연소불안정 현상은 연소기 내에서 발생되는 열해리와 음압간의 상호 커플링에 의해 발생된다. 이 때, 음압은 인젝터에서 분무되는 추진제 유량에 섭동을 발생시키고, 섭동된 유량은 다시 연소에 영향을 주 게 된다. 따라서, 연소에 큰 영향을 미치는 인젝터를 이용하여 연소불안정 현상을 제어하기 위한 인젝터 동특성 연구가 1970년대부터 러시아에서 시작되었다. 인젝터의 동특성 연구를 위해 인위적인 압력 섭동을 주기 위한 장치를 제작하였고, 인젝터 출구에서 발생되는 유량 섭동을 측정하기 위한 기법을 개발하였다. 압력섭동 발생장치와 유량섭동 측정방법을 이용하여 압력섭동에 의해 단일 스월 인젝터 출구에서 발생되는 유량 및 압력, 액막두께, 축방향 속도 등의 섭동 값을 실시간으로 획득하였고, 이를 통해 각 변수들의 위상-진폭 특성을 파악하였다.
본 연구는 이원추진제 추력기의 핵심부품에 대한 성능평가의 일환으로, 기체메탄/액체산소를 추진제로 사용하는 스월 동축형 인젝터의 리세스 길이 및 분사압력에 따른 분무특성 파악을 목표로 하였다. 분무형상은 슐리렌 가시화 기법을 이용하여 획득하였고, 슐리렌장치는 광원, 오목거울, 초고속카메라 등으로 구성된다. 내부 인젝터에 의한 액체 분무의 경우 hollow cone 형상을 확인하였으며, 내부 인젝터 오리피스 길이의 증가와 함께 스월강도 감쇠의 영향으로 분무각은 줄어들었다. 기체-액체를 함께 분사할 때, 분무각은 리세스 길이가 증가함에 따라 외부혼합영역에서 증가하지만, 내부혼합영역에서는 작아졌는데, 액체분무 분사 압력의 높고 낮음에 무관하다는 사실을 확인하였다.
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.
This study presents a mathematical model and a sliding mode observer of the injection system for common rail diesel engines. The injector model consists of three subsystems: the actuator subsystem, the mechanical subsystem, and the hydraulic subsystem. In the actuator subsystem, the constitutive relations of piezoelectricity are used to model the actuator made up of piezoelectric material. Based on the proposed model, the observer estimates the injection rate and injection timing, and can play a vital role of sensorless control of fuel injection in the near future. The sliding mode theory is applied to the observer design in order to overcome model uncertainties. The injector model and observer are evaluated through the injector experiments. The simulation results of the injector model are in good agreement with the experimental data. The sliding mode observer can effectively estimate the injection timing and the injection rate of the injector.
The study on the spray characteristics of TBI(Throttle Body Injection) injector has been carried out in this paper. The objective of this study is to improve the performance of TBI injector. The increase in the injection pressure and the utilization of assisted air are considered. The spray patten of TBI injector take the hollow-cone shape with $60^{\circ}~70^{\circ}$ spray angle regardless of injection pressure and injection pulse width. SAMD(Sauter Mean Diameter) of water in TBI injector are 510-$550{\mu}m$ and 310-$370{\mu}m$ respectively when injection pressures are $0.75 kgf/cm^{2}$ and $2.8 kgf/cm^{2}$. Then SMD of gasoline is estimated 380~$410{\mu}m$ and 230~$280{\mu}m$ respectively. The improvement of spray characteristics in TBI injector can be obtained with assisted air. If $W_{A}/W_{L}$ was over 0.2, SMD of water can be made under $50{\mu}m$.
Combustion instability is critical problem in developing liquid rocket engine. There have been many efforts to solve this problem. In this study, the method was sought through the injector as part of these efforts to suppress combustion instability. If the injector can suppress the disturbance coming from the supply line as a kind of buffer it will serve to reduce combustion instability. Especially we target at gas propellant oscillation in gas-centered swirl coaxial injector. The phenomenon is simulated with acoustic excitation of speaker. The film thickness response at injector exit was measured by using a liquid film electrode. Also the response of spray to the disturbance was observed by high-speed photography. Gas-liquid momentum flux ratio and the frequency of feeding gas oscillation were changed to investigate the effect of these experimental parameters. The trend of response by varying these parameters and the cause of weak points was studied to suggest the better design of injector for suppressing combustion instability.
This work focuses on finding out the noise source and the method of reducing the noise level of LPG(liquefied petroleum gas) fuel injector. The noise of LPG injector in operating condition is due to the impact between valve and valve seat. This study shows that if the revolution of engine is increased, the noise of LPG injector will be more serious but it is not nearly affected by the increment of fuel pressure. The source and transmission paths of noise are identified through the analysis of noise generation mechanism and noise spectrum. The sound absorbing material is tested to verify its efficiency of sound absorption thor the LPG injector. The effect of noise reduction of absorbing material is remarkable when the engine speed is high. Consequently two methods of reducing the noise level are suggested from the identified results. The one is to equip the absorbing material on the outer side of injector and the other is to coat with a soft material or equip a soft ring on the surface of impact.
To suppress the bubble generated in the liquid LPG direct injector is the most important to develop the LPDi engine. It was found in the previous study that bubbling phenomenon in the injector of the LPDi engine is decisively influenced by pressure of fuel and temperature around the injector. Therefore, in this study, the effect on suppressing the bubbling in the LPDi injector by high pressurization of fuel is analyzed and the spray characteristics are also studied. As a result, it is found that the bubbling in the LPDi injector is radically suppressed when the pressure of fuel is over 50MPa. The bubbling is suppressed when the pressure of fuel is over 3MPa if the inserted position of the injector is considered. Also, it is confirmed that the higher the pressure of fuel is the longer spray tip penetration and is the larger spray angle. As the ambient pressure increases, spray tip penetration decreases and spray angle increases due to the increase of drag force.
동축 스월 인젝터 중에서 연료 인젝터의 스월 챔버 유무에 따른 인젝터 페이스의 냉각 특성을 알아보기 위해서 연료의 스월 챔버의 유무 조건만 다르고 모든 설계 조건이 같은 두 개의 인젝터를 만들었으며, 장시간 연소가 가능하도록 물을 이용한 재생 냉각 채널을 인젝터 페이스에 설치하였다. 두 개의 인젝터를 이용하여 연소 실험을 수행한 후 인젝터 페이스의 냉각 특성을 비교하였고, O/F ratio 2.0일 때와 O/F ratio 1.7일 때의 연소 특성 및 인젝터 페이스의 냉각 특성을 살펴보았다.
현재 국내외적으로 달 탐사에 대한 관심이 높아지고 있다. 달 탐사를 위해서는 가변추력 엔진 기술의 확보가 매우 중요하다고 할 수 있다. 엔진 추력 조절 방식 중 면적 조절을 통한 유량 변경 방식은 가장 신뢰성 있는 기술로 평가되며, 대표적으로 핀틀 분사기가 있다. 핀틀 분사기는 구조가 비교적 단순하며 연소불안정에 강하다는 강점을 가진다. 따라서 현 시점에서 가변추력을 위해 신뢰성 있는 기술로 여겨지는 핀틀 분사기에 대한 연구가 선행될 필요가 있다. 본 연구에서는 핀틀 분사기의 기본 개념과 설계 인자를 살펴보고 전반적인 설계 절차를 확립하며, 국내외 최신 개발 동향을 파악하고자 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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