Recently LPG engine is developed to fulfill such new requirements as improved fuel efficiency in additional to further reduced exhaust emission. This experimental study is conducted to analyze spray characteristics for pintle type injector used in a LPLi (Liquid Phase LPG injection) engine. Since spray parameters including penetration length and spray angle make a role to design injector and engine intake system, spray visualization experiment is performed under atmosphere ambient and charging condition using Mie scattering method. From the experimental result under various LPG formation, the increased propane component decreases penetration length because boiling point of propane is lower than butane. To simulate intake charging condition in MPI engine, spray visualization is performed under high pressure condition. As a result, as ambient pressure is increased from atmosphere to 3.0 bar, penetration length is decreased. However, as ambient pressure is increased from atmosphere to 3.0 bar, spray angle is increased.
Optimum engine performance is obtained when the spray characteristics is well matched to the geometry of a combustion chamber. Among many parameters governing the combustion performance in internal combustion engine, fuel supply characteristics and atomization are important performance factors. Therefore, spray characteristics of high pressure multi-hole injector has been studied experimentally. An experimental test system has been made to operate high pressure injection system and to visualize spray behavior. Spray visualization has been performed to analyze spray formation, spray cone angle, bent angle and penetration length. Spray interaction with piston has been analyzed with various injector installation angle, injection pressure and ambient pressure. Test results show that penetration length is greatly influenced by the injection pressure. Penetration length is decreased as ambient pressure increased. Spray cone angle is increased as injection pressure and ambient pressure increased. However, bent angle is not influenced by the change of injection pressure and ambient pressure. Spray cone angle distribution map is plotted using the experimental data. Fuel movement around the spark-plug has been enforced as increasing injector installation angle.
To understand oxygenated fuel characteristics including spray penetration length and spray angle at a real engine ambient pressure condition, DME was injected into a high pressure chamber by a piezo injector common rail system. The piezo injector common rail system was able to apply steady injection pressure, rapid response, and accurate injection quantity. Injection and ambient pressure were varied to confirm a relation with spray form. Using a direct photographing technique, development process of DME spray was captured. DME injection quantity was enlarged linearly as increasing of the injection pressure. In the high pressure chamber, when the injection pressure was enlarged the penetration length and velocity were increased due to a big momentum of fuel particle at the same ambient pressure. When ambient pressure was increased, the DME spray penetration length and velocity were decreased since the high ambient density of nitrogen was acted as a resistance. Although the ambient pressure and injection pressure were varied, each case of spray angle was almost same since the spray angle had a connection of the injector nozzle geometry.
본 연구의 목적은 경제적이고, 친환경적인 가솔린 직접 분사 인젝터의 분무특성을 연구하는 것에 있다. 분무도달거리, 분무각 그리고 혼합기 형성과 같은 인젝터의 특성을 가시화 실험을 통하여 측정하였다. 특히 분무압력과 분위기압력이 분무 침투거리와 분무각에 미치는 영향을 분석하였다. 가시화 실험을 위하여 정적 연소실과 연료 공급장치를 제작하였다. 초고속 카메라와 LED광원을 이용하여 분무형상을 촬영하였고, 촬영된 영상으로 분무 특성을 분석하였다. 연소실내의 분위기압력이 감소하고, 연료의 분무압력이 증가할수록 도달거리는 증가하였다. 분위기압력과 분무압력에 대해 분무각의 변화는 미소하지만, 분위기압력이 분무각에 더 큰 영향을 미치고 있다.
Spray structures and penetration lengths of Gasoline, M85, E85, and LPG by a GDI 6-hole fuel injector were examined in a constant volume chamber. The chamber pressure was controlled at 0.1 MPa and 0.9 MPa. The effects of fuel injection pressure and chamber pressure on the spray structures and penetration lengths were investigated using the 2-dimensional Mie scattering technique. It was found that the sprays developed linearly till ASOI 1.7ms after start of injection and vortices were happened around jets on the way of spray development. And the high chamber pressure, 0.9 MPa kept the fuel sprays development down and the penetration length was reduced to about 55% compared with that of 0.1 MPa. In additions high pressure of fuel injection, 12 MPa increased the spray penetration length more about 7~10% than that of 7 MPa.
Numerical simulations of n-heptane spray characteristics in a constant volume combustion chamber under diesel engine like conditions with increasing ambient gas density ($14.8-142kg/m^3$) and ambient temperature (800-1000 K) respectively were performed to understand the non-vaporizing and vaporizing spray behavior. The effect of fuel temperature (ranging 273-313 K) on spray characteristics was also simulated. In this simulation, spray modeling was implemented into ANSYS FORTE where the initial spray conditions at the nozzle exit and droplet breakups were determined through nozzle flow model and Kelvin-Helmholtz/Rayleigh-Taylor (KH-RT) model. Simulation results were compared with experimentally obtained spray tip penetration result to examine the accuracy. In case of non-vaporizing condition, simulation results show that with an increment of the magnitude of ambient gas density and pressure, the vapor penetration length, liquid penetration length and droplet mass decreases. On the other hand vapor penetration, liquid penetration and droplet mass increases with the increase of ambient temperature at the vaporizing condition. In case of lower injection pressure, vapor tip penetration and droplet mass are increased with a reduction in fuel temperature under the low ambient temperature and pressure.
This study investigated the effects of pressure on the growth of an impinging spray. We obtained the frozen images which were scattered by Nd ; YAG laser light (pulse width : 7 ns) using synchronization circuit made in the laboratory. For an impinging spray a growth of the penetration length was progressed with increase of the injection pressure but an ambient pressure restrained its growth. The effect of an ambient pressure on penetration was larger than that of an injection pressure. The pressure ratio had an effect on the penetration growth rate. The thickness growth rate depended on both the injection pressure and the ambient pressure compositively. A lower injection pressure or a higher ambient pressure was required for spatial distribution of impinging spray.
The objective of this study was to verify the experimental and numerical results of spray evolution injected from different types of the nozzle-hole geometries. Spray visualization was taken by high speed camera under the different conditions. For the simulations of spray tip penetration, turbulence, evaporation and break-up model were applied K-zeta-f, Dukowicz and Wave model, respectively. Also, the prediction accuracy of spray tip penetration was increased by varying the spray cone angle. At the same time, the results of this work were compared in terms of spray tip penetration, and SMD characteristics. The numerical results of spray evolution process and spray tip penetration showed good agreement with experimental one.
In this study, spray characteristics of n-heptane and propane were investigated under different injection pressure using various imaging techniques such as Mie-scattering, DBI (diffuse back-illumination), and Schlieren imaging techniques. NI compact RIO system was used to control a test injector. Spray penetration length, length-to-width ratio and number of black pixels were calculated by using MATLAB software to compare spray characteristics of each fuel. Longer spray penetration length and higher length-to-width ratio were observed in propane spray because of flash boiling caused by high saturated vapor pressure. Spray collapse occurred in propane spray due to the high plume-to-plume interaction. Moreover, rapid evaporation occurred in propane spray, so that nozzle tip wetting could not be observed. Rapid evaporation of propane also caused fewer residual droplets compared to n-heptane spray. Therefore, propane is advantageous in reducing the generation of soot emission from large droplets that are not atomized. However, additional evaluation should be conducted considering combustion efficiency and the possibility of deposits by nozzle tip icing during fuel injection.
The characteristics of spray behavior and injected amount were studied with two types of nozzles for using in a compression ignition engine with dual fuel technology for construction machines. A penetration length of spray tends to shorten due to a decrease of injected amount of a diesel fuel with dual fuel engine application. In order to ignite the gaseous fuel premixed with air during intake process, a diesel fuel, which was compression ignited, needs to penetrate somehow similar depth compared with the case of a diesel fuel-only-injection. In this work, a nozzle with reduced hole diameter and increased number of holes was tested and demonstrated that, compared to diesel 100% case, its penetration lengths are comparable to 74% and 79%, respectively, of those of 100% and 50% supply of a diesel fuel with the baseline nozzle that has four holes and 30.4% increased diameter. This will presumably enhancement the combustion in a dual fuel engine. A design suggestion was also made in this work to achieve similar penetration length of spray with diesel 100% case to prevent combustion from being deteriorated in a dual fuel engine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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