Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.164-173
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2006
In the electro-hydraulic injector for the common rail Diesel fuel injection system, the injection nozzle is being opened and closed by movement of a injector's needle which is balanced by pressure at the nozzle seat and at the needle control chamber, at the opposite end of the needle. In this study, the piezo actuator was considered as a prime movers in high pressure Diesel injector. Namely a piezo-driven Diesel injector, as a new method driven by piezoelectric energy, has been applied with a purpose to develop the analysis model of the piezo actuator to predict the dynamics characteristics of the hydraulic component(injector) by using the AMESim code. Aimed at simulating the hydraulic behavior of the piezo-driven injector, the circuit model has been developed and verified by comparison with the experimental results. As this research results, we found that the input voltage exerted on piezo stack is the dominant factor which affects on the initial needle behavior of piezo-driven injector than the hydraulic force generated by the constant injection pressure. Also we know the piezo-driven injector has more degrees of freedom in controlling the injection rate with the high pressure than a solenoid-driven injector.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.20
no.6
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pp.783-789
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2018
This paper investigates the relationship of voltage and current waveform between normal piezo injector and deterioration abnormal piezo injector. The experimental methods using Pico oscilloscope and GDS scan tool are employed to measure current and voltage waveform and fuel pressure of piezo injector. The experiment is carried out during no-load condition. A summary of the important results are as follows. 1) In case of normal injector, the fluctuation of duration time of piezo injector was linearly and regularly decreased with increasing engine speed, but the that of deterioration piezo injector was irregularly decreased with increasing engine speed. 2) In main injection, the peak value of the current waveform of abnormal injector was larger than that of normal injector, the duration time of deteriorated abnormal injector was less than that of normal injector at 800rpm and 1500rpm, but the duration time of deteriorated abnormal injector was larger than that of normal injector at 2000rpm and 3000rpm. This irregularity appears to be caused by the deterioration of the injector.
The common-rail injection systems, as a new diesel injection system for passenger car, have more degrees of freedom in controlling both the injection timing and injection rate with the high pressure. In this study, a piezo-driven injector was applied to a high pressure common-rail type fuel injection system for the control capability of the high pressure injector's needle and firstly examined the piezo-electric characteristics of a piezo-driven injector. Also in order to analyze the effect of injector's needle response driven by different driving method on the injection, we investigated the diesel spray characteristics in a constant volume chamber pressurized by nitrogen gas for two injectors, a solenoid-driven injector and a piezo-driven injector, both equipped with the same injection nozzle with sac type and 5-injection hole. The experimental method for spray visualization was based on back-light photography technique by utilizing a high speed framing camera. The macroscopic spray propagation was geometrically measured and characterized in term of the spray tip penetration, spray cone angle and spray tip speed. For the evaluation of the needle response of the above two injectors, we indirectly estimated the needle's behavior with an accelerometer and injection rate measurement employing Bosch's method was conducted. The experimental results show that the spray tip penetrations of piezodriven injector were longer, on the whole, than that of the solenoid-driven injector. Besides we found that the piezo-driven injector have a higher injection flow rate by a fast needle response and it was possible to control the injection rate slope in piezo-driven injector by altering the induced current.
Performance of DI diesel engine with high-pressure fuel injection equipment is directly related to its emission characteristics and fuel consumption. So, the electro-hydraulic injector for the common-rail injection system should be designed to meet the precise high fuel delivery control capability. Currently, most high pressure injector in use has a needle driven by the solenoid coil energy or the piezo actuator controlled by charge-discharge of output pulse current. In this study, macroscopic spray approaching method was applied under constant volume chamber to research the performance of three different injectors : solenoid, indirect-acting piezo and direct-acting piezo type for CR direct-injection. LED back illumination for Mie scattering was applied on the liquid spray visible of direct-acting piezo injector, including hydraulic-servo type solenoid and piezo-driven injectors. As main results, we found that a direct-acting piezo injector had better a spray tip penetration than hydraulic-servo injectors in spray visualization.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2006.06a
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pp.33-34
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2006
In this study, a prototype piezo-driven Injector. as a new method driven by piezoelectric energy, has been designed and fabricated based on the concept of inverse piezo-electric effect to overcome the major drawbacks of conventional solenoid-driven injector with a fixed and slow control of injection rate. The effects of an electric control between the solenoid valve and piezo-ceramic stack for injector needle's driving on the dynamic characteristics were usually investigated. We found that this piezo-electric actuator has the main advantage to drastically reducing the time of injector nozzle opening, as well to exert higher force output levels.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.6
s.249
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pp.553-559
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2006
Most diesel injector, which is currently used in high-pressure common rail fuel injection system of diesel engine, is driven by the solenoid coil energy for its needle movement. The main disadvantage of this solenoid-driven injector is a high power consumption, high power loss through solenoid coil and relatively fixed needle response's problem. In this study, a prototype piezo-driven injector, as a new injector mechanism driven by piezoelectric energy based on the concept of inverse piezo-electric effect, has been designed and fabricated to know the effect of piezo-driven injection processes on the diesel spray structure and internal nozzle flow. Firstly we investigated the spray characteristics in a constant volume chamber pressurized by nitrogen gas using the back diffusion light illumination method for high-speed temporal photography and also analyzed the inside nozzle flow by a fully transient simulation with cavitation model using VOF(volume of fraction) method. The numerical calculation has been performed to simulate the cavitating flow of 3-dimensional real size single hole nozzle along the injection duration. Results were compared between a conventional solenoid-driven injector and piezo-driven injector, both equipped with the same micro-sac multi-hole injection nozzle. The experimental results show that the piezo-driven injector has short injection delay and a faster spray development and produces higher injection velocity than the solenoid-driven injector. And the predicted simulation results with the degree of cavitation's generation inside nozzle for faster needle response In a piezo-driven injector were reflected to spray development in agreement with the experimental spray images.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.2
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pp.93-100
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2005
Stringent emission regulations and increasing demands on reductions of noise and vibration of common rail direct injection (CRDI) diesel engines lead to the advent of piezo-actuated injectors. Compared with solenoid-actuated injectors, piezo-actuated injectors generate greater force and give faster response time, resulting in more accurate and faster injections. The accurate and fast response of an injector can offer an opportunity to control the combustion process and pollutant formation. In this study, the mathematical model of a piezo-actuated injector is developed. An estimator of the injection rate of the piezo-actuated injector is designed based on this model. The sliding mode theory is applied to the estimator design in order to overcome model uncertainties. The injector model and the estimator are verified by the injection experiments in an injector test bench. The simulation and the experimental results show that the proposed sliding mode observer can effectively estimate the injection timing and the injection rate of the piezo-actuated injector.
Future exhaust gas limits for diesel-driven passenger cars will force the automotive industry to significantly improve the performance of engine. Since modern common-rail injection systems deliver more degrees of freedom referring to the injection process, again the optimization of the injection process could offer a possibility to meet the exhaust gas limits. This study describes the characteristic the pilot spray structure of piezo-driven injector for a passenger car common-rail system to be applicable multiple injection caused by fast response rather than solenoid-driven injector. The piezo-driven injector is prototype injector with same needle chamber of solenoid injector and the solenoid-driven one is commercial injector. The pilot spray characteristic such as spray tip penetration, spray speed, spray angle were obtained by spray images, which is measured by the Mie scattering method with optical system for high-speed temporal photography. It was found that piezo-driven injector effected electric change as important factor and showed faster response than solenoid-driven injector.
Park, Ji-Hong;Suh, Hyun-Kyu;Park, Sung-Wook;Kim, Jae-Wook;Lee, Chang-Sik
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.1
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pp.17-24
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2006
This study was performed to figure out spray behavior and fuel atomization characteristics of a piezo-driven injector and a solenoid-driven injector in the common-rail injection system under the same design parameters and test conditions. The process of spray injection was visualized by using the spray visualization system composed of a Nd:YAG laser and an ICCD camera. The atomization characteristics were investigated in terms of axial mean velocity, Sauter mean diameter(SMD) and droplet distributions obtained from a phase Doppler particle analyzer system. Compared with solenoid-driven injector, the piezo-driven injector has short injection delay and reaches quickly to the maximum injection value. Spray tip penetration shows some difference, however, spray angle of piezo-driven injector is wider than that of solenoid-driven injector. Sauter mean diameter of piezo-driven type injector is smaller than that of solenoid-driven type.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.5
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pp.108-115
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2014
In this study, experimental approaching method was applied under and single-cylinder engine to research the performance of direct needle-driven piezo injector (DPI) for CR direct-injection. As key-point factor of this DPI that relies on direct-acting operating of injector needle, unlike conventional hydraulic-servo, its nozzle needle can be directly driven by piezo actuator. Thus, effect of direct-acting injection of DPI on diesel combustion and emission characteristics was investigated under common-rail single-cylinder direct-injection engine, equipped with three different driving mechanism, including indirect-acting solenoid, piezo and DPI system. As main results, it found that a direct-acting piezo injector has higher of IMEP. And it has higher heat release rate during premixed combustion and mixing controlled combustion phase due to its higher heat release, even though nitrogen oxide (NOx) formations were increased slightly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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