Numerical Study on Gasoline Direct Injection Sprays

Abstract

Gasoline direct injection technology is a combination of the advantages of diesel engine and spark ignition engines. Hence, the gasoline fuel is injected directly to combustion chamber. It provides finer atomization to allow evaporation more rapidly than traditional gasoline engines and less emissions in terms of NOx and particulate than diesel engines. The understanding of spray behaviour is a significant point to control optimal air/fuel mixture and misfiring. This thesis presents a numerical investigation of a GDI injector under flash and non-flash boiling conditions. The study is performed with sprays injected into a constant volume chamber. The purpose of the thesis is to develop a CFD model to compare it with experimental spray penetration and spray angle results. Firstly, the model is validated in terms of spray penetration. Secondly, the model is applied to nine different conditions including flash and non-flash boiling conditions. The spray penetration and angle comparisons between numerical and experimental results were done.

Benzin direk enjeksiyon teknolojisi, dizel enjeksiyon ile benzin motorlarının avantajlarının bir kombinasyonudur. Benzin direk motorlarında direk olarak benzin yanma odasına püskürtülür. Bu hem daha küçük damlacıklara ayrılmasına bu sayede hızlıca buharlaşmasına ve dizel motorlara gore NOx ve katı madde emisyonlarının daha az olmasına olanak sağlar. Spreyin davranışını anlamak optimum yakıt-hava karışımı açısından önemlidir. Bu tez, direk benzin enjektör spreylerinin flash boiling ve olmayan koşullardaki nümerik çalışmasını sunmaktadır. Bu tezin amacı, deneysel sprey penetrasyonu ve sprey açısı sonuçlarıyla kıyaslama yapabilmek için bir CFD model geliştirmeyi amaçlamaktadır. Öncelikle model sprey penetrasyonu ile doğrulandı. Daha sonra, modelde flash ve flash boiling olmayan koşulları içeren dokuz farklı işletme koşulları uygulandı. Nümerik ve deneysel sprey açısı ve sprey penetrasyon sonuçları karşılaştırıldı.