The direct injection into the cylinders has been regarded as a way of the reduction in fuel consumption and some pollutant emissions. The spray produced from the direct injector is of paramount importance in direct-injection engines in that the primary atomization process must meet the requirement of quick and complete evaporation and combustion especially to prohibit the excessive HC emissions. The spray geometry must be stable and compact showing controlled mixture formation by taking a benefit from in-cylinder charge flows.
The interaction between flow and injector spray was investigated in a steady flow system embodied in a wind tunnel to simulate the variety of flow inside the cylinder of the direct-injection spark ignition engine. The spray developments in flowing fields with the mean velocity up to 17m/s were at first identified by spray visualization. The direct Mie scattered images and Shadow images presented the macroscopic view of the liquid sprays and the spatial distribution of vapor fields. The microscopic characteristics of the spray were investigated by the velocity and particle size measurements using a phase Doppler anemometer (PDA). The processes of atomization and evaporation with various injectors were observed and consequently constructed the data-base for the spray and fuel-air mixing mechanism as a function of the flow characteristics. This could give the way of optimization between the flow formulation and injection schemes in direct-injection spark-ignition engines.
온실 효과에 따른 지구 온난화 및 대기 오염 방지를 위해 저공해, 저연비 엔진의 개발이 필요한 실정이다. 이 두 조건을 충족시키려는 노력 중 하나가 실린더 안에 연료를 직접 분사해 공해와 연비를 개선해 보겠다는 가솔린 직접 분사식(Direct Injection Spark Ignition; DISI) 엔진이다. DISI 엔진은 연료 경제성과 과도 응답성이 매우 좋으므로 앞으로 포트 분사식 엔진을 대체하는 차세대 자동차 엔진으로서 그 중요성 및 적용 범위가 갈수록 광범위해질 것으로 예상된다. DISI 엔진의 연소 시스템 최적화를 위해서 실린더내의 공기 유동과 관련한 연료 분사, 분무장의 미립화, 기화현상과 혼합기 형성 등의 과정이 연구되어져 왔다. DISI 엔진에서 성층연소가 수행될 때 연료는 압축 행정 말기에 분사되어지는데, 분사가 시작될 때 실린더 내 유동의 평균속도가 최대 15m/s정도라는 것이 밝혀진 바 있다. 이를 토대로 본 연구에서는 정상유동장치에서 발생하는 빠른 유동과 분무장과의 상호 작용을 관찰함으로서, DISI 엔진에서의 성층화 연소과정에 대한 기구를 파악할 수 있으며, 흡기계 및 연소실 최적 설계를 할 수 있는 기초자료를 구축하고자 하였다. 미산란 이미지 기법과 쉐도우 이미지 기법을 이용하여 액상과 기상의 거시적인 분무 특성을 측정하였고, 위상 도플러 입자분석기를 이용하여 미시적인 특성인 액적의 속도와 입경의 크기를 측정하였다.
