Parte 2 - Sistemas realimentados e o controle em malha fechada

Na edição anterior foram apresentados os fundamentos do controle em “malha fechada” de sistemas eletromecânicos realimentados. Dando continuidade, a presente matéria, elaborada com informações retiradas dos livros “Controle Integrado do Motor” e “Diagnóstico Automotivo Avançado”, tem por objetivo apresentar a aplicação de tais conceitos nos sistemas de eletrônica embarcada através de exemplos significativos, relacionados com o controle do motor.

Introdução
O conhecimento da operação dos sistemas controlados em malha fechada (ou circuito fechado) é de fundamental importância para o diagnóstico de sistemas de injeção/ignição e de forma geral, para os sistemas de eletrônica embarcada.

Foi o advento dos sistemas eletrônicos digitais, que permitiu o controle em malha fechada (circuito fechado) da quase totalidade das funções de controle do motor e dos sistemas de emissões.

Nos modernos sistemas de injeção/ignição eletrônica podem ser encontradas as seguintes funções (entre outras) controladas em malha fechada:
- Controle da relação ar/combustível ou controle do teor da mistura: Para dosar, com precisão, a quantidade de combustível mais conveniente às condições de funcionamento do motor.

Para atingir tal objetivo, o sistema deve possuir um método de medição adequado da massa de ar admitido, e uma forma apropriada de dosagem da quantidade de combustível calculada.

- Controle e estabilização da rotação de marcha lenta dentro da faixa que propicie o melhor funcionamento do motor. Para isto, a UC deve conhecer (medir) com precisão a rotação do motor.

- Controle do avanço do ponto de ignição em função da presença do fenômeno de detonação.

Para isso a UC deve poder “sentir” o aparecimento da detonação e medir sua intensidade, com o objetivo de aplicar as medidas corretivas que protejam o motor.

Nota: Lembrar que um sistema projetado para trabalhar em malha fechada pode, em determinados momentos, funcionar em malha aberta; isto dependerá do programa de controle, residente na UC. Assim, o funcionamento em malha fechada da função de controle da mistura é desativado nas acelerações, desacelerações, e quando o sensor de concentração de O2 apresenta defeito.

Controle da Mistura em Malha Fechada
O controle da mistura em malha fechada pressupõe a existência do sensor de concentração de O2 no sistema: sonda Lambda, sensor de O2 de Banda Larga ou sensor de Relação Ar/Combustível. Sem este sensor, o controle da mistura só poderá ser feito em malha aberta.

A figura [1] mostra uma configuração convencional com sonda Lambda que detecta a presença ou não, de oxigênio nos gases de escape.
A detecção de oxigênio indica que a mistura admitida possui excesso de ar (mistura pobre). O caso contrário indica excesso de combustível (mistura rica).  A partir dessa informação a UC corrige a quantidade de combustível injetada, no sentido de enriquecer a mistura, quando a sonda informa existência de oxigênio, e empobrecer a mistura quando a sonda informa ausência de oxigênio nos gases de escape.

Qualquer condição de desregulagem, que provoque a modificação do fator Lâmbda da mistura, com relação ao desejado, será detectada imediatamente pela UC. Desta forma, poderá ser ajustada a quantidade de combustível injetado, a fim de restabelecer a condição de mínimo consumo e mínimo nível de emissões.

Se, num intervalo de tempo razoável, isso não for possível, a UC indica tal situação, gravando um código de falha
As vantagens do controle em malha fechada são óbvias: a precisão, rapidez na correção e estabilidade, são fatores que podem ser melhorados até níveis difíceis de atingir com sistemas de controle que trabalham em circuito aberto.

Sensor de Oxigênio Pós-catalisador e o Ajuste de Combustível
A figura [2] mostra uma configuração típica de sistemas OBDII. Nestes, a sonda pós-catalisador é utilizada para:
- Avaliar a eficiência de conversão. Esta função é realizada pelo monitor do catalisador.
- Realizar o ajuste fino da mistura e verificar o funcionamento do sensor pré-catalisador. É a função que abordaremos nesta matéria.

Ajuste Fino da Mistura
Nos sistemas OBDII e para o ajuste da mistura, podem ser identificadas duas malhas de controle (fig.[2]):

1. Malha principal que inclui: sensor de O2 pré-catalisador (HO2S11), a UC e o injetor. O sensor informa a concentração de oxigênio nos gases de escape; com esta informação, a UC determina o Lambda da mistura admitida e calcula o tempo de acionamento do injetor do próximo ciclo de injeção.

2. Malha secundária que inclui: sensor pós-catalisador (HO2S12) a UC e o injetor. O sensor informa a concentração de oxigênio depois do catalisador; com isto, a UC realiza o ajuste fino do tempo de injeção calculado a partir da informação da sonda pré-catalisador.

Como foi analisado em edições anteriores, quando tem autoridade sobre o controle da mistura, o sensor pré-catalisador permite que o sistema funcione em malha fechada.

No entanto, esta malha de controle não consegue autoverificar-se quanto ao seu funcionamento. Precisamente, a função da sonda posterior é verificar continuamente o Lambda da mistura admitida formando, assim, uma outra malha fechada de controle, independente da malha principal.

Lembrar que o catalisador não modifica o Lambda, o qual só depende da relação entre as moléculas de oxigênio, hidrogênio e carbono que constituem a mistura ar/combustível admitida.

Após a combustão, as moléculas se rearranjam, formando os gases de escape, mas, a relação entre elas permanece.

A figura [2] mostra as duas malhas de controle. Os sinais apresentados são típicos de sistemas funcionando corretamente: Em função da capacidade de armazenamento de oxigênio do catalisador, a sonda posterior apresenta uma menor atividade se comparada com o sensor pré-catalisador. Como conseqüência, por ser seu sinal mais estável, apresenta uma maior sensibilidade às variações do Lambda da mistura admitida.

Desta forma, contribui para a correção do valor do LTFT (ver em edições anteriores o conceito e utilização de LTFT) de forma tal a assegurar a operação com o Lambda apropriado às condições de funcionamento do motor naquele momento. A sua informação é utilizada para o ajuste fino do valor controlado pela malha principal.

Como resultado disto, um valor de Lambda fora da faixa, informado pelo sensor posterior, será indicação de que o sensor pré-catalisador não está executando corretamente a sua função devido a defeito próprio, a falha de combustão ou vazamento no escapamento.

Na próxima edição será analisada a aplicação do conceito de controle em malha fechada ao ajuste da marcha lenta e ao avanço da ignição.