Nowadays, gasoline direct injection engines are being commercialized by virtue of improvement in control technology of spray, flow, air fuel ratio. The stratified charge type has the advantage of improving lean limit. The homogeneous type has the advantage of reducing engine-out hydrocabon emissions in the first 30 seconds after a cold start, in addition, improving transient air fuel ratio control. The vaporization and mixing if injected fuel with air has to e completed in a short time and the fuel film in cylinder and on piston has to be minimized. So, the flow and injection should be well controlled. This paper surveyed the spray characteristics of gasoline direct injection by using laser equipment and the combustion characteristics of the single cylinder engine using homogeneousas-mixture type gasoline direct injection.
In comparison with gasoline engine, LPG direct injection engine has some advantages not only in emission and fuel efficiency but also in prevention of power decrease and back fire etc. which are disadvantages of conventional LPG engine. In this study, comparision tests of the incylinder spray and combustion characteristics between of LPG and gasoline fuels were performed in the RCEM as a basic research for the development of future LPG engine with low emission and high fuel efficiency During the direct injection of LPG fuel and gasoline into the inside of RCEM, spray development characteristics according to the injection condition have been photographed by the high speed shadow graph methods. The conditions for the optimum mixture distribution of LPG and gasoline fuels are achievable at the selected ignition timing, respectively.
In this study, three visualization methods, Schlieren, Shadowgraph, and Mie-scattering, were applied to compare diesel and gasoline spray structures. Fuels were injected into a high pressure/high temperature constant volume chamber under the same ambient pressure and temperature condition of low load in gasoline direct injection compression ignition (GDCI) engine. Two injection pressures (40 and 80 MPa), two ambient pressures (4.2 and 1.7 MPa), and two ambient temperatures (908 and 677 K) were use. The images from the different methods were overlapped to show liquid and vapor phases more clearly. It was found that the gasoline fuel is more appropriate to form a lean mixture.
To improve the fuel consumption and exhaust emission for gasoline engines, GDI(Gasoline Direct Injection) system was spotlighted to solve above requirements. Thus, many researchers have been studied to investigate the spray characteristics and the mixture formation of GDI injector. In this study, we tried to study the spray characteristics of a gasoline direct injector by using entropy analysis and PlV methods. The entropy analysis is based on the concept of statistical entropy, and it identifies the degree of homogeneity in the fuel concentration. The PlV method was adopted to determine the fluid dynamics information at the spray. From the applied results on a direct injection gasoline spray, we could find that the direct diffusion phenomena was a dominant factor in the formation of a homogeneous mixture at downstream of GDI spray especially under vaporizing ambient conditions, and mixing phenomena was also progressed by momentum exchange with induced air. In addition, the correlation between entropy and vorticity strength enabled to find their relation.
The purpose of this study is to investigate the macroscopic spray characteristics and spray pattern of a gasoline direct injection (GDI) injector according to the increase of injection pressure. The macroscopic spray characteristics, such as a spray tip penetration and spray angle, were measured and analyzed from the frozen spray images, which are obtained from the spray visualization system including the high-speed camera, light-source, long-distance microscope (LDM). The spray pattern was analyzed through the deviation of the center of the spray plum and images were acquired using Nd: YAG Laser and ICCD(Intensified charge coupled device) camera. From the experiment and analysis, it revealed that the injection pressure have a significant influence on the spray tip penetration and spray pattern. However, the injection pressure have little influence on the spray angle. The increase of injection pressure induced the reduction of a closing delay. In addition, the deviation of spray center increase with the increase of injection pressure and the distance from a nozzle tip.
This study investigates the flow characteristics of fuel droplets between twin spray for the 4-hole injector used a 4-valve gasoline engine. The injectors for this study were the three types of 4-hole gasoline injector in which orifice diameter was 0.24mm. The spray behavior of twin spray was investigated by means of visualization employed stroboscope. A PDPA system was employed to simultaneously measure the size and velocity of fuel droplets. The 3 dimensional mean velocities. droplet size distributions, SMD and joint probability density function of velocity and droplet size are analyzed at the center of the spray and the center region of twin spray. As a result, the configurations of injector exit such as orifice interval and length of outlet, are very important factors that affect the flow characteristics of fuel droplets at the center region of twin spray.
The current study has investigated the effects of biodiesel blended with gasoline on the spray characteristics in a Constant Volume Combustion Chamber (CVCC). With the concentration of 5, 10, 15 and 20% by volume, biodiesel was blended with commercial gasoline and performed on the macroscopic visualization test. Pure gasoline and biodiesel were also tested as the reference. The shadowgraph technique was conducted in the constant volume chamber. The spray images were recorded by a high speed video camera with frame speed 10,000 frame per second. Fuel injection was set at 800, 1000 and 1,350 bar with the simulated speed 1,500 and 2,000 rpm. The back pressure was controlled at 20 bar. The spray angle and penetration tip were measured and analyzed by using the image processing. At the high injection pressure, the spray penetration length with the simulated speed 1,500 rpm showed that B100 was lower than GB00-20 whereas the spray penetration length with the simulated speed 2,000 rpm exhibited that GB blends and B100 were insignificantly different. Due to biodiesel concentration, its effects on spray angles were observed throughout injection periods (T1, T2 and T3). At the simulated speed 1,500 rpm, the spray angle of GB blends and B100 presented the same pattern following injection timing. In addition, when the simulated speed increased to 2,000 rpm the different spray angle of all blends disappeared at main injection (T3).
This paper presents the effect of injection pressure on the atomization characteristics of high-pressure injector in a direct injection gasoline engine both experimentally and numerically. The atomization characteristics such as mean droplet size, mean velocity, and velocity distribution were measured by phase Doppler particle analyzer. The spray development, spray penetration, and global spray structure were visualized using a laser sheet method. In order to investigate the atomization process in more detail, the calculations with the LISA-DDB hybrid model were performed. The results provide the effect of injection pressure on the macroscopic and microscopic behaviors such as spray development, spray penetration, mean droplet size, and mean velocity distribution. It is revealed that the accuracy of prediction is promoted by using the LISA-DDB hybrid breakup model, comparing to the original LISA model or TAB model alone. And the characteristics of the primary and secondary breakups have been investigated by numerical approach.
Park, Sung-Wook;Kim, Hyung-Jun;Lee, Ki-Hyung;Lee, Chang-Sik
Journal of Mechanical Science and Technology
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제18권7호
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pp.1177-1186
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2004
In this paper, the spray atomization characteristics of a gasoline direct-injection injector were investigated experimentally and numerically. To visualize the developing spray process, a laser sheet method with a Nd :YAG laser was utilized. The microscopic atomization characteristics such as the droplet size and velocity distribution were also obtained by using a phase Doppler particle analyzer system at the 5 ㎫ of injection pressure. With the experiments, the calculations of spray atomization were conducted by using the KIVA code with the LISA-DDB breakup model. Based on the agreement with the experimental results, the prediction accuracy of LISA-DDB breakup model was investigated in terms of the spray shapes, spray tip penetration, SMD distribution, and axial mean velocity. The results of this study provides the macroscopic and microscopic characteristics of the spray atomization, and prediction accuracy of the LISA-DDB model.
This study investigates spray characteristics before and after wall impingingment of gasoline spray in suction air flow. For this study, a rectangular model intake port was made of acrylic glass, and suction air was generated by using the forced air blower contrariwise. The injector for this study was a pintle-type port gasoline injector in which an air-assist adaptor is installed to supply assisted air. A PDPA system was employed to simultaneously measure the size and velocity of droplets near the wall. Measured droplets are divided into "pre-impinging droplets"with positive normal velocity and "post-impinging droplets"were negative normal velocity for the suction flow. The velocities, size distributions and Sauter mean diameter(SMD) of pre-and post-impinging droplets for varions injection angles and air-assists are comparatively analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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