A determinação da variância experimental da média e, por conseguinte, o desvio-padrão da média das medições realizadas dos ângulos 𝛼 e 𝛽 do cone do spray dos fluidos de testes etanol, gasolina e n-heptano, ocorreram através de um conjunto de dez medições dos ângulos de cada combustível. Essa estratégia foi adotada a fim de obter resultados estatisticamente sig- nificantes e também assegurar a repetibilidade dos resultados. Na tabela A.1 são apresentados os valores dos ângulos 𝛼, 𝛽 direito e 𝛽 esquerdo do cone do spray da gasolina e o desvio-padrão da média de cada ângulo.
Analisando os valores dos desvios-padrão das médias dos ângulos obtidos na Tabela A.1, pode-se concluir que a incerteza-padrão do tipo A para o ângulo 𝛼 é de ±0,16∘ e tanto para o ângulo 𝛽 esquerdo quanto para o ângulo 𝛽 direito é de ±0,15∘. Adotando a mesma metodologia para o etanol e n-heptano, pode-se obter a incerteza-padrão tipo A desses fluidos de testes. O etanol teve incerteza-padrão tipo A de ±0,23∘para o ângulo 𝛼, ±0,21∘para o ângulo 𝛽 direito e não pode ser determinada para o ângulo 𝛽 esquerdo, pois o desvio-padrão obtido foi nulo. Para o n-heptano, a incerteza padrão tipo A é de ±0,16∘ para o ângulo 𝛼, ±0,15∘ para o ângulo 𝛽 esquerdo e ±0,10∘para o ângulo 𝛽 direito.
Tabela A.1: Valores medidos dos ângulos 𝛼, 𝛽 esquerdo e 𝛽 direito do cone do spray da gasolina. Medição Ângulo 𝛽 Esquerdo (∘) Ângulo 𝛼 (∘) Ângulo 𝛽 Direito (∘)
1 5 16 7 2 5 17 7 3 5 16 6 4 5 16 7 5 5 16 6 6 5 17 6 7 6 17 7 8 6 17 7 9 5 17 7 10 6 17 7 Média 5,3 16,6 6,7 Desvio-Padrão da Média 0,15 0,16 0,15
APÊNDICE B
– Análise de incerteza do PDPA - aparato
experimental UFMG
Conforme explicado no Apêndice A, podemos dividir as incertezas envolvidas no pro- cesso de medição de uma grandeza física em dois tipos distintos: tipo A e tipo B.
Para os testes realizados no PDPA - aparato experimental UFMG, as incertezas do tipo A, aquelas associadas à variações estatísticas na medição, foram determinadas através da repetibili- dade das medições. Nesse sentido, foram realizadas três medições análogas de cada combustível para determinar a média e o desvio-padrão de cada parâmetro desejado. Cada medição consiste de aproximadamente 5.000 gotas detectadas pela técnica PDPA. De acordo com Cenedese e ou- tros (1994), esta estratégia de medição permite obter resultados estatisticamente significantes. Os valores das três medições do SMD (d32) e da componente axial da velocidade das gotas dos sprays dos fluidos de testes etanol hidratado, E50 e gasolina tipo C, são apresentados na Tabela B.1.
Tabela B.1: Valores experimentais do SMD (d32) e da componente axial da velocidade das gotas dos sprays dos fluidos de testes utilizados no presente trabalho.
Combustível d32(𝜇m) Velocidade (m/s) Etanol Hidratado 36,735,4 11,812,3 34,7 12,2 Média 35,6 12,1 Desvio-Padrão da Média 1,0 0,3 E50 35,836,0 13,212,8 35,5 12,9 Média 35,7 13,0 Desvio-Padrão da Média 0,2 0,2 Gasolina Tipo C 35,034,8 13,813,4 35,3 13,4 Média 35,0 13,6 Desvio-Padrão da Média 0,2 0,2
As incertezas do tipo B são associadas com outros fatores além dos relacionados às varia- ções estatísticas. No presente trabalho, elas são identificadas no equipamento da técnica PDPA. Para a utilização das lentes de 300 mm em ambos os módulos (emissor e receptor), o fabri- cante informa que essa incerteza é de 1 𝜇m para a medição dos diâmetros e 0,001% do valor da magnitude da velocidade.
Através das informações obtidas nas incertezas-padrão do tipo A e B, e por meio do método explicado no livro da V Escola de Combustão (PACÍFICOe outros, 2015) para o cálculo
das incertezas-padrão da técnica PDPA, a raíz média quadrática (RMQ) dos valores de desvio- padrão para o SMD (d32) e para a componente axial da velocidade são 0,62 𝜇m (1,8%) e 0,22 m/s (1,7%), respectivamente. As porcentagens são dadas em função do valor médio.
APÊNDICE C
– Análise de incerteza do PDPA - aparato
experimental Unicamp
C.1 Desenvolvimento da análise de incerteza de medição
No PDPA - aparato experimental Unicamp, os fatores que influenciam e serão levados em conta nas medições dos diâmetros e das velocidades das gotas utilizando o equipamento PDI- 300 MD são: o posicionamento do emissor e do receptor, o ângulo de intersecção dos feixes laser e o índice de refração das gotas.
Em relação ao posicionamento do emissor e do receptor, a configuração escolhida para o presente trabalho foi a forward scattering com um ângulo de 40∘ entre os módulos, conforme mencionado na seção 3.5.4. Neste tipo de configuração, o receptor irá receber com maior in- tensidade a refração de primeira ordem da luz laser refratada pelas gotas do spray. O ângulo formado entre o emissor e o receptor (𝜑) tem grande influência na diferença de fase observada pelos sensores do receptor, ou seja, afeta diretamente na medição do diâmetro e da velocidade das gotas. Conforme Berti (2013), a análise de incerteza do posicionamento é feita considerando que o mecanismo de ajuste dos módulos possui resolução de 1∘e que, desta maneira, o valor do ângulo 𝜑 pode estar, com a mesma probabilidade, em qualquer valor entre 39∘e 41∘. Para este tipo de caso, uma estimativa da incerteza-padrão pode ser dada pela Equação C.1 (ISO, 2008).
𝑢𝜑 =± √︃ (𝜑+− 𝜑−)2 12 =± √︃ (41− 39)2 12 =±0,57 ∘ (C.1)
O ângulo de intersecção dos dois feixes laser (𝛾) tem grande influência na determinação do espaçamento entre as franjas de interferência, conforme indica a Equação 2.3. Para o equipa- mento utilizado no presente trabalho, o ângulo 𝛾 foi fornecido pelo fabricante, sendo de 6,93∘. Berti (2013) relata que para um intervalo de confiança de 95%, a incerteza relativa da medição de 𝛾 é de u𝑦,95%= ±0,005∘ e a sua incerteza-padrão é calculada pela Equação C.2.
𝑢𝑦 = 𝑢𝑦,95%
2 =±0,0025
∘ (C.2)
Referente ao índice de refração das gotas (𝑚), sabe-se que ele apresenta uma dependência com a temperatura do fluido, ou seja, para cada temperatura ele tem um valor. É consenso que
as gotas de um spray possuem temperaturas variáveis com a posição e o tempo, isto é, se a gota contém uma determinada temperatura no início do spray, após percorrer uma certa distância num determinado tempo esta mesma gota tenderá a trocar calor com o meio onde o fluido está sendo injetado, alterando o índice de refração.
Nos testes realizados no PDPA - aparato experimental Unicamp, as temperaturas dos flui- dos de testes na entrada do injetor foram 0, 30 e 60 ∘C. Utilizando como exemplo o etanol hidratado, o seu índice de refração para a temperatura de 20∘C e 60∘C são 1,3641 e 1,3476, respectivamente (GALVÃOe outros, 2015). Assumindo que o índice de refração das gotas pode
estar entre 1,3641 e 1,3476 com a mesma probabilidade, ISO (2008) sugere que o valor esperado deste índice seja o ponto médio do intervalo com a seguinte incerteza-padrão estimada:
𝑢𝑚 =± √︃ (𝑚+− 𝑚−)2 12 =± √︃ (1,3641− 1,3476)2 12 =±0,005 (C.3)
Após a obtenção das incertezas-padrão dos fatores que influenciam na medição do diâme- tro e da velocidade, assumiu-se que as grandezas de entradas são independentes. Assim sendo, a Equação C.4 é utilizada para calcular a variância combinada, ou tomando a sua raiz quadrada, determinar a incerteza-padrão combinada (ISO, 2008).
𝑢2𝑐(𝑦) = 𝑁 ∑︁ 𝑖=1 [︂ 𝜕𝑓 𝜕𝑥𝑖 ]︂2 𝑢2(𝑥𝑖) (C.4)
Onde f é a função que descreve a grandeza a ser determinada, a derivada de f em relação a x𝑖 é denominado de coeficiente de sensibilidade e u2(𝑥𝑖)é a incerteza-padrão dos fatores que influenciam na medição.
A fim de determinar a incerteza-padrão combinada da velocidade, substituiu-se a Equa- ção 2.3 na Equação 2.2, obtendo-se a seguinte relação para a velocidade da partícula no plano padrão de interferência formado pelo entrecruzamento dos feixes laser:
𝑣 = 𝑓𝑑· 𝛿 = 𝑓𝑑· 𝜆
2· sin(𝛾2) (C.5)
Analisando a Equação C.5, observa-se que v = f (︀𝑓𝑑, 𝜆,𝛾2 )︀
. Berti (2013) explica, que a frequência Doppler (𝑓𝑑)e o comprimento de onda dos feixes laser (𝜆) não contribuem de forma
significativa para a variância da velocidade, pois o equipamento é fabricado para obter boa pre- cisão nessas características físicas do laser. Devido a isso, o 𝛾 é a única grandeza significativa que será considerado para o cálculo da variância padrão combinada.
𝑢2𝑣 = [︂ −𝑓𝑑4· 𝜆 · cos 𝛾 2 sin2 𝛾2 ]︂2 · 𝑢2 𝛾 (C.6)
Tomando a raiz quadrada da variância padrão combinada expressa pela Equação C.6, temos a incerteza-padrão combinada da velocidade.
𝑢𝑣 =±𝑓𝑑· (︂ 𝜆 4 · cos𝛾2 sin2 𝛾2 )︂ · 𝑢𝛾 (C.7)
A efeito de simplificação da notação acima, utilizou-se a seguinte expressão para a relação que está entre parenteses: c1=
(︂ 𝜆 4 · cos𝛾2 sin2 𝛾2 )︂ .
Desta maneira, a incerteza-padrão combinada para a velocidade é definida pela Equa- ção C.8.
𝑢𝑣 =±𝑓𝑑· 𝑐1· 𝑢𝛾 (C.8)
A incerteza-padrão combinada para o diâmetro das gotas é calculada a partir da substitui- ção das Equações 2.3 e 2.6 na Equação 2.4.
𝑑 = 𝑓 ∆· (︂ 𝜆 2· sin(𝛾2) )︂ · 2· √︂ 2· (1 + cos 𝜑) · [︁ 1 + 𝑚2− 𝑚 ·√︀2 · (1 + 𝑐𝑜𝑠𝜑)]︁ 𝑚 (C.9)
Através de uma análise da Equação C.9, pode ser observado que d = f (𝐹, 𝜆, 𝛾, ∆, 𝑚, 𝜑). Conforme explicado anteriormente, o 𝜆 é considerado insignificativo para a análise de incerteza. De acordo com Berti (2013), as incertezas relacionadas com a distância focal (𝐹 ) e com o comprimento de onda espacial (∆) também podem ser desprezadas. Assim sendo, a variância padrão combinada do diâmetro é expressa como,
𝑢2𝑑=[︂ 𝜕𝑓 𝜕𝛾 ]︂2 · 𝑢2 𝛾+ [︂ 𝜕𝑓 𝜕𝑚 ]︂2 · 𝑢2 𝑚+ [︂ 𝜕𝑓 𝜕𝜑 ]︂2 · 𝑢2 𝜑 (C.10)
Para a calcular as derivadas da Equação C.10, a função (𝑓) foi substituída pela Equa- ção C.9. Após realizar as derivações, obteve-se os seguintes resultados:
𝜕𝑓 𝜕𝛾 = 𝐹 · 𝜆 · 𝑎 2· ∆ · 𝑐𝑜𝑠(︀𝛾2)︀ 𝑠𝑖𝑛2(︀𝛾 2 )︀ (C.11) 𝜕𝑓 𝜕𝑚 = 𝐹 · 𝜆 ∆· sin𝛾2 · √︀2 · (1 + cos 𝜑) 𝑎 · (︃ √︀ 2· (1 + cos 𝜑) 𝑚2 − 2 𝑚3 )︃ (C.12) 𝜕𝑓 𝜕𝜑 = 𝐹 · 𝜆 ∆· sin𝛾2 · sin 𝜑 2· 𝑚2· 𝑎 (C.13)
Com o propósito de simplificar os resultados das derivadas acima, o parâmetro a foi utili- zado para representar a seguinte expressão:
𝑎 = 2·
√︂
2· (1 + cos 𝜑) ·[︁1 + 𝑚2− 𝑚 ·√︀2 · (1 + 𝑐𝑜𝑠𝜑)]︁
𝑚 (C.14)
Substituindo os resultados das derivadas na Equação C.10 e colocando ∆ em evidência, obtemos a variância padrão combinada.
𝑢2𝑑= 1 ∆2 · √︁ (𝑐2) 2 · 𝑢2 𝛾+ (𝑐3) 2 · 𝑢2 𝑚+ (𝑐4) 2 · 𝑢2 𝜑 (C.15) Onde, c2 = 𝐹 · 𝜆 · 𝑎 2 · 𝑐𝑜𝑠(𝛾2) 𝑠𝑖𝑛2(𝛾 2) c3 = 𝐹 · 𝜆 sin𝛾2 · √︀2 · (1 + cos 𝜑) 𝑎 · (︃ √︀ 2· (1 + cos 𝜑) 𝑚2 − 2 𝑚3 )︃
c4 = 𝐹 · 𝜆 sin(𝛾2) ·
sin 𝜑 2· 𝑚2· 𝑎
Tomando a raiz quadrada da variância padrão combinada expressa pela Equação C.15, temos a incerteza-padrão combinada para o diâmetro.
𝑢𝑑=± √︁ (𝑐2) 2 · 𝑢2 𝛾+ (𝑐3) 2 · 𝑢2 𝑚+ (𝑐4) 2 · 𝑢2 𝜑 ∆ (C.16)
C.2 Resultados da análise de incerteza
Para analisar a ordem de grandeza da incerteza-padrão combinada da velocidade e do di- âmetro das gotas, será necessário conhecer um conjunto de dados operacionais do equipamento PDI-300 MD e calcular a incerteza-padrão do índice de refração (Equação C.3) para cada fluido de testes. Em relação aos dados operacionais, eles foram disponibilizados pelo fornecedor do equipamento e podem ser vistos na Tabela C.1.
Tabela C.1: Conjunto de dados operacionais do equipamento PDI-300 MD.
𝜆(nm) 532
𝛾(rad) 0,1209 𝜑(rad) 0,698 f𝑑(MHz) 2,2727
Conforme explicado anteriormente, o índice de refração apresenta uma dependência com a temperatura do líquido. No presente trabalho, as temperaturas dos fluidos de testes na entrada do injetor foram 0, 30 e 60∘C. Devido a isso, foi feito uma pesquisa na literatura com o pro- pósito de obter o índice de refração para o etanol hidratado, gasolina tipo C e n-heptano nestas temperaturas. No entanto, encontrou-se somente dados para o etanol hidratado na faixa de tem- peratura de 20 a 60∘C (GALVÃOe outros, 2015). Para os demais fluidos de testes foram apenas encontrados resultados para as temperaturas fora da faixa utilizada neste trabalho.
Com o intuito de verificar a incerteza-padrão combinada dos resultados obtidos pelo PDI- 300 MD, os cálculos serão realizados somente com o valor do índice de refração do etanol hidratado para a temperatura de 60∘C. Esse procedimento conduzirá a incertezas de medição maiores do que se fosse adotado os índices de refração para as temperaturas de 0 e 30∘C. Isso ocorre, pois a incerteza-padrão do índice de refração (Equação C.3) é maior para uma maior diferença de temperatura entre o líquido de teste e o ambiente (20∘C).
testes utilizados neste trabalho apresentam valores similares. Portanto, utilizar somente o ín- dice de refração do etanol hidratado como padrão para a análise de incerteza juntamente com o procedimento explicado no parágrafo anterior, apresentará uma estimativa da incerteza-padrão combinada das medições acrescentado de um erro. Assim sendo, os parâmetros de entrada para a realização dos cálculos, assim como os valores da incerteza-padrão combinada do etanol hi- dratado para a temperatura de 60∘C estão apresentados na Tabela C.2.
Tabela C.2: Incerteza-padrão combinada de medição das gotas do etanol hidratado à 60∘C. Parâmetros de Entrada Incerteza-padrão Incerteza-padrão combinada
𝛾(rad) 0,1209 u𝛾 (rad) 0,0003 u𝑑(𝜇m) ±0,55 𝜑(rad) 0,698 u𝜑(rad) 0,01 u𝑣 (m/s) ±0,025 m 1,3558 u𝑚 (rad) 0,005 𝜆(nm) 532 f𝑑(MHz) 2,2727 F (mm) 350 d (𝜇m) 100 v (m/s) 10
Analisando a Tabela C.2, observa-se que as gotas com velocidade de 10 m/s têm incerteza- padrão combinada de ±0,025 m/s, ou seja, 0,25% de sua magnitude. O cálculo desta incerteza foi conduzido através da Equação C.8, onde pode se observar que as componentes desta equação não irão variar para uma determinada configuração do equipamento. Assim sendo, a incerteza- padrão para a máxima velocidade que o PDI-300 MD é capaz de medir para a configuração utilizada no presente trabalho será 0,25% de 300 m/s, ou seja, ±0,75 m/s.
Em relação a incerteza-padrão combinada para os diâmetros das gotas, o cálculo foi rea- lizado empregando a Equação C.16 e considerando uma gota com 100 𝜇m de diâmetro. Desta maneira, a incerteza-padrão combinada obtida é de ±0,55 𝜇m ou 0,55%. A fim de obter a incerteza-padrão do maior diâmetro que o PDI-300 MD pode medir (249 𝜇m), fez-se uso da Equação 2.4 com o intuito de determinar o ∆. Após a obtenção do ∆, substituiu o seu valor na Equação C.16 obtendo a incerteza-padrão combinada de ±1,37 𝜇m ou 0,55%. Pode-se obser- var que tanto para o diâmetro de 100 𝜇m quanto para 249 𝜇m, a incerteza relativa manteve-se a mesma.
APÊNDICE D
– Artigo publicado em anais do congresso JEM
2015
COMPARATIVE ANALYSIS OF SPRAY CONE ANGLES OF ETHANOL,
GASOLINE AND N-HEPTANE FROM A MULTI-HOLE PORT FUEL
INJECTOR
Ednir Luis Pedro Nigra Junior(a)Diogo Pereira Bessa(b) Thomas Maciel Moura(b) Rogério Gonçalves dos Santos(a)
(a)
University of Campinas, Faculty of Mechanical Engineering
200 Mendeleyev Street, Barão Geraldo District, Campinas, SP, Brazil, zip code 13083-860 enigra@fem.unicamp.br
roger7@fem.unicamp.br (b)
Magneti Marelli Automotive Systems - Powertrain
801 Emancipação Avenue, Santa Rita de Cássia Garden, Hortolândia, SP, Brazil, zip code 13186-237
diogo.bessa@msxi.com.br
thomas.moura@magnetimarelli.com
Abstract. The macroscopic and microscopic sprays characteristics of the fuel injectors of internal combustion engine
have been widely studied by researchers around the world. The interest in studying of the sprays characteristics of fuel injectors occur because these systems have a strong relation with the subsequent combustion reaction and thus with the engine thermal efficiency. In this study, experiments using a patternator were carried out in order to evaluate and validate the measurement technique of a laser experimental apparatus used to measure the spray cone angles. A comparative analysis between spray cone angles of the hydrous ethanol, Brazilian gasoline type C and n-heptane obtained by the laser experimental apparatus were performed and another comparative analysis for the same spray cone angles with the fuel injector specification sheet were also carried out. The fuel injector used in the tests was a four-hole port fuel injector. The measurements were taken 100 mm downstream from the injector tip along the axis with 0.3 MPa injection pressure and injector pulse-width of 5 ms. The main results showed that the laser experimental apparatus presented good results and small variation of spray cone angles compared with the patternator and fuel injector specification and that spray alpha angle of ethanol has a slightly higher angle compared to gasoline and n- heptane.
Keywords: ethanol, gasoline, multi-hole port fuel injector, patternator, n-heptane, spray cone angle.
1. INTRODUCTION
Currently, port fuel injection (PFI) is the fuel delivery method most used in the world for internal combustion engine of automobiles. In this type of system, the fuel injectors are fixed at the end of the intake manifold runners, the place where the air-fuel mixture will happen to be used later in the engine combustion chamber. Besides being responsible for providing the correct amount of fuel to the engine, the fuel injectors has also the function to atomize the fuel and conducted the fuel spray jet. Nowadays, many studies in this field have been carried out to understand the physics of macroscopic and microscopic spray characteristics with goal to reduce of fuel consumption and pollutants emissions, increase of both thermal efficiency and engine power and the use of environmentally friendly fuel, such as the case of ethanol.
The macroscopic and microscopic spray characteristics, such as spray tip penetration, spray cone angle, droplet size distribution and Sauter Mean Diameter (SMD) are some critical parameters that directly influence the air-fuel mixture and the combustion process and thus the engine thermal efficiency. The spray characteristics are influenced by a large number of parameters, such as the fuel pressure, fuel temperature, ambient pressure, ambient temperature, fuel properties, injector geometry, among others.
Researches have been conducted to investigate the macroscopic and microscopic spray characteristics. For instance, Anand, et al. (2012) performed the spray characterization of gasoline-ethanol blends, investigating the fuel mass injected, spray structure and tip penetration, droplet size distribution and SMD, for two different injection pressures for the PFI. Anand, et al. (2012) justified their study, informing that there are no references of ethanol and gasoline-ethanol blends studies in PFI. Varying the injection temperature and pressure of gasoline and ethanol-gasoline blends, Aleiferis, et al. (2012), found out that SMD decreases with increasing temperature. Padala, et al. (2013) rated the ethanol spray of PFI through the imaging diagnostics using Mie-Scattering and Shadowgraphy technique. More recently, Lacava, et. al (2014) investigated the effect of the number of tangential passages on the spray cone angle, mass distribution, and a
2
propellant mixture ratio of a bipropellant atomizer using a patternator, where they found out that the number of tangential passage has no significant variations in the spray angle and in the propellant mixture, although had presented some influence on the circumferential mass distribution. Fajgenbaum (2013) studied the microscopic spray characteristics of a four-hole port fuel injector, for two different injection temperatures and axial distances from fuel injector. It was observed that SMD and velocities fields are insensitive to the range of temperature tested because it provided an insignificant variation in the fuel properties. On the other hand, droplet size distributions were influenced by the temperature, which provided a higher amount of smaller droplets to the higher temperatures than that for lower temperatures. In order to complement the study of Fajgenbaum, this study evaluates the spray cone angles of the same PFI used in her work.
The n-heptane is the standard fluid test to validate the fuel injector, the current fuels used in the flex cars engines are ethanol, gasoline and their blends, so it is important to well evaluate the behavior of the spray cone angles between each one.
The current study presents a macroscopic imaging study of spray structure in order to evaluate the spray cone angles from tests carried out in a laser experimental apparatus with a four-hole port fuel injector and three different fuel types: hydrous ethanol, Brazilian standard gasoline type C and n-heptane. Patternator, standardized equipment to measure the macroscopic spray characteristics which uses n-heptane as test fluid, is used with the same injector to evaluate and validate the measurement technique of laser experimental apparatus. A comparative analysis between spray cone angles of three different fuel types obtained by the laser experimental apparatus is shown and another comparative analysis for the same spray cone angle with the spray cone angles specification provided by the injector manufacturer is also presented.
2. EXPERIMENTAL SETUP
The present study was developed with the main objective to perform a comparative analysis of spray cone angles of a four-hole port fuel injector using three different fuel types: hydrous ethanol, standard gasoline type C and n-heptane. In order to reproduce the spray cone angles, a laser experimental apparatus was built. The measurement technique of laser experimental apparatus was evaluated and validated using the patternator.
In the next sections will be presented the relevant properties of fuels used in the tests, the technical specifications of the fuel injector used in the laser experimental apparatus and patternator, the description of the laser experimental apparatus and patternator, and finally the procedures and test conditions used to perform the tests in both laser experimental apparatus and patternator.
2.1 Fuels
Standard commercial gasoline type C, hydrous ethanol and n-heptane were used for the present study. This type of gasoline and ethanol are used as vehicle fuels in Brazil and n-heptane is used as standard test fluid for the fuel injectors in the automotive industries. Table 1 shows the relevant properties to the analysis of spray cone angle formation.
Table 1. Fuels properties.
Fuel properties Gasoline (Type C) Hydrous Ethanol N-heptane
Composition Hydrocarbons (75-87%) Anhydrous alcohol (13-25%) Ethanol (92.6-93.8%) Water (6.2-7.4%) N-heptane (100%) Density (kg/m³)(1) 730-770 809.3 684 Surface tension (mN/m)(2) 20.301 23.286 18.960 Viscosity (mPa.s)(1) 0.60 1.20 0.40 Boiling point (ºC)(3) - 77 98.4 (1)Measured at 20ºC (2)Measured at 28ºC (3) Measured at 101 kPa
The properties presented in Table 1 were obtained from the fuel supplier specification sheet, except for the surface tension which was measured using the tensiometer of the manufacturer Sinterface, model PAT-1M, supplied by the CEPETRO laboratory from Unicamp.
2.2 Fuel Injector
The injector designated for the present study is a four-hole port fuel injector. This type of injector contains a pressure-swirl atomizer and produces a conical spray. The injector mass flow is 4.4 mg/pulse, the diameter (do) and the
The four-hole port fuel injector used in the tests is shown in Fig. 1 and Fig. 2.
Figure 1. Injector geometry.
Figure 2. Four-hole port fuel injector used in the tests. 2.3 Laser experimental apparatus
The laser experimental apparatus was developed by Magneti Marelli Powertrain Brazil. It is composed of two subsystems: fuel injection system and optical system.
The fuel injection system is composed by a hydraulic and electronic system. The hydraulic system includes a fuel tank with a thermocouple embedded into the tank to read the fuel temperature, an electric fuel pump, a fuel filter, a