O sistema de gerenciamento dos motores automotivos tem se tornado um avançado sistema de controle. Seu objetivo é fazer com que o nível de emissões de gases poluentes gerados esteja dentro dos padrões exigidos pela legislação de cada país e ao mesmo tempo manter os níveis de desempenho e dirigibilidade. Apresenta as principais características de um típico sistema de gerenciamento de motores a combustão interna, descreve os modos de controle e aponta tendências futuras. Descreve o sistema de controle desenvolvido, o qual servirá de ferramenta de pesquisa para trabalhos que envolvam o estudo de técnicas de controle aplicadas neste contexto e pesquisas envolvendo otimização do rendimento dos motores automotivos / The automotive engine management system has become an advanced control system. Its objective is to maintain the pollutants gas emissions according to legislations and to maintain the performance and driveability, at the same time. It presents the main features of a tipical internal combustion engine management system, it describes the control modes and it point out the future tendencies. It describes the control system developed, which one will be usefull as a tool for research involving control applied in this context and engine automotive efficiency optimization researchs

O sistema de gerenciamento dos motores automotivos tem se tornado um avançado sistema de controle. Seu objetivo é fazer com que o nível de emissões de gases poluentes gerados esteja dentro dos padrões exigidos pela legislação de cada país e ao mesmo tempo manter os níveis de desempenho e dirigibilidade. Apresenta as principais características de um típico sistema de gerenciamento de motores a combustão interna, descreve os modos de controle e aponta tendências futuras. Descreve o sistema de controle desenvolvido, o qual servirá de ferramenta de pesquisa para trabalhos que envolvam o estudo de técnicas de controle aplicadas neste contexto e pesquisas envolvendo otimização do rendimento dos motores automotivos / The automotive engine management system has become an advanced control system. Its objective is to maintain the pollutants gas emissions according to legislations and to maintain the performance and driveability, at the same time. It presents the main features of a tipical internal combustion engine management system, it describes the control modes and it point out the future tendencies. It describes the control system developed, which one will be usefull as a tool for research involving control applied in this context and engine automotive efficiency optimization researchs

Uma nova metodologia para a criação de mapas base de injeção eletrônica de combustível para motores de combustão interna de ignição a centelha é apresentada e seu comportamento é comparado com os resultados fornecidos pela metodologia MVEM. A partir da utilização de equacionamentos da literatura, é feita uma modelagem do ciclo ideal Otto para um motor genérico alternativo monocilíndrico de 500 cm³ de volume deslocado. É modelada também uma válvula do tipo borboleta genérica de 0,06 m³ de diâmetro que opera tanto em regime subsônico quanto sônico. A pressão à jusante da borboleta é calculada para aberturas de 5° a 88,64°. Os modelos são acoplados a partir da vazão mássica de ar admitida, que é o parâmetro principal, sendo programados e simulados usando o programa comercial EES. O mapa base de pressão por abertura de borboleta por rotação resultante mostra o detalhe de descontinuidade pelo uso das equações de vazão mássica juntamente com a imposta pelas equações de coeficiente de descarga, implicando na mudança brusca de valores de pressão calculados para a região de abertura menor que 20%. O mapa de vazão mássica de combustível por rotação e por abertura de borboleta para uma razão estequiométrica de 14,67 também é gerado. Nele é possível observar a demanda por vazão mássica de combustível para cada rotação e abertura da válvula borboleta mostrando o caminho a ser seguido pelo motor para que seja atingida a vazão mássica necessária para obter-se a relação ar/combustível desejada. A metodologia proposta gera mapas base de combustível para módulos de injeção eletrônica. Os resultados são apresentados na forma de gráficos. O modelo produz resultados satisfatórios, reproduzindo o comportamento da válvula borboleta, comparado com a literatura. / A new methodology for EMS base maps to the internal combustion spark ignition engines is presented. Its behavior is compared with results from the MVEM methodology. From the technical literature an ideal Otto cycle for a generic reciprocating single cylinder engine with 500 cm³ of displaced volume. Also, throttle valve with a diameter of 0.06 m of diameter operating in subsonic and sonic flow regime is modeled. The downstream pressure is calculated for throttle openings of 5° to 88.64°. The models are coupled using the engine air mass flow rate as the main parameter, being programmed and simulated using a commercial EES software. The base map of pressure versus throttle opening and engine speed shows the discontinuity detail imposed from the mass flow and discharge coefficient equations, resulting into a abrupt change of pressure values calculated for an opening region less than 20%. The fuel mass flow versus revolutions per minute versus throttle valve opening for stoichiometric air fuel ratio of 14.67 is also generated. In such map it is possible to show the fuel mass flow demand for each rotation and throttle opening showing the path to be followed by the engine to reach the mass air flow needed to reach the target air fuel ratio. This methodology generates base fuel maps for electronic fuel injection modules. The results are presented in graph forms. The model presents satisfactory results that reproduce the throttle valve behavior, compared to the literature.

Uma nova metodologia para a criação de mapas base de injeção eletrônica de combustível para motores de combustão interna de ignição a centelha é apresentada e seu comportamento é comparado com os resultados fornecidos pela metodologia MVEM. A partir da utilização de equacionamentos da literatura, é feita uma modelagem do ciclo ideal Otto para um motor genérico alternativo monocilíndrico de 500 cm³ de volume deslocado. É modelada também uma válvula do tipo borboleta genérica de 0,06 m³ de diâmetro que opera tanto em regime subsônico quanto sônico. A pressão à jusante da borboleta é calculada para aberturas de 5° a 88,64°. Os modelos são acoplados a partir da vazão mássica de ar admitida, que é o parâmetro principal, sendo programados e simulados usando o programa comercial EES. O mapa base de pressão por abertura de borboleta por rotação resultante mostra o detalhe de descontinuidade pelo uso das equações de vazão mássica juntamente com a imposta pelas equações de coeficiente de descarga, implicando na mudança brusca de valores de pressão calculados para a região de abertura menor que 20%. O mapa de vazão mássica de combustível por rotação e por abertura de borboleta para uma razão estequiométrica de 14,67 também é gerado. Nele é possível observar a demanda por vazão mássica de combustível para cada rotação e abertura da válvula borboleta mostrando o caminho a ser seguido pelo motor para que seja atingida a vazão mássica necessária para obter-se a relação ar/combustível desejada. A metodologia proposta gera mapas base de combustível para módulos de injeção eletrônica. Os resultados são apresentados na forma de gráficos. O modelo produz resultados satisfatórios, reproduzindo o comportamento da válvula borboleta, comparado com a literatura. / A new methodology for EMS base maps to the internal combustion spark ignition engines is presented. Its behavior is compared with results from the MVEM methodology. From the technical literature an ideal Otto cycle for a generic reciprocating single cylinder engine with 500 cm³ of displaced volume. Also, throttle valve with a diameter of 0.06 m of diameter operating in subsonic and sonic flow regime is modeled. The downstream pressure is calculated for throttle openings of 5° to 88.64°. The models are coupled using the engine air mass flow rate as the main parameter, being programmed and simulated using a commercial EES software. The base map of pressure versus throttle opening and engine speed shows the discontinuity detail imposed from the mass flow and discharge coefficient equations, resulting into a abrupt change of pressure values calculated for an opening region less than 20%. The fuel mass flow versus revolutions per minute versus throttle valve opening for stoichiometric air fuel ratio of 14.67 is also generated. In such map it is possible to show the fuel mass flow demand for each rotation and throttle opening showing the path to be followed by the engine to reach the mass air flow needed to reach the target air fuel ratio. This methodology generates base fuel maps for electronic fuel injection modules. The results are presented in graph forms. The model presents satisfactory results that reproduce the throttle valve behavior, compared to the literature.

Uma nova metodologia para a criação de mapas base de injeção eletrônica de combustível para motores de combustão interna de ignição a centelha é apresentada e seu comportamento é comparado com os resultados fornecidos pela metodologia MVEM. A partir da utilização de equacionamentos da literatura, é feita uma modelagem do ciclo ideal Otto para um motor genérico alternativo monocilíndrico de 500 cm³ de volume deslocado. É modelada também uma válvula do tipo borboleta genérica de 0,06 m³ de diâmetro que opera tanto em regime subsônico quanto sônico. A pressão à jusante da borboleta é calculada para aberturas de 5° a 88,64°. Os modelos são acoplados a partir da vazão mássica de ar admitida, que é o parâmetro principal, sendo programados e simulados usando o programa comercial EES. O mapa base de pressão por abertura de borboleta por rotação resultante mostra o detalhe de descontinuidade pelo uso das equações de vazão mássica juntamente com a imposta pelas equações de coeficiente de descarga, implicando na mudança brusca de valores de pressão calculados para a região de abertura menor que 20%. O mapa de vazão mássica de combustível por rotação e por abertura de borboleta para uma razão estequiométrica de 14,67 também é gerado. Nele é possível observar a demanda por vazão mássica de combustível para cada rotação e abertura da válvula borboleta mostrando o caminho a ser seguido pelo motor para que seja atingida a vazão mássica necessária para obter-se a relação ar/combustível desejada. A metodologia proposta gera mapas base de combustível para módulos de injeção eletrônica. Os resultados são apresentados na forma de gráficos. O modelo produz resultados satisfatórios, reproduzindo o comportamento da válvula borboleta, comparado com a literatura. / A new methodology for EMS base maps to the internal combustion spark ignition engines is presented. Its behavior is compared with results from the MVEM methodology. From the technical literature an ideal Otto cycle for a generic reciprocating single cylinder engine with 500 cm³ of displaced volume. Also, throttle valve with a diameter of 0.06 m of diameter operating in subsonic and sonic flow regime is modeled. The downstream pressure is calculated for throttle openings of 5° to 88.64°. The models are coupled using the engine air mass flow rate as the main parameter, being programmed and simulated using a commercial EES software. The base map of pressure versus throttle opening and engine speed shows the discontinuity detail imposed from the mass flow and discharge coefficient equations, resulting into a abrupt change of pressure values calculated for an opening region less than 20%. The fuel mass flow versus revolutions per minute versus throttle valve opening for stoichiometric air fuel ratio of 14.67 is also generated. In such map it is possible to show the fuel mass flow demand for each rotation and throttle opening showing the path to be followed by the engine to reach the mass air flow needed to reach the target air fuel ratio. This methodology generates base fuel maps for electronic fuel injection modules. The results are presented in graph forms. The model presents satisfactory results that reproduce the throttle valve behavior, compared to the literature.

A indústria automobilística é um dos mais importantes setores da economia no Brasil e no mundo. Nos últimos anos viu-se praticamente obrigada a melhorar o desempenho de seus veículos produzidos e reduzir seus custos. Um dos marcos desta transformação foi o desenvolvimento do sensor de oxigênio, sendo este um dos principais elementos dos sistemas gerenciadores de motor. Esta dissertação propõe o estudo de arquiteturas de sistemas inteligentes para sensoriamento virtual de oxigênio em veículos bicombustíveis, utilizando-se redes neurais artificiais supervisionadas, com arquitetura Perceptron multicamadas. As topologias implementadas atingiram resultados com erros relativos médios menores que 1% em centenas de topologias. Verificou-se também que para o sensoriamento virtual de oxigênio em veículos bicombustíveis, a abordagem de se realizar treinamentos com todos os tipos de combustíveis, segmentando conjuntos de todo o universo de dados, mostra-se a mais adequada. / The automotive industry is one of the most important sectors in Brazilians economy and in the world. In recent years, this industry has been forced to improve the performance of their produced vehicles and to reduce their costs. One of the landmarks of this transformation was the development of the oxygen sensor, which is one of the main elements of the engine management systems. This dissertation proposes the use of intelligent systems architectures for virtual oxygen sensing of bi-fuel vehicles, using multilayer Perceptron artificial neural networks. The implemented topologies reach results with mean relative errors less than 1% in hundreds of topologies. It was also noted that the approach to train the neural network with all types of fuels, using subsets of data universe, it is the most appropriate to have a virtual sensing of oxygen in bi-fuel vehicles.

A indústria automobilística é um dos mais importantes setores da economia no Brasil e no mundo. Nos últimos anos viu-se praticamente obrigada a melhorar o desempenho de seus veículos produzidos e reduzir seus custos. Um dos marcos desta transformação foi o desenvolvimento do sensor de oxigênio, sendo este um dos principais elementos dos sistemas gerenciadores de motor. Esta dissertação propõe o estudo de arquiteturas de sistemas inteligentes para sensoriamento virtual de oxigênio em veículos bicombustíveis, utilizando-se redes neurais artificiais supervisionadas, com arquitetura Perceptron multicamadas. As topologias implementadas atingiram resultados com erros relativos médios menores que 1% em centenas de topologias. Verificou-se também que para o sensoriamento virtual de oxigênio em veículos bicombustíveis, a abordagem de se realizar treinamentos com todos os tipos de combustíveis, segmentando conjuntos de todo o universo de dados, mostra-se a mais adequada. / The automotive industry is one of the most important sectors in Brazilians economy and in the world. In recent years, this industry has been forced to improve the performance of their produced vehicles and to reduce their costs. One of the landmarks of this transformation was the development of the oxygen sensor, which is one of the main elements of the engine management systems. This dissertation proposes the use of intelligent systems architectures for virtual oxygen sensing of bi-fuel vehicles, using multilayer Perceptron artificial neural networks. The implemented topologies reach results with mean relative errors less than 1% in hundreds of topologies. It was also noted that the approach to train the neural network with all types of fuels, using subsets of data universe, it is the most appropriate to have a virtual sensing of oxygen in bi-fuel vehicles.

Orientador: Rogério Gonçalves dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T13:19:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fajgenbaum_Renata_M.pdf: 5459929 bytes, checksum: 05a7fae663d15ca13af6858bbe983761 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A motivação em se estudar os fenômenos que acontecem em cada subsistema de um motor de combustão interna ciclo Otto reside na possibilidade de se prever e otimizar seu funcionamento, em especial com os diferentes combustíveis de nova geração que estão sendo inseridos no mercado. O processo de atomização que ocorre nos bicos injetores de combustível, dispositivos integrantes do sistema de injeção eletrônica do motor, apresenta forte relação com a posterior reação de combustão e, por conseguinte, com a eficiência térmica do motor. No presente trabalho, experimentos foram conduzidos para investigar o efeito da temperatura do líquido em parâmetros de atomização de um atomizador do tipo mecânico-centrífugo utilizado em bicos injetores de combustível automotivos. O aparato experimental consistiu de uma bancada de injeção de combustível conectada a um sistema de controle de calor, este com objetivo de variar a temperatura do combustível. Os parâmetros de atomização foram avaliados por meio da técnica de Shadowgraphy, a fim de se medir diâmetro de gotas, distribuição de partículas e campo de velocidades. Gasolina e etanol em diferentes temperaturas foram usados para fornecer variação nas propriedades do líquido, ambos com a mesma pressão de injeção. Os resultados de tamanho de gota foram dados, principalmente, em termos de Sauter Mean Diameter (SMD) e outros diâmetros representativos que se mostraram pertinentes. Todas as medições foram realizadas em duas diferentes distâncias axiais do orifício de descarga. Para as duas distâncias escolhidas, 25 mm e 100 mm, o SMD e a velocidade se mostraram insensíveis à faixa de temperatura testada, devido à baixa variação das propriedades dos combustíveis. Por outro lado, a distribuição das partículas permitiu visualizar o efeito da temperatura nos diâmetros das gotas, mostrando que o aumento da temperatura proporciona diminuição no tamanho das gotas, e o comparativo entre os parâmetros nas duas distâncias axiais permitiu visualizar o efeito da primeira e segunda atomização sobre o spray / Abstract: The motivation in studying the phenomena that happen in each internal combustion engine subsystem lies in the possibility to predict and optimize its operation. The atomization process that occurs in fuel injectors, devices that belong to engine injection system, has a strong relation with the subsequent combustion reaction and thus with the engine thermal efficiency. Experiments were performed to investigate the liquid temperature effect on atomization parameters in an internal combustion engine pressure-swirl atomizer. The experimental apparatus consisted of a flow control rig connected with a heat control system. The flow rig, which is an injection system, was built specifically for that purpose and the heat system goal was to vary the liquid temperature. The atomization parameters were evaluated by means of Shadowgraphy technique in order to measure drop mean diameter, particle size distribution and drop velocity field. Gasoline and ethanol in different temperatures were used to provide variation in liquid properties and the same injection pressure was used for both fuels. The results for drop sizing were expressed in terms of Sauter Mean Diameter (SMD) and the velocity field as well as the particle size distribution measurements were taken in two different axial distances from the nozzle exit. At both distances, 25 mm and 100 mm, SMD and velocity seemed to be insensitive to the range of temperature used because it provided low variation in fuel properties. On the other hand, particle size distribution allowed the visualization of temperature effect on drop diameters, showing that increasing temperatures decrease droplet sizes, and the comparison between two axial distances allowed seeing the effects of first and second atomization on the spray / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestra em Engenharia Mecânica

A utilização mais eficiente dos recursos naturais tem levado a indústria a aumentar a eficiência dos produtos manufaturados. Veículos de transporte Diesel estão incluídos neste cenário. Nos motores Diesel, um componente importante do sistema de injeção é o bico injetor. Uma legislação recente no Brasil introduziu limites de emissões EURO5. Estes novos parâmetros tiveram impacto no projeto do bico injetor com tolerâncias sendo reduzidas, em especial na área da sede do corpo do bico injetor, alterando o parâmetro funcional de pressão de abertura do produto. Neste cenário, o impacto desta superfície cônica retificada sobre a pressão de abertura é grande, bem como, sobre o desempenho do motor Diesel. Este estudo tem como objetivo analisar o defeito de topografia superficial típico e recorrente no processo de retificação interna cônica da sede do corpo dos bicos injetores. Um experimento planejado foi realizado de acordo com método Taguchi e determinou-se a relação sinal-ruído para dois parâmetros de topografia 2D. A superfície da sede também foi analisada utilizando análise topográfica 3D. Os resultados deste estudo incluem a indicação de possíveis causas do defeito recorrente, caracterização dos principais elementos do processo de retificação, caracterização da superfície retificada e otimização dos parâmetros do processo de retificação. / Industries of manufactured products have increased their efficiency optimizing the natural resources usage and Diesel commercial vehicles are included in this scenario. For Diesel engines, one of the most important components of the injection system is the nozzle injector. In Brazil, EURO5 legislation was recently introduced, bringing new emission limits for Diesel engines. Because of this, the nozzle injector design has changed and some manufacturing tolerances were reduced, in special the body seat geometry. This also changed the nozzle opening pressure. In this new process, the body seat grinded conical surface impacts on this functional parameter and consequently the Diesel engine performance. This study has as target to analyze a recurrent defect in the internal conic grinding process of the nozzle body seat. A trial was performed in this process according to Taguchi method and signal / noise ratio for 2D topographic parameters were defined. The body seat surface was also analyzed using 3D topographic analysis. The results of this study include the possible cause of the recurrent failure, characterization of the ground surface, process main elements integrity assessment and optimization of the grinding process parameters.