satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2020-19-1-34-42sat-2279Research ArticleМатериалы 16-го Европейского автомобильного конгрессаProceedings of the 16th European Automotive CongressЛазерное исследование процесса распыления топлива двигателей внутреннего сгоранияLaser Research of the Fuel Atomization Process of Internal Combustion EnginesСтенжицкийП.StężyckiP.

г. Варшава

Warsaw

КовальскийМ.KowalskiM.

г. Варшава

Warsaw

ЯнковскийА.JankowskiA.

Адрес для переписки: Янковский Антоний – Технологический институт ВВС, ул. Принца Болеслава, 6, 01-494, г. Варшава, Республика Польша. Тел.: +4826 185-13-10    antoni.jankowski@itwl.pl

Address for correspondence: Jankowski Antoni – Air Force Institute of Technology, 6 Ks. Boleslawa str., 01-494, Warsaw, Republic of Poland. Tel.: +4826 185-13-10       antoni.jankowski@itwl.pl

antoni.jankowski@itwl.plСлавиньскийЗ.SławinskiZ.

г. Люблин

Lublin

Научно-исследовательская сеть Лукасевича – Институт авиацииПольшаŁukasiewicz Research Network – Institute of AviationPolandТехнологический институт ВВСПольшаAir Force Institute of TechnologyPolandЛюблинский технический университетПольшаLublin University of TechnologyPoland2020050220201913442Copyright © Стенжицкий П., Ковальский М., Янковский А., Славиньский З., 20202020Стенжицкий П., Ковальский М., Янковский А., Славиньский З.Stężycki P., Kowalski M., Jankowski A., Sławinski Z.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2279

В статье представлены методы испытаний (механические, электрические и оптические) для исследования распыления топлива в двигателях внутреннего сгорания. Оптические методы, техническая визуализация, системы без отображения цели могут быть использованы в лабораторных работах и испытаниях двигателя. Методы визуализации включают в себя съемку со вспышкой и голографию. Их применение ограничено размерами капель для тестирования, которые должны быть более 5 мкм. Методы визуализации имеют преимущество перед методами без отображения цели, потому что они позволяют видеть каплю в той точке и в то время, когда требуется произвести еe измерение. Методы без отображения цели можно разделить на две группы: первая, которая за один раз подсчитывает и измеряет отдельные капли, и вторая, когда одновременно производится измерение большого количества капель. В статье показаны типовые результаты исследований распределения капель по размерам в распылителях топлива. При проведении испытаний по распылению топлива в условиях работы двигателя внутреннего сгорания учитывались размеры капель, их распределение в распылителе, а также принималась во внимание скорость отдельных капель. Для определения качества распыления топлива были выбраны два подсменных диаметра Suter (D32) и Herdan (D43), первый из которых относится к процессу теплообмена, а второй – к процессу сгорания. Лазерный научно-исследовательский комплекс, включающий в себя лазерное оборудование для измерения скорости частиц (PIV), лазерный доплеровский измеритель скорости (LDV) и фазовый доплеровский анализатор частиц (PDPA), использовался для проведения испытаний по распределению распыления двух типов топлива. Распыление, с точки зрения процессов горения и воспламенения, а также уровней выбросов, характеризуется лучшим сменным диаметром D43, значение которого очень близко к средней величине. Наиболее вредными каплями топлива в аэрозоле являются капли крупного размера. Даже несколько таких капель значительно влияют на процесс горения и выброс токсичных компонентов, главным образом NOx.

The paper presents test methods (mechanical, electrical and optical) for the fuel spray research in combustion engines. Optical methods, imaging and non-imaging can be used in laboratory and engine tests. Imaging methods include flash photography and holography. Their use is limited to testing droplet dimensions larger than 5 µm. Imaging methods have an advantage over non-imaging ones because they allow the droplet to be seen at the point and time where its measurement is required. Non-imaging methods can be divided into two groups: the first, which counts and measures, individual droplets one at a time, and the second, which measures a large number of droplets simultaneously. Exemplary results of research of droplet size distribution in fuel sprays are shown. In tests of atomized fuel spray, in conditions reflecting the conditions of the internal combustion engine, the size of droplets, their distribution in the spray and the velocity of individual droplets are presented. To determine the quality of the fuel spray, two substitute diameters Sauter (D32) and Herdan (D43) were selected, the first of which refers to heat transfer and the second to combustion processes. Laser research equipment including Particle Image Velocimetry laser equipment (PIV), Laser Doppler Velocimeter (LDV) and Phase Doppler Particle Analyzer (PDPA) were applied for testing fuel spray distribution for two kind of fuel. The atomization process from the point of view of combustion and ignition processes, as well as emission levels, is characterized by the best substitute diameter D43, which value is close to the median volume. The most harmful droplets of fuel in the spray are large droplets. Even a few such droplets significantly change the combustion process and emission of toxic exhaust components, mainly NOx.

двигатель внутреннего сгоранияустройство для вдувания топливараспыление топливалазерный методвыбросы двигателяcombustion enginefuel injection equipmentfuel atomizationlaser methodengine emissionReferencesArndt P., Putz W. (1997) Der neue Vierzylinder Dieselmotor OM 611 mit Common-Rail Einspritzsystem ein neues Kapitel der Dieseleinspitztechnik. MTZ Motortechnische Zeitschrift, 58(11), 652-659 (in Russian).Arndt P., Putz W. (1997) Der neue Vierzylinder Dieselmotor OM 611 mit Common-Rail Einspritzsystem ein neues Kapitel der Dieseleinspitztechnik. MTZ Motortechnische Zeitschrift, 58(11), 652-659 (in Russian).Corcione F. E. (2001) (KA-4) Optical Diagnostics in Engines. The Proceedings of the International symposium on diagnostics and modeling of combustion in internal combustion engines (COMODIA 2001), 01.204. https://doi.org/10.1299/jmsesdm.01.204.4Corcione F. E. (2001) (KA-4) Optical Diagnostics in Engines. The Proceedings of the International symposium on diagnostics and modeling of combustion in internal combustion engines (COMODIA 2001), 01.204. https://doi.org/10.1299/jmsesdm.01.204.4Doerr T. (2012) The Significance of Fuel Preparation for Low Emissions Aero-Engine Combustion Technology. ICLASS 2012, 12th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Heidelberg, Germany, September 2-6.Doerr T. (2012) The Significance of Fuel Preparation for Low Emissions Aero-Engine Combustion Technology. ICLASS 2012, 12th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Heidelberg, Germany, September 2-6.Jankowski A., Kowalski M. (2018) Alternative fuel in the combustion process of combustion engines. Journal of KONBIN, 48(4), 55-68. https://doi.org/10.2478/jok-2018-0047Jankowski A., Kowalski M. (2018) Alternative fuel in the combustion process of combustion engines. Journal of KONBIN, 48(4), 55-68. https://doi.org/10.2478/jok-2018-0047Kowalski M., Jankowski A. (2018) Engine test results of fuel-water microemulsion. Proceedings of 31st Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2018 − Belo Horizonte, Brazil. Available at: www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2018/data/preview/ICAS2018_0769.htm. Code 143115Kowalski M., Jankowski A. (2018) Engine test results of fuel-water microemulsion. Proceedings of 31st Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2018 − Belo Horizonte, Brazil. Available at: www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2018/data/preview/ICAS2018_0769.htm. Code 143115Kozakiewicz A., Kowalski M. (2013) Unstable operation of the turbine aircraft engine. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 51(3), 719-727.Kozakiewicz A., Kowalski M. (2013) Unstable operation of the turbine aircraft engine. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 51(3), 719-727.Żurek J, Kowalski M. Jankowski A. (2015) Modelling of Combustion Process of Liquid Fuels under Turbulent Conditions. Journal of KONES, 22 (4), 355-363. https://doi.org/10.5604/12314005.1193063Żurek J, Kowalski M. Jankowski A. (2015) Modelling of Combustion Process of Liquid Fuels under Turbulent Conditions. Journal of KONES, 22 (4), 355-363. https://doi.org/10.5604/12314005.1193063Raffel M., Willert C. E., Kompenhans J. (1998) Particle Image Velocimentry. Springe Verlog. https://doi.org/10.1007/978-3-662-03637-2Raffel M., Willert C. E., Kompenhans J. (1998) Particle Image Velocimentry. Springe Verlog. https://doi.org/10.1007/978-3-662-03637-2Jankowski A., Kowalski M., Slawinski Z. (2016) Research of alternative fuel water-fuel micro emulsion from point of view reduction of emissions. Proceedings of 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2016, Code 126186. Available at: www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/preview/2016_0667.htm.Jankowski A., Kowalski M., Slawinski Z. (2016) Research of alternative fuel water-fuel micro emulsion from point of view reduction of emissions. Proceedings of 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2016, Code 126186. Available at: www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/preview/2016_0667.htm.Jankowski A., Kowalski M. (2015) Influence of the quality of fuel atomization on the emission of exhaust gases toxic components of combustion engines. Journal of KONBIN, 36 (1), 43-50. https://doi.org/10.1515/jok-2015-0055Jankowski A., Kowalski M. (2015) Influence of the quality of fuel atomization on the emission of exhaust gases toxic components of combustion engines. Journal of KONBIN, 36 (1), 43-50. https://doi.org/10.1515/jok-2015-0055Jankowski A., Kowalski M. (2015) Creating mechanisms of toxic substances emission of combustion engines. Journal of KONBIN, 36 (1), 33-42. https://doi.org/10.1515/jok-2015-0054Jankowski A., Kowalski M. (2015) Creating mechanisms of toxic substances emission of combustion engines. Journal of KONBIN, 36 (1), 33-42. https://doi.org/10.1515/jok-2015-0054

The authors declare that there are no conflicts of interest present.