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.
This study presents the process of the solenoid parameter estimation of an common-rail injector fer HSDI(High Speed Direct Injection) diesel engines. The EMF(Electromotive Force) and solenoid inductance are the major parameters for presenting the injector dynamics, and also these parameters are estimated by using a multi-layer feedforward artificial neural networks(ANN). The performances of parameter estimators are verified by the simulation with injector model. The feasibility of this methodology is closely examined through the simulation in the various operating points of injector. The simulation results have revealed that estimated parameters show favorable agreements with the common-rail injector model.
The common-rail injection systems, as a new diesel injection system for passenger car, have more degrees of freedom in controlling both the injection timing and injection rate with the high pressure. In this study, a piezo-driven injector was applied to a high pressure common-rail type fuel injection system for the control capability of the high pressure injector's needle and firstly examined the piezo-electric characteristics of a piezo-driven injector. Also in order to analyze the effect of injector's needle response driven by different driving method on the injection, we investigated the diesel spray characteristics in a constant volume chamber pressurized by nitrogen gas for two injectors, a solenoid-driven injector and a piezo-driven injector, both equipped with the same injection nozzle with sac type and 5-injection hole. The experimental method for spray visualization was based on back-light photography technique by utilizing a high speed framing camera. The macroscopic spray propagation was geometrically measured and characterized in term of the spray tip penetration, spray cone angle and spray tip speed. For the evaluation of the needle response of the above two injectors, we indirectly estimated the needle's behavior with an accelerometer and injection rate measurement employing Bosch's method was conducted. The experimental results show that the spray tip penetrations of piezodriven injector were longer, on the whole, than that of the solenoid-driven injector. Besides we found that the piezo-driven injector have a higher injection flow rate by a fast needle response and it was possible to control the injection rate slope in piezo-driven injector by altering the induced current.
The effect of injector driving current pattern on fuel injection rate of solenoid diesel common rail injector was studied by computer simulation. The time resolved fuel injection rate and injected quantity per stroke of a common rail injector driven with the five current patterns were computer simulated. The fuel injection rate and injected quantity per stroke according to the rail pressure and fuel injection period were also computer simulated. When the common rail injector was driven with the five driving current patterns of peak & hold, there was no difference in the fuel injection rate in the peak section regardless of all the current patterns of the five cases. On the other hand, the magnitude of the hold current value influenced the injection rate and injected quantity per stroke. That is, in the current pattern of three cases where the hold current value is equal to or more than a constant value of the peak current value, the fuel injection rates for the given common rail rail pressure and injection period are same one another. On the other hand, the current pattern of the two cases, in which the hold current value is smaller than a certain value, there is a large fluctuation in the fuel injection rate.
The capability of pilot injection with small fuel quantity at all engine operating conditions is one of the main feature of the common rail 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, solenoid-driven and piezo-driven type, with different electric driving characteristics So, three common-rail injectors with different electric current wave were used 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. Also the CFD analysis was carried out for fuel behavior under high pressure in between needle and nozzle of solenoid-driven injector to know the condition of initial injection at experiment test. It was found that pilot injection of common-rail system was effected by rate of injection and temperature of injected fuel and electrical characteristic of the driven injector.
In this paper, experimental study on the wan impingement spray of the common-rail diesel injector is performed. To examine the effect of various factors on the development of spray impinging on the wall, experiments were conducted at the various injection pressures. ambient pressures, wan distances from the injector tip, wall temperatures, and angles of wall inclination. The behaviors of the impingement spray ate visualized by using laser sheet methods and a ICCD camera. It is shown that the spray path penetration of the wall impingement spray increases with the increase of injection pressure, wall distance. wall temperature, wall angle. On the other hand the spray path penetration of the wan impingement spray decreases with the increase of ambient pressure.
The common-rail injectors are the most critical component of the CRDI diesel engines that dominantly affect engine performances through high pressure injection with exact control. Thus, from now on the advanced combustion technologies for common-rail diesel injection engine require high performance fuel injectors. Accordingly, the previous studies on the numerical and experimental analysis of the diesel injector have focused on a optimum geometry to induce proper injection rate. In this study, computational predictions of performance of the diesel injector have been performed to evaluate internal flow characteristics for various needle lift and the spray pattern at the nozzle exit. To our knowledge, three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model of the internal flow passage of an entire injector duct including injection and return routes has never been studied. In this study, major design parameters concerning internal routes in the injector are optimized by using a CFD analysis and Response Surface Method (RSM). The computational prediction of the internal flow characteristics of the common-rail diesel injector was carried out by using STAR-CCM+7.06 code. In this work, computations were carried out under the assumption that the internal flow passage is a steady-state condition at the maximum needle lift. The design parameters are optimized by using the L16 orthogonal array and polynomial regression, local-approximation characteristics of RSM. Meanwhile, the optimum values are confirmed to be valid in 95% confidence and 5% significance level through analysis of variance (ANOVA). In addition, optimal design and prototype design were confirmed by calculating the injection quantities, resulting in the improvement of the injection performance by more than 54%.
Recently, R&D demand for environmental friendly vehicle has rapidly increased due to its global environmental issues such as global warming, energy and economic crisis. Under this situation, the most realistic alternative way for environmental friendly vehicle is a clean diesel vehicle. The common-rail fuel injection system, as key technology of clean diesel vehicle, consists of a high pressure pump, common-rail, high pressure fuel line and electronic control injector. In common-rail high-pressure fuel injection system, high pressure wave of injection system and geometry of injector elements have a major effects on high-pressure fuel spray. Therefore, in this study, the numerical model was developed for analysis about the common-rail fuel pressure pulsation by using AMESim code. We could secure stability of common-rail high-pressure fuel injection system through optimal design of fuel line.
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.
Recent common-rail injector of a diesel engine needs more smaller nozzle hole to meet the stringent emission regulation. But, small nozzle hole diameter can cause nozzle coking which is occurred due to the deposits of post-combustion products. Nozzle coking has a negative effect on the performance of fuel injector because it obstructs the fuel flow inside a nozzle hole. In this study DFSS (Design for six sigma) method was applied to find the effect of nozzle design parameter on nozzle coking. Total 9 injector samples were chosen and tested at diesel engine. The results show that nozzle hole diameter and K-factor have more effect on nozzle coking than A-mass and hole length. Large hole diameter and A-mass, small hole length and K-factor give more positive performance on nozzle coking in these experimental conditions. But, a performance about nozzle coking and exhaust gas emission shows the opposite tendency. Further study is needed to find the relation between nozzle coking and emission characteristic for the optimization of injector nozzle design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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