The behavior of the 2-stage spray was studied by using the schlieren method with the high pressure common-rail injection system. The spray injected 2 times with the interval of $0.3ms{\sim}1.5ms$ between the 1st and the 2nd spray in a modeled combustion chamber of constant volume bomb. In this case, the quantity of injected fuel of 1st and 2nd also changed. The schlieren photograph shows that the 2nd spray goes further away than the 1st spray when the quantity of the 1st spray is less than that of the 2nd spray. The dispersion of the vapour to the combustion chamber is not affect in a 10% of 1st spray quantity. When the 1st spray quantity is more than the 2nd spray, the vapour scattering of spray is good.
Compared to gasoline engines, diesel engines with a relatively simple ignition system are more advantageous in the application of biodeisel fuel to engine. Then in this study the comparative analysis on the spray characteristics and combustion emissions characteristic between the biodiesel(soybean oil) and diesel, the fuel for commercial diesel engine, was performed with common rail injection system. Injection pressure and ratio of biodiesel blended fuel were selected as main experimental variables. Consequently, it can be found that there is no significant difference in the macro characteristics of the spray behavior(spray penetration and spray angle) in response to change in the blend ratio of soybean oil and diesel at a fixed injection pressure, in particular, soot creation in combustion emissions in the region of low pressure was greatly affected by the blend ratio of soybean oil, however, the creation in the region of high pressure was almost unaffected by the blend ratio because of promoted atomization.
Macroscopic visualization of non-evaporating sprays was experimentally conducted to investigate spray tip penetration and spray angle under low-density conditions, corresponding to an early injection strategy. Furthermore, injectors with varying injection angles (146° and 70°) and numbers of holes (8 and 14) were employed to examine the impact of injector configuration. Compared to the baseline injector, 8H146, which has 8 holes and a 146° injection angle, the spray tip penetration of the 8H70 injector was found to be longer. This can be attributed to higher momentum due to a smooth flow field between the sac volume and the nozzle inlet, which is located closer to the injector tip centerline. The increase in velocity led to intense turbulence generation, resulting in a wider spray angle. Conversely, the spray tip penetration of the 14H70 injector was shorter than that of the 8H70 injector. The competition between increased velocity and decreased nozzle diameter influenced the spray tip penetration for the 14H70 injector; the increase in momentum, previously observed for the 8H70 injector, contributed to an increase in spray tip penetration, but a decrease in nozzle diameter could lead to a reduction in spray tip penetration. The spray angle for the 14H70 injector was similar to that of the 8H146 injector. Moreover, injection rate measurements revealed that the slope for a narrow injection angle (70°) was steeper than that for a wider injection angle during the injection event.
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.
A new concept of reduced quasi-dimensional combustion model for a direct injection diesel engine is developed based on the previously developed quasi-dimensional multi-zone model to improve the computational efficiency. In the reduced model, spray penetration and air entrainment are calculated for a number of zones within the spray while three zones with aggregated spray zone concept are used for the calculation of spray combustion and emission formation processes. It is also assumed that liquid phase fuel appears only near the nozzle exit during the breakup period and that spray vaporization is immediate in order to reduce the computational time. Validation of the reduced model with experimental data demonstrated that the new model can predict engine performance and NO and soot emissions reasonably well compared to the original model. With the new concept of reduced model, computational efficiency is significantly improved as much as 200 times compared to the original model.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2005.11a
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pp.13-14
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2005
Multi-dimensional combustion analysis and experiment has been carried out to investigate the effects of the injector nozzle hole diameter and number on the NOx formation and fuel consumption in HYUNDAI HiMSEN engine. The behavior of spray and combustion phenomena in diesel engine was examined by FIRE code. Wave breakup and Zeldovich models were adopted to describe the atomization characteristics and NOx formation. Wallfilm model suggested by Mundo, et al. and auto-ignition model suggested by Theobald and Cheng were adopted to investigate the spray-wall interaction characteristics and ignition delay. The information of spray angle and spray tip penetration length was extracted from fuel spray visualization experiment and the fuel injection rate profile was extracted from fuel injection system experiment as an input and verification data for the combustion analysis. Next, the nine different nozzle configurations were simulated to evaluate the effect of injector hole diameter and number on the NOx formation and fuel consumption.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.6
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pp.852-859
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2000
The emission in the exhaust gas from diesel engine is effected by the fuel spray characteristics. The spray of D.I. diesel engine impinges on a piston cavity and a cylinder wall. It is very important to know exactly the distribution and behavior of the spray inside cylinder. The objective of this study is to develop more accurate evaporation model. The EPISO code was used to analyze the flow characteristics in the engine. The Wakil model and the Faeth model are applied to the EPISO code to analyze the behavior of impinging spray. And also experimental and numerical analysis were carried out. The spray behavior characteristics were investigated by changing injection pressure, ambient pressure and temperature. The behavior of impinging spray was strongly effected by the change of ambient pressure and temperature. The effects of evaporation and rebounding droplet should be considered.
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.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.6
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pp.60-65
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2004
Numerical simulations and experiments have been carried out to investigate the effect of fuel injection nozzles on the combustion and NOx formation processes in a medium-speed marine diesel engine. Spray visualization experiment was performed in the constant-volume high-pressure chamber to verify the numerical results on the spray characteristics such as spray angle and spray tip penetration. Time-resolved spray behaviors were captured by high-speed digital camera and analyzed to extract the information on the spray parameters. Spray and combustion phenomena were examined numerically using FIRE code. Wave breakup and Zeldovich models were adopted to describe the atomization characteristics and NOx formation processes. Numerical results were verified with experimental data such as cylinder pressure, heat release rate and NOx emission. Finally, the effects of fuel injection nozzles on the engine performance were investigated numerically to find the optimum nozzle parameters such as fuel injection angle, nozzle hole diameter and number of nozzle holes. From this study, the optimum fuel injection nozzle (nozzle hole diameter, 0.32 mm, number of nozzle holes, 8 and fuel injection angle, $148^{\circ}$) was selected to reduce both the fuel consumption and NOx emission. The reason for this selection could be explained from the highest fuel-air mixing in the early phase of injection due to the longest spray tip penetration and the highest heat release rate after $19^{\circ}$ ATDC due to the increased injection duration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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