injeção eletrônica.pdf

40
CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO - UNICENP NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - NCET ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO BANCADA DIDÁTICA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA. UNICENP/NCET Curitiba 2007

Upload: junior

Post on 13-Jul-2016

170 views

Category:

Documents


18 download

TRANSCRIPT

Page 1: injeção eletrônica.pdf

CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO - UNICENP

NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - NCET

ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO

BANCADA DIDÁTICA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA.

UNICENP/NCET

Curitiba

2007

Page 2: injeção eletrônica.pdf

2

CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO - UNICENP

NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - NCET

ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO

BANCADA DIDÁTICA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA.

Jeronymo G Zanlorenzi

Monografia apresentada à disciplina de

Projeto Final como requisito parcial à

conclusão do Curso de Engenharia da

Computação, orientada pelo Prof. Nestor

C. Saavedra Filho.

UNICENP/NCET

Curitiba

2007

Page 3: injeção eletrônica.pdf

3

TERMO DE APROVAÇÃO

Jeronymo G. Zanlorenzi

BANCADA DIDÁTICA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso de Engenharia da Computação

do Centro Universitário Positivo, pela seguinte banca examinadora:

Prof. Nestor C. Saavedra Filho. (Orientador)

Prof. José Carlos da Cunha Prof. Mauricio Perreto

Curitiba, 10 de Dezembro de 2007.

Page 4: injeção eletrônica.pdf

4

SUMÁRIO

Lista de Figuras ........................................................................................................ 5

AGRADECIMENTOS ................................................................................................. 7

RESUMO ..................................................................................................................... 8

ABSTRACT ................................................................................................................. 9

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO................................................................................. 10

CAPÍTULO 2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..................................................... 11

2.2 - Funcionamento de um motor:.......................................................................... 12 2.3.1 - Micro controlador: ....................................................................................... 15 2.3.2 - Sensor Ótico: ............................................................................................... 17 2.3.4 - Módulo de ignição: ...................................................................................... 19 2.3.5 - Bico injetor: ................................................................................................. 21

CAPÍTULO 3 - ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO .................................................... 22

3.1 – Especificação de Hardware............................................................................. 22 3.1.1 - Módulo de injeção: ...................................................................................... 22 3.1.2 - Módulo de ignição: ...................................................................................... 23 3.1.3 - Módulo de simulação de rotação: ................................................................. 23 3.1.4 - Bancada de testes: ........................................................................................ 24 3.2 – Especificação do Software.............................................................................. 24 3.2.1 - Software: ..................................................................................................... 24 3.2.3 - Firmware: .................................................................................................... 24

CAPÍTULO 4 - PROJETO.......................................................................................... 25

4.1 - Módulo Micro controlador .............................................................................. 26 4.1.1 - Interface serial confiável:........................................................................... 26 4.1.2 - Conector que facilite a regravação:........................................................... 26 4.1.3 -Conector para alimentação: ....................................................................... 26 4.1.4 - Conectores para interface:......................................................................... 27 4.2 - Módulo Bicos e Bomba................................................................................... 29 4.3 - Módulo Sensor CO2 ....................................................................................... 30 4.4 - Sensor da borboleta......................................................................................... 31 4.5 – Fonte de alimentação.................................................................................... 31 4.6 - Software ........................................................................................................ 32 4.6.1 – Diagrama de casos ..................................................................................... 33 4.6.2 - Diagrama De Seqüência ............................................................................. 34 4.7 –FirmWare ...................................................................................................... 37

CAPITULO 5 RESULTADOS OBTIDOS................................................................. 38

Page 5: injeção eletrônica.pdf

5

CAPITULO 6 – CONCLUSÃO.................................................................................. 39

CAPITULO 7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................... 40

ANEXO 1 ....................................................ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.

ESTUDO DE VIABILIDADE ................................... Erro! Indicador não definido.

ANEXO II ...................................................ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.

Cronograma ............................................................... Erro! Indicador não definido.

ANEXO III..................................................ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.

ANEXO IV ..................................................ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.

Artigo ........................................................................ Erro! Indicador não definido. Manual do Usuário..................................................... Erro! Indicador não definido. Manual Técnico ......................................................... Erro! Indicador não definido.

Lista de Figuras

Figura 1 – Modelo motor a combustão......................................................................................13 Figura 2 – Motor Estagio Admissão..........................................................................................13 Figura 3 - Motor Estagio Compressão.......................................................................................14 Figura 4 – Motor Estágio Combustão........................................................................................14 Figura 5 – Motor Estágio Exaustão ...........................................................................................15 Figura 6 – Pinagem PIC16f877a ...............................................................................................16 Figura 7 – Encoder Ótico ..........................................................................................................17 Figura 8 – Bomba de Combustível ............................................................................................17 Figura 9 – Bomba de combustível detalhada .............................................................................18 Figura 10 – Esquema de ignição ...............................................................................................19 Figura 11 - Bobina de combustível............................................................................................20 Figura 12 - Bicos Injetores........................................................................................................21 Figura 13 – Solenóide ...............................................................................................................21 Figura 14 - Diagrama em blocos do Sistema .............................................................................25 Figura 15 - Esquematico Modulo de Controle ...........................................................................28 Figura 16 - esquemático Programador PIC16F877 ....................................................................29 Figura 17 - Esquematico Modulo Bomba de combustivel / bicos de injeção.............................30 Figura 18 - Esquemático Simulador de Sensores CO2 / Borboleta da Admissão........................30 Figura 19 - Protótipo do software..............................................................................................32 Figura 20 - Diagrama de Casos De Uso.....................................................................................33

Page 6: injeção eletrônica.pdf

6

Figura 21 - Diagrama de Seqüencia...........................................................................................34 Figura 22 - Diagrama de Seqüencia...........................................................................................35 Figura 23 - Diagrama de Classes...............................................................................................36 Figura 24 - Fluxograma do FirmWare.......................................................................................37 Figura 25 - Esquemático de um gravador de PIC. [Mundo da eletrônica, 2007].. Erro! Indicador não definido. Figura 26 - Fonte 150W Para Computador ...................................Erro! Indicador não definido. Figura 27 - Fonte Adaptada.........................................................Erro! Indicador não definido. Figura 28 - Imagem do protótipo Comentada ...............................Erro! Indicador não definido. Figura 29 - Protótipo comentado..................................................Erro! Indicador não definido. Figura 30 - Protótipo comentado..................................................Erro! Indicador não definido. Figura 31 - Módulos integrados no Protótipo ...............................Erro! Indicador não definido. Figura 32 - Módulos Integrados no Protótipo ...............................Erro! Indicador não definido. Lista de Tabelas 1 Tabela Resultados..................................................................................................................38 2 Tabela: Materiais Disponibilizados - Resumo de Custos ..........Erro! Indicador não definido.

Page 7: injeção eletrônica.pdf

7

AGRADECIMENTOS

Ao orientador Prof. Nestor Cortes Saavedra Filho pelo incentivo, simpatia e presteza no

auxílio as atividades e discussões sobre o andamento e normatização desta Monografia de

conclusão de curso.

A todos os professores e seus convidads pelo carinho , dedicação e entusiasmo

demonstrado ao longo do curso.

Aos colega s de classe pela espontaneidade na troca de materias e informações numa

demonstração de amizade e solidariedade.

A minha família por tolerar minha ausência .

E, finalmente, a Deus pela oportunidade e privilégio que me foi dado em compartilhar

tamanha experiência e, ao frequentar este curso , perceber e atentar para relevância , de temas

que não faziam parte, em profundidade, de minha vida.

Page 8: injeção eletrônica.pdf

8

RESUMO

Motores à combustão estão a nossa volta no dia a dia, e em sua maioria utilizam sistemas

de controle de combustível eletrônico. Estes sistemas sendo tão abundantes, são alvo de estudos

constantes para seu aperfeiçoamento, buscando menor consumo, e baixo custo de fabricação,

desta forma se faz necessário um sistema didático que facilite o entendimento do funcionamento

de uma injeção eletrônica permitindo a analise de seu funcionamento e alteração de parâmetros.

Utilizando-se de uma bancada de testes que contem a simulação dos principais

componentes de uma injeção, e de uma interface com o usuário através de um computador que

permita a visualização de parâmetros, tais como rotação do motor, freqüência de abertura dos

bicos, etc, bem como sua alteração.

Palavras chaves: Bancada de testes, sistema didático, interface com computador.

Page 9: injeção eletrônica.pdf

9

ABSTRACT

Engines are our return in the day the day, and in its majority they use systems of electronic fuel

injection control. These systems being so abundant, are under constant studies for its

perfectioning, searching for less evel, and low cost of manufacture, in such a way becomes

necessary a didactic system that facilitates the agreement of the functioning of an electronic

injection allowing analyzes it of its functioning and alteration of parameters. Using itself of a

group of benches of tests that will count the simulation of the main components of an injection.

E of an interface with the user through a computer that allows to the visualization of parameters

such as rotation of the engine, frequency of opening of the peaks, tc, as well as its alteration.

keywords: Table of tests, didactic system, interface, computer.

Page 10: injeção eletrônica.pdf

10

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

O projeto visa criar uma ferramenta didática para o estudo do funcionamento de um

sistema de injeção de combustível, para motores a combustão interna.Tal ferramenta propicia ao

usuário a visualização das diversas partes do sistema de injeção interagem, de forma a controlar

a quantidade de combustível a ser dosada.

A ferramenta é constituída de um software que mostra gráficos da rotação do motor,

freqüência e tempo de abertura dos bicos, assim como permite a alteração da seqüência em que

os bicos abrem.

Este software comunica-se com uma bancada de testes, que é constituída de uma bomba

de combustível, quatro bicos injetores de combustível, leds para a visualização do ponto de

ignição, potenciômetro para controle de rotação de um motor DC que fornecera a rotação para

um disco encoder, simulando o leitor de ponto do motor, e ainda um potenciômetro para simular

a variação de CO2 emitido.

Esta bancada é controlada por um micro-controlador que por sua vez comunica-se com o

computador.

Este projeto visa auxiliar no entendimento sobre o funcionamento de um sistema de

injeção eletrônica, o qual se mostra de grande importância, tendo em vista que ao visualizar e

manusear à bancada, facilita o processo se compreensão e assimilação, por parte do operador.

Page 11: injeção eletrônica.pdf

11

CAPÍTULO 2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 – Histórico

No princípio do século XX surgiram os primeiros automóveis; assim como a maioria dos

automóveis dos dias de hoje, estes eram movidos por motores de combustão interna, da mesma

forma os combustíveis utilizados eram líquidos altamente inflamáveis como o álcool e a

gasolina.Tendo em vista a parte que compõe a mistura usada na admissão, dois sistemas

predominaram o modo em que a mistura de ar- combustível é preparada.

Os carburadores são dotados de uma válvula que regula a quantidade de mistura que entra

no motor, e um tubo de Venturi, que faz com que o combustível se junte ao ar simplesmente,

pelo fato de que o tubo de Venturi gera uma redução da pressão no seu interior com a passagem

de ar, que se dá com o movimento de admissão do cilindro, o que faz o combustível ser sugado

para dentro do motor naturalmente.

Temos os sistemas de injeção eletrônica, estes surgiram como sucessor dos carburadores

entre as décadas de 50 e 60, contudo somente nos anos 80, este sistema apesar de mais preciso,

veio a ser usado em grande escala pelas montadoras de veículos, devido a um fator

predominante: a diminuição do custo dos componentes eletrônicos.

Atualmente a injeção eletrônica vem ganhando terreno, levada por um fator

predominante; a redução no desperdício de combustível, o que leva a outros dois resultados

muito interessantes: a redução no consumo de combustível, e a redução de gases poluentes.

Redução do consumo: os combustíveis fósseis provenientes do petróleo estão se

esgotando tendo até mesmo data marcada para o seu fim em alguns países do Oriente Médio.

Estes fatores aliados a outro fazem com que o preço do combustível aumente cada vez mais, este

é o motivo preponderante para a necessidade de sistemas que economizem combustível tais

como as injeções eletrônicas .

Redução da emissão de gases poluentes: Durante a queima dos combustíveis,

basicamente são liberados na atmosfera dois gases : o monóxido de carbono e o dióxido de

carbono, sendo o monóxido de carbono o mais poluente.Pois, numa atmosfera rica em monóxido

Page 12: injeção eletrônica.pdf

12

de carbono, a hemoglobina combina-se com esse gás formando um composto estável. Esta

reacção é irreversível. Assim, a hemoglobina fica bloqueada e deixa de fazer o transporte do

oxigénio e do dióxido de carbono, podendo levar à morte por asfixia. O uso da injeção

eletrônica reduz magnificamente a emissão do monóxido de carbono (esse gás e gerado

principalmente pelo excesso de combustível administrado na mistura), e ainda reduz a emissão

de dióxido de carbono que apesar de menos poluente é um dos principais causadores do efeito

estufa que vem aquecendo o planeta.

Para o estudo sobre o correto funcionamento, de um sistema de injeção eletrônica, e

aperfeiçoamento dos seus parâmetros, que fazem com que os inúmeros benefícios para os

cidadãos, possam ser maximizados, sistemas de análise eletrônico do funcionamento dos

sistemas de injeção, são a cada dia mais necessários. Para a correta calibração e aferição para um

perfeito funcionamento, tendo em vista que como os motores são influenciados por incontáveis

variáveis torna-se difícil precisar o comportamento de consumo (combustível / ar variando em

relação ao tempo e a rotação do motor). Assim sendo, este sistema didático de injeção eletrônica

torna-se de suma importância tanto para instituições de ensino que formam novos profissionais,

como para empresas que desenvolvem injeções eletrônicas, para que possam estudar, o

comportamento de novos motores, para a correta confecção de modelos baratos de bom

equilíbrio de injeções eletrônicas para estes.

2.2 - Funcionamento de um motor:

Basicamente os motores de combustão interna em sua maioria são dotados de um sistema

de cilindros, os quais atuam como se fossem êmbolos de seringa de injeção, ligados por suas

hastes a uma manivela (Figura 1), ao se girar a manivela tem inicio o primeiro estagio admissão

(Figura 2), no qual o cilindro desce aspirando de uma mistura composta de ar (O2) e

combustível, controlado por válvulas a câmara e selada, dando inicio ao segundo estágio,

compressão (Figura 3), estagio onde o embolo e impulsionado para cima comprimindo a

mistura, ao chegar ao ponto máximo de compressão, neste momento uma peça chamada de vela

gera uma centelha elétrica dando inicio a terceiro estágio, combustão(Figura 4), estágio

caracterizado pela queima dos gases da mistura, que foi iniciada pela centelha gerada pela vela, a

queima dos gases faz com que estes se expandam impulsionando o embolo de volta ao pondo

mais baixo, neste momento tem inicio o quarto e ultimo estagio a exaustão(Figura 5) dos gases

queimados compostos basicamente de CO2, O2, H2O; o cilindro e impelido para cima,

Page 13: injeção eletrônica.pdf

13

expulsando os gases para fora do cilindro. De forma simples estes são os 4 estágios de um motor

4 tempos que tem este nome devido ao número de estágios que compõem seu funcionamento.

Figura 1 – Modelo motor a combustão

http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/segunda_lei/segunda_lei.html [10/06/2007]

Figura 2 – Motor Estagio Admissão

http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/segunda_lei/segunda_lei.html [10/06/2007]

Page 14: injeção eletrônica.pdf

14

Figura 3 - Motor Estagio Compressão

http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/segunda_lei/segunda_lei.html [10/06/2007]

Figura 4 – Motor Estágio Combustão

http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/segunda_lei/segunda_lei.html [10/06/2007]

Page 15: injeção eletrônica.pdf

15

Figura 5 – Motor Estágio Exaustão http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/segunda_lei/segunda_lei.html [10/06/2007]

2.3 – Teoria do Hardware

2.3.1 - Micro controlador:

Micro controladores são circuitos integrados (CI), que contem a mesma estrutura interna

básica que de um PC (Computador Pessoal), mas em proporções reduzidas.

Estes dispositivos possuem memória de programa, memória RAM, processador, e ainda

algumas outras facilidades tais como, conversores A/D e geradores de PWM.

São muito úteis nos casos em que se necessita de algum tipo de processamento rápido

diretamente no circuito.

No caso do nosso simulador de injeção eletrônica, será muito útil, pois realizara muitos

processos tais como: comunicação serial, assim como controle dos subsistemas que compõe este

projeto.

O Microprocessador: PIC 16F877A, versátil e cheio de recursos. É um eficiente

microcontrolador da família 16f fabricada pela (Microchip), oferecendo bons recursos para

aplicações de controle.

Possui as seguintes características:

Page 16: injeção eletrônica.pdf

16

- CPU RISC de 35 instruções.

- Clock de até 20MHz (5 milhões de instruções por segundo).

- Até 8 KWords de memória deprograma.

- 368 bytes de RAM.

- 256 bytes de EEPROM.

- Dois comparadores e geradores PWM.

- 8canais de conversão A/D de 10 bits.

- Comunicação serial.

- 33 pinos de Entrada/Saída.

Figura 6 – Pinagem PIC16f877a

Page 17: injeção eletrônica.pdf

17

2.3.2 - Sensor Ótico:

Composto por fotodiodos receptor e emissor, e usado a detecção da luz ao passar por

ranhuras em um disco(Figura 7). Assim, enquanto o disco roda, medindo-se o tempo entre cada

ranhura é possível saber em que velocidade o disco gira, e ao contar o número de ranhuras a cada

rotação é possível saber em que posição da rotação o disco se encontra.

Figura 7 – Encoder Ótico

http://www.fem.unicamp.br/~instmed/Deformacao_Torque.htm (10/06/2007)

2.3.3 -Bomba de Combustível:

Bombeia o combustível do tanque em direção aos bicos injetores, fazendo com que o

combustível fique sobre determinada pressão.

O fluxo de combustível pode ser visto na figura (Figura 8).

Figura 8 – Bomba de Combustível

http://www.globalsecurity.org/military/library/policy/army/fm/5-484/ch42.htm

(06/10/2007)

Page 18: injeção eletrônica.pdf

18

Figura 9 – Bomba de combustível detalhada

http://www.autoz.com.br/Garagem/Curiosidades (06/10/2007)

Page 19: injeção eletrônica.pdf

19

2.3.4 - Módulo de ignição:

O módulo de ignição é composto basicamente por quatro auto transformadores

denominados bobinas, o enrolamento menor fica ligado à alimentação de 12 Volts, e o

enrolamento maior fica ligado à vela, que emite a centelha elétrica para emitir uma fagulha basta

realizar um chaveamento do enrolamento menor.

Na Figura 10 é possível ver como funciona um dos quatro conjuntos dos quais é

composta a ignição eletrônica moderna.

Na Figura 11 é possível verificar como é o funcionamento de uma bobina automotiva.

As etapas para a emissão de uma centelha são:

1º- A chave denominada por “points” mostrada na Figura 10 está fechada ligando o

enrolamento da bobina maior ao aterramento.

2º- A chave é aberta fazendo com que um pulso de tenção elétrica circule pelo enrolamento

maior da bobina denominada por COIL.Desta forma, é possível fazer com que a tenção de mais

ou menos 12 volts que circulou pelo enrolamento menor seja amplificada para em torno de

20.000 volts no enrolamento maior.

3º- Como o enrolamento esta ligado a vela da ignição, é gerada uma centelha.

Figura 10 – Esquema de ignição

Page 20: injeção eletrônica.pdf

20

Figura 11 - Bobina de combustível

http://www.oficinaecia.com.br/bibliadocarro/biblia.asp

(10/06/2007)

Page 21: injeção eletrônica.pdf

21

2.3.5 - Bico injetor:

O injetor de combustível é um dis’positivo eletromagnético, tipo solenóide on-off que

contém um solenóide que, ao receber um sinal elétrico do módulo de injeção eletrônica, empurra

o êmbolo ou núcleo para cima. Isto permite que uma válvula, pressionada por uma mola, se

desloque de sua sede permitindo que o combustível seja pulverizado ou atomizado no coletor de

admissão.O volume de combustível injetado é proporcional ao tempo de abertura da válvula.

(http://www.oficinaecia.com.br/bibliadocarro/biblia.asp(10/06/2006))

Figura 12 - Bicos Injetores

http://www.oficinaecia.com.br/bibliadocarro/biblia.asp(10/06/2007)

O solenóide é basicamente um pino metálico que é impulsionado por uma força

eletromagnética impelido a realizar uma ação mecânica (Figura 13).

Figura 13 – Solenóide

http://br.geocities.com/saladefisica8/eletromagnetismo/solenoide.htm

(10/06/2007)

Page 22: injeção eletrônica.pdf

22

CAPÍTULO 3 - ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO

Este sistema será baseado na construção de um módulo de injeção básico, que além de

controlar as diversas tarefas necessária ao funcionamento de um motor, seja capaz de comunicar-

se em tempo real com um PC através da porta serial, desta forma será necessário o

desenvolvimento de um software, que permita à análise dos dados provenientes do módulo de

injeção, bem como à reconfiguração deste. Será construída uma bancada de testes para a

simulação e visualização do funcionamento das partes do motor pertinentes ao projeto.

3.1 – Especificação de Hardware

3.1.1 - Módulo de injeção:

O módulo de injeção será construído em torno de um micro controlador (PIC16F877A).

Este micro controlador foi escolhido devido a sua capacidade de clock, que é de até 25Mhz, esta

velocidade é necessária devido ao número de dados à serem analisados em relação ao tempo (que

deve ser o menor possível). Devido à experiências foi possível observar a possibilidade de forçar

essa velocidade até 30Mhs se for necessário, alem do que esse micro controlador implementa a

arquitetura “risc” que supera a arquitetura “cisc” presente na maioria dos outros controladores no

quesito velocidade de processamento para uma mesma velocidade de clock.

Possui como característica favorável a possibilidade de trocar esse modelo (o

pic16f877A) pelo modelo pic18F4620, que tem uma capacidade de memória eeprom e flash

maior, contudo esse modelo é mais difícil de encontrar a venda. E devido a experiências com o

modelo anterior julgou-se suficiente os seus parâmetros de memória.

Outra característica favorável é que estes dois modelos possuem conversor

analógico/digital de 8bits, implementados internamente, que facilita o desenvolvimento do

projeto minimizando problemas de hardware. Este conversor analógico digital será de grande

valia, tendo em vista que o módulo de injeção será responsável pelo tratamento de alguns

parâmetros analógicos vindos da bancada de simulação, tais como potenciômetro que simulará a

válvula de entrada da admissão, potenciômetro de simulação da sonda lambda (correção da

dosagem) , e possivelmente o leitor ótico de ponto, que mede em que posição de rotação o motor

está e também em qual velocidade de rotação este se encontra.

Page 23: injeção eletrônica.pdf

23

O módulo de injeção é responsável principalmente por controlar o tempo que o bico

injetor fica aberto, o que permite o controle preciso da quantidade de combustível que é injetado

no motor de acordo com a rotação do mesmo e da posição de abertura da borboleta que será

simulada, sendo corrigida de acordo com os parâmetros de emissão de O2 pelo escapamento que

deve ser próximo a zero, esse parâmetro é medido pela sonda lambda, mas no nosso caso é um

parâmetro controlado por um potenciômetro presente na bancada de testes.

Atualmente o módulo de injeção é responsável pelo controle de rotação da bomba que faz

com que o combustível (na linha de canos que vai até os bicos injetores) permaneça sobre uma

pressão o mais constante possível, facilitando a codificação do firmware, responsável pelo

controle da abertura dos bicos injetores.

Este controle será feito por PWM (método de controle de rotação de motores de

alimentação DC, que é o caso do motor da bomba), de acordo com um sensor de pressão

presente na bancada de testes, ou por um potenciômetro que irá simular à alteração de pressão.

Outro fator que se tornou responsabilidade do módulo de injeção foi o controle do

modulo de ignição eletrônica, que na prática é o controle do momento em que a vela irá gerar a

centelha elétrica que da inicio a queima no cilindro.

Através da analise do sensor ótico, (este mede a posição em que o motor se encontra), o

micro controlador manda um sinal para o módulo de ignição dizendo qual cilindro e em que

momento este receberá a centelha.

3.1.2 - Módulo de ignição:

Este módulo será representado por leds, na bancada de testes.

3.1.3 - Módulo de simulação de rotação:

Será composto por um motor DC, com um disco perfurado preso ao seu eixo, isso

permitirá a medição da sua rotação e tornará possível determinarsua posição utilizando leitor

ótico de ponto.

Page 24: injeção eletrônica.pdf

24

3.1.4 - Bancada de testes:

Composta por 4 bicos injetores, bomba de combustível , 4 leds para simulação do modulo

de ignição, modulo de simulação de rotação, potenciômetros para a simulação da sonda lambda,

e potenciômetro para simulação da posição da borboleta de admissão.

3.2 – Especificação do Software

3.2.1 - Software:

O software será desenvolvido no ambiente PowerBuilder6. Formará uma interface serial

com o micro controlador PIC16F877A, este mandará informações sobre os sensores para que o

software presente no PC possa mostrar gráficos sobre a simulação, o software terá a capacidade

de alterar dados na memória ram do micro controlador, dados os quais farão a atualização de

alguns parâmetros pertinentes ao funcionamento,tais como: alteração da dosagem padrão de

combustível, alteração do ponto do motor (momento exato da emissão de centelha pela vela).

3.2.3 - Firmware:

Firmware será desenvolvido no ambiente de desenvolvimento MPLAB, associado ao

compilador CCS.

O MPLAB é fornecido gratuitamente pelo fabricante do micro controlador PIC16F877A,

e pode ser diretamente associado para funcionar em conjunto com o MPLAB de forma que pode-

se desenvolver o firmware direto em linguagem C;

Software embarcado no micro controlador que será responsável pelo gerenciamento do “Motor”,

que na pratica será a bancada de testes, gerenciando o módulo de combustível, módulo de

ignição, pressão da bomba e ainda será responsável pelo envio dos dados amostrados pelos

sensores para o PC.

Ele fará o gerenciamento baseado nos parâmetros setados pelo software do PC.

Page 25: injeção eletrônica.pdf

25

CAPÍTULO 4 - PROJETO

Figura 14 - Diagrama em blocos do Sistema

Como visto na Figura 14 a bancada de divide em quatro módulos que serão explicados e

desenvolvidos separadamente.

Modulo Micro controlador

Sensor de CO2

Sensor da borboleta

PC

Modulo Bico injetor / bomba acionamento

Bancada de teste

Page 26: injeção eletrônica.pdf

26

4.1 - Módulo Micro controlador

O módulo micro controlador foi desenvolvido visando preencher alguns requisitos.

• Interface serial rs232 confiável:

• Conector que facilite a regravação do micro controlador no próprio modulo:

• Conector para alimentação:

• Conectores para interface do micro controlador com outros módulos :

4.1.1 - Interface serial confiável:

A interface foi construída utilizando um conector db9, e um ci max232 propício para

conversão (ttl para rs232). O diagrama de conexões será mostrado na Figura 15.

As conexões do ci MAX232 foram feitas de modo padrão, que é encontrado no datashet e

fornecido pele fabricante.

Este será ligado ao micro controlador nos pinos propícios (tx pin25 e rx pin 26 ) e nos

pinos indicados na Figura 6.

4.1.2 - Conector que facilite a regravação:

O conector é ligado diretamente aos pinos ,vistos na Figura 15, para que o programador

possa ser conectado.

O programador foi adaptado a partir do esquemático visto na Figura24, e seu esquemático

encontra-se na Figura16.

Tendo em vista que este é um projeto didático, notou-se necessária a montagem de um

gravador integrado ao Protótipo Para facilitar a atualização do firmware.

4.1.3 -Conector para alimentação:

O conector de alimentação é ligado ao sistema utilizando um retificador e um regulador

de tensão 7805.

Page 27: injeção eletrônica.pdf

27

4.1.4 - Conectores para interface:

Conector para interface, este se conecta com os pinos de saída restantes. De acordo com a

Figura 6

Page 28: injeção eletrônica.pdf

28

Figura 15 - E

squem

atico Modulo de C

ontrole

DB9

MAX232

Conector para regravação Conector de interface

Conector pára alimentação

Page 29: injeção eletrônica.pdf

29

Figura 16 - esquemático Programador PIC16F877

4.2 - Módulo Bicos e Bomba

O módulo de bicos e bomba conecta-se ao módulo controlador através de um cabo flet

com 5 vias das quais 4 são para controle dos bicos individualmente, e 1 para o controle de

ativação da bomba.

Os bicos são controlados utilizando transistores tip127, que por sua vez são ativados por

uma porta lógica “not” número 74ls04. que e ligada ao conector de saída.

A bomba é controlada utilizando uma associação de transistores, um tip122, acionando

um tip147, essa associação é ativada também pela porta lógica “not”.

Mais detalhes podem ser vistos na Figura 17.

DB9 interface com o computador

Conector para comunicação com o Móulo de controle

Page 30: injeção eletrônica.pdf

30

Figura 17 - Esquematico Modulo Bomba de combustivel / bicos de injeção

4.3 - Módulo Sensor CO2

O sensor de CO2 é simulado por um potenciômetro de 10kΩ, que ligado à fonte de 5v gera o sinal que será introduzido no conector do módulo de controle, que leva ao pino 2 do micro controlador, possibilitando a simulação da variação que o sensor geraria.

Figura 18 - Esquemático Simulador de Sensores CO2 / Borboleta da Admissão

Conector controle da bomba

Conector controle bicos

Tip127 controle dos bicos

Associação para controle da bomba

Alimentação 5 v

Conector para micro

controlador

Alimentação 5V

Alimentação 12V

Page 31: injeção eletrônica.pdf

31

4.4 - Sensor da borboleta

O sensor da borboleta funciona da mesma forma que o de CO2 desta forma a Figura 18

representa o circuito. 4.5 – Fonte de alimentação

A fonte de alimentação foi adaptada a partir de uma fonte de computador de 150 W,

sendo essa tirada do chassi original para poder ser afixada ao protótipo.

As fotos da fonte e sua adaptação podem ser vistas no ANEXO III, figuras 26 e 27

respectivamente.

Page 32: injeção eletrônica.pdf

32

4.6 - Software O software é constituído de quatro gráficos, sendo eles:

• Monitor de rotação que indica em que rotação o disco de simulação de ponto se encontra.

• Monitor de CO2 o qual indica em que percentual de CO2 esta sendo simulado.

• Monitor de abertura da borboleta que indica qual o percentual de abertura da borboleta

• Monitor de freqüência de abertura dos bicos que indica quantas vezes o bico se abre a

cada ms.

O software possui a possibilidade de interagir com a bancada através quatro opções

configuráveis de ordem, de ignição dos cilindros:

• 4_2_3_1

• 1_3_2_4

• 3_1_2_4

• 2_4_3_1

O Software possui ainda uma interface para configuração da porta serial, através da qual ele se comunica com a bancada didática.

Figura 19 - Protótipo do software

Page 33: injeção eletrônica.pdf

33

4.6.1 – Diagrama de casos

O diagrama de casos de uso representa as ações que o sistema recebe de um agente externo, no nosso caso esse agente e o próprio usuário.

Figura 20 - Diagrama de Casos De Uso

Configurar a porta serial

Configurar ponto do motor

Usuário

Monitorar Gráfico de CO2

Monitorar Gráfico de Rotação

Monitorar Gráfico de tempo de abertura dos

bicos

Monitorar Gráfico de Abertura da borboleta de Admção de ar

uses

uses

uses

uses

uses

uses

Page 34: injeção eletrônica.pdf

34

4.6.2 - Diagrama De Seqüência

Figura 21 - Diagrama de Seqüencia

Usuário : Sistema

Configurar porta serial

Selecionar Porta (COM1, COM2, COM3)

Abrir conexão serial()

Limpar Serial()

Usuário : Sistema

Configurar o Ponto de Ignição

Seleciona o ponto do motor(1,3,2,4)

Faz a análise os dados nos Gráficos

Page 35: injeção eletrônica.pdf

35

Figura 22 - Diagrama de Seqüencia

: FirmWare

Troca de Dados Sistema / Bancada

Envia o Ponto do motor ( 1,3,2,4 )

Envia (‘R’)

: Sistema

Recebe a Rotação

Recebe o valor do CO2

Recebe a Posição da Borboleta

Envia (‘S’)

Envia (‘P’)

Envia (‘H’)

Recebe o tempo de abertura dos bicos

Page 36: injeção eletrônica.pdf

36

4.6.3 -Diagrama de classes

Figura 23 - Diagrama de Classes

Cserial

Receber() AbrirPortaSerial() FecharPortaSerial() Recebe2() Enviar() Limpar()

Principal : public TForm

Sair1Click(); BtFecharClick(); BtAbrirClick(); BtSairClick(); Timer1Timer(); Check4_2_3_1Click(); Check1_3_2_4Click(); Check3_1_2_4Click(); Check2_4_3_1Click();

Page 37: injeção eletrônica.pdf

37

4.7 –FirmWare O FirmWare Foi desenvolvido com base em uma maquina de estados que controla a passagem

des estados que existe, entre a rotação dos cilindros.

A maquina de estados e estartada com uma função de interrupção externa, a interrupção esterna e

gerada pelo sensor ótico que se liga ao pic pelo pino “rb0” que pode ser visto na Figura 6.

O codigo é exemplificado no Fuxograma da Figura 25.

Figura 24 - Fluxograma do FirmWare

Inicio

Chama maquina de estados passando o ponto do motor

Interrupção

s

N

É intrrupt externa

s

N

Desliga a Bomba

Atualiza o timer Calcula rotação Mede abertura da borboleta Mede sonda de CO2 Atualiza Padrões De tempo de abertura dos bicos

Se o Motor esta rodando

s

N

N

É interrupt timer

s

N

Atualiza Variáveis de controle passadas Pela serial

Page 38: injeção eletrônica.pdf

38

CAPITULO 5 RESULTADOS OBTIDOS

Os resultados obtidos forão bastante satisfatórios, tendo em vista a finção didatica desta bancada.

Tendo ela demontrado ser um valioso intrumento para a conpreenção dos sistemas de injeção e

do funcionamento de um motor.A Tab1 relaciona alguns resultados obtidos.

1 Tabela Resultados

Page 39: injeção eletrônica.pdf

39

CAPITULO 6 – CONCLUSÃO

Através deste projeto foi possível adquirir grande aprendizado e crescimento pessoal ,

pois a pesquisa e a troca de experiencias não fundamentais na formação acadêmica e evolução

proissional.

O prototipo se mostrou funcional, podenso o mesmo ser comercializado, tendo em vista

as necesidades dos alunos em universidades para facilitar o aprendizado acadêmico.

As Imagens e seu comentarios sobre o prototipo encontran-se no ANEXOIII.

Sabendo que se trata prorótipo , este é passível de melhorias, tais como : uma fonte de

alimentação mais adequada, um sensor ótico mais preciso e rápido, assim como concentrar

todos os módulo em um só.

Page 40: injeção eletrônica.pdf

40

CAPITULO 7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] http://pt.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador

[2] http://www.freescale.com

[3]http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1335&dDoc

Name=en010242

[4 ] http://www.rogercom.com

[5] http://www2.eletronica.org/projetos

[6] http://www.megasquirt.info/

[7] http://www.oficinaecia.com.br/bibliadocarro

[8] http://br.geocities.com/teixeiramg/MBHP_JDM.htm

[9] ALVES, Wilian Pereira. C++Builder 6 - Desenvolva Aplicações para Windows. Editora

Érica, 2006.

[10] Fábio Pereira Microcontroladores PIC – Programação em C. Editora Érica, 2006.