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Diesel Sprays Investigation

Experimental Investigation of the Sprays of an Axi-Symmetric Nozzle
of a Common-Rail High Pressure Electro-Injector

( 1997 - SAE 970054 -  International Congress & Exposition, February 1997, Detroit, MI, USA, Session: Fuel Spray Technology
doi:
10.4271/970054 Link )
Giuseppe Starace, Antonio FIcarella, Domenico Laforgia and Vincenzo Damiani


Abstract

An axi-symmetric, five-hole V.C.O. nozzle mounted on an electro-injector was used to analyze the spray produced by each hole varying feeding pressure, injected quantity and timing. An advanced experimental apparatus has been used to investigate particle size and velocity of the sprays. The investigation comprised a hydraulic characterization, a photographic one by back-light technique, the analysis of the droplet size distribution through laser diffraction technique via MALVERN 2600 SERIES and the analysis of particle size and velocity using PDPA technique ( AEROMETRICS DSA 4000 ) with the extremely dense spray produced by the common-rail electronically controlled injection system. Four feeding pressures ( 25, 30, 90, 120 MPa ) and five injected quantities ( 2, 4, 10, 25, 40 mm 3 /shot ) were chosen to characterize the nozzle behavior.
 
Metodologie di caratterizzazione degli spray diesel
( 2000- Tesi di DOTTORATO in SISTEMI ENERGETICI e AMBIENTE - Università degli studi di Lecce - XII ciclo 1997-1999 )
Giuseppe Starace
Questo lavoro di dottorato di ricerca ha lo scopo di evidenziare le caratteristiche gli spray prodotti da iniettori Diesel per iniezione diretta ed indiretta in camera di combustione adoperando diverse tecniche di misura, ognuna in grado di fornire alcune informazioni utili anche al rilievo delle difettosità dell’iniezione.
 
Ad uno studio teorico sulle equazioni di governo degli spray seguono i risultati di  una vasta campagna sperimentale condotta in parte presso i laboratori dell’Istituto di Macchine ed Energetica del Politecnico di Bari, in parte presso quelli dell’ELASIS BA2 – Centro Ricerche Alimentazione Motori, in parte presso la BOSCH GmbH di Feuerbach (Germania) che ha avuto ad oggetto sia polverizzatori montati su elettroiniettori sia iniettori tradizionali. In ognuno dei laboratori indicati si è adoperata strumentazione diversa dedicata ad una particolare attività sperimentale.
Si è fatto uso di camere di misura spray che consentivano acquisizioni in aria libera ed in presenza di contropressione all’ambiente ricettore. La sperimentazione si è articolata nelle caratterizzazioni 
  • idraulica (per la valutazione delle quantità di gasolio effettivamente iniettate anche foro per foro);
  • fotografica (per la misura della penetrazione dei getti, dell’inclinazione, dell’angolo di apertura, del loro diametro di uscita);
  • granulometrica (per la valutazione della distribuzione spaziale del diametro medio di Sauter a determinati ritardi dell’iniezione al variare dalle condizioni di alimentazione);
  • velocimetrica (per la valutazione della ditribuzione spaziale e temporale della velocità delle singole goccioline durante l'evoluzione degli spray).
Per le ultime due indagini si sono adoperate due tecniche laser:
  • quella basata sulla diffrazione laser con strumentazione MALVERN SERIES 2600
  • la LDA ( Laser Doppler Anemometry) e PDPA (Phase Doppler Particle Analysis), con granulometro  AEROMETRICS DSA 4000.
Le caratterizzazioni  condotte con tecnica PDPA sono state oggetto di discussione, date le difficoltà di utilizzo di questa tecnica in presenza di flussi intermittenti altamente densi.
Per questo si è giunti a definire le condizioni di alimentazione e i campi spray in presenza dei quali le acquisizioni hanno effettivamente valore scientifico. Al fine di controllare che queste acquisizioni avessero rispondenza con la realtà degli spray analizzati, si è cercato di validare i risultati stessi ricorrendo ad analisi completamente indipendenti di tipo comparativo e di semplice applicazione.
Un’altra delle limitazioni più evidenti della tecnica è il suo abbinamento a fenomeni di tipo intermittente per l’effetto che le necessità della sincronizzazione hanno sui risultati della misura.
 
Si sono analizzati gli spray prodotti con 15 elettroiniettori multiforo di geometria assialsimmetrica a singola e a doppia guida per comprendere le ragioni delle differenze nella generazione degli spray.
La geometria del polverizzatore è in grado di neutralizzare il difetto di uniformità nella formazione ed evoluzione degli spray prodotti da iniettori multiforo assialsimmetrici è stata quella MINISAC. Questa geometria si è rivelata un giusto compromesso tra le contrapposte necessità di assenza di gocciolamenti a fine iniezione e irregolarità nell’inizio iniezione e la contemporanea azione omogeneizzante delle pressioni a monte degli ugelli.
Per ottenere copia della tesi di dottorato è necessario inviare una mail a   
info@ingegneriastarace.it  indicando brevemente la motivazione della richiesta e le proprie generalità.
 
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