identificação do tipo de combustível
Antes de obter os modelos estatísticos foi necessário corrigir o escorregamento do sinal amplificado do transdutor de pressão no cilindro utilizando o parâmetro Perro, descrito no
Capítulo 2.
Os traços de pressão no cilindro utilizados na construção dos modelos foram escolhidos aleatoriamente, ou seja, não foi utilizada nenhuma ferramenta de seleção de dados (filtros, algoritmos de pré-seleção, etc.). O objetivo deste procedimento foi evitar que apenas ciclos
semelhantes fossem escolhidos para representar um dada condição de operação do motor, descaracterizando a variação cíclica da pressão no cilindro.
Os momentos estatísticos, calculados e normalizados a partir do sinal da pressão no cilindro de acordo com as equações expressas na seção 2.9.1 do Capítulo 2, foram obtidos utilizando médias de 20 ciclos de pressão no cilindro, para permitir a comparação dos resultados com os relatos apresentados na literatura.
Foram obtidos momentos de segunda (M2) até a quinta ordem (M5) utilizando as seguintes
janelas de pressão no cilindro (trechos do traço da pressão no cilindro):
Janela 1: início no avanço da centelha e continuando por 120 graus (proposta por Gilkey e Powell (1985));
janela 2: início no avanço da centelha e continuando até o instante em que a válvula de exaustão se abre (vea = 516°);
janela 3: início no instante em que a válvula de admissão se fecha (vaf = 197°) até o instante em que a válvula de exaustão se abre, e
janela 4: início em 5°APMS e continuando por 40°DPMS (compreende, aproximadamente, a região em que ocorre o pico de pressão no cilindro).
Os momentos foram normalizados pela área sob a curva da pressão de acionamento, como apresentado na seção 2.9.1, para evitar que uma mudança no ganho do sensor (troca de sensor) seja interpretada como resultado de uma alteração nas variáveis do motor, afetando a magnitude do traço de pressão no cilindro.
Os valores do volume no cilindro foram obtidos segundo as formulações apresentadas na seção 2.1.1 (aproximação do cálculo do volume no cilindro apresentada por Tunestal (2000)), e os valores de aG segundo as formulações apresentadas na seção 2.6.1.
As unidades de pressão e de volume no cilindro foram fixadas em bar e m3, respectivamente.
Os modelos de estimação do fator e de identificação do tipo de combustível (ou estimação da fração mássica de etanol - FMDE) foram delineados a partir do primeiro modelo apresentado por Gilkey e Powell (1985), baseado no coeficiente que estima as condições báricas da carga admitida no motor (aG), na rotação real do motor (N - determinada pelo sinal do transdutor de rotação - PMS) e nos momentos de segunda (M2) e terceira ordem (M3).
O modelo 1 utilizado para a estimativa do fator e para a estimativa da fração mássica de etanol - FMDE pode ser visualizado nas equações 108 e 109, respectivamente.
Modelo 1: 3 5 2 4 3 2 1 a aG a N a M a M a (108) 3 5 2 4 3 2 1 a aG a N a M a M a FMDE (109)
A Tabela 22 indica a fração mássica de etanol (FMDE) em cada mistura combustível utilizada neste estudo. A fração mássica de etanol foi obtida dividindo a porcentagem mássica de etanol (Apêndice B) por uma constante de valor cem.
Tabela 22 - Fração mássica de etanol utilizada nas misturas combustíveis ensaiadas nos experimento 1.
Parâmetros
Combustíveis
E26 E56 E70 E100
Porcentagem mássica de C11H24 [%] 73,71 44,22 29,48 0
Fração mássica de etanol 0,2629 0,5578 0,7052 1
A partir do modelo 1 foram analisadas outras variáveis independentes que poderiam contribuir para a estimação do fator e identificação do tipo de combustível. Dentre estas variáveis destacam-se:
o tempo de injeção de combustível (TI, em s); o pico de pressão no cilindro (PC, em bar); o avanço da centelha (AV, em graus);
os momentos de segunda e terceira ordem obtidos a partir da aplicação do método da razão de pressões no cilindro (janela 5: 120°APMS até 60°APMS e janela 6: 60°DPMS até 120°DPMS);
a temperatura do ar, tomada no coletor de admissão (TA, em °C), e
a temperatura dos gases de exaustão, tomada no coletor de escape (TE, em °C). Além das variáveis independentes do motor foram utilizados os momentos de segunda e terceira ordem elevados ao quadrado para compor novos modelos.
Utilizando as variáveis independentes disponíveis foram elaborados além do modelo 1 mais oito modelos originais de estimação do fator e identificação do tipo de combustível (FMDE), como mostram as equações (110 a 117).
Modelo 2: FMDE ou a1a2aGa3Na4M2a5M3a6TI (110) Modelo 3: FMDE ou a1a2aGa3Na4M2a5M3a6TIa7PC (111) Modelo 4: FMDE ou a1a2aGa3Na4M2a5M3a6TIa7PC AV a8 (112) Modelo 5: FMDE ou a1a2aGa3Na4M2a5M3a6TIa7PC 3 10 2 9 8AV a MTX a MTX a (113) Modelo 6: FMDE ou a1a2aGa3Na4M2a5M3a6TIa7PC 5 10 4 9 8AV a M a M a (114) Modelo 7: a a aG a N a M a M a TI a PC ou FMDE 1 2 3 4 2 5 3 6 7 TA a M a M a AV a8 9 4 10 5 11 (115) Modelo 8: FMDE ou a1a2aGa3Na4M2a5M3a6TIa7PC TE a TA a M a M a AV a8 9 4 10 5 11 12 (116) Modelo 9: FMDE ou a1a2aGa3Na4M2a5M3a6TIa7PC 2 3 10 2 2 9 8AV a M a M a (117)
Cada um dos modelos desenvolvidos a partir do modelo 1 teve o acréscimo de apenas uma variável independente em relação ao seu antecessor. Isto permitiu verificar se a variável acrescida melhora ou não as estimativas do fator e da FMDE.
A capacidade de cada variável independente em estimar o fator e de identificar o tipo de combustível (estimar a FMDE) foi realizada comparando os resultados do modelo atual com o seu antecessor, ou com outro modelo de interesse.
O modelo 6 foi desenvolvido para verificar se um número maior de momentos poderia melhorar a eficiência da estimativa do fator e da FMDE, considerando o relato de Mood e Graybill (1963), que um número grande de momentos define exatamente o comportamento de uma distribuição.
A influência de cada variável independente sobre as estimativas do fator ou da FMDE foi analisada de acordo com os valores obtidos de erro médio quadrático (rms), de coeficiente de determinação múltipla (r2) e de coeficiente de determinação múltipla ajustado (R2).
Todos os coeficientes, an, dos modelos foram obtidos por meio de uma regressão linear
múltipla (realizada por um algoritmo de regressão desenvolvido por Costa (2005)). A regressão linear múltipla foi analisada utilizando o teste de significância da regressão.
Se o resultado do teste de significância da regressão linear múltipla indicar que a estatística de teste, F, é maior que o valor crítico, Fα,k,n-p, deve-se rejeitar a hipótese H0 e
afirmar que existe pelo menos um regressor (an) que contribui para a estimativa do fator ou
da FMDE e que os regressores apresentam uma relação linear com a variável dependente (fator ou FMDE).
A análise dos resultados obtidos com os nove modelos em todas as estimativas, utilizando os dados em regime de plena carga, foi complementada com os resultados obtidos utilizando dados em regime de plena carga em conjunto com os dados em regime de carga parcial, ou seja, em duas cargas combinadas.
A estimativa do fator foi realizada para cada combustível individualmente e para um conjunto de dados composto por todos os combustíveis testados (Etotal: dados dos combustíveis E26, E56, E70 e E100). A sensibilidade à variação do tipo de combustível foi verificada utilizando os desvios percentuais (dp) entre os rms das estimativas do fator obtidas individualmente para cada combustível e as obtidas para o conjunto de dados Etotal. Esta verificação foi feita para confirmar se a afirmação feita por Gilkey e Powell (1985), de que o modelo 1 é pouco sensível à variação do tipo de combustível, é verdadeira.
Na estimativa da FMDE, independentemente da condição de carga analisada, os dados utilizados foram compostos pelo conjunto de dados de todos os combustíveis em estudo (Etotal). Os dados utilizados para obtenção dos nove modelos foram obtidos considerando o avanço da centelha para o máximo torque, MBT, ou seja, a identificação do tipo de combustível será processada considerando que o sistema eletrônico de controle do motor
ajusta o avanço da centelha, durante a mudança do tipo de combustível, para obter o máximo torque. Durante esta mudança de combustível ocorre um empobrecimento (adição de etanol na mistura rica em gasolina) ou um enriquecimento da mistura (adição de gasolina na mistura rica em etanol) operante no motor.