Adaptação de um sistema de injeção eletrónica de combustível para motores de combustão interna a 2 tempos para utilização em UAVs

Abstract

Quando o motor de combustão interna é a forma de propulsão mais adequada às características de uma aeronave não tripulada, normalmente, utilizam-se motores a 2 tempos pela sua relação peso/potência. De forma a cumprir com sucesso com todos os requisitos de uma aeronave deste tipo é necessário substituir o carburador por um sistema de injeção de combustível controlado eletronicamente. O presente trabalho foi realizado em redor do motor a 2 tempos monocilíndrico com 55 𝑐𝑚3 3W 55 Xi TS para o qual foi integrado um sistema de injeção eletrónica da ECOTRON e analisado o seu desempenho com carburador e com injeção. Em ambos os casos, o método para avaliação do desempenho do motor consistiu em acoplar o motor a diferentes hélices, e para cada conjunto estudar a velocidade de rotação, a força de tração e o consumo de combustível. Assim, numa fase inicial foi desenvolvida uma bancada de ensaios com o intuito de integrar e testar o motor ao longo de todas as fases do desenvolvimento. Um dos principais requisitos da bancada foi incluir um sistema de medição da força de tração. Para atribuir um grau de fiabilidade à medição da força de tração realizou-se uma análise ao rigor das medições, da qual se concluiu um erro relativo médio inferior a 1%. Posteriormente, foram efetuados os ensaios experimentais ao desempenho do motor com carburador, assim como uma análise do efeito do diâmetro e do passo das hélices na prestação do motor. De seguida procedeu-se à escolha e adaptação da melhor solução de injeção. Face às características do motor optou-se por um sistema de injeção indireta no coletor de admissão. Após a modificação do motor iniciou-se a configuração do software do controlador conforme as características do motor e efetuou-se uma afinação dos mapas de injeção. Em último ponto foram realizados os ensaios práticos ao motor com injeção, encerrando o projeto com uma comparação e conclusão face aos resultados obtidos nos dois ensaios.

When the internal combustion engine is the most adequate form of propulsion for the characteristics of an unmanned aircraft, usually, 2-stroke engines are used due to their weight/power ratio. In order to successfully fulfill all the requirements of an aircraft of this type it is necessary to replace the carburetor with an electronically controlled fuel injection system. The present work was carried out around a single-cylinder 2-stroke engine with 55 𝑐𝑚3 3W 55 Xi TS for which an ECOTRON electronic injection system was added and its performance analyzed with carburetor and injection. In both cases, the method for evaluating engine performance consisted of coupling the engine to different propellers, and for each set to study speed, thrust and fuel consumption. Thus, in an initial phase, a test bench was developed in order to integrate and test the engine throughout all phases of development. One of the main requirements of the bench was to include a thrust measurement system. To attribute a degree of reliability to the measurement of thrust, an analysis of the accuracy of the measurements was carried out, from which a mean relative error of less than 1% was concluded. Subsequently, experimental tests were carried out on the performance of the engine with a carburetor, as well as an analysis of the effect of the diameter and pitch of the propellers on the performance of the engine. Then, the best injection solution was chosen and adapted. Given the characteristics of the engine, an indirect injection system was chosen at the intake manifold. After modifying the engine, the configuration of the ECU software was started according to the characteristics of the engine and the injection maps were fine-tuned. As a last point, the practical tests on the injection engine were carried out, ending the project with a comparison and conclusion regarding the results obtained in the two tests.