresenta a primeira variação positiva, sendo que quando o avanço é de 40º APMS a média do indicador mais do que dobra indicando detonações severas. No caso de 1500 RPM o indicador de detonação apresenta resultado divergente, onde o avanço em que o torque decresce (35º APMS) e a média do indicador tem variação positiva (40º APMS) são diferentes.

 

Com rotação de 2000 RPM o torque decresce com 30º APMS. Apesar de a média do indicador de detonação apresentar uma pequena variação positiva neste ponto, a variação significativa só ocorre com 35º APMS, este resultado pode indicar que a detonação com 30º APMS era relativamente fraca, uma vez que a média do indicador e o torque variaram somente 235 e o torque 0.5 Nm, respectivamente.

 

A partir destes resultados se conclui que para composição de 75% ainda há benefícios em se utilizar o controle em malha fechada para se aproximar o avanço de ignição do liminar de detonação para rotações acima de 1 500 RPM.

 

Teste com E95

 

As figuras 5 e 6 ilustram o torque e a média do indicador de detonação para o teste com composição de combustível de 95% de etanol.

 

Figura 5 - Curvas de Torque para composição de combustível E75.
Figura 6 - Média do indicador de detonação composição de combustível E95.

 

Com exceção da rotação de 3500 RPM, todos os ensaios têm a diminuição do torque de saída com 35º APMS, sendo que para 3500 RPM a diminuição ocorre há 40º APMS. O motivo do torque de saída do motor diminuir antes da ocorrência da detonação é porque devido o motor utilizar uma taxa de compressão intermediaria a compressão necessária para resultar em detonação somente ocorre após o avanço de ignição estar demasiadamente atrasado. Como consequência a um retardo no processo de combustão aumentando a perda de energia térmica do processo, apesar de esse fenômeno ser referência para aplicações como redução do turbolag em motores turbos.

 

Em relação ao indicador de detonação, em nenhum ensaio a média do mesmo ultrapassa 11000 mesmo após a diminuição do torque de saída do motor, indicando que para a composição do combustível de 95% o torque do motor diminui antes da ocorrência de detonação. Logo, o controle do avanço em função da detonação não traz benefícios do torque de saída do motor reforçando os resultados dos testes dos artigos anteriores.

 

A partir dos resultados obtidos é elaborada uma lógica que desabilita o controle do avanço em malha fechada quando a composição do combustível tem concentração de etanol superior a 80%.

 

Essa série de artigos apresentou um sistema de controle da mistura em malha fechada, leitura da composição de combustível, correção dos parâmetros de tempo de injeção e avanço de ignição em função da composição e controle do avanço de ignição em função do indicador de detonação. Estes sistemas foram utilizados para se alcançar o objetivo de desenvolver um sistema de gerenciamento para um motor de combustão interna utilizando como combustível qualquer mistura entre gasolina e etanol. A leitura da composição de combustível também permite que a mistura alcance a relação estequiométrica mais rapidamente quando há alteração do combustível.

 

Os resultados obtidos com o estudo do torque de saída do motor em função da composição do combustível demonstraram que para misturas com maiores concentrações de etanol o torque do motor decresce antes da ocorrência da detonação. Este comportamento ocorre, pois, a taxa de compressão do motor estudado é menor do que a taxa ideal para etanol, assim antes da ocorrência de detonação ocorre o retardo do processo de combustão que resulta em uma maior perda térmica no processo. Este resultado é aplicado no controle do avanço em função da detonação, a fim de se limitar a atuação do sistema quando o combustível utilizado possuir composição maior do que 80% de etanol.

 

Em relação ao controle do avanço em função da detonação, o sistema apresenta ganho no torque de saída do motor em relação ao sistema em malha aberta para rotações acima de 2000 RPM e composições inferiores a 80% de etanol.

 

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.

Outros artigos da série

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