Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.23-30
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2002
This present study experimentally investigates the behavior of liquid and vapor phase of fuel mixtures with changing the in-cylinder air motion in an optically accessible engine. The conventional MPI/DOHC engine was modified to gasoline direct injection engine with swirl motion. The images of liquid and vapor phases were captured in the motoring operation condition using exciplex fluorescence method. Two dimensional spray fluorescence images of liquid and vapor phases were acquired to analyze spray behaviors and fuel distribution inside of cylinder respectively, In early injection timings $(BTDC\;270^{\circ},\;180^{\circ})$, tumble flow transported most of vapor phase to the lower region and the both sides of cylinder, so vapor phase didn't become uniform distribution up to the half of the compression stroke. In the case of swirl flow, the fuel mixture was confined near the swirl origin in upper region of cylinder. In late injection timings $(BTDC\;90^{\circ})$, tumble flow transported vapor phase to the intake valve and swirl flow to the exhaust valve.
The effects of change in injection pressure on spray structure in high temperature and pressure field have been investigated. The analysis of liquid and vapor phases of injected fuel is important for emissions control of diesel engines. Therefore, this work examines the evaporating spray structure using a constant volume vessel. The injection pressure is selected as the experimental parameter, is changed from 72MPa to 112MPa by using a common rail injection system(ECD-U2). The images of liquid and vapor phase in the evaporating free diesel spray are simultaneously taken by exciplex fluorescence method. As a result, it can be confirmed that the distribution of vapor concentration is more uniform in the case of the high injection than in that of the low injection pressure.
In this study, an analysis of evaporative diesel spray and an usefulness of a general-purpose program, ANSYS CFX release 11.0, are investigated through the comparison and investigation of the experimental results carried out under an evaporative field, in which there is phase transition, by an exciplex fluorescence method and the results analyzed by the CFX program. The diesel fuel called n-Tridecane, $C_{13}H_{28}$, is injected from a single-hole nozzle (l/d=1.0mm/0.2mm) into a constant volume chamber under a high temperature and pressure. In the same condition as the experimental condition, the analysis was carried out. Both results of the spray tip penetration were almost coincident at each time. The results have validated the usefulness of this analysis. As a result, if the ambient pressure is high, the spray tip penetration will be shortened and move toward the nozzle exit.
분사된 연료의 미립화(atomization), 증발(evaporation), 그리고 혼합기형성과정(mixture formation process)이 디젤엔진의 착화 및 연소특성에 영향을 미치기 때문에, 디젤엔진 내에 분사된 연료의 구조해석으로부터 일련의 과정, 즉 고압분사, 분열(breakup), 미립화, 그리고 주위기체의 난류 도입(entrainment)에 관한 연구$^{1-3)}$는 꾸준히 행해져왔다. 본 연구는 증발디젤분무의 구조해석으로부터 디젤충돌분무의 혼합기형성과정을 조사한다. 주위기체의 밀도는 실험변수로서 선택하였고, $5.0kg/m^3$에서 $12.3kg/m^3$까지 변화시켰다. 그리고 소형고속디젤엔진에 있어서 연료분사초기의 상태의 고온 고압 설정이 가능한 정적용기를 사용했다. 주위 온도와 연료분사압력은 각각 700K 및 72MPa로 일정하게 유지했다. 충동증발분무의 액상과 기상의 이미지는 엑시플렉스형광법으로 동시 계측하였다. 실험결과로서 주위기체의 밀도가 높을수록 충돌분무의 선단도 달거리가 주위기체의 항력으로 인하여 감소하였다.
Kim Dongwook;Kang Jeongjung;Choi Gyungmin;Kim Duckjool
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.82-89
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2005
This study was performed to investigate the behavior and spatial distribution of fuel mixtures with different wall angle and diameter of piston cavity in a DI gasoline engine. The spatial distribution of fuel mixtures after impingement of the spray against a piston cavity is one of the most important. factors for the stratification of fuel mixture. Thus, it is informative to understand in detail the behavior and spatial distribution of fuel mixtures after impingement in the cavity. Two dimensional spray fluorescence images of liquid and vapor phase were acquired to analyze the behavior and distribution of fuel mixtures inside cylinder by exciplex fluorescence method. The exciplex system of fluorobenzene/DEMA in non-fluorescing base fuel of hexane was employed. Cavity wall angle was defined as an exterior angle of piston cavity. Wall angles of the piston cavity were set to 30, 60 and 90 degrees, respectively. The spray impinges on the cavity and diffuses along the cavity wall by its momentum. In the case of 30 degrees, the rolling-up moved from the impinging location to the round and fuel-rich mixture distributed at periphery of cylinder. In the case of 60 and 90 degrees, the rolling-up recircurated in the cavity and fuel mixtures concentrated at center region. High concentrated fuel vapor phase was observed in the cavity with 90 degrees. From. present study, it was found that the desirable cavity wall angle with cavity diameter for stratification in a Dl gasoline engine was demonstrated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.3
s.234
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pp.356-367
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2005
The spray characteristics of DISI injector have a great role in gasoline engine efficiency and emission. Thus, many researchers have studied to investigate the spray characteristics of swirl and slit injectors that are used in a DISI engine. In this study, we tried to provide spray parameters, which affect on the spray characteristics such as injection pressure, ambient pressure and ambient temperature. In addition, we calculated $t_{b}\;and\;t_{c}$ to investigate the break up mechanism of test injectors and obtained $C_{v}$ to evaluate the spray characteristics. As the ambient pressure increases in case of slit injector, $C_{v}$ decreases. The laser-induced exciplex fluorescence (LIEF) technique, which is based on spectrally resolved two-color fluorescent emissions, has applied to measure the liquid and vapor phases for on evaporating spray simultaneously. The TMPD/naphthalene proposed by Melton is used as a dophant to detect exciplex signal. The temporal and spatial distribution of liquid and vapor phases during the mixture formation process was measured by this technique. In the LIEF technique, the vapor phase is detected by the monomer fluorescence while the liquid phase is tracked by the exciplex fluorescence. From this experiment, we found that the spray area of the vapor phase is increased with elapsed time after injection and the area of liquid is decreased when the ambient pressure is 0.1MPa. However, the area tends to increase until the end of injection when the ambient pressure is 1.0MPa.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.454-460
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2009
To analyze the mixture formation process of evaporating diesel spray is important for emissions reduction in actual engines. Then the effects of change in density of ambient gas on spray structure in high temperature and pressure field have been investigated in this study. The ambient gas density was changed from ${\rho}_a=5.0kg/m^3$ to ${\rho}_a=12.3kg/m^3$ with CVC(Constant Volume Chamber). Also, simulation study by modified KIVA-II code was conducted and compared with experimental results. The ambient temperature and injection pressure are kept as 700K and 72MPa, respectively. The images of liquid and vapor phase in the evaporating free spray were simultaneously taken by exciplex fluorescence method. As experimental results, with increasing ambient gas density, the tip penetration of the evaporating free spray decreases due to the increase in the drag force from ambient gas. The spatial structure of a diesel spray can be verified as 2-regions consisted of liquid with momentum decrease and vapor with large-scale vortex. The calculated results obtained by modified KIVA-II code show good agreements with experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.7
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pp.529-535
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2008
The characteristics of combustion process in an internal combustion engine are affected by the mixing process between injected fuel and ambient gas. Therefore, it is necessary to understand the mixture formation process of diesel spray. In this study, the spray structure was visualized by the exciplex fluorescence method, which can provide the simultaneous 2-D images of vapor and liquid phase in inner spray. For accurate investigation, the liquid-phase images were recorded with a 35mm still camera and CCD camera. Consequentially, it could be confirmed that the high-concentration vapor phase is formed in the region of spray tip and the edge of the liquid phase where droplets exist in the evaporating diesel spray, and the formed vapor is spread by diffusion. Also, the distribution of vapor is determined by the motion of droplets that exist in the edge of the liquid phase and the spray-tip region.
For this research an extension of the LIF technique that the LIEF(Laser Induced Exciplex Fluorescence) technique has been used LIEF technique is the unique method to allows the visualization of fuel vapor phase and liquid phase individually by capturing each signals of them. In this work performed that the basic procedure for advanced LIEF technique using TEA and benzene as dopants md high power KrF excimer laser to excite the dopants. Iso-octane is used as the fuel because it does not absorb light at the laser wavelength. The boiling point of benzene and TEA are $81^{\circ}C\;and89^{\circ}C$, respectively, in comparison to $99^{\circ}C$ for iso-octane. It is observed that the behavior and distribution of high pressed fuel injection from various test condition. The injection pressure is set as 3MPa. and 5MPa. And the ambient pressure of test chamber is atmospheric pressure and 1MPa, the ambient temperature of chamber is room temperature, $300^{\circ}C\;and\;500^{\circ}C$ to imitate the condition of GDI engine cylinder.
Park, Jong-Sang;Kim, Si-Pom;Chung, Sung-Sik;Ha, Jong-Yul;Yeom, Jeong-Kuk
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.5
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pp.467-472
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2007
In this study the penetration distance of liquid phase fuel(i.e. liquid phsae length) was investigated in evaporative field. An exciplex fluorescence method was applied to the evaporative fuel spray to measure and investigate both the liquid and the vapor phase of the injected spray. For accurate investigation, images of the liquid and vapor phase regions were recorded using a 35mm still camera and CCD camera, respectively. Liquid fuel was injected from a single-hole nozzle (l/d=1.0mm/0.2mm) into a constant-volume chamber under high pressure and temperature in order to visualize the spray phenomena. Experimental results indicate that the liquid phase length decreased down to a certain constant value in accordance with increase in the ambient gas density and temperature. The constant value, about 40mm in this study the, is reached when the ambient density and temperature of the used fuel exceed critical condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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