O presente trabalho objetiva estudar o tempo de atraso de ignição em um motor de combustão interna do ciclo Diesel por meio do uso da análise de vibração. O estudo se deu no Laboratório de Ensaios de Motores e Emissões-LEME da Universidade Federal da Paraíba-UFPB. Um sensor piezoelétrico foi acoplado em um motor MWM 4.07 TCE e os sinais de vibração no momento da explosão do combustível foram tratados eletronicamente por um circuito de condicionamento de sinal. Diante da comparação entre os sinais provenientes do sinal do sensor e da abertura do bico injetor foi possível determinar o tempo de atraso da ignição

Bonfim, Rodrigo Assis

Figueiredo, Davi Gondim de O.

Mendonça, Jefferson W. de M.

Rocha, Márcio Andrade

Santos, Carlos A. Cabral

Santos, Lesso Benedito dos

Portuguese

Brazilian Journals

Brazilian Journal of Development       Braz. J. of  Develop., Curitiba, v. 6, n.12, p.99947-99952 dec. 2020.               ISSN 2525-8761   99947  Aplicação da análise de vibração na determinação do atraso de ignição em um motor de combustão interna por compressão  Application of vibration analysis in the determination of ignition delay in a compression internal combustion engine   DOI:10.34117/bjdv6n12-472  Recebimento dos originais:13/11/2020  Aceitação para publicação:19/12/2020  Márcio Andrade Rocha Docente Instituto Federal da Bahia, IFBA/Jequié E-mail: marcioandrade@ifba.edu.br  Rodrigo Assis Bonfim Docente Instituto Federal da Bahia, IFBA/Jequié E-mail: rodrigobonfim@ifba.edu.br  Davi Gondim de O. Figueiredo Graduando em Engª Elétrica Universidade Federal da Paraíba, UFPB/João Pessoa E-mail: davi-gondim@hotmail.com  Lesso Benedito dos Santos Docente Instituto Federal de Alagoas, IFAL/Maceió E-mail:lesso.santos@yahoo.com.br  Carlos A. Cabral Santos Docente Universidade Federal da Paraíba, UFPB/João Pessoa E-mail: carloscabralsantos@yahoo.com.br  Jefferson W. de M. Mendonça Graduando em Engª Elétrica Universidade Federal da Paraíba, UFPB/João Pessoa E-mail: mendonca11@gmail.com     Brazilian Journal of Development       Braz. J. of  Develop., Curitiba, v. 6, n.12, p.99947-99952 dec. 2020.               ISSN 2525-8761   99948  RESUMO O presente trabalho objetiva estudar o tempo de atraso de ignição em um motor de combustão interna do ciclo Diesel por meio do uso da análise de vibração. O estudo se deu no Laboratório de Ensaios de Motores e Emissões-LEME da Universidade Federal da Paraíba-UFPB. Um sensor piezoelétrico foi acoplado em um motor MWM 4.07 TCE e os sinais de vibração no momento da explosão do combustível foram tratados eletronicamente por um circuito de condicionamento de sinal. Diante da comparação entre os sinais provenientes do sinal do sensor e da abertura do bico injetor foi possível determinar o tempo de atraso da ignição.  Palavras-chave: Atraso de ignição, sensor piezoelétrico, análise de vibração.  ABSTRACT The present work aims to study the ignition delay time in an internal combustion engine of the Diesel cycle through the use of vibration analysis. The study was conducted in the Laboratory of Tests of Engines and Emissions-LEME at Federal University of Paraíba-UFPB. A piezoelectric sensor was coupled to an MWM 4.07 TCE engine and the vibration signals at the fuel explosion instant were picked up and treated with signal conditioning circuits. By comparing the signals from the sensor and the injector opening, it was possible to determine the ignition delay time.  Keywords: Ignition delay, piezoelectric sensor, vibration analysis.   1 INTRODUÇÃO Os motores de combustão interna por compressão necessitam injetar o combustível na câmara de combustão em um instante predeterminado sendo o início do processo um pouco antes do pistão atingir o ponto morto superior – PMS. Entretanto, o combustível não se inflama instantaneamente a partir do início da injeção levando, portanto, uma fração de segundos desde a abertura do injetor até o início da explosão propriamente dita. Esse intervalo de tempo é chamado de “Atraso de Ignição”.   Neste trabalho propõe-se utilizar a análise de vibração a partir do uso de um sensor piezoelétrico na determinação do atraso de ignição em um motor do ciclo Diesel utilizando combustível convencional1.  2 METODOLOGIA Trata-se de um trabalho de caráter experimental realizado no Laboratório de Ensaios de Motores e Emissões-LEME da Universidade Federal da Paraíba-UFPB onde foram utilizados: um motor MWM 4.07 TCE com sistema de injeção Common Rail e turbo alimentado; sensor piezoelétrico tipo pastilha; sensor de detonação automotivo; osciloscópio de dois canais; circuito de instrumentação para o condicionamento dos sinais dos sensores e microcontrolador. Os sensores foram instalados no bloco do motor e os sinais obtidos passaram por etapas de condicionamento de sinal, incluindo filtragem,                                                              1 Denominamos aqui combustível convencional a mistura Diesel/Biodiesel especificada e vendida em qualquer posto de combustível do país como combustível para funcionamento dos motores do ciclo Diesel.  Brazilian Journal of Development       Braz. J. of  Develop., Curitiba, v. 6, n.12, p.99947-99952 dec. 2020.               ISSN 2525-8761   99949  amplificação e processamento de sinal. Os sinais foram então analisados por meio osciloscópio para analisar o sinal do sensor piezoelétrico sincronamente com o sinal proveniente da abertura do bico injetor para que pudesse ser determinado o atraso de ignição.   3 RESULTADOS E DISCUSSÃO A vibração produzida pela detonação do combustível no motor se espalha por toda a sua massa em uma variação temporal que implicou numa primeira etapa do desenvolvimento do trabalho, que foi a escolha do sensor ideal para a medição dessa vibração considerando o princípio de funcionamento, custo envolvido, complexidade de aquisição e frequência de vibração do motor. Como conclusão, os sensores que funcionam utilizando o efeito piezoelétrico foram considerados. Após o posicionamento de um sensor piezoelétrico em uma parte central do motor, o sinal gerado pela pastilha piezoelétrica foi analisado e percebeu-se que necessitava de amplificação, pois sua amplitude era muito baixa para ser detectada pelo conversor analógico-digital de 10 bits do microcontrolador (para posterior processamento). Como consequência, utilizou-se um amplificador. Como o sinal estava com picos em torno de 50 mV, utilizou-se um amplificador com ganho 100. Após a seleção do primeiro amplificador de alto ganho LM324, notou-se que o sinal estava perdendo definição das bordas, como mostra a Figura 1.  Figura 1:Aspecto do sinal sem definição nas bordas.    Ao se investigar a possível causa, foi considerada a possibilidade de o ganho estar muito alto e o amplificador estar sendo saturado. Após a aquisição de um amplificador de baixo ruído, o sinal com o motor em baixa rotação voltava a ficar abaixo da resolução do conversor analógico-digital do microcontrolador. Considerando as amostras obtidas dos ensaios, observou-se que havia aumento na Brazilian Journal of Development       Braz. J. of  Develop., Curitiba, v. 6, n.12, p.99947-99952 dec. 2020.               ISSN 2525-8761   99950  amplitude do sinal juntamente com o aumento da rotação do motor, e que o amplificador apresentou o comportamento esperado quando a tensão do sinal de saída estivesse abaixo de 1,5V menor que a tensão de alimentação. Com isso, passou-se a alimentar o amplificador com 12V e o ganho foi ajustado para 15.  Com as devidas alterações nos amplificadores operacionais, incluindo ajuste do ganho, tensão de alimentação e topologia do amplificador, o sinal apresentou-se dentro dos níveis de tensão necessários e esperados para o perfeito funcionamento juntamente ao microcontrolador. A Figura 2 ilustra os sinais do sensor piezoelétrico em cor amarela após o tratamento e o da abertura do bico injetor, sendo que a diferença temporal entre eles é o atraso de ignição.   Figura 2: Aspecto do sinal do sensor piezoelétrico após tratamento (em amarelo) e do sinal elétrico de abertura do bico injetor (em verde).   Dessa forma foi possível obter o ponto exato no qual a detonação ocorre no motor em questão estudado, proporcionando ao projeto obter uma informação que antes era uma desconhecida.  4 CONCLUSÃO A utilização da técnica de análise de vibração a partir do uso do sensor piezoelétrico tem se mostrado consistente para o estudo do atraso de ignição em motores de combustão interna tendo este um ou mais cilindros. O custo envolvido no experimento é muito baixo, haja vista o sensor utilizado já ser de uso em motores flex, de baixo custo, de fácil aquisição e também de instalação. Os componentes eletrônicos utilização na construção dos circuitos de filtragem e amplificação seguem os aspectos acima citados. Brazilian Journal of Development       Braz. J. of  Develop., Curitiba, v. 6, n.12, p.99947-99952 dec. 2020.               ISSN 2525-8761   99951  Os demais equipamentos, tais como o motor e o osciloscópio não precisaram ser adquiridos, haja vista já constavam no laboratório. Outro aspecto importante que deve ser mencionado é o fato de os ensaios serem não invasivos, não interferindo em nenhuma ordem mecânica ou eletro-eletrônica alterando a originalidade de fábrica do motor.  O estudo do princípio de funcionamento para a do sensor utilizado agregado ao uso de um circuito apropriado de condicionamento de sinais, proporcionou um tratamento adequado a uma grandeza física para que esta pudesse ser corretamente convertida em sinal elétrico, lida e tratada por um microcontrolador.  A aquisição destes dados proporcionaram ganhos significativos à comunidade científica, uma vez que o conhecimento do ponto exato no qual o combustível detona é imprescindível para que o motor se comporte da forma desejada mesmo com uma mudança de combustível.  AGRADECIMENTOS Prestamos os nossos agradecimentos à CAPES pelo fomento em nossa pesquisa.                  Brazilian Journal of Development       Braz. J. of  Develop., Curitiba, v. 6, n.12, p.99947-99952 dec. 2020.               ISSN 2525-8761   99952  REFERÊNCIAS  LATA, D.B.; MISRA, Ashok. Analysis of ignition delay period of a dual fuel diesel engine with hydrogen and LPG as secondary fuels. International journal of hydrogen energy v. 36 (2011), p. 3746 a 3756.  HEYWOOD, JB. Internal combustion engine fundamentals. New York: McGraw-Hill; 1988.   KARIM, GA. The dual fuel engine of the compression ignition type-prospects, problems and solutions e a review. In: SAE technical paper 831073; 1983. p. 3.569 a 3.577.  TEXAS INSTRUMENTS, Handbook of Operational Amplifiers Applications. Outubro de 2001. Revisado em Outubro de 2016.  NUSC, Technology Monograph, HANDBOOK for the ANALYSIS of  PIEZOELECTRIC TRANSDUCERS, 1978.  FREITAS, Víncentte; SILVA, Jusciane,. Sensor de Vibração Mecânica Utilizando Plataforma Arduino e Material Piezoelétrico. Mossoró-RN, 2017.  

Aplicação da análise de vibração na determinação do atraso de ignição em um motor de combustão interna por compressão/  Application of vibration analysis in the determination of ignition delay in a compression internal combustion engine

https://ojs.brazilianjournals.com.br/ojs/index.php/BRJD/article/download/21888/17467

Aplicação da análise de vibração na determinação do atraso de ignição em um motor de combustão interna por compressão/ Application of vibration analysis in the determination of ignition delay in a compression internal combustion engine

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Brazilian Journals