Pedagojik Alan Bilgisi

A Haltech, assim como a MoTeC, é uma empresa australiana, criada em 1986, que desenvolve sistemas de gerenciamento eletrônico. Seus produtos são usados em diversas áreas, como na conversão de motores carburados para injetados, controle de injeção e ignição em motores modificados, aplicações em rally, corrida e centros de pesquisa, além de serem muito usados em motos, barcos, jet skis, karts e aviões. Seus principais produtos são as ECU’s cuja característica é a flexibilidade de gerenciar vários

tipos de motores. A Haltech fornece também acessórios como kits para controle de

lambda linear, sensores, bobinas e módulos de ignição, solenóides de controle de sobre- alimentação (over boost), válvula de controle de marcha lenta e chicotes, entre outros.

A Haltech fornece basicamente quatro modelos de ECU’s, sendo o F10X que realiza apenas controle de injeção, e os gerenciadores de ignição e injeção E6K, E8 e E11v2. Estes modelos diferem quanto ao número de entradas e saídas, memória, e nível de funcionalidades disponíveis. A análise realizada sobre estes sistemas está focada especificamente nas estratégias de controle adotadas.

As ECU’s da Haltech suportam motores de até 8 cilindros com injeção

seqüencial sincronizada, semi-seqüencial ou full group, e ignição direta com até 6

bobinas ou com distribuidor, sendo que estas funcionalidades dependem de cada modelo. Os drivers de injeção podem comandar injetores de baixa ou alta impedância. As saídas de ignição são utilizadas para acionar os módulos de ignição, sendo que o

controle do dwell realizado pela ECU ou pelo próprio módulo, dependo do modelo. Uma

desvantagem das ECU’s da Haltech é o fato das saídas de ignição não suportarem o

comando direto do primário das bobinas, necessitando de um driver para realizar essa

função. As principais funcionalidades disponíveis são:

- Controle de marcha lenta;

- Controle de lambda;

- Controle de sobre-alimentação;

- Corte de combustível na desaceleração;

- Comando para sistema de válvulas variável (VTEC não variável continuamente);

- Limitação da rotação;

- Calibração dos sensores;

- Turbo timer;

Assim como na MoTeC, as centrais da Haltech buscam flexibilidade, e por isso aceitam diversos tipos de sensores, bastando para isso configurar os parâmetros adequadamente, com atenção especial aos sensores de sincronismo do motor, base de todo o sincronismo do sistema. Parâmetros permitem selecionar os tipos de sensores, calibrações, características do motor e estratégias usadas. Os exemplos mais importantes estão listados abaixo, sendo eles:

- Número de cilindros;

- Solicitação de carga do motor (pressão no coletor ou posição da borboleta);

- Tipo de sensor de sincronismo: efeito Hall, óptico e de relutância magnética;

- Sensor de fase para injeção seqüencial;

- Tipo de ignição (distribuidor ou direta);

- Tempo de carga das bobinas (dwell time);

- Rotação limite e tipo de limitação da rotação;

- Rotação de partida, acima do qual considera-se o funcionamento do motor;

- Temperatura de operação do motor;

- Unidades usadas para apresentar os dados;

- Faixa de rotação até 10500 RPM ou até 16000 RPM (Resolução dos mapas);

- Modo de injeção: seqüencial sincronizada, semi-seqüencial ou full group;

Com estes e vários outros parâmetros é possível adequar as ECU’s a praticamente qualquer motor do mercado. Dentro desta filosofia de flexibilidade, os

drivers de acionamento são genéricos, o que possibilita utilizar as saídas disponíveis em

outras funções. Do mesmo modo são disponibilizadas entradas digitais e analógicas de propósito geral, que podem assumir funções diferentes de acordo com a configuração do usuário. Cada função atribuída às entradas e saídas requerem a configuração de parâmetros específicos, sendo algumas apresentadas e seguir.

- Comando do eletro-ventilador do sistema de arrefecimento;

- Aplicação de fatores de correção na injeção, ignição e sobre-alimentação;

- Sinais de comando para mudança de mapa;

- Luzes de troca de marcha (shift light);

- Comando para injeção de água no coletor de admissão (detonação);

- Stall Saver (válvula by-pass de ar, acionada na partida do motor);

- Habilitação da injeção de Óxido Nitroso (maior concentração de O2 na admissão);

- Bomba de combustível auxiliar;

- Comando do ar condicionado (A/C);

- Comando do eletro-ventilador principal ou do Intercooler;

- Geração de pulsos para tacômetro;

- Comando para válvula de admissão secundária;

- Velocidade do veículo.

A Haltech disponibiliza um software de interface que permite ao usuário visualizar e alterar todos os parâmetros e variáveis do sistema. O programa utiliza sistema operacional Windows o que permite uma melhor visualização gráfica dos dados. A conexão com a central se realiza através de comunicação serial via interface RS-232.

O sistema permite ao usuário armazenar dados de calibração no PC e depois enviá-los

para a ECU, possibilitando ainda a alteração on-line dos valores dos parâmetros, tabelas e mapas, aquisição dos dados medidos e visualização de dados armazenados.

3.9.2.1 Estratégias

As estratégias utilizadas pelas ECU’s da Haltech são muito semelhantes às da MoTeC, descritas anteriormente. Muitos mapas são idênticos e, deste modo, apresenta-se em detalhe apenas as características que diferem os sistemas.

3.9.2.2 Controle de Injeção

Para o controle da injeção tem-se um mapa base que relaciona o tempo de injeção com as condições de carga e rotação do motor. A condição da carga pode ser obtida tanto a partir da pressão no coletor quanto da posição da borboleta. Sobre este tempo base obtido aplicam-se os seguintes mapas de correção:

- Correção percentual em função da temperatura do motor;

- Correção percentual em função da temperatura e da pressão do ar;

- Correção percentual em função da tensão da bateria;

- Correção percentual em função da pressão barométrica;

- Primming Map: tempo de injeção a ser aplicado no primeiro ciclo do motor, de

acordo com a sua temperatura (Partida a frio);

- Enriquecimento pós-partida: ganho percentual da mistura em função do tempo

pós-partida do motor.

- Mapa do ângulo de injeção: Ângulo de injeção em função da rotação, sendo

definido em relação ao início ou ao fim do pulso. Geralmente, adota-se o fim do pulso, de forma a sincronizar a injeção com a abertura da válvula de admissão.

- Mapa do tempo de injeção em função da rotação na condição de borboleta

fechada: como os baixos valores de pressão no coletor são imprecisos e

oscilatórios, instabilizando a malha de controle de marcha lenta. Neste caso, quando a posição da borboleta está abaixo de um valor pré-definido, desconsidera-se o mapa principal, e o tempo base de injeção passa a ser determinado por este mapa auxiliar.

- Mapa do tempo de injeção em função da rotação em condições de plena carga:

Em motores aspirados a pressão no coletor pode atingir a pressão atmosférica antes que a condição de plena carga seja atingida, o que dificulta o ajuste do mapa nessa condição. Neste caso, quando a posição da borboleta está acima de um certo valor pré-definido, desconsidera-se o mapa principal, e o tempo base de injeção passa a ser determinado por este mapa auxiliar.

As ECU’s da Haltech permitem ajustes de até ±12.5% em cada cilindro separadamente. Os circuitos de potência dos eletroinjetores são capazes de compensar a queda na tensão da bateria em uma determinada faixa de variação da tensão. Utiliza-se para tal uma tabela de compensação em função da tensão da bateria, para que seja feito um ajuste fino desta compensação. Observa-se que não é realizada a correção em função da pressão de combustível. Possibilita também a injeção por estágios, onde um segundo conjunto de injetores passa a ser acionado em uma determinada condição. Este tipo de injeção é usado quando os bicos não são capazes de fornecer a vazão necessária em todos os pontos de operação.

Uma estratégia de aceleração rápida também é disponibilizada, sendo fornecidos dois parâmetros de ajuste, o primeiro seleciona o incremento percentual a ser aplicado e o segundo determina a taxa percentual de descaimento do ajuste após cada ciclo, determinados por tabelas em função da rotação.

Além disso, o enriquecimento da mistura durante a aceleração rápida deve ser aumentado se a temperatura do motor estiver baixa, já que este fator também atrapalha a atomização do combustível. Assim é fornecida também uma tabela que gera um fator de correção percentual em função da temperatura do motor. O sistema oferece

também a estratégia de corte do combustível durante a desaceleração (fuel cutoff),

realizado quando a borboleta está completamente fechada e a rotação acima de um valor definido pelo usuário. Para que a transição seja suave, o ângulo de ignição é retardado suavemente antes que o combustível seja cortado. A variação deste ângulo segue uma rampa até que um valor definido seja atingido.

3.9.2.3 Controle de Ignição

Para o controle da ignição tem-se um mapa base que relaciona o avanço de ignição com a rotação do motor e a solicitação de carga (pressão no coletor ou posição da borboleta). A partir do ângulo de avanço base são aplicados os seguintes mapas de correção:

- Temperatura do ar: correção do ângulo de avanço de ignição em função da

temperatura do ar, amplamente utilizado em motores sobre-alimentados para evitar a ocorrência da detonação;

- Temperatura do motor: correção do avanço em função da temperatura do motor

visando principalmente melhorar as condições de partida a frio e de aquecimento do motor (warm up).

A compensação em função da variação da tensão da bateria não é necessária pelo fato da ECU não comandar diretamente a bobina de ignição. Como esse acionamento é realizado por um módulo de ignição, o ajuste pode ser feito

individualmente para cada cilindro, com a disponibilidade do “crank map”, que gera o

ângulo de avanço em função da temperatura do motor. O avanço de ignição é obtido a partir deste mapa quando o motor está em uma rotação abaixo do valor de referência de funcionamento do motor.

3.9.2.4 Controle de Marcha Lenta

O controle de marcha lenta é baseado em um controlador PID com diversos parâmetros auxiliares. O sistema pode atuar através de um motor de passo ou através de uma válvula acionada por PWM. As características desse sistema são:

- Número máximo de passos realizados pelo atuador;

- Rotação de referência em diferentes situações de temperatura do motor;

- Posição do atuador nas desacelerações (Dash-Pot) em função da temperatura;

- Posição alvo do atuador durante a partida (mantida até 3,0 s pós-partida);

- Posição mínima até a qual o motor de passo pode fechar em cada situação;

- Número de passos e rotação de referência na inserção de carga externa (A/Con).

O sistema permite colocar o PID em malha aberta e habilitar o controle manual da posição do motor de passo. No caso atuadores de marcha lenta tipo “by-pass”

(By-pass Air Control Valve - BAC) os parâmetros são análogos, porém baseados no ciclo

3.9.2.5 Controle de Lambda

As ECU’s da Haltech realizam o controle de lambda independente do sensor

de O2 utilizado (Wide/Narrow band), desperdiçando as vantagens da utilização de

sensores de banda larga, amplamente exploradas pela MoTeC. Sua estratégia de controle consiste em aplicar um ganho percentual, positivo ou negativo, no tempo de

injeção de acordo com o estado do sensor de O2, promovendo uma oscilação de lambda

em torno do valor estequiométrico. Os parâmetros que controlam esta oscilação são o ganho percentual e o número de ciclos entre os cálculos do controlador, sendo a referência determinada pela tensão ou pela razão ar/combustível pré-definida. Os ganhos percentuais são limitados tanto no enriquecimento quanto no empobrecimento, visto que essa estratégia possibilita a correção de pequenas oscilações de mistura.

As condições de operação em malha fechada do controlador são definidas por três parâmetros: rotação mínima, rotação máxima e posição da borboleta máxima. No caso da MoTeC esta definição é muito mais ampla, devido à possibilidade de realização sobre todos os pontos de operação do motor. O controle em malha fechada é sempre desabilitado durante as acelerações rápidas e nas desacelerações (fuel cutoff). Existe a possibilidade de ajustar um tempo morto para o controlador em função do tempo de aquecimento do sensor pós-partida, mantendo-o em malha aberta.

3.9.2.6 Controle de Sobre-alimentação

O controle de pressão de sobre-alimentação é realizado através do controle da válvula de alivio do turbo-compressor (waste gate), definido por um controlador PID ou pela atuação direta no duty cycle da válvula. No primeiro caso, define-se a pressão de referência em função da rotação através de uma tabela. Já no segundo caso, atua-se em

malha aberta através de um mapa que define o duty cycle aplicado na waste gate em

todos os pontos de operação, controlando-se indiretamente a pressão no coletor.

3.9.2.7 Controle do diagrama de válvulas

O controle do comando de válvulas variável, fornecido pelas ECU’s da Haltech, consiste apenas em atuar sobre uma eletroválvula de forma a controlar em dois

estados (On/Off), não sendo o sistema capaz de fazer o comando continuamente

variável, apresentado pela MoTeC. O usuário define condições de rotação e carga nas quais o comando de válvulas muda sua fase em relação ao enquadramento original.