Study of the flame development for two injectors used in heavy duty engines

Abstract

[EN] The direct injection Diesel engine is one of the most used approaches for transport applications or even in the domain of energy production, where the common-rail injection technology has been a key in the evolution of this type of engines. The comprehension of the injection process has been proved to be a very important step for the design of better and cleaner commercial engines, since it has a great influence on the final performance of the engine, in the formation of pollutants and the maximum fuel efficiency. This work aims to understand the behavior of the spray in reactive conditions for two prototype injectors for heavy-duty Diesel engines, where the Nozzle A has 8 orifices and Nozzle B has 6 orifices. The injector body is analogous for the two samples. Tests are performed in a constant-pressure flow facility capable of creating engine-like quiescent and steady thermodynamic conditions with full optical access. Two optical methods commonly used in combustion analysis, broadband and CH* chemiluminescence, are used to determine this behavior. The injection pressure, gas temperature, gas density and oxygen content are varied to study their influence on the combustion of these injectors.

[ES] El motor diésel de inyección directa es uno de los sistemas más utilizados para aplicaciones de transporte o incluso en el ámbito de la producción de energía, donde el desarrollo de los sistemas de inyección “common-rail” ha sido clave en la evolución de este tipo de motores. La comprensión del proceso de inyección ha demostrado ser una herramienta muy importante en el diseño de motores comerciales más limpios y eficientes, ya que tiene una gran influencia en el rendimiento final del motor, en la formación de contaminantes y la máxima eficiencia de combustible. Este trabajo tiene como objetivo comprender el comportamiento del chorro en condiciones reactivas de dos inyectores prototipo para motores diésel de para maquinaria pesada, donde la tobera A tiene 8 orificios y la tobera B tiene 6 orificios. El cuerpo del inyector es análogo para las dos toberas. El estudio experimental se llevó a cabo en una instalación de alta presión y alta temperatura con tres accesos ópticos capaz de crear las condiciones termodinámicas y cuasi-estacionarias similares a las del motor real. La metodología empleada consiste en dos técnicas ópticas utilizados comúnmente en análisis de combustión: visualización directa de la llama con cámaras rápidas y visualización de la quimioluminiscencia del radical CH*. En el estudio se ha variado la presión de inyección, la temperatura del gas, la densidad del gas y el contenido de oxígeno para analizar su influencia sobre la combustión de estos inyectores.

[CA] El motor dièsel d'injecció directa és un dels sistemes més utilitzats per a aplicacions de transport o fins i tot en l'àmbit de la producció d'energia, on el desenvolupament dels sistemes d'injecció "common-rail" ha estat clau en l'evolució d'aquest tipus de motors. La comprensió del procés d'injecció ha demostrat ser una eina molt important en el disseny de motors comercials més nets i eficients, ja que té una gran influència en el rendiment final del motor, en la formació de contaminants i en la màxima eficiència del combustible. Aquest treball té com a objectiu comprendre el comportament del doll en condicions reactives de dos injectors prototip per a motors dièsel de servei pesat, on la tovera A té 8 orificis i la tovera B té 6 orificis. El cos de l'injector és anàleg per als dos injectors. L'estudi experimental es va dur a terme en una instal·lació d'alta pressió i alta temperatura amb tres accessos òptics capaç de crear les condicions termodinàmiques i quasi-estacionàries similars a les del motor real. La metodologia emprada consisteix en dues tècniques òptiques utilitzades comunament en anàlisi de combustió: visualització directa de la flama amb càmeres ràpides i visualització de la quimioluminiscència del radical CH *. En l'estudi s'ha variat la pressió d'injecció, la temperatura del gas, la densitat del gas i el contingut d'oxigen per analitzar la seva influència en la combustió d'aquests injectors.