Origine de la chaleur terrestre

Foi desenvolvido um sistema eletrônico para permitir a injeção de etanol pela tubulação de admissão de ar do motor no intervalo de rotação entre 1700 e 1910 rpm, com a detecção da sincronia feita através da monitorização da pressão de injeção do diesel proveniente da bomba injetora, devido à impossibilidade de se instalar um sensor de fase no eixo de cames da bomba injetora. O fluxograma do sistema de gerenciamento eletrônico é mostrado no diagrama da figura 3.2.

Na unidade eletrônica central (ECU) foram implementados dois módulos eletrônicos (EM) contendo cada um seu respectivo microcontrolador. Foram utilizados microcontroladores modelo PIC18F-4520 fabricados pela Microchip®, operando a 20 MHz.

O primeiro módulo (EM-1) é responsável pela medição da rotação do motor, das temperaturas de admissão do ar em pontos à montante e à jusante do ponto de injeção do etanol, da temperatura dos gases de escape e a indicação destes valores em um

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display LCD alfanumérico, bem como a transmissão serial destes dados a um computador.

O segundo módulo eletrônico (EM-2) é responsável pela detecção dos pulsos de disparo da linha de injeção de óleo diesel, usados como base para o diagrama de tempo da injeção do etanol. A sincronização da injeção de etanol programada para ocorrer no início do tempo de admissão do motor demandou uma comunicação interna entre os módulos EM-1 e EM-2.

Figura 3.2 - Fluxograma do sistema de gerenciamento eletrônico.

Como mostrado na figura 3.2, um sensor indutivo envia pulsos ao timer-1 do microcontrolador de EM-1. A um dado tempo de contagem fixo de 3 segundos o timer- 0 gera uma interrupção do microcontrolador deste módulo que foi programado para ter dois níveis de prioridade interrupção. O nível de mais baixa prioridade foi reservado para o timer-1 responsável pela contagem dos eventos (pulsos do sensor indutivo), enquanto o nível de prioridade mais alta reservado para o timer-0, responsável pela determinação do tempo de amostragem.

O valor da rotação era calculado e exibido em um display quádruplo de 7 segmentos, bem como disponibilizado de forma discreta por um protocolo interno de comunicação para o microcontrolador do segundo módulo eletrônico (EM-2). A tabela 3.3, mostra os valores de rotação do motor representados por uma palavra digital de 3 bits. Nesta representação, cada bit corresponde a 30 rpm e a palavra é parte de um

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protocolo interno de comunicação entre os microcontroladores dos módulos EM-1 e EM-2.

Tabela 3.3 - Protocolo de Comunicação Interna para Rotação do Motor. Faixa de Rotação (rpm) Bit 2 Bit 1 Bit 0

RPM< 1700 ou RPM ≥ 1910 0 0 0 1700 ≤ rpm < 1730 0 0 1 1730 ≤ rpm < 1760 0 1 0 1760 ≤ rpm < 1790 0 1 1 1790 ≤ rpm < 1820 1 0 0 1820 ≤ rpm < 1850 1 0 1 1850 ≤ rpm < 1880 1 1 0 1800 ≤ rpm < 1910 1 1 1

Duas entradas analógicas do microcontrolador em EM-1 foram utilizadas para aquisição das temperaturas de admissão de ar, enquanto outra entrada foi utilizada para avaliar a temperatura dos gases exaustos. Estes valores são exibidos em um display alfanumérico de 16 colunas e 2 linhas. Além disso, os valores numéricos do motor e destas temperaturas, assim como da rotação do motor são enviadas a um computador pela porta serial deste módulo (EM-1).

A figura 3.3 mostra o circuito eletrônico usado para medição das temperaturas de entrada de ar em EM-1, onde o sensor de temperatura utilizado é um termistor NTC.

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Em se tratando de sensores ativos, foi necessário construir um circuito eletrônico que gerasse uma corrente constante de baixo valor (0,9 mA) a fim de não induzir os efeitos indesejáveis do auto-aquecimento.

O circuito implementado e apresentado na figura 3.3 é baseado no regulador de precisão LM-723 montado em configuração de fonte de corrente constante. Esta corrente constante é aplicada no circuito série, formado por um resistor fixo (1,0 kΩ) e o sensor. No potenciômetro multivoltas (10 kOhm) foi ajustada a tensão de referência de 0,9 V de forma a obter uma corrente de 0,9 mA, que também atravessa o sensor termoresistivo utilizado. Em seguida as tensões nos terminais do sensor utilizado são isoladas com estágios do tipo seguidor de tensão (buffer) e então seguem para um estágio subtrator inversor (terceiro amplificador operacional).

Para maximizar a sensibilidade do circuito na faixa de temperatura utilizada a tensão então é somada a um nível de tensão positivo devidamente isolado e então é realizada uma amplificação inversora com um ganho na razão 2,72:1. Filtros capacitivos foram utilizados ao longo do circuito a fim de se aumentar a imunidade ao ruído do sinal. Desta forma foi possível se medir temperaturas com sensibilidade de até 0,12 V/ºC no intervalo de 15 a 30 ºC (faixa esperada de medição das temperaturas de admissão de ar).

Para a medição da temperatura dos gases de escape o sistema conta com um circuito para amplificação do sinal de um termopar tipo K através do circuito integrado AD-595C, um amplificador de instrumentação com compensação de junta fria fabricado pela AnalogDevices®

Os pulsos de pressão devidamente remodelados com o formato retangular foram conectados ao timer-1 do microcontrolador localizado no módulo EM-2. A cada interrupção causada pelo pulso de pressão de óleo diesel, o microcontrolador verifica a rotação do motor, faz adequadamente a discretização e calcula o atraso do início de injeção, dependendo da rotação do motor.

O computador envia uma palavra digital encapsulada composta de um símbolo inicial seguida dos dois mais importantes parâmetros da injeção: (1) o atraso em relação ao ponto morto superior do motor, (2) a duração da injeção, terminados com um símbolo de segurança.

Foram utilizados leds de sinalização indicativos do status de operação do sistema. Caso a rotação esteja fora da faixa especificada (>1700 ou <1910 rpm) o sistema interrompe automaticamente o suprimento de etanol.

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O módulo EM-2 possui ainda um circuito de condicionamento de sinal de pressão para remodelar o sinal do sensor de pressão em um formato retangular que servirá como sinal digital, interrompendo o programa na memória do microcontrolador de EM-2. A figura 3.4 mostra este circuito.

Figura 3.4 - Circuito para condicionamento de sinal dos pulsos de pressão de óleo diesel.

Conforme mostrado na figura 3.4, o sinal de entrada foi adequadamente isolado por estágios seguidores de tensão, então tem subtraído um nível DC de 0,5 V e então sofre uma amplificação com inversão ate aproximadamente 14,0 V. O instante da injeção de diesel é determinado pela transição em borda de descida de 14 V a 0 V. os pulsos de saída deste estágio (2º amplificador) são novamente isolados e aplicados ao pino de disparo de um circuito integrado (CI) timer NE-555. Este circuito integrado foi montado como um oscilador monoestável. Assim este CI pode ser disparado pela borda de descida dos pulsos de pressão. O ciclo ativo do timer NE-555 (2,0 ms) foi determinado pela associação de dois resistores de 10 kΩ e um capacitor cerâmico de 0.1 μF. O pulso de saída do NE-555 pode ser ajustado de 3,0 a 5,0 V por um potenciômetro multivoltas. Todos os módulos eletrônicos foram acondicionados em um gabinete plástico conforme ilustrado na figura 3.5.

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Figura 3.5 - Vistas anterior (a) e posterior (b) do gabinete da ECU.