Gerenciamento eletrônico de motor

Traduzido do site original da MTU

O cérebro de um motor moderno é a unidade de controle eletrônico. Ela monitora e controla todas as funções principais do motor e do sistema de pós-tratamento de escape. A unidade de controle atua também como interface com o sistema do veículo de automação. A interacção ótima do sistema de toda a unidade é a chave para as emissões reduzidas de poluentes, baixo consumo de combustível e saída de potência elevada ao longo de toda a vida útil. A própria MTU desenvolve e fabrica essa tecnologia-chave.

Centro de controle do motor

Legisladores de todo o mundo estão especificando limites de emissão cada vez mais rígidos para motores a diesel. Para cumprir com os requisitos, as emissões provenientes do sistema de acionamento estão sendo constantemente reduzidas. Atuando como o cérebro do motor, o sistema de gerenciamento do motor (ver Figura 1) controla os principais sistemas, tais como injeção de combustível, turbo e recirculação dos gases de escape (EGR), que afetam o consumo do motor e níveis de emissões bem como o desempenho. Isto significa que o sistema de gerenciamento eletrônico do motor é uma das tecnologias-chave da MTU para o desenvolvimento de motores que cumprem com as normas cada vez mais rígidas de emissões. A Unidade de Controle do Motor (ECU – Engine Control Unit) de propriedade da MTU controla as funções do motor com precisão extrema de maneira que a formação de emissões prejudiciais é enormente reduzido devido a modificações internas no motor ao processo de combustão. Para os limites de emissão muito rigorosos, a MTU combina essas medidas com sistemas de tratamento de gases de escape, que também removem as emissões dos gases de escape, como o sistema SCR (Selective Catalytic Reduction) ou do filtro de partículas diesel (DPF – Diesel Particulate Filter).

Fig. 1: Motor rail  16V 4000 RX4 com ECU (Engine Control Unit) como “sistema nervosa”

Agindo como o cérebro do motor, o sistema de gestão ECU do motor, permite a interação precisa entre os sistemas chave do do motor, incluindo a as tecnologias chave de injeção, turboalimentação, recirculação de gás de escape ou filtro de partículas diesel que afetam o consumo e os níveis de emissão do motor, bem como o desempenho.

Desenvolvimento e produção eletrônica na MTU

Cerca de 300 funcionários na produção, desenvolvimento e planejamento de projeto na MTU trabalham em soluções sob medida para motores eletrônicos e seus sistemas de automação. A MTU desenvolve o hardware e software para seu próprios motores e também realiza a produção em si. Ao fazer isso, MTU pode garantir um produto de longo prazo de vida útil de até 30 anos para componentes eletrônicos. Um desafio específico a este respeito é o ciclo de produção de componentes comprados tais como microprocessadores, que é geralmente muito mais curto do que o ciclo de produção dos módulos de controle do motor. Previamente no estágio de concepção do projeto ECU, no entanto, a MTU escolhe famílias de processadores que irão continuar a operar por um longo período. Se necessário, para garantir a disponibilidade a longo prazo, a MTU também contata um segundo fornecedor de componentes eletrônicos. Se os componentes para sistemas de controle de motores mais antigos não estejam mais disponíveis, existe a possibilidade de se adaptar uma ECU da geração atual para o motor em questão. Em tais casos, no entanto, o software de gestão do motor tem de ser reconfigurado para o sistema de accionamento e para a aplicação.

Módulos do sistema MTU

Controladores de motores MTU são concebidos como sistemas modulares. Isso significa que novas funções podem ser rápida e flexívelmente integrados nas plataformas de hardware e de software existentes. O sistema modular também oferece vantagens para a manutenção do motor, pois o diagnóstico eletrônico do motor pode ser realizado de forma rápida e eficiente para todas as gerações de controlador MTU usando apenas uma ferramenta de serviço. No desenvolvimento de sistemas de gestão do motor, a MTU geralmente tem por objetivo a produção de hardware e softwares na menor quantidade de versões possível. Quatro controladores no total cobrem todas as séries atual de motor MTU – de motores da clássica série 396, 538, 956 e 1163 para a atual série de motores 1600, 2000, 4000 e 8000 (ver Figura 2). A MTU lançou seu primeiro módulo de controle eletrônico de motor para reduzir o consumo de combustível e aumentar o desempenho do motor já nos idos de 1982. Este foi seguido na década de 1990 pelo MDEC (MTU de controle do motor Diesel), que controlava os motores a diesel com injeção de combustível tanto de bomba singela (unit-pump) quanto o sistema common rail, que ainda era muito recente na época. Em 2004, seguiu-se a ECU 7 ​​ para a Série de motores 2000 e 4000, o qual é denominado ADEC (Advanced Control Motor Diesel). O controlador universal é adequado para utilização com todas as configurações de cilindros desde V8 até V20. O ECU 8, foi uma versão especial, seguida em 2008 para a série de motores 1600.

Fig. 2: Visão geral dos estágios de desenvolvimento do sistema de gerenciamento de motr desde 1992

A MTU lançou seu primeiro módulo eletrônico de controle de motor para reduzir o consumo de combustível e aumentar a performance do motor já nos idos de 1982. Em 1996 foi seguido pelo MDEC (MTU Diesel Engine Control). Em 2004, seguiu-se o ECU 7 para a Série 2000 e 4000, a qual é denominada de ADEC (Advanced Diesel Engine Control). O ECU 8, uma versão especial, seguiu-se em 2008 para a série de motores 1600. Três anos mais tarde, a MTU lançou o ECU 9, que também é denominado ADEC.

Controladores para emissões future

Para ser capaz de satisfazer os requisitos até mesmo da rigorosa legislação das emissões de escape, a MTU expandiu seu sistema modular, em 2011, com a adição do ECU 9, que também é designado ADEC. O novo controlador baseia-se na comprovada plataforma ECU 8 e usa a mesma família de processadores e arquitetura de software. As melhorias apresentadas na ECU 9 incluem, principalmente, novas funções de controle e sensores adicionais e atuadores para turbo e recirculação dos gases de escape. Como resultado, o processo de combustão do motor pode ser configurado para emissões ainda mais baixas. No entanto, os sensores adicionais e os atuadores de válvula aumentam os requisitos para mais comunicações mais com o sistema de gestão do motor.

Para lidar com a rede cada vez mais complexa de motores individuais no futuro, a MTU implementou uma alteração de design para a ECU 9. Ao contrário da concepção dos sistemas anteriores, as seções individuais da unidade de controle, tais como a área para a função do motor, são agora encapsulado. Interfaces com o sistema de aplicação de automação também foram separados e padronizados. O tempo de desenvolvimento para o hardware 9 ECU até o uso em campo pela primeira vez foi de apenas 10 meses, com o software para as novas funções requerendo apenas doze meses para serem produzidos e integrados na estrutura de software existente do ECU 7.

Estabilidade a longo prazo das funções do motor

Para garantir que os motores MTU permaneçam econômico, limpos e poderosos ao longo de toda sua vida de serviço como o são em estado novo, a  MTU constantemente incorpora circuitos de controle closed-loop no sistema de gerenciamento do motor sempre que possível. Isto permite que o sistema compare as leituras obtidas a partir dos sensores com as configurações estabelecidas para o desempenho ótimo dos motores. Se qualquer desvio ocorre devido à interferência, o controlador do motor constantemente restabelece as leituras reais, de acordo com as definições necessárias, por meio de atuadores. Os sensores, em seguida, monitoram o efeito dos ajustes feitos pelo atuador em suas leituras.

Isso torna os motores estável em termos de consumo de combustível, emissões e desempenho ao longo de toda vida, desde que o sistema de gestão do motor garanta que a compensação seja feita para todas as mudanças resultantes das condições ambiental e de desgaste. No caso de sistemas de controle estado-da-arte, tais como aqueles atualmente utilizados em automóveis e veículos comerciais, por exemplo, sinais de envelhecimento que ocorram nos motores individuais em um ponto de funcionamento dado não pode ser compensado e as funções de controle tornam-se gradualmente imprecisa no decurso do vida útil de trabalho do motor. A razão é que os atuadores são ajustados sem nenhuma realimentação dos sensores com base num mapa de dados pré-definida que foi produzido para o motor, durante as provas de teste do motor. Os injetores de combustível do sistema de injeção common rail são os atuadores chave para se medir o fornecimento de combustível. Eles são, portanto, solicitados no atendimento de requisitos extremamente rigorosos em termos de precisão. Para melhorar ainda mais a estabilidade a longo prazo do sistema de injeção de combustível, a MTU tem integrado mecanismos específicos na ECU para compensarem o desgaste do injetor. O sistema registra a freqüência com que as válvulas de injeção de combustível são ativados quando o motor estiver em funcionamento. O sistema de gerenciamento do motor, em seguida, usa essas informações para calcular um valor de envelhecimento que é levado em conta quando controlar a operação da válvula.

Soluções de automação

A Integração do sistema de

gestão do motor na estrutura de automação foi conseguido usando módulos de interface padronizados pela MTU. Isto permite que os sistemas motriz sejam integrados ainda mais facilmente no sistema de automação de uma dada aplicação. Aqui a MTU oferece um sistema modular que permite que o sistema de controle do motor seja expandido pela adição de soluções de automação de aplicação específica. Para aplicações marítimas, por um lado a MTU desenvolveu soluções de automação padronizados. Estas abrangem o Sistema de Controle de Monitoramento (Monitoring Control System - MCS) completo e o Sistema de Controle Remoto (Remote Control System - RCS) para o sistema de automação do conjunto de potência completo de um navio desde o propulsor até os stands de controle.. Por outro lado, com seu sistema de automação de navio ‘Callosum’, a MTU tem criado um sistema modular moderno e altamente eficiente o qual pode ser utilizado para soluções de sistema de projeto específicas para o cliente de todos os tipos de navios.

Monitoring Control System – MCS:

Callosum_MC

O MTU Callosum_MC é a base para a expansão com módulos de sistema adiciona da grama de produtos Callosum da MTU.

·         Contém a última geração dos sistemas de controle e de monitoramento integrado e um sistema de controle remoto de propulsão flexível

·         Monitora e controla:
- a planta de propulsão
- geração de energia a bordo
- todos outros sub-sistemas do navio

·         Design modular e estrutura aberta permite a integração fácil de sistemas adicionais de operação do navio

O Callosum_MC controla as plantas de propulsão, e.g. com hélice passo fixo, hélice de passo variável, waterjet, Voith-Schneider etc.

Pode também ser usado para plantas de propulsão combinadas tais como

·         CODAD (Combined Diesel And Diesel)

·         CODOG (Combined Diesel Or Gas turbine)

·         CODAG (Combined Diesel And Gas turbine)

·         CODAE (Combined Diesel And Electric)

·         CODELAG (Combined Diesel Electric And Gas turbine)

·         CODELOG (Combined Diesel Electric or Gas turbine)

O sistema incorpora alavancas de controle de propusão e pedais e.g. para seleção do console de controle.

O design modular do sistema significa que a MTU pode configurá-lo para atender requisitos específico de todos os tipos de navios, tais como naval, governamental, ferry e yatchs.

Benefícios:

·         Sophisticated system solution, redundant-systems technology

·         Solução sofisticada de sistema, tecnologia de redundância de sistemas

·         Software otimizado para o navio em questão

·         Transferência de comando e Operação otimizada

·         Modo Single Control Lever (Alavanca de Controle Singela): todos os pontos de potência podem ser controlados por uma única alavanca de controle de propulsão.  Controle da velocidade do motor, caixa de engrenagens,  passo do hélice e outras funções.

·         Controle totalmente automático de todos componentes de propulsão levando em conta todos parâmetros

·         Controle opcional de velocidades do navio por meio de alavanca de controle de propulsão.

·         Conexão de barras de dados entre todos os componentes da propulsão

·         Integração de terceiros elementos tais como os sistemas de posicionamento dinâmico.

Para aplicações ferroviárias, a MTU fornece

soluções de automação para sistemas de acionamento em vagões, bem como em locomotivas. O sistema de automação modular "Powerline"  que foi recentemente desenvolvido em conjunto com a série 4000 para locomotivas, integra todas as funções necessárias para o monitoramento e controle da planta da unidade diesel (ver Figura 3). O componente eletrônico central do novo sistema de automação é a Unidade de Automação de Potência (Power Automation Unit – PAU Engine), que combina todas as funções em uma unidade compacta, bem as fornece um link seguro para sistemas de controle da locomotiva através da interface CA-Open.

Unidade de Controle do Motor (Engine Control unit - ECU): A ECU é uma unidade de controle eletrônica do motor que é responsável pelo monitoramento e controle de todas funções do motor. A MTU denomina a atual geração, a ECU 9, ADEC (Advanced Diesel Engine Control)

POM (power output module): Sistema de partida.

PAU Engine (Power Automation Unit Engine): não só controla o motor diesel, por exemplo, mas também outros componentes do veículo ferroviário relacionados ao motor, tais como sistema de arrefecimento ou a bomba de combustível elátrica.

PAU traction (Power Automation Unit traction): a MTU oferece os componentes de automação PAU Traction especialmente com propósitos de repotenciação.

CaPoS (Capacitor Power System): CaPoS é um suplemento de potência que fornece um moderno sistema de partida baseado em capacitores ao invés de baterias.

Resumo

Na função de cérebro

do motor, a ECU controla os sistemas chave do motor que afetam o consumo, emissões e performance do motor, tais como injeção de combustível,  turboalimentação e recirculação de gás de escape. O crescentemente rigoroso padrão de emissão estão colocando exigências cada vez maiores sobre o sistema eletrônico de gestão do motor. Para os padrões de emissão particularmente rigorosos que entrarão em vigor no futuro, a MTU fará o lançamento da nova ECU 9 em 2011, o que reduz ainda mais a produção de emissões nocivas dentro do motor, proporcionando um controle ainda mais preciso do processo de combustão.

MTU

divulgou seu primeiro controlador eletrônico de motor já nos idos de 19825. Desde então, a empresa continuou a desenvolver e produzir todo o seu prório hardware e software. Isso garante que a MTU seja capaz de garantir a disponibilidade de peças de reposição a longo prazo, mesmo para motores mais antigos. Com o ECU 9, a MTU está oferecendo uma interface do sistema de automação padronizado, separadamente. Além disso, os clientes podem estender o sistema de gestão do motor pela adição de soluções de automação de aplicação específica da MTU  para a propulsão, geração de energia a bordo e o navio completo no setor marítimo, por exemplo, bem como para aplicações ferroviária.