Sistema de injeção Direta de combustível utilizando Etanol

Similarmente à análise realizada para a configuração de sistema de injeção PFI utilizando CNG foi também realizada uma análise para o sistema de injeção direta de combustível utilizando Etanol. Para esta configuração foram avaliadas as influências do posicionamento do sensor, dos valores de lambda e das diferentes estruturas de fluxo. Os dados de entrada para a simulação dos modos acústicos podem ser visualizados no Apêndice C por meio das Tabelas C4, C5, C6, C7, C8 e C9.

4.2.2.1 Influência do posicionamento do sensor

Também para esta configuração foram verificadas as diferenças entre os resultados simulados a partir dos dados experimentais dos dois tipos de sensores, a saber: vela instrumentada e sensor de pressão. A FIG. 4.18 apresenta os resultados obtidos na simulação computacional para alguns dos principais modos acústicos considerando-se o valor de lambda igual a 1,3, pressão de injeção de 100 bar e estrutura de fluxo medium swirl and tumble.

FIGURA 4.18 – Comparativo de frequências: vela instrumentada x sensor de pressão

Verifica-se que os resultados são muito próximos e as diferenças encontradas -

erro percentual máximo de 1,0 % para todos os modos - são insignificantes para o objetivo deste trabalho. Tal resultado pode ser atribuído, em grande parte, ao fato de ter sido considerado o ciclo médio para ambos os sensores no procedimento de validação do modelo computacional o que tende a aproximar as temperaturas máximas e, consequentemente, diminuir as suas diferenças. Deste modo, também para a configuração do sistema de injeção direta líquida de etanol, a simulação computacional das frequências dos modos acústicos pode utilizar dados de entrada provenientes dos resultados experimentais obtidos indistintamente de qualquer um dos sensores.

A visualização das formas dos modos acústicos encontrados na câmara de combustão praticamente não difere significativamente daquela mostrada na FIG. 4.15e, portanto, não será novamente mostrada.

Também a visualização do andamento do modo 2 em função do ângulo do eixo do motor apresenta praticamente o mesmo comportamento apresentado na FIG. 4.16 e, para se evitar a repetição tanto da figura quanto dos comentários, os mesmos também não serão mostrados aqui.

4.2.2.2 Influência dos valores de lambda

Uma vez verificada a influência do posicionamento do sensor na simulação dos modos acústicos presentes na câmara de combustão quando da ocorrência de detonação

foi verificada a influência do valor de lambda na referida simulação. Para tal foram comparados os resultados obtidos, a partir do sensor de pressão, para três diferentes valores de lambda (λ=1,0, λ=1,3 e λ=1,5) referentes às provas 22, 23 e 24 mostradas na TAB. 3.2. A FIG. 4.19 apresenta as diferenças encontradas para o 1º modo circunferencial, o 1º modo radial bem como os valores de temperatura máxima simuladas no interior da câmara de combustão. Os outros modos apresentam o mesmo perfil com pequenas diferenças nos valores.

Figura 4.19 – Comparativo de frequências em função de lambda (modo 2)

Analogamente à configuração PFI CNG foi verificada uma significativa diferença nos valores de frequência simulados em função dos valores de lambda: diferença máxima de 358,5 Hz (em torno de 15º de ângulo de eixo do motor) para o 1º modo circunferencial e de 531,2 Hz (em torno de 40º de ângulo de eixo do motor) para o 1º modo radial.

Tal diferença pode ser explicada principalmente pela dependência da frequência em relação à temperatura no interior da câmara de combustão. Para um determinado valor do ângulo do eixo do motor, quanto mais pobre for a mistura menor será a temperatura. Isto implica numa menor velocidade do som e, consequentemente, num menor valor da frequência dos modos acústicos. A FIG. 4.19 também apresenta o comportamento destas temperaturas as quais foram obtidas a partir de simulação com o software GT-Power.

4.2.2.3 Influência das diferentes estruturas de fluxo

Tendo avaliado a influência dos valores de lambda nas frequências simuladas, foi realizada uma verificação da influência das diferentes estruturas de fluxo presentes na câmara de combustão, a saber: low swirl, medium swirl and tumble e high swirl. O valor de lambda foi mantido constante em 1,3. Os dados oriundos da simulação computacional utilizando o GT-Power os quais foram utilizados para calcular os modos acústicos utilizando o software Abaqus encontram-se no Apêndice C, nas Tabelas C.7, C.8 e C.9. As FIG. 4.20 e 4.21 apresentam o andamento do 1º modo circunferencial e do 1º modo radial, respectivamente.

Figura 4.20 – Influência do tipo de estrutura de fluxo

Os resultados obtidos tanto para o 1º modo circunferencial quanto para o 1º modo radial são bastante conclusivos: não há diferença significativa entre os valores de frequências em função do ângulo do eixo do motor. Isto está diretamente relacionada ao

fato de que as temperaturas no interior da câmara de combustão são muito próximas para as diversas estruturas de fluxo visto que o parâmetro mais influente - lambda - para tais tipos de estruturas permaneceu constante em 1,3 para todas elas

4.2.2.4 Influência dos valores da pressão de injeção

Tendo avaliado a influência dos valores de lambda e a influência das diferentes estruturas de fluxo presentes na câmara de combustão nas frequências simuladas, foi ainda avaliada a influência dos valores da pressão de injeção. O valor de lambda foi mantido constante em 1,3 e a estrutura de fluxo foi mantida na configuração low swirl.

Os dados oriundos da simulação computacional utilizando o GT-Power os quais foram utilizados para calcular os modos acústicos utilizando o software Abaqus encontram-se no Apêndice C, nas Tabelas C.5 e C.7. A FIG. 4.21 apresenta o andamento do 1º modo circunferencial e do 1º modo radial, respectivamente.

Figura 4.21 – Influência dos valores da pressão de injeção

Da análise da FIG. 4.21 observa-se que, para ambos os tipos de modos acústicos, foi verificada uma pequena diferença nos valores de frequência simulados em função dos valores da pressão de injeção. Para o 1º modo circunferencial, a diferença máxima entre os valores extremos de lambda foi de 260,4 Hz (para o valor 0º de ângulo de eixo do motor) enquanto que para o 1º modo radial tal valor foi de 371,8 Hz (também para o valor de 0º de ângulo de eixo do motor). Tal resultado está provavelmente

associado à melhor atomização do combustível para uma maior pressão de injeção do mesmo levando a uma combustão mais completa o que pode ser comprovado pelo maior valor da temperatura no interior da câmara de combustão.