In this study, numerical and experimental analysis on the spray atomization characteristics of a GDI injector is performed. For numerical approach, four hybrid models that are composed of primary and secondary breakup model are considered. Concerning the primary breakup, a conical sheet disintegration model and LISA model are used. The secondary breakup models are made based on the DDB model and RT model. The global spray behavior is also visualized by the shadowgraph technique and local Sauter mean diameter and axial mean velocity are measured by using phase Doppler particle analyzer Based on the comparison of numerical and experimental results, it is shown that good agreement is obtained in terms of spray developing process and spray tip penetration at the all hybrid models. However, the hybrid breakup models show different prediction of accuracy in the cases of local SMD and the spatial distribution of breakup.
This study was performed to investigate the behavior of vapor phase of fuel mixtures with different piston cavity diameters in a optically accessible engine. The images of vapor phases were measured in the motoring engine using exciplex fluorescence method. The conventional engine was modified as GDI engine with swirl flow. Fuel was injected into atmospheric nitrogen to prevent quenching phenomenon by oxygen. Injection pressure is 5.1MPa. Two dimensional spray fluorescence image of vapor phases was acquired to analyze spray behavior and fuel distribution inside of cylinder. Three injection timings were set at BTDC $180^{\circ}$, $60^{\circ}$and $60^{\circ}$. With a fuel injection timing of BTDC $60^{\circ}$, fuel-rich mixture was concentrated in near the cavity center. With a fuel injection timing of BTDC $60^{\circ}$, fuel-rich mixture level in the center region was highest in the S-type during the late compression stroke. With a fuel injection timing of BTDC $180^{\circ}$, fuel was not affected in a piston cavity and generally distributed as homogeneous mixture.
Kim, Hyung Jun;Keel, Ji Hoon;Kang, Gun Woo;Kim, Sun Moon;Kim, Jeong Soo
Journal of ILASS-Korea
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v.22
no.1
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pp.8-12
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2017
Recently, manufacture and sales of passenger car with GDI (Gasoline Direct injection) were dramatically increased in Korea. In this study, investigation on the exhaust emission characteristics of GDI vehicles according to mileage were conducted by using chassis dynamometer and emission analyzer. Test cars selected 5 types with G4FD engine (1600 cc) and emissions of total 14 vehicles analyzed. Measurement and evaluation on emissions (CO, NOx, NMOG, $CO_2$) characteristics of GDI vehicles with mileages from 40,000 to 80,000 km in certification driving cycle (CVS-75) were carried out in this study. It is revealed that emission results of all test cars shows below emission standard, NMOG emission value of about 80,000 km doubled that of 40,000 km and emission increased by accumulated mileage. Also, increasing pattern of NOx emissions shows when the vehicle mileages was increased and $CO_2$ emission increasing trend obviously do not show according to mileages.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.1
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pp.9-16
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2003
According as the industry was developed, the pollution of the environment and atmosphere rose up to the surface. So, the focus is now concentrated on the engines of affinity for nature. And the investigators make more effort to the improvement in the performance of engines, depending to the prices of oil and the anxiety about the exhaustion of the fossil fuel go up. So the GDI engines head up for these necessities. In this experimental study, the spray flow characteristics for a commercial injector equipped in the present GDI engine were investigated, which had a strong influence on the engine performance and emissions. The experiment was performed at the injection pressures of 1, 3, 5 and 7MPa under the atmospheric condition. A PDPA system was used to specify the flow characteristics of the spray. Also, the global spray behavior classified into three regions as leading, main spray and vortex cloud region, was analyzed by using a visualization system. And the regions were compared with each other.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.8
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pp.1-6
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1999
An experimental study was carried out to investigate the global spray behavior and spray characteristics of high-pressure fuel injector in the direct-injection goasoline enginet. The atomization characteristics of fuel spary such as mean droplet size, mean velocity , and velocity distribution were measured by the phase Doppler particle analyzer. The spray tip penetration and spray width were investigated by the result fo visualizaiton experiment. The quantitiative spary characteristics of injector spray were measured under various sparay conditions and ambient pressures. The results of experiment show that the increase in ambient pressure have influence on the spray tip penetration and spray development process. Also, the influence of injection pressure and measuring location on the mean velocity and droplet size distribution were discussed.
Park, Cheol Woong;Lee, Sun Youp;Yi, Ui Hyung;Lee, Jang Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.9
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pp.727-734
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2015
Recently, because of the increased oil prices globally, there have been studies investigating the improvement of fuel-conversion efficiency in internal combustion engines. The improvements realized in thermal efficiency using lean combustion are essential because they enable us to realize higher thermal efficiency in gasoline engines because lean combustion leads to an increase in the heat-capacity ratio and a reduction of the combustion temperature. Gasoline direct injection (GDI) engines enable lean combustion by injecting fuel directly into the cylinder and controlling the combustion parameters precisely. However, the extension of the flammability limit and the stabilization of lean combustion are required for the commercialization of GDI engines. The reduction characteristics of three-way catalysts (TWC) for lean combustion engines are somewhat limited owing to the high excess air ratio and low exhaust gas temperature. Therefore, in the present study, we assess the reaction of exhaust gases and their production in terms of the development of efficient TWCs for lean-burn GDI engines at 2000 rpm / BMEP 2 bar operating conditions, which are frequently used when evaluating the fuel consumption in passenger vehicles. At the lean-combustion operating point, $NO_2$ was produced during combustion and the ratio of $NO_2$ increased, while that of $N_2O$ decreased as the excess air ratio increased.
Kim, Byung-Hyun;Lee, Sang-Kwon;Yoon, Joon-Seok;Shin, Ki-Chul;Lee, Sang-Jik
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.10
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pp.985-993
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2012
In this paper, a new method is proposed to estimate the sound pressure generated from gasoline direct injection (GDI) engine. There are many noise sources as much as components in GDI engine. Among these components, fuel pump, fuel injector, fuel rail, pressure pump and intake/exhaust manifolds are major components generated from top of the engine. In order to estimate the contribution of these components to engine noise, the total sound pressure at the front of the engine is estimated by using airborne source quantification (ASQ) method. Airborne source quantification method requires the acoustic source volume velocity of each component. The volume velocity has been calculated by using the inverse method. The inverse method requires many tests and has ill-condition problem. This paper suggested a method to obtain volume velocity directly based on the direct measurement of sound intensity and particle velocity. The method is validated by using two known monopole sources installed at the anechoic chamber. Finally the proposed method is applied to the identification and contribution of noise sources caused by the GDI components of the test engine.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.2
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pp.121-126
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2006
A gasoline-fueled stratified charge compression ignition (SCCI) engine with both direct fuel injection and intake temperature and compression ratio was examined. The fuel was injected directly by using the high temperature resulting from heating intake port. With this injection strategy, the SCCI combustion region was expanded dramatically without any increase in NOx emissions which were seen in the case of compression stroke injection. Injection timing during the intake temperature was found to be an important parameter that affects the SCCI region width. The effect of mixture stratification and the effect of fuel reformation can be utilized to reduce the required intake temperature for suitable SCCI combustion under each set of engine speed and compression ratio conditions.
The direct injection gasoline spray-wall interaction was characterized inside a heated pressurized chamber using various visualization techniques, including high-speed laser-sheet macroscopic and microscopic movies up to 25,000 frames per second, shadowgraph, and double-spark particle image velocimetry. Two hollow cone high-pressure swirl injectors having different cone angles were used to inject gasoline onto a heated plate at two different impingement angles. Based on the visualization results, the overall transient spray impingement structure, fuel film formation, and preliminary droplet size and velocity were analyzed. The results show that upward spray vortex inside the spray is more obvious at elevated temperature condition, particularly for the wide-cone-angle injector, due to the vaporization of small droplets and decreased air density. Film build-up on the surface is clearly observed at both ambient and elevated temperature, especially for narrow cone spray. Vapor phase appears at both ambient and elevated temperature conditions, particularly in the toroidal vortex and impingement plume. More rapid impingement and faster horizontal spread after impingement are observed for elevated temperature conditions. Droplet rebounding and film break-up are clearly observed. Post-impingement droplets are significantly smaller than pre-impingement droplets with a more horizontal velocity component regardless of the wall temperature and impingement angle condition.
The concentration and spatial distribution of vapor phases in DI (Direct Injection) gasoline spray were measured quantitatively by exciplex fluorescence method. Fluorobenzene and DEMA (diethylmethylamine) in a solution of hexane were used as the exciplex-forming dopants. The fluorescence intensity of vapor phase were obtained by ICCD camera with the appropriate filter The relationship between fluorescence intensity and vapor concentration was induced fer the purpose of a quantitative analysis. The 2-D vapor/liquid images of fuel spray were captured under the evaporation condition, and the spatial distribution of vapor concentration was obtained. The spatial distribution of liquid phase had hollow-cone shape. And the vapor phase was widely distributed in the whole spray. The behavior of vapor phase was significantly affected by second flow such as entrainment, vortex, while that of liquid phase was scarcely affected.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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