In this paper, the characteristics of flow and spray motions affected by from piston head configurations were investigated numerically. Calculations were carried out from intake process to the end of compression. GTT (Generalized Tank and Tube method) code, which includes a third order upwind Chakravarthy-Osher TVD scheme and k-$\varepsilon$ turbulence model with fuel spray analysis was used for the calculations. As a results, piston heads with smaller radii of curvature were found to give stronger reverse tumble than those with larger radii of curvature. Similar results are shown in the convection and diffusion of fuel sprays.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.31-38
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1992
The objective of this study is to determine the ignition feasibility of a single shot, air-assisted gasoline fuel injector operated in a constant volume combustion chamber under atmospheric condition. A number of parameters has been selected for this experiments, such as dwelling time, spark gap position(r,z), spark electrode geometry, supplied air and fuel masses and spray cone deflector angle. On-site visual inspection of the instantaneous flame glow was chosen as one way to judge the successful ignition. In addition, chamber pressure and occasional photography were mobilized as for data recording. It was clearly observed that there was an entrainment air-fuel mixture toward spray axis from the spray formation and its development later on. The optimum ignition conditions were found for those parameters given above.
The effect of the shape of the side wall on vaporization and fuel mixture were investigated for the impinging spray of a direct injection(DI) gasoline engine under a variety of conditions using the LIEF technique. The characteristics of the impinging spray were investigated under various configurations of piston cavities. To simulate the effect of piston cavity configurations and injection timing in an actual DI gasoline engine, the parameters were horizontal distance from the spray axis to side wall and vertical distance from nozzle tip to impingement plate. Prior to investigating the side wall effect, experiments on free and impinging sprays for flat plates were conducted and these results were compared with those of the side wall impinging spray. For each condition, the impingement plate was located at three different vertical distances(Z=46.7, 58.4, and 70 mm) below the injector tip and the rectangular side wall was installed at three different radial distances(R=15, 20, and 25 mm) from the spray axis. Radial propagation velocity from spray axis along impinging plate became higher with increasing ambient temperature. When the ambient pressure was increased, propagation speed reduced. High ambient pressures tended to prevent the impinging spray from the propagating radially and kept the fuel concentration higher near the spray axis. Regardless of ambient pressure and temperature fully developed vortices were generated near the side wall with nearly identical distributions, however there were discrepancies in the early development process. A relationship between the impingement distance(Z) and the distance from the side wall to the spray axis(R) was demonstrated in this study when R=20 and 25 mm and Z=46.7 and 58.4 mm. Fuel recirculation was achieved by adequate side wall distance. Fuel mixture stratification, an adequate piston cavity with a shorter impingement distance from the injector tip to the piston head should be required in the central direct injection system.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.5
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pp.20-27
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2000
Characteristics of two favorite injection tools for gasoline direct injection application were compared. An air-assisted fuel injector (AAFI) and a high-pressure swirl injector (HPSI) were designed and fabricated for prototype development, and the characterization strategies and processes for both injection tool have been arranged in parallel. Characterization works were carried out mainly through measurements, and in some cases, computational fluid dynamic analysis was utilized. In this paper, overall characteristics defined as flow rate, spray pattern, penetration, internal spray structure and drop size distribution, was discussed. The AAFI was found to be advantageous in flexibility of fuel flow rate, and the HPSI in stability and precision. Spray shape factor was introduced to describe the development of intermittent sprays from both injectors. Axial penetration appeared to be almost linear in the case of the AAFI while its speed continuously decreased with time in the HPSI.
The spray structures under the stratified and homogeneous charge condition of a gasoline direct injection were investigated in a visualized constant volume chamber. The chamber pressure was controlled from 0.1 MPa to 0.9 MPa by the high pressure nitrogen and the chamber temperatures of $25^{\circ}C$, $60^{\circ}C$ and $80^{\circ}C$ were controlled by the band type heater. The fuel, iso-octane was injected by a 6-hole injector with the pressures of 7 MPa and 12 MPa. From the experiments results, it is confirmed that at lower chamber pressure, the penetration length and spray angle are mainly affected by the chamber temperature with the vaporization of the fuel droplets and generated vortices at the end region of the spray. And at higher chamber pressure, the penetration lengths at the end of the injection were about 50~60% of that at lower chamber pressure regardless of the chamber temperature and the effect of fuel injection pressure is larger than that of the chamber temperature which results from larger penetration lengths at higher fuel injection pressure than at lower fuel injection pressure regardless of the chamber temperatures.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.4
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pp.39-45
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2012
Today gasoline engines for vehicular application are not only faced with stringent emission regulation but also with increasing requirements to better fuel economy, while guaranteeing power density. The spray-guided type gasoline direct injection (GDI) engine has an advantage of improved thermal efficiency and lower harmful emissions. Centrally mounted high pressure injector and adjacent spark plug allow stable lean combustion due to the flexible mixture stratification. In the present study, the performance and emissions characteristics of developed spray-guided type GDI combustion system were evaluated at various excess air ratio conditions. The specific fuel consumption and nitrogen oxides ($NO_x$) emissions were reduced due to the achievement of stable lean combustion under flammability limit. Multiple injection strategy was not helpful to improve fuel consumption while further reduction of $NO_x$ emissions was possible.
Amidst the drive towards carbon neutrality, interest in renewable synthetic e-fuels is rising rapidly. These fuels, generated through the synthesis of atmospheric carbon and green hydrogen, offer a sustainable solution, showing advantages like high energy density and compatibility with existing infrastructure. The physical properties of e-fuels can be different from those of conventional gasoline based on manufacturing methods, which requires investigations into how the physical properties of e-fuels affect the fuel injection characteristics. This study performs a comparative analysis between conventional and Fischer-Tropsch (F-T) synthetic gasoline (e-gasoline) across various fuel temperatures, including the cold start condition. The fuel properties of F-T synthetic and conventional gasoline are analyzed using a gas chromatography-mass spectrometry technique and the injection rates are measured using a Bosch-tube injection rate meter. The F-T synthetic gasoline exhibited higher density and kinematic viscosity, but lower vapor pressure compared to the conventional gasoline. Both fuels showed an increase in injection rate as the fuel temperature decreased. The F-T synthetic gasoline showed higher injection rates compared to conventional gasoline regardless of the fuel temperature.
Kim Dongwook;Kang Jeongjung;Choi Gyungmin;Kim Duckjool
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.82-89
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2005
This study was performed to investigate the behavior and spatial distribution of fuel mixtures with different wall angle and diameter of piston cavity in a DI gasoline engine. The spatial distribution of fuel mixtures after impingement of the spray against a piston cavity is one of the most important. factors for the stratification of fuel mixture. Thus, it is informative to understand in detail the behavior and spatial distribution of fuel mixtures after impingement in the cavity. Two dimensional spray fluorescence images of liquid and vapor phase were acquired to analyze the behavior and distribution of fuel mixtures inside cylinder by exciplex fluorescence method. The exciplex system of fluorobenzene/DEMA in non-fluorescing base fuel of hexane was employed. Cavity wall angle was defined as an exterior angle of piston cavity. Wall angles of the piston cavity were set to 30, 60 and 90 degrees, respectively. The spray impinges on the cavity and diffuses along the cavity wall by its momentum. In the case of 30 degrees, the rolling-up moved from the impinging location to the round and fuel-rich mixture distributed at periphery of cylinder. In the case of 60 and 90 degrees, the rolling-up recircurated in the cavity and fuel mixtures concentrated at center region. High concentrated fuel vapor phase was observed in the cavity with 90 degrees. From. present study, it was found that the desirable cavity wall angle with cavity diameter for stratification in a Dl gasoline engine was demonstrated.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.6
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pp.44-50
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2002
The spray characteristics of GDI(Gasoline Direct Injection) injector affects on engine efficiency and emission of a GDI engine. Thus, many researchers have investigated the spray characteristics and the mixture formation of GDI injector. In this study, it was tried to provide the fundamental data for GDl injector design which effects on the spray macroscopic characteristics such as penetration and spray angle. In addition, the mixture formation analyzed by using entropy analysis. The entropy analysis is based on the concept of statistical entropy, and it identifies the degree of homogeneity in the fuel concentration. The results show that as injection pressure increases but as ambient pressure increases, spray penetration decreases and spray angle doesn't affected by increasing injection pressure and ambient temperature. From the entropy analysis results, we could find that the direct diffusion phenomena is a dominant factor in the formation of a homogeneous mixture at downstream of GDI spray especially in vaporizing conditions.
An experimental study was performed to explore characteristics of combustion and exhaust emissions in the compression ignition engine of RCCI (reactivity controlled compression ignition) using diesel-gasoline dual fuel. A dual-fuel reactivity controlled compression ignition concepts is demonstrated as a promising method to achieve high thermal efficiency and low emissions. For investigating combustion characteristics, engine experiments were performed in a light-duty diesel engine over a range of SOIs (start of injection) and gasoline percents. The experimental results showed that cases of diesel-gasoline dual fuel combustion is capable of operating over a middle range of engine loads with lower levels of NOx and soot, acceptable pressure rise rate, low ISFC (indicated specific fuel consumption), and high indicated thermal efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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