The high pressure common rail injection system offers a high potential for improving emmisions and performance characteristics in large direct diesel engines. High pressures in the common rail with electronic control allows the fuel quantity and injection timing to be optimized and controlled throughout a wide range of engine rpm and load conditions. In this study, high pressure supply pump, common rail, pipes, solenoid and control chamber, and nozzle were modeled in order to predict needle lift, rate of injection, and total injected fuel quantity. When the common rail pressure is raised up to 13.0 ㎫ and the targer injection duration is 1.0ms, the pressure drop in common rail is about 5.0㎫. The angle of effective pressurization is necessary to be optimized for the minimum pump drive torque and high pressure in common rail depending on the operating conditions. The characteristics of injection were also greatly influenced by the pressures in common rail, the areas of the inlet and exit orifice of the control chamber.
Diesel engines have the advantages of good fuel efficiency and low emissions. Therefore, car makers have been developed various kinds of diesel engine management system to clean up emissions while improving fuel efficiency. One of them is the common rail system. In the common rail system, diesel fuel is injected into the combustion chamber at ultra high pressures up to 1,800 bar to ensure more complete combustion for cleaner exhaust gas, and highly precise multiple injection reduces NOx emission, combustion noise and vibration. Generally speaking, common rail system consists of booster pump, high pressure pump, common rail, injectors, control valves, and sensors. The high pressure pump receives low pressure fuel from the booster pump and supply high pressure fuel to injectors through the high pressure common injection rail. Therefore, high pressure pump has an important role in common rail system. In this paper, we have investigated the performance of high pressure pump of common rail system.
The advantages of the common rail fuel injection system architecture have been recognized since the development of the diesel engine. In common rail systems, a high-pressure pump stores a reservoir of fuel at high pressure up to and above 2000 bar. And solenoid or piezoelectric valves make possible fine electronic control over the fuel injection time and quantity, and the higher pressure that the common rail technology makes available provides better fuel atomization. In this study, the direct needle-driven piezo injector was investigated for accomplishing injection pressure of 1800 bar by optimal design by simplification of component and changing number of springs and plates of DPI. It was found that a direct needle-driven piezo injection system features the prototype DPI for passenger vehicle to operate at 1800 bar of injection pressure.
To meet strict emission regulation while improving engine performances, common rail injection system which is suitable for electronic control, and capable of controlling injection quantity, timing, rate and pressure individually as well as realizing high pressure has been developed. At present study, a 8L DI diesel engine was converted to a single-cylinder experimental engine allowing optical access through an extended piston and a prototype of common rail injector in progress was applied to the engine. The combustion characteristics of the engine were analysed by using direct images and characteristics of the injector were analysed. We can not say that the results are always the same to general common rail injection system but that they are just characteristics of specific prototype injector.
The study is actively being performed to increase fuel injection pressure of common rail system among countermeasures to meet the emission regulation strengthen of the Diesel engine. The common rail fuel injection tube in such ultra high pressure common rail system has the weakest structural characteristics against vibration that is generated by fuel injection pressure and pulsation during engine operation and driving. Thus the extreme durability is required for common rail fuel injection tube, and the drawing process is being magnified as the most important technical fact for strength of seamless pipe that is the raw material of common rail tube. In this respect, we analyzed the characteristic of dimension and stress variation of the ultra high pressure common rail fuel injection tube by variation of Die and Plug angle in drawing process. Based on the analysis, we tried to obtain the raw material strength of common rail fuel injection tube for applying to the ultra high pressure common rail system. As a result, Plug angle is more important than entry angle of Die and we could obtain the target dimension and strength of the ultra high pressure common rail fuel injection tube through optimization of Plug angle.
The capability of pilot injection with small fuel quantity at all engine operating conditions is one of the main feature of the common rail direct injection system. The purpose of the pilot injection is to lower the engine noise and to reduce the NOx emissions. This study describes the pilot spray structure characteristics of the common-rail diesel injectors with different electric driving characteristics, including solenoid-driven and piezo-driven type. Namely three common-rail injectors with different electric current wave were investigated in this study. The pilot spray characteristics such as spray speed, spray tip penetration, and spray angle were obtained by spray images, which is measured by the back diffusion light illumination method with optical system for high-speed temporal photography. As this research results, it was found that pilot injection of common-rail system was effected by rate of injection with different electrical characteristic for injector driving.
The capability of pilot injection with small fuel quantity at all engine operating conditions is one of the main feature of the common rail direct injection system. The purpose of the pilot injection is to lower the engine noise and to reduce the NOx emissions. This study describes the pilot spray structure characteristics of the common-rail diesel injectors with different electric driving characteristics, including solenoid-driven and piezo-driven type. Namely three common-rail injectors with different electric current wave were investigated in this study. The pilot spray characteristics such as spray speed, spray tip penetration, and spray angle were obtained by spray images, which is measured by the back diffusion light illumination method with optical system for high-speed temporal photography. As this research results, it was found that pilot injection of common-rail system was effected by rate of injection with different electrical characteristic for driving the injector.
The common-rail fuel injection system is becoming a common technology for High Speed Direct Injection(HSDI) diesel engines. The injection timing and rate are important factors for combustion control and pollutants formation mechanisms during engine operation. This paper introduces an estimation methodology of the injection timing and rate of a common-rail injector for HSDI diesel engines. A sliding mode observer that is based on the nonlinear mathematical model of the common-rail injector is designed to overcome the model uncertainties. The injector model and the estimator we verified by relevant injection experiments in an injector test bench. The simulation and the experimental results show that the proposed sliding mode observer can effectively estimate the injection rate of the common-rail injector.
Fuel injection system greatly affects the performance of a direct injection diesel engine. A common rail injection system was introduced to satisfy the stringent emission standards, low fuel consumption, and low noise in recent years. The performance of a common-rail fuel injection system is strongly influenced by the injector characteristics. The common rail injector has evolved in order to improve its injection performance. The piezo-actuated injector is more suitable for common rail injection system due to its fast response and is expected to replace current solenoid-operated injector. In this study, nonlinear mathematical models are proposed for the solenoid-operated and the piezo-actuated injectors for control applications. Based on these models, the injection rate, which is one of the most important factors for the injection characteristics, is estimated using sliding mode observer. The simulation results and the experimental data show that the proposed sliding mode observers can effectively estimate the injection timing and the injection rate for both common-rail injectors.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권3호
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pp.351-358
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2006
The capability of high pressure injection with small fuel quantify at all engine operating conditions is one of the main feature in common rail fuel injection system, which is used in small and light-duty Diesel engine. The key parameter for the better atomized fuel sprays and multiple injections of this common rail fuel injection control, that can be freely selected irrespective of the engine speed and load is the mechanism controlling the needle energizing and movement in high pressure Diesel injector. In the electro-hydraulic injector, the injection nozzle is being opened and closed by movement of the injector's needle which is balanced by pressure between the nozzle seat and the needle control chamber. This study describes the macroscopic spray structure characteristics of the common rail Diesel injectors with different electric driving method i.e. the solenoid-driven and piezo-driven type. The macroscopic spray characteristics such as spray tip speed. spray tip penetration and spray cone angle were investigated by the high speed spray, which is measured by the back diffusion light illumination method with optical system for the high speed temporal photography in a constant volume chamber pressurized by nitrogen gas. As the results, the prototype piezo-driven injector system was designed and fabricated for the first time in domestic case and the effect of injector's needle response driven by different drive type was compared between the solenoid and piezo-driven injector It was found therefore. that the piezo-driven injector showed faster needle response and had better needle control capability by altering the electric input value than the solenoid-driven injector.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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