Diesel Spray Interaction in Multiple Injection Strategies under Evaporative Conditions

Abstract

[ES] Los motores de combustión interna han sido testigos de un endurecimiento cada vez mayor de los límites en las emisiones y de las normativas de ahorro de combustible, lo que ha provocado que investigadores de todo el mundo desarrollen complejas estrategias que permitan a los motores hacer frente a estas exigencias. Las técnicas ópticas han sido, durante años, un método viable en el estudio de procesos térmicos que tienen lugar en el interior de los motores de combustión interna, proporcionando así a los investigadores una amplia comprensión de la trasferencia de masa y calor que tiene lugar en el mencionado proceso. En concreto, los estudios llevados a cabo en la presente investigación se han desarrollado utilizando dos técnicas ópticas diferentes, diffused back illumination y schlieren, con el objetivo de visualizar el comportamiento del chorro diesel en estrategias de inyección múltiples bajo condiciones evaporativas. Se ha desarrollado un novedoso método con el fin de acoplar las dos técnicas ópticas para visualizar tanto la fase líquida como la de vapor de ambas estrategias de inyección: piloto-principal y principal-post. Se ha analizado la influencia de la inyección auxiliar en la principal y viceversa en términos de atomización y desarrollo del chorro para dos configuraciones diferentes de piloto/post y cuatro tiempos hidráulicos de separación entre inyecciones (dwell time) bajo dos condiciones de operación distintas. La penetración de líquido de la segunda inyección no se vio afectada por la variación de las características de la inyección piloto y del dwell time. Por otro lado, se evidenció un efecto más pronunciado de la inyección piloto sobre la principal en la penetración de la fase de vapor y el ángulo del chorro. Una mayor penetración y un mayor ángulo en la inyección principal fueron obtenidos en comparación con una inyección simple. Por estos motivos, el entendimiento de la inyección múltiple es fundamental para la mejora de los procesos térmicos en los motores de combustión interna.

[EN] Internal combustion engines have witnessed an ever increasing stringency in emission limits and fuel economy regulations that has continuously provoked researchers to develop complex strategies that enables engines to cope with these standards. Optical techniques have been a viable method in the study of thermal processes occurring inside internal combustion engines and provides researchers with a solid understanding of the heat and mass transfer taking place. In particular, the current study utilizes two optical techniques, diffused back illumination and schlieren imaging, to visualize the spray behavior in multiple injection strategies of evaporative diesel sprays. A novel method has been developed in order to couple the two optical techniques to visualize both liquid and vapor phases of either pilot-main and main-post injections. The influence of the auxiliary injections on the main, and vice versa, in terms of spray segmentation and spray development has been studied for two different pilot/post quantities and four hydraulic dwell times under two different chamber conditions. The spray development displayed no effect of pilot quantity and dwell time on the liquid length of the second injection. On the other hand, a more pronoun effect on the vapor phase penetration and spreading angle was evidenced by the pilot injection where the main injection has penetrated farther with a higher spreading angle as compared to the case with a single injection event. The understanding of multiple injection is thus fundamental for the improvement of thermal processes in Internal Combustion Engines.