Đo lường nồng độ nhiên liệu tại chỗ gần bu-gi trong động cơ đánh lửa phun nhiên liệu trực tiếp hướng dẫn bằng phun spray áp dụng phương pháp hấp thụ hồng ngoại

Experiments in Fluids - Tập 49 - Trang 925-936 - 2010
Nobuyuki Kawahara1, Eiji Tomita1, Takuya Kadowaki1, Tetsuya Honda2, Hideaki Katashiba2
1Department of Mechanical Engineering, Okayama University, Okayama, Japan
2Mitsubishi Electric Corp., Himeji, Japan

Tóm tắt

Nồng độ nhiên liệu bay hơi trong động cơ đánh lửa phun nhiên liệu trực tiếp hướng dẫn bằng phun (SG-DISI) đã được đo bằng cách sử dụng cảm biến quang học được lắp đặt trong một bu-gi. Phương pháp hấp thụ hồng ngoại laser đã được áp dụng để định lượng nồng độ xăng tức thời gần bu-gi. Bài báo này thảo luận về tính khả thi của việc thu thập các phép đo tỷ lệ không khí-nhiên liệu tại chỗ với cảm biến này được lắp trong xilanh của động cơ SG-DISI. Đầu tiên, các tác động của đám phun từ một bộ phun nhiều lỗ lên kết quả đo nồng độ nhiên liệu bay hơi gần cảm biến bu-gi đã được nghiên cứu sử dụng laser khả kiến. Chúng tôi đã xác định vị trí tốt nhất cho cảm biến trong động cơ, điều này là rất quan trọng do sự hình thành đám phun và hơi. Sau đó, một laser He–Ne 3,392-μm, phù hợp với đường hấp thụ của các hợp chất hydrocarbon, đã được sử dụng như một nguồn sáng để kiểm tra hỗn hợp phân lớp được tìm thấy trong quá trình vận hành động cơ siêu gầy. Một hỗn hợp có khả năng cháy tồn tại xung quanh bu-gi trong thời gian phun khi sử dụng tỷ lệ không khí-nhiên liệu cài đặt trước là 45,0 với các thời điểm phun nhiên liệu khác nhau và điều kiện áp suất trung bình hiệu dụng. Các tác động của định hướng bu-gi lên kết quả đo và khả năng cháy của động cơ SG-DISI đã được kiểm tra. Việc định hướng bu-gi theo chiều dọc với một trong các đám phun đã cung cấp kết quả chính xác hơn và độ tin cậy của động cơ tốt hơn. Nghiên cứu đã chứng minh rằng có thể xác định tỷ lệ không khí-nhiên liệu gần bu-gi trong thời gian phun bằng cách sử dụng cảm biến bu-gi được phát triển trong động cơ SG-DISI.

Từ khóa

#Động cơ đánh lửa phun nhiên liệu trực tiếp #tỷ lệ không khí-nhiên liệu #cảm biến bu-gi #hấp thụ hồng ngoại #nhiên liệu bay hơi

Tài liệu tham khảo

Dahms R, Fansler TD, Drake MC, Kuo TW, Lippert AM, Peters N (2009) Modeling ignition phenomena in spray-guided spark-ignited engines. Proc Combust Inst 32:2743–2750 Egermann J, Koebcke W, Ipp W, Leipertz A (2000) Investigation of the mixture formation inside a gasoline direct injection engine by means of linear Raman spectroscopy. Proc Combust Inst 28:1145–1152 Fansler TD, Drake MC (2006) “Designer diagnostics” for developing direct-injection gasoline engines. J Phys Conf Ser 45:1–17 Fansler TD, Stojkovic B, Drake MC, Rosalik ME (2002) Local fuel concentration measurements in internal combustion engines using spark-emission spectroscopy. Appl Phys B Lasers Optics 75:577–590 Fansler TD, Drake MC, Stojkovic B, Rosalik ME (2003) Local fuel concentration, ignition and combustion in a stratified charge spark ignited direct injection engine: spectroscopic, imaging and pressure-based measurements. Int J Engine Res 4(2):61–87 Hall MJ, Koenig M (1996) A fiber-optic probe to measure pre-combustion in-cylinder fuel–air ratio fluctuations in production engines. Proc Combust Inst 26:2613–2618 Han D, Steeper RR (2002) An LIF equivalence ratio imaging technique for multicomponent fuels in an IC engine. Proc Combust Inst 29:727–734 Honda T, Kawamoto M, Katashiba H, Sumida M, Fukutomi N, Kawajiri K (2004) A study of mixture formation and combustion for spray guided DISI. SAE Paper No. 2004-01-0046 Ikeda Y, Nishiyama A, Kawahara N, Tomita E, Arimoto S, Takeuchi A (2005) In-spark-plug sensor for analysing the initial flame and its structure in an SI engine. SAE Paper No. 2005-01-0644 Iwamoto Y, Noma K, Nakayama O, Yamauchi T, Ando H (1997) Development of gasoline direct injection engine. SAE Paper No. 970541 Kawahara N, Tomita E., Takeuchi A, Arimoto S, Ikeda Y, Nishiyama A (2005) Measurement of flame propagation characteristics in an SI engine using micro-local chemiluminescence technique. SAE Paper No. 2005-01-0645 Kawahara N, Tomita E, Nishiyama A, Hayashi K (2006) In situ fuel concentration measurement near spark plug by 3.392 μm infrared absorption method—pressure and temperature dependence of the gasoline molar absorption coefficient. SAE Paper No. 2006-01-0182 Kawahara N, Tomita E, Hayashi K, Tabata M, Iwai K, Kagawa R (2007) Cycle-resolved measurements of the fuel concentration near a spark plug in a rotary engine using an in situ laser absorption method. Proc Combust Inst 31:3033–3040 Kawamura K, Suzuoki T, Saito A, Tomoda T, Kanda M (1998) Development of instrument for measurement of air–fuel ratio in vicinity of spark-plug (application to DI gasoline engine). JSAE Rev 19(4):305–310 Koenig M, Hall MJ (1997) Measurements of local in-cylinder fuel concentration fluctuation in a firing SI engine. SAE Paper No. 971644 Kume T, Iwamoto Y, Iida K, Murakami M, Akishino K, Ando H (1996) Combustion control technologies for direct injection SI engine. SAE Paper No. 960600 Kuwahara K, Ando H (2000) Diagnostics of in-cylinder flow, mixing and combustion in gasoline engines. Meas Sci Technol 11:R95–R111 Merer RM, Wallace JS (1995) Spark spectroscopy for spark ignition engine diagnostics. SAE Paper No. 950164 Nishiyama A, Kawahara N, Tomita E (2003) In situ fuel concentration measurement near spark plug by 3.39 μm infrared absorption method—application to spark ignition engine. SAE Paper No 2003-01-1109 Ohyama Y, Ohsuga M, Kuroiwa H (1990) Study on mixture formation and ignition process in spark ignition engine using optical combustion sensor. SAE Paper No. 901712 Preussner C, Doring C, Fehler S, Kapmann S (1998) GDI: interaction between mixture preparation, combustion system and injector performance. SAE Paper No. 980498 Reinman R, Saitzkoff A, Mauss F (1987) Local air–fuel ratio measurements using the spark plug as an ionization sensor. SAE Paper No. 970856 Rothman LS, Rinsland CP, Goldman A, Massie ST, Edwards DP, Flaud J-M, Perrin A, Camy-Peyret C, Dana V, Mandin J-Y, Schroeder J, Mccann A, Gamache RR, Wattson RB, Yoshino K, Chance KV, Jucks KW, Brown LR, Nemtchinov V, Varanasi P (1998) The HITRAN molecular spectroscopic database and HAWKS. J Quant Spectrosc Radiat Transfer 60-5:665–710 Schwarz Ch, Shuenemann E, Durst B, Fischer J, Witt A (2006) Potentials of the spray-guided BMW DI combustion system. SAE Paper No. 2006-01-1265 Smith JD, Sick V (2006) A multi-variable high-speed imaging study of ignition instabilities in s spray-guided direct-injected spark-ignition engine. SAE Paper No. 2006-01-1264 Smith JD, Sick V (2007) Quantitative dynamic fuel distribution measurements in combustion related devices using laser-induced fluorescence imaging of biacetyl in iso-octane. Proc Combust Inst 31:747–755 Sohma K, Yukitake T, Asuhata S, Takaku Y (1990) Application on rapid optical measurement to detect the fluctuations of the air-fuel ratio and temperature of a spark ignition engine. SAE Paper No. 910499 Stan C (1999) Direct fuel injection for gasoline engines. Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale Summers T, Collings N (1995) Modelling the transit time of a fast response flame ionisation detector during in-cylinder sampling. SAE Paper No. 950160 Tomita E, Kawahara N, Yoshiyama S, Kakuho A, Itoh T, Hamamoto Y (2002) In situ fuel concentration measurement near spark-plug in spark-ignition engines by 3.39 μm infrared laser absorption method. Proc Combust Inst 29:735–741 Tomita E, Kawahara N, Shigenaga M, Nishiyama A, Dibble RW (2003a) In situ measurement of hydrocarbon fuel concentration near a spark plug in an engine cylinder by 3.392 μm infrared laser absorption method—discussion of applicability with a homogeneous methane–air mixture. Meas Sci Technol 14:1350–1356 Tomita E, Kawahara N, Nishiyama A, Shigenaga M (2003b) In situ measurement of hydrocarbon fuel concentration near a spark plug in an engine cylinder by 3.392 μm infrared laser absorption method—application to actual engine. Meas Sci Technol 14:1357–1363 Wickstrom N, Byttner S, Holmberg U (2005) Robust tuning of individual cylinders AFR in SI engines with the ion current. SAE Paper No. 2005-01-0020 Yamamoto S, Tanaka D, Sato K, Yokoe M (2009) Keys to understanding spray-guided combustion of a narrow-spacing gasoline direct injection SI engine with a centrally mounted multi-hole injector. SAE Paper No. 2009-01-1497 Yoshiyama S, Hamamoto Y, Tomita E, Minami K (1996) Measurement of hydrocarbon fuel concentration by means of infrared absorption technique with 3.39 μm He–Ne laser. JSAE Rev 17:339–345 Zhao H, Ladommatos N (2001) Engine combustion instrumentation and diagnostics. Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale Zhao FF, Harrington DL, Lai M-C (2002) Automotive gasoline direct-injection engines. Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale