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研究生: 陳正暐
Chen, Cheng-Wei
論文名稱: 缸內直噴噴嘴在壓力環境之噴霧特性研究
Spray Characteristics of the Gasoline-Direct-Injection (GDI) Fuel Nozzle in Pressure Environments
指導教授: 趙怡欽
Chao, Yei-Chin
共同指導教授: 吳志勇
Wu, Chih-Yung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 87
中文關鍵詞: 缸內直噴引擎噴霧燃料噴注器粒子影像測速壓力艙
外文關鍵詞: GDI, spray, fuel injector, PIV, pressure chamber
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  • 燃料與空氣的準備與進入燃燒室前的混合對於內燃引擎的燃燒與污染排放是一個很重要的參數,本研究的目的就要探討缸內直噴用燃料噴嘴在不同外界壓力環境下隨著不同噴霧時間所顯現的噴霧特徵。本研究使用博世(BOSCH)所生產市售之單孔缸內直噴噴嘴作為測試對象,搭配一自行設計並製作之高壓艙已進行相關測試,該高壓艙配有光學透視視窗以利雷射光學之應用。本研究運用以雷射光學為基礎之定量化視流法技術以分析各種噴霧特徵包括:噴霧演化、噴霧端點滲透深度、噴霧錐角與噴霧前緣速度。這些在不同壓力下的噴霧特徵將可以做為將來設計缸內直噴引擎、修改現有引擎以及開發引擎庫控制策略之基礎資料。

    Preparation of fuel and air is an important factor in improving combustion process and emission of internal combustion engine. The objective of the present study is to analyze the spray characteristics of injector for GDI engine according to the injection time under ambient pressure conditions. Investigations in the present study are carried out using a mass-production single-hole injector which is manufactured by BOSCH for GDI engine. A pressure chamber with optical access windows was designed and fabricated which can simulate different environmental pressure. The spray characteristics in terms of evolution of spray tip penetration depth, spray cone angle, and spray front velocity are measured by using laser-based quantitative flow visualization technique. The spray characteristics in different pressure environments provide the basis for gasoline direct injection engine design, modifications of current engine and development of control strategy.

    目錄 目錄 I 表目錄 IV 圖目錄 V 符號表 XII 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機 3 第二章 文獻回顧與研究目標 5 2-1 缸內直噴引擎用燃油噴嘴之要求 5 2-2 燃油噴嘴之噴霧特性與其量測方法 6 2-3 研究目標 9 第三章 實驗設備與實驗方法 11 3-1 實驗設備與儀器 11 3-1-1 燃油噴嘴 11 3-1-2 燃料供應系統 11 3-1-3 噴油嘴控制裝置 11 3-1-4 環境壓力測試艙 12 3-1-5 流體承接器 12 3-1-6 精密電子天秤 13 3-1-7 雷射系統 13 3-1-8 取像裝置 13 3-1-9 時序控制裝置 14 3-2 實驗方法 14 3-2-1 噴油量量測方法 14 3-2-2 定量化視流法 14 3-2-3 噴霧端點穿透深度 16 3-2-4 霧化錐角 16 3-2-5 噴霧前端之粒子影像測速方法 17 3-2-6粒子影像測速方法之影像分析系統 18 第四章 結果與討論 20 4-1 噴油嘴之流量特性曲線 20 4-2 噴油嘴之噴油延遲特性與噴霧視流 21 4-3 噴霧端點穿透深度 23 4-4 霧化錐角 24 4-5 噴霧前端速度分析 25 第五章 結論與未來工作 28 5-1 結論 28 5-2 未來工作 30 參考文獻 32 表目錄 表1-1、汽油車用燃油噴霧特性之標準測試條件 35 表1-2、噴霧特性主要變數及其測試方法 36 圖目錄 圖1-1、缸內直噴燃燒系統之分類[3] 37 圖1-2、漩渦式壓力噴嘴之徑向燃油分佈[6] 37 圖1-3、漩渦式壓力噴嘴之噴霧發展過程[11] 38 圖2-1、高壓噴嘴系統及相關設備配置示意圖 39 圖2-2、缸內直噴噴嘴驅動電路之階段式電壓控制圖 40 圖2-3、低蒸發設計流體承接器 40 圖3-1、系統時序控制圖 41 圖3-2、邊緣檢測後之二值影像及其原始圖檔 41 圖3-3、霧化錐角定義示意圖 42 圖3-4、粒子影像測速之資料處理程序 43 圖3-5、粒子影像測速用標準影像 44 圖3-6、粒子影像測速用標準影像及其分析結果 44 圖3-7、粒子影像測速用標準影像及其分析結果 45 圖4-1、不同燃油噴射壓力之燃油平均噴注量與噴注時間的變化 46 圖4-2、不同環境壓力之燃油平均噴注量與噴注時間之關係 47 圖4-3、不同壓力差之燃油平均噴注量與噴注時間之關係 48 圖4-4-a、Pa=0.50bar之噴嘴開啟視流 49 圖4-4-b、Pa=0.75bar之噴嘴開啟視流 49 圖4-4-c、Pa=1.00bar之噴嘴開啟視流 50 圖4-4-d、Pa=2.00bar之噴嘴開啟視流 50 圖4-4-e、Pa=4.00bar之噴嘴開啟視流 51 圖4-4-f、Pa=6.00bar之噴嘴開啟視流 51 圖4-4-g、Pa=8.00bar之噴嘴開啟視流 52 圖4-5、噴嘴開關時的柱塞示意圖 52 圖4-6-a、Pa=0.50bar之噴油開始後演進時間的噴霧發展視流 53 圖4-6-b、Pa=0.75bar之噴油開始後演進時間的噴霧發展視流 53 圖4-6-c、Pa=1.00bar之噴油開始後演進時間的噴霧發展視流 54 圖4-6-d、Pa=2.00bar之噴油開始後演進時間的噴霧發展視流 54 圖4-6-e、Pa=4.00bar之噴油開始後演進時間的噴霧發展視流 55 圖4-6-f、Pa=6.00bar之噴油開始後演進時間的噴霧發展視流 55 圖4-6-g、Pa=8.00bar之噴油開始後演進時間的噴霧發展視流 56 圖4-7-a、Pa=0.50bar之噴油開始後演進時間與平均穿透深度之關係 56 圖4-7-b、Pa=0.75bar之噴油開始後演進時間與平均穿透深度之關係 57 圖4-7-c、Pa=1.00bar之噴油開始後演進時間與平均穿透深度之關係 57 圖4-7-d、Pa=2.00bar之噴油開始後演進時間與平均穿透深度之關係 58 圖4-7-e、Pa=4.00bar之噴油開始後演進時間與平均穿透深度之關係 58 圖4-7-f、Pa=6.00bar之噴油開始後演進時間與平均穿透深度之關係 59 圖4-7-g、Pa=8.00bar之噴油開始後演進時間與平均穿透深度之關係 59 圖4-8、噴油開始後相異演進時間之平均穿透深度與環境壓力之關係 60 圖4-9-a、L/D=2, 不同環境壓力之噴油開始後演進時間與平均霧化錐角之關係 60 圖4-9-b、L/D=4, 不同環境壓力之噴油開始後演進時間與平均霧化錐角之關係 61 圖4-9-c、L/D=6, 不同環境壓力之噴油開始後演進時間與平均霧化錐角之關係 61 圖4-9-d、L/D=8, 不同環境壓力之噴油開始後演進時間與平均霧化錐角之關係 62 圖4-9-e、L/D=10, 不同環境壓力之噴油開始後演進時間與平均霧化錐角之關係 62 圖4-10、ASOI=0.8ms,不同徑向距離之平均霧化錐角與環境壓力關係 63 圖4-11-a、Pa=0.50bar, ASOI=0.2ms的噴霧前端平均速度分佈 63 圖4-11-b、Pa=0.50bar, ASOI=0.4ms的噴霧前端平均速度分佈 64 圖4-11-c、Pa=0.50bar, ASOI=0.6ms的噴霧前端平均速度分佈 64 圖4-12-a、Pa=0.75bar, ASOI=0.2ms的噴霧前端平均速度分佈 65 圖4-12-b、Pa=0.75bar, ASOI=0.4ms的噴霧前端平均速度分佈 65 圖4-12-c、Pa=0.75bar, ASOI=0.6ms的噴霧前端平均速度分佈 66 圖4-13-a、Pa=1.00bar, ASOI=0.2ms的噴霧前端平均速度分佈 66 圖4-13-b、Pa=1.00bar, ASOI=0.4ms的噴霧前端平均速度分佈 67 圖4-13-c、Pa=1.00bar, ASOI=0.6ms的噴霧前端平均速度分佈 67 圖4-13-d、Pa=1.00bar, ASOI=0.8ms的噴霧前端平均速度分佈 68 圖4-14-a、Pa=2.00bar, ASOI=0.2ms的噴霧前端平均速度分佈 68 圖4-14-b、Pa=2.00bar, ASOI=0.4ms的噴霧前端平均速度分佈 69 圖4-14-c、Pa=2.00bar, ASOI=0.6ms的噴霧前端平均速度分佈 69 圖4-14-d、Pa=2.00bar, ASOI=0.8ms的噴霧前端平均速度分佈 70 圖4-14-e、Pa=2.00bar, ASOI=1.0ms的噴霧前端平均速度分佈 70 圖4-14-f、Pa=2.00bar, ASOI=1.2ms的噴霧前端平均速度分佈 71 圖4-14-g、Pa=2.00bar, ASOI=1.4ms的噴霧前端平均速度分佈 71 圖4-14-h、Pa=2.00bar, ASOI=1.6ms的噴霧前端平均速度分佈 72 圖4-14-i、Pa=2.00bar, ASOI=1.8ms的噴霧前端平均速度分佈 72 圖4-15-a、Pa=4.00bar, ASOI=0.2ms的噴霧前端平均速度分佈 73 圖4-15-b、Pa=4.00bar, ASOI=0.4ms的噴霧前端平均速度分佈 73 圖4-15-c、Pa=4.00bar, ASOI=0.6ms的噴霧前端平均速度分佈 74 圖4-15-d、Pa=4.00bar, ASOI=0.8ms的噴霧前端平均速度分佈 74 圖4-15-e、Pa=4.00bar, ASOI=1.0ms的噴霧前端平均速度分佈 75 圖4-15-f、Pa=4.00bar, ASOI=1.2ms的噴霧前端平均速度分佈 75 圖4-15-g、Pa=4.00bar, ASOI=1.4ms的噴霧前端平均速度分佈 76 圖4-15-h、Pa=4.00bar, ASOI=1.6ms的噴霧前端平均速度分佈 76 圖4-15-i、Pa=4.00bar, ASOI=1.8ms的噴霧前端平均速度分佈 77 圖4-15-j、Pa=4.00bar, ASOI=2.0ms的噴霧前端平均速度分佈 77 圖4-16-a、Pa=6.00bar, ASOI=0.2ms的噴霧前端平均速度分佈 78 圖4-16-b、Pa=6.00bar, ASOI=0.4ms的噴霧前端平均速度分佈 78 圖4-16-c、Pa=6.00bar, ASOI=0.6ms的噴霧前端平均速度分佈 79 圖4-16-d、Pa=6.00bar, ASOI=0.8ms的噴霧前端平均速度分佈 79 圖4-16-e、Pa=6.00bar, ASOI=1.0ms的噴霧前端平均速度分佈 80 圖4-16-f、Pa=6.00bar, ASOI=1.2ms的噴霧前端平均速度分佈 80 圖4-16-g、Pa=6.00bar, ASOI=1.4ms的噴霧前端平均速度分佈 81 圖4-16-h、Pa=6.00bar, ASOI=1.6ms的噴霧前端平均速度分佈 81 圖4-16-i、Pa=6.00bar, ASOI=1.8ms的噴霧前端平均速度分佈 82 圖4-16-j、Pa=6.00bar, ASOI=2.0ms的噴霧前端平均速度分佈 82 圖4-17-a、Pa=8.00bar, ASOI=0.2ms的噴霧前端平均速度分佈 83 圖4-17-b、Pa=8.00bar, ASOI=0.4ms的噴霧前端平均速度分佈 83 圖4-17-c、Pa=8.00bar, ASOI=0.6ms的噴霧前端平均速度分佈 84 圖4-17-d、Pa=8.00bar, ASOI=0.8ms的噴霧前端平均速度分佈 84 圖4-17-e、Pa=8.00bar, ASOI=1.0ms的噴霧前端平均速度分佈 85 圖4-17-f、Pa=8.00bar, ASOI=1.2ms的噴霧前端平均速度分佈 85 圖4-17-g、Pa=8.00bar, ASOI=1.4ms的噴霧前端平均速度分佈 86 圖4-17-h、Pa=8.00bar, ASOI=1.6ms的噴霧前端平均速度分佈 86 圖4-17-i、Pa=8.00bar, ASOI=1.8ms的噴霧前端平均速度分佈 87 圖4-17-j、Pa=8.00bar, ASOI=2.0ms的噴霧前端平均速度分佈 87

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    無法下載圖示 校內:2015-08-23公開
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