Development and programming of an injection and ignition system of an internal combustion engine

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresO desenvolvimento tecnológico dos motores de combustão interna tem sido crucial, permitindo um menor consumo de combustível, a diminuição na emissão de gases poluentes e uma melhor eficiência energética. Os sistemas de controlo eletrónico possibilitam uma maior flexibilidade para se controlar os sistemas de injeção de combustível, de ignição e de admissão, quando comparados aos sistemas mecânicos. Mesmo com sistemas de gestão eletrónica cada vez mais avançados, os motores continuam a apresentar uma eficiência relativamente baixa, contudo, várias tecnologias podem ainda ser estudadas e melhoradas de forma a contribuir para uma melhoria significativa na eficiência dos motores. Dado o objetivo de futuramente se realizar testes com injeção de água, que é um dos métodos que podem ser usados para aumentar a eficiência dos motores, este trabalho visa a implementação de um sistema de gestão eletrónica no motor utilizado e de um sistema que permita a gestão da injeção de água. Para isso foram estudados e selecionados os sensores, os atuadores, o controlador e as modificações necessárias para a gestão do motor, assim como o injetor e controlador necessários para o sistema de injeção de água. Com a gestão eletrónica do motor implementada é possível controlar tanto a dosagem de combustível como o avanço de ignição. O sistema de gestão da injeção de água implementado permite o controlo do início e da duração da injeção de água durante a realização de testes ao motor. O motor utilizado já se encontrava mecanicamente acoplado a um gerador síncrono, que foi utilizado como freio e o ajuste do binário de frenagem aplicada no eixo do motor foi feito através do controlo da potência na carga ligada ao gerador. Tanto para o acelerador como para o freio foi implementado um controlo "manual", que é gerido pelo utilizador, e um controlo "automático", que controla respetivamente o acelerador ou a potência na carga de forma a manter a rotação do motor constante.The technological development of internal combustion engines has been crucial, allowing for lower fuel consumption, lower emissions of pollutants and better energy efficiency. Electronic control systems allow greater flexibility to control fuel injection, ignition and intake systems when compared to mechanical systems. Even with more advanced electronic management systems, internal combustion engines continue to show relatively low efficiency, yet several technologies can still be studied and improved in order to contribute to a significant improvement in engine efficiency. Given the objective of future water injection tests, which is one of the methods that can be used to increase the efficiency of the motors, this work aims at the implementation of an electronic management system in the engine used and a system that allows the management of water injection. For this, the sensors, actuators, the controller and the modifications necessary for the management of the motor, as well as the injector and controller required for the water injection system, were studied and selected. With the electronic engine management implemented it is possible to control both the fuel dosage and the ignition advance. The implemented water injection management system allows control of the start and duration of water injection during engine testing. The engine was already mechanically coupled to a synchronous generator, which was used as a brake and the adjustment of the braking torque applied to the motor shaft was made by controlling the power on the load connected to the generator. For the control of both the throttle and the brake a "manual" control has been implemented, which is managed by the user, and an "automatic" control, which controls the throttle or the power in the load, respectively, in order to maintain a constant engine speed