Configuração de injeção DI utilizando CNG

Também nesta configuração, foram realizadas tanto a análise da influência dos valores de lambda quanto a análise das diferentes estruturas de fluxo.

4.4.3.1 Influência dos valores de lambda

Analogamente às outras configurações anteriormente discutidas, antes de se proceder às análises propriamente ditas, foi realizada uma FFT de modo a entender o espectro de frequências presente no interior da câmara de combustão e detectado pelo sensor de pressão. Para esta análise, foram utilizados respectivamente os seguintes experimentos: λ = 1,0 (prova 2), λ = 1,3 (prova 4) e λ = 1,5 (prova 6) conforme pode ser visto na TAB. 3.3.

FIGURA 4.65 – Análise FFT: λ = 1,0 – DI CNG – sensor

Percebe-se pelo menos dois picos referentes aos principais modos acústicos presentes na câmara de combustão: um pico acentuado em torno de 6 kHz (1º modo circunferencial) e outro pico em torno de 8,5 kHz (2º modo circunferencial e 1º modo radial). A dependência destes modos acústicos com o ângulo do eixo do motor está apresentada na FIG. 4.66.

FIGURA 4.66 – Espectrograma: λ = 1,0 – DI CNG – sensor

Nota-se o 1º modo circunferencial em torno de 6 kHz com duração de 25º (5 a 30º) e a contribuição do 2º modo circunferencial e do 1º modo radial em torno de 8,5 kHz (com duração de 35º com elevada intensidade). Ambos os modos estendem-se até aproximadamente 60º do ângulo do eixo do motor porém com reduzida intensidade.

FIGURA 4.67 – Análise FFT: λ = 1,3 – DI CNG - sensor

Também para este valor de lambda nota-se a presença de dois picos principais: um deles posicionado pouco abaixo de 6,0 kHz (1º modo circunferencial) e outro em torno de 8 kHz (1º modo radial e 2º modo circunferencial) valores estes ligeiramente abaixo daqueles encontrados para o valor de lambda igual a 1,0. A FIG. 4.68 mostra a dependência destes modos com o ângulo do eixo do motor.

FIGURA 4.68 – Espectrograma: λ = 1,3 – DI CNG – sensor

Nota-se o 1º modo circunferencial com maior amplitude (curta duração: 10 a 20º) e a contribuição do 2º modo circunferencial e do 1º modo radial com duração de 20º (10 a 30º). O 1º modo combinado praticamente não é detectado pelo sensor de pressão.

FIGURA 4.69 – Análise FFT: λ = 1,5 – DI CNG – sensor

Nota-se a presença de um largo pico de maior amplitude centrado em torno de 5 kHz e um pico menor posicionado em torno de 10 kHz em uma faixa mais estreita de frequência.

O espectrograma referente a este valor de λ pode ser visualizado na FIG. 5.70.

FIGURA 4.70 – Espectrograma: λ = 1,5 – DI CNG – sensor

O único modo acústico detectado de maneira clara pelo sensor de pressão é o 1º modo circunferencial em torno de 5,5 kHz. Os outros dois modos são ligeiramente detectados embora possuam duração mais longa (de 10º a 60º). Em relação aos valores de lambda anteriores (1,0 e 1,3) verifica-se que a detonação possui menor intensidade.

A influência do valor de lambda pode ser verificada por meio da redução dos valores de frequência para cada modo acústico característico em função do aumento de lambda. Tal fato está associado à menor quantidade de energia presente na câmara de combustão para valores de lambda mais elevados gerando valores mais baixos de temperatura, da velocidade do som e, consequentemente, das frequências.

4.4.3.2 Influência das diferentes estruturas de fluxo

Para esta análise, foram utilizados respectivamente os seguintes experimentos: estrutura de fluxo low swirl (prova 4), estrutura de fluxo medium swirl and tumble (prova 8) e estrutura de fluxo high swirl (prova 10) conforme pode ser visto na TAB. 4.4. O valor de lambda foi mantido igual a 1,3.

A Figura 4.71 apresenta os resultados para a estrutura de fluxo low swirl.

FIGURA 4.71 – Análise FFT: low swirl – DI CNG – sensor

Observa-se dois picos de amplitude entre 5 e 12 kHz (faixa de frequência de ocorrência da detonação identificada na simulação computacional): o pico posicionado ligeiramente abaixo de 6 kHz refere-se ao 1º modo circunferencial enquanto o pico em torno de 8 kHz refere-se à contribuição do 2º modo circunferencial e do 1º modo radial. O 1º modo combinado aparentemente não foi detectado pelo sensor de pressão pois apresenta baixa amplitude.(pico em torno de 10 kHz).

FIGURA 4.72 – Espectrograma: low swirl – DI CNG - sensor

Verifica-se que o 1º modo circunferencial, em torno de 6 kHz, possui duração de 10º enquanto o pico referente ao 2º modo circunferencial e ao 1º modo radial (em torno de 8 kHz) possui duração de aproximadamente 30º. A maior contribuição em termos de energia está associada ao 1º modo circunferencial.

A FIG. 4.73 apresenta a análise FFT para a estrutura de fluxo medium swirl and tumble.

FIGURA 4.73 – Análise FFT: medium swirl and tumble – DI CNG – sensor

Percebe-se a presença de três picos principais associados aos modos acústicos detectados na câmara de combustão devido à ocorrência da detonação: um em torno de 5,5 kHz no qual está contida a maior parte da energia decorrente da ocorrência da detonação, outro em torno de 10 kHz (2º modo circunferencial) e, por último, outro em

torno de 12 kHz (3º modo circunferencial). A FIG. 4.74 mostra o comportamento destes modos acústicos em função do ângulo do eixo do motor.

FIGURA 4.74– Espectrograma: medium swirl and tumble – DI CNG – sensor

O 1º modo circunferencial (em torno de 5,5 kHz) estende-se de 10 a 25º enquanto os outros dois modos apresentam menor intensidade comparado aos mesmos modos acústicos relacionados à configuração de estrutura de fluxo low swirl.

A FIG. 4.75 mostra a análise FFT para a configuração de estrutura de fluxo high swirl.

FIGURA 4.75 – Análise FFT: high swirl – DI CNG – sensor

ocorrência de picos em torno de 6 kHz (1º modo circunferencial), 8 kHz (1º modo radial e 2º circunferencial) e 10 kHz (contribuição de diversos modos). A FIG. 4. 76 apresenta o espectrograma referente a esta configuração.

FIGURA 4.76 – Espectrograma: high swirl – DI CNG – sensor

O 1º modo circunferencial destaca-se dos outros modos sendo detectado com elevada intensidade em torno de 6 kHz e estendendo-se entre 10 e 20º do ângulo do eixo do motor. Os outros modos são detectados de maneira discreta pelo sensor de pressão. Todos eles apresentam o padrão de comportamento típico da detonação: redução da frequência em função do ângulo do eixo do motor.

As diferenças de frequências detectadas para as diversas configurações de estruturas de fluxo não são significativas. Os modos detectados são praticamente os mesmos e as suas intensidades não diferem de maneira significativa. Tal conclusão está diretamente ligada ao fato de que a energia presente na câmara de combustão é praticamente a mesma (λ=1,3) e, portanto, as temperaturas e as velocidades do som e, consequentemente, as frequências são praticamente as mesmas.