This paper presents the effect of injection pressure on the atomization characteristics of high-pressure injector in a direct injection gasoline engine both experimentally and numerically. The atomization characteristics such as mean droplet size, mean velocity, and velocity distribution were measured by phase Doppler particle analyzer. The spray development, spray penetration, and global spray structure were visualized using a laser sheet method. In order to investigate the atomization process in more detail, the calculations with the LISA-DDB hybrid model were performed. The results provide the effect of injection pressure on the macroscopic and microscopic behaviors such as spray development, spray penetration, mean droplet size, and mean velocity distribution. It is revealed that the accuracy of prediction is promoted by using the LISA-DDB hybrid breakup model, comparing to the original LISA model or TAB model alone. And the characteristics of the primary and secondary breakups have been investigated by numerical approach.
The spray prepared for direct fuel injection into cylinder is of great importance in a DISI(Direct Injection Spark Ignition) engine. The interaction between air flow and fuel spray was investigated in a steady flow system embodied in a wind tunnel to simulate the variety of in-cylinder flow conditions in the DISI engine. The Mie-scattering images presented the macroscopic view of the liquid spray fields interacting with cross-flow Particle sizes of fuel droplets were measured with phase Doppler anemometer(PDA) system. A faster cross-flow field made SMD larger and $D_10$ smaller. The atomization and evaporation processes with a DISI injector were observed and consequently utilized to construct the database on the spray and fuel-air mixing mechanism as a function of the flow characteristics.
Since air pollution problem by emissions from automotive vehicles has become social issues, lean-burn gasoline direct injection (GDI) engine is focused as an alternative to meet the requirement of reinforced emission regulation and improved fuel consumption. Spray-guided type DI combustion is promising technology, which characterized by the centrally mounted injector and closely positioned spark plug, since stable lean combustion can be realized even at ultra-lean mixture condition. In the present study, the effect of multi-ignition with developed charge coil on combustion and emission characteristics was investigated in optical accessible single cylinder engine. In order to fully understand the in-cylinder phenomena and the mechanisms of emission production, optical diagnostics, such as flame visualization was also carried out at frequently using operating condition. Multi-ignition is effective to improve fuel economy but increase NOx emission at flammability limit.
The combustion characteristics of gasoline and diesel were tested in a compression ignition engine. Both fuels were used with same common rail injection system. Combustion experiment showed that low load condition of 0.45 MPa IMEP (indicated mean effective pressure) was tested in metal and optical engines. The gasoline combustion showed higher hydrocarbon and carbon monoxide emissions but lower soot emission compared with diesel combustion. NOx emissions were very high at late injection timing but significantly decreased at early injection timing due to the lean combustion resulted from vigorous mixing process. Direct combustion visualization showed that the diesel combustion was dominated by diffusion combustion exhibiting soot incandescence and the gasoline combustion was mostly consisted of premixed combustion showing blue chemiluminescence.
The purpose of the present work is to investigate the effect of gasoline-premixing on a combustion and emissions characteristics in a compression ignition engine. For studying combustion characteristics, a combustion pressure and rate of heat release (ROHR) were measured using a single-cylinder DI compression ignition engine with a common-rail injection system and premixed fuel injection system. In addition, exhaust emissions characteristics were studied using emission analyzers and smoke meter. The experimental results showed that the case of gasoline-premixing had longer ignition delay and lower combustion pressure compared to the cases of diesel direct injection. Furthermore, premixed gasoline-air mixture reduced NOx emissions due to low peak of ROHR.
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.
A Common-Rail Direct Injection (CRDI) system for high speed diesel engines was developed to meet reductions of noise and vibration, emission regulations. High pressure in the common rail with electric control allows the fuel quantity and injection timing to be optimized and controlled throughout a wide range of engine velocity and load conditions. In this study, CRDI system analysis model which includes fuel and mechanical systems was developed using commercial software, AMESim in order to predict characteristics for various fuel injection components. The parameter sensitivity analysis such as throttle size, injection rate, plunger displacement, supply pressure of fuel injection for system design are carried out.
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 liquid film thickness inside a pressure-swirl nozzle was measured, and then the measured liquid film thickness was compared with the results from previous empirical equations. The liquid film inside the nozzle was visualized using extended transparent nozzles and a microscopic imaging system, and then the measurement error was evaluated using optical geometry analysis. The high injection pressures up to 7MPa were adopted to simulate the injection conditions of the direct-injection spark-ignition engines. The totally different two injectors with different fuels, nozzle lengths, nozzle diameters and swirlers were utilized to obtain the comprehensive equations. The results showed that the liquid film thickness very slightly decreased at high injection pressures and the empirical equations overestimated the effect of injection pressure. Most of empirical equations did not include the effect of nozzle length and swirler angle, although it caused significant change in liquid film thickness. A new empirical equation was suggested based on the experimental results with the effects of fuel properties, injection pressure, nozzle diameter, nozzle length and swirler angle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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