In fine-particle injection processing, hard fine particles, such as silicon carbide or aluminum oxide, are injected - using high-pressure air, and a small amount of material is removed by applying an impact to the workpiece by spraying at high speeds. In this study, a two-axis stage device capable of sequence control was developed to spray various shapes, such as circles and squares, on the surface during the micro-particle jetting process to understand the surface-shape micro-particle-processing characteristics. In the experimental device, two stepper motors were used for the linear movement of the two degree-of-freedom mechanism. The signal output from the microcontroller is - converted into a signal with a current sufficient to drive the stepper motor. The stepper motor rotates precisely in synchronization with the pulse-signal input from the outside, eliminating the need for a separate rotation-angle sensor. The major factors of the processing conditions are fine particles (silicon carbide, aluminum oxide), injection pressure, nozzle diameter, feed rate, and number of injection cycles. They were identified using the ANOVA technique on the design of the experimental method. Based on this, the surface roughness of the spraying surface, surface depth of the spraying surface, and radius of the corner of the spraying surface were measured, and depending on the characteristics, the required spraying conditions were studied.
본 연구는 대심도 조건에서 고효율 그라우팅 기술 개발을 목표로 하여, 다양한 주입 재료의 적용 가능성을 실험적으로 검증하였다. 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)와 마이크로 시멘트(MC)의 입자 크기 분석 및 주입 모형 실험을 통해 각 재료의 주입성능을 평가했다. 국내 대심도 기준, 즉 지하 40미터 이하 조건에서 Barton's Cubic Network 이론을 활용하여 암반 절리 간격을 산정했으며, 선정된 조건에서 입자 크기의 통과 가능성을 분석한 결과, MC는 암반 절리 간격을 통과한 반면, OPC는 간극을 통과하지 못하였다. 실험 장치 및 면적 계산 프로그램을 활용한 주입 모형 실험 결과에 따르면, OPC는 입자 크기가 크기 때문에 주입에 실패한 반면, MC는 고점도 조건에서도 주입이 가능한 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과를 바탕으로, 주입 재료에 따른 대심도 조건에서 그라우트 재료의 적용 가능성을 정량적 및 가시적으로 도출하였으며, 고점도 MC 재료는 대심도 암반 절리면 차수 보강에 효과적일 것으로 예상된다.
This study is focussed on the investigation of spray characteristics from the high pressure gasoline injector for the application of gasoline direct injection engine. For the analysis of spray structure of high pressure gasoline injector; the laser scattering method with a Nd-Yag laser and the Phase Doppler particle analyzer system were applied to observe the spray development and the measurement of the droplet size and velocity of the spray, respectively. Also spatial velocity distribution of the spray droplet was measured by use of the particle image velocity system. Experimental results show that high pressure gasoline injector shapes the hollow-cone spray, and produce the upward ring shaped vortex on the spray surface region. This upward ring shaped vortex promotes the secondary atomization of fuel droplets and contributes to a uniform distribution of fuel droplets. Most of fuel droplets are distributed under 31$\mu m$ of the mean droplet size (SMD) and the frequency distribution of the droplet size under 25$\mu m$ is over 95% at 7 MPa of injection pressure. According to the experimental results of PIV system, the flow patterns of the droplets velocity distribution in spray region are in good agreement with the spray macroscopic behaviors obtained from the visualization investigation.
As the regulations for Particulate Matter (PM) and Particle Number (PN) emissions from Gasoline Direct Injection (GDI) Vehicle stringent recently, a lot of studies have been made on the emission characteristics of PM and PN. In this study, PM and PN emission characteristics were compared to GDI and Multi Port Injection (MPI) Vehicles using the Condensation Particle Counter (CPC) measurement equipment. And driving mode is divided into normal driving mode (CVS-75, NEDC, NIER 6, NIER 9) and a constant speed driving mode (10 km/h, 35 km/h, 80 km/h, 110 km/h) to evaluate the characteristics in the various operating conditions. In the results, most of the driving mode, PM and PN were emitted from GDI Vehicle more than MPI Vehicle. However, in the constant speed mode of 110 km/h, PM and PN from MPI Vehicle were also a lot of emission. It is determined to cause a difficulty in the fuel injection control of the MPI Vehicle.
Recently, ultrafine particles emitted from internal combustion engine is main concern because of its well known adverse health effects. So Europe decided to start the regulation about diesel engine particle number emissions. The nanoparticles smaller than 50nm in diameter have the ability to penetrate deep into interstitial tissue of luge, where they may cause severe respiratory inflammation and acute pulmonary toxicity. Recent studies have showed that spark ignition engines emit particles number concentration comparable to those from diesel engines with DPF under high load and rich mixture conditions, including cold starts and acceleration. So this study investigated emission characteristics of ultrafine particles according to fuel injection type in gasoline vehicles and LPG vehicles. The test vehicles were tested on CVS-75 and NEDC vehicle test mode using the chassis dynamometer, CPC system applied as a particle measuring instrument at the end of dilution tunnel. As a result, the correlation between fuel injection type and particulate emission was determined. GDI vehicle emitted 10 times higher particles than PFI vehicles, and compared to Mixer and LPGI type LPG vehicle, LPLI vehicle emitted particles high.
This study examines the characteristics of spraying conditions based on the change in standoff distance during fine particle spraying while measuring the surface roughness, maximum depth, and maximum width of the sprayed surface. The processing shape of the sprayed surface is analyzed to understand the effects of injection pressure, nozzle diameter, standoff distance, processing shape, processing cycle, processing speed, and injection particles, which are the main factors of fine particle injection processing. Based on the derived characteristics, we attempt to determine the interrelationships of these major factors. The standoff distance is set as a variable factor and a spray machining experiment using a hexagonal shape (from among polygons) instead of square and circular shapes is conducted. Results reveal that research on the characteristics of spraying conditions could be expanded based on changes in the shapes of workpieces.
The effect of fuel injection characteristics on engine performance has been known for improving fuel economy and emission reduction. In this study, the spray characteristics of crude palm oil blended fuel with conventional diesel fuel was investigated. The experiments were performed to evaluate the effect of crude palm oil blending ratio and injection pressure on the spray behavior. The droplet size of injected fuel was analyzed through laser diffraction particle analyzer (LDPA). Also, spray atomization characteristics were investigated in terms of Sauter mean diameter (SMD) and droplet distribution at various injection conditions. Fuel containing crude palm oil has different spray pattern on account of the high viscosity. Through those experimental results, we found that the increase of blending ratio made droplet size larger, SMD of biodiesel 100% was increased 30.2% than that of diesel fuel 100% under injection pressure of 60 MPa.
This paper is intended to analyze the macroscopic behavior and transient atomization characteristics of the high-pressure gasoline injector in direct-injection gasoline engine. The global spray behavior of fuel injector was visualized by shadowgraph technique. Time-resolved droplet axial and radial velocity components and droplet diameter were measured at many probe positions in both axial and radial directions by a two-component phase Doppler particle analyzer (PDPA). In order to obtain the influence of fuel injection pressure, the macroscopic visualization and experiment of particle measurement on the fuel spray were investigated at 3,5 and 7 MPa of injection pressure under different surrounding pressure in the spray chamber. The results of this work show that the fuel injection pressure of gasoline injector in GDI engine has influence upon the mean droplet diameter, mean velocity of spray droplet, the spray tip penetration, and spray width under the elevated ambient pressure.
회전식 연료 노즐의 분무특성을 알기 위해서 고속회전 시험장치를 이용하여 실험적 연구를 수행하였다. 시험장치는 연료공급장치, 고속 회전장치 그리고 아크릴 케이스로 구성되어있다. Injection orifice의 직경 및 개수를 변화시켜가며 분무실험을 수행하였다. 액적의 크기 및 속도는 PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer)시스템을 이용하여 측정하였다. 실험결과로부터 Injection orifice의 직경 및 개수변화에 따른 회전식 노즐의 분무특성을 이해 할 수 있었다.
The spray characteristics of the rotating fuel injection system were investigated. The special test rig was devised to get the spatial and momentary droplet information. This experimental apparatus consists of a high-speed motor, a shaft, a rotating fuel nozzle and an acrylic case. Spray droplet size and velocity were measured by PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) and instantaneous velocity field was measured by 1'IV (Particle Image Velocimetry) system. At the same time, spray visualization was performed by using ND-YAG laser-based flash photography. From these two different laser diagnostic techniques, we could get spatial and instantaneous spray information fur rotating fuel injection system. The results presented in this paper indicate that spray characteristics such as droplet size, velocity and spray pattern were strongly influenced by rotational speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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