Configuração de injeção PFI utilizando CNG

Nesta configuração, foi realizada somente a análise da influência dos valores de lambda visto que não se realizou experimentos com diferentes estruturas de fluxo.

4.4.1.1 Influência dos valores de lambda

Deve ser ressaltado que as frequências presentes no sinal de pressão detectado pelo sensor de pressão no interior da câmara de combustão estão contidas numa larga faixa de valores. Desta forma, deve-se identificar o conteúdo de frequências por meio da análise utilizando a Transformada Rápida de Fourier (FFT) de modo a conhecer quais delas estão relacionadas ao fenômeno da detonação. Conforme citado em Puzinauskas (1992), as frequências mais baixas são dominantes em termos de conteúdo energético, entretanto, não estão diretamente relacionadas à detonação. Assim, antes de se proceder às análises, foi realizada uma FFT de modo a identificar o espectro de frequências presente no interior da câmara de combustão (considerando-se a aplicação dos filtros citados na Tabela 4.6) 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. 3.2.

A FIGURA 4.43 apresenta os resultados para λ = 1,0 e inclui também a faixa de frequências diretamente relacionada à ocorrência do fenômeno da detonação situada aproximadamente entre 4 e 12 kHz. Tal faixa de frequências foi determinada comparando-a à faixa de frequências obtida a partir da simulação computacional utilizando o Método de Elementos Finitos dos nove primeiros modos acústicos conforme mostrado na FIG. 4.13.

Pode-se visualizar que em torno de 6 kHz e 8 kHz ocorrem as maiores amplitudes e, consequentemente, o maior conteúdo energético. Entretanto, tal análise não é capaz de identificar a dependência das frequências com o ângulo do eixo do motor. Por isto, é necessário analisar o sinal de pressão utilizando a STFT (Short-Time Fourier Transform). A FIG. 4.44 apresenta os seus resultados por meio do espectrograma considerando o intervalo de 0o a 90º do ângulo do eixo do motor de modo a abranger toda a faixa de interesse para o estudo da detonação bem como para permitir analisar o seu comportamento ao longo do ângulo do eixo do motor.

FIGURA 4.44 – Espectrograma: λ = 1,0 – PFI CNG – sensor

Da análise da FIG. 4.44, observa-se os diversos modos acústicos detectados pelo sensor de pressão identificados pelas regiões alongadas e mais claras. A legenda indica a escala de intensidade em função das diferentes cores. Verifica-se o comportamento decrescente dos valores de frequência em função do ângulo do eixo do motor. Este comportamento experimental foi também verificado nos resultados obtidos pela simulação com o Método de Elementos Finitos (conforme comentado no item 4.2.1.2) e a principal explicação para tal está relacionada à redução dos valores de temperatura no interior da câmara de combustão à medida que o pistão se desloca em direção ao ponto morto inferior os quais afetam diretamente os valores da velocidade do som e, consequentemente, reduzem os valores das frequências.

A faixa de frequências em torno de 6 kHz refere-se ao 1º modo circunferencial e aquela em torno de 8 kHz refere-se ao 2º modo circunferencial e uma pequena contribuição do 1º modo radial. O maior conteúdo energético está contido no 1º modo

circunferencial o que está de acordo com Eng (2002). A detecção dos referidos modos acústicos está diretamente relacionada ao posicionamento do sensor de pressão no interior da câmara de combustão: deslocado do seu ponto central. A ocorrência da detonação em níveis significativos está compreendida entre 8 e 25º do eixo do motor embora seja ainda detectada, em menores níveis, até próximo de 50º.

Analogamente à condição para lambda igual a 1,0, foi realizada uma FFT para a condição referente a lambda igual a 1,3. A FIG. 4.45 apresenta os resultados obtidos.

FIGURA 4.45 – Análise FFT: λ = 1,3 – PFI CNG - sensor

Verifica-se que as maiores amplitudes ocorrem que em torno de 5,5 kHz para o 1º modo circunferencial e ligeiramente abaixo de 8 kHz para o 2º modo circunferencial e alguma contribuição do 1º modo radial. A detecção destes modos acústicos está diretamente relacionada ao posicionamento do sensor de pressão no interior da câmara de combustão: deslocado do seu ponto central. A FIG. 4.46 apresenta o espectrograma considerando o intervalo de 0o a 90º do ângulo do eixo do motor para esta configuração.

FIGURA 4.46 – Espectrograma: λ = 1,3 – PFI CNG - sensor

Da análise da FIG. 4.46, verifica-se os diversos modos acústicos detectados pelo sensor de pressão identificados pelas regiões alongadas e mais claras. Observa-se o comportamento decrescente dos valores de frequência em função do ângulo do eixo do motor. A ocorrência da detonação em níveis significativos está compreendida entre 10 e 25º embora seja ainda detectada, em menores níveis, até próximo de 50º.

O mesmo procedimento utilizado para os valores de lambda igual a 1,0 e 1,3 foi adotado também para o valor de lambda igual a 1,5. A FIG. 4.47 apresenta o resultado da FFT.

Verifica-se que as maiores amplitudes ocorrem que em torno de 5 kHz, ligeiramente abaixo de 8 kHz e em torno de 9,5 kHz. A FIG. 4.48 apresenta o espectrograma considerando o intervalo de 0o a 90º do ângulo do eixo do motor de modo a abranger toda a faixa de interesse para o estudo da detonação bem como para permitir analisar o seu comportamento ao longo do ângulo do eixo do motor.

FIGURA 4.48 – Espectrograma: λ = 1,5 - PFI CNG - sensor

Da análise das FIG. 4.47 e 4.48, verifica-se os diversos modos acústicos detectados pelo sensor de pressão identificados pelas regiões alongadas e mais claras. Observa-se o comportamento decrescente dos valores de frequência em função do ângulo do eixo do motor. A faixa de frequências em torno de 5,5 kHz refere-se ao 1º modo circunferencial, aquela em torno de 8 kHz refere-se principalmente ao 2º modo circunferencial e a faixa em torno de 9,5 kHz refere-se ao 1º modo radial. A ocorrência da detonação em níveis significativos está compreendida entre 10 e 25º do eixo do motor embora seja ainda detectada, em menores níveis, até próximo de 50º.

Além disto, percebe-se uma significativa diferença entre os resultados obtidos em função dos valores de lambda sendo os mesmos muito próximos aos resultados simulados. Percebe-se uma redução dos valores de frequência em função do aumento dos valores de lambda. Além disto, alguns modos não foram observados (ou apresentaram intensidade bastante reduzida).