Fuel direct injection represents one of the key turning points in the development of the Diesel engines. The appeal of this solution has been growing thanks to the parallel advancement in the technology of the injection hardware and in the knowledge of the physics involved in the spray formation and combustion. In the present thesis, the effect of partial needle lift and injection rate shaping has been investigated experimentally using a multi-orifice Diesel injector. Injection rate shaping is one of the most attractive alternatives to multiple injection strategies but its implementation has been for long time impeded by technological limitations. A novel direct-acting injector prototype made it possible to carry out the present research: this injector features a mechanical coupling between the nozzle needle and the piezo-stack actuator, allowing a fully flexible control on the nozzle needle movement and enabling partial needle lift as well as the implementation of alternative injection rate shapes typologies. Different optical diagnostics were applied to study the spray development and combustion in a novel continuous flow test chamber that allows an accurate control on a wide range of thermodynamic conditions (up to 1000K and 15MPa). In addition, hydraulic characterization tests were carried out to analyze the fuel flow through the injector nozzle. Partial needle lift has been found to affect the injection event, reducing the mass flow rate (as expected) but also causing a reduction in the effective orifice area and an increase on the spreading angle. Moreover, at this condition, higher hole-to-hole dispersion and flow instabilities were detected. Needle vibrations caused by the needle interactions with fuel flow and by the onset of cavitation in the needle seat are likely the causes of this behavior. Injection rate shaping has a substantial impact on the premixed phase of the combustion and on the location where the ignition takes place. Furthermore, the results proved that the modifications in the internal flow caused by the partial needle lift are reflected on the ignition timing. On the other hand, the analysis of the experimental data through a 1D spray model revealed that an increasing mass flow rate (e.g. ramp or boot injection rate profiles) causes an increase in the fuelair equivalence ratio at the lift-off length and a consequent higher soot formation during the diffusive phase of the combustion. Finally, the wide range of boundary conditions tested in all the experiments served to draw general conclusions about the physics involved in the injection/combustion event and, in some cases, to obtain statistical correlations. / Bardi, M. (2014). PARTIAL NEEDLE LIFT AND INJECTION RATE SHAPE EFFECT ON THE FORMATION AND COMBUSTION OF THE DIESEL SPRAY [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/37374 / TESIS

[ES] En los últimos años, la evolución de las tecnologías de inyección ha permitido no solo mejorar el proceso de mezcla, sino también controlar con precisión los parámetros de inyección, agregando flexibilidad a los sistemas para nuevas estrategias y un grado adicional de complejidad para los investigadores. Más aún, las estrategias de inyecciones múltiples han demostrado ser capaces de reducir el consumo de combustible, así como también la emisión de partículas, los óxidos de carbono, los óxidos de nitrógeno, el hollín y los hidrocarburos no quemados, convirtiéndose en un estándar en la industria. Esta tesis presenta una metodología experimental para estudiar los efectos de dos estrategias diferentes de inyección múltiple (piloto-principal y principal-post) sobre el desarrollo fundamental y la combustión del chorro. Primero, se caracterizó hidráulicamente el inyector midiendo su tasa de inyección y flujo de cantidad de movimiento. Para una masa inyectada objetivo, se obtuvo la distribución de combustible para los diferentes tiempos de separación y las cantidades de piloto/post. Se implementó un nuevo enfoque para evaluar la distribución de combustible utilizando la señal de flujo de cantidad de movimiento. Se pudo observar que las inyecciones de piloto/post que se realizan en un estado totalmente transitorio presentan mayor desviación entre disparos. El aumento de la cantidad inyectada redujo la dispersión, con un ligero descenso al disminuir también la presión del rail. La repetibilidad de las inyecciones post se vio afectada significativamente por el tiempo de separación entre pulsos. Luego, se aplicaron diagnósticos ópticos de alta velocidad para visualizar el desarrollo del chorro en atmósferas tanto inerte como reactiva. Se utilizaron dos nuevas soluciones de procesado de imágenes: una para desacoplar dos eventos de inyección que coexisten en un solo cuadro, y otra para estimar el tiempo de retraso al autoencendido de múltiples inyecciónes. En cuanto al desarrollo del chorro en condiciones inertes, no se observó ninguna influencia en la longitud líquida estabilizada y el ángulo del chorro, respecto a la cantidad inyectada por la piloto, ni de su separación al pulso principal. Con respecto a la fase vapor, el aumento de la masa inyectada del primer pulso empujó la zona de transición más allá del límite óptico. En general, el segundo pulso penetró a una mayor velocidad, comparado con el caso de una inyección única. El ángulo de dispersión de la fase de vapor aumentó con la inclusión de la inyección piloto, pero no se observó una tendencia clara con respecto a la cantidad de la piloto ni a su tiempo de separación. En cuanto al desarrollo del chorro en condiciones reactivas, el tiempo de retraso al autoencendido del segundo pulso disminuyó en referencia a su inicio de inyección. En promedio, las estrategias piloto-principal vieron reducciones del 30% al 40%, mientras que las principal-post del 40% al 50%. Con respecto a la longitud de despegue estabilizada, no se observó una tendencia definida con respecto a los efectos tanto del tiempo de separación como de la cantidad de la piloto. La imagen promedio tomada por la cámara intensificada no consideró que la longitud de despegue puede cambiar desde el inicio de la combustión hasta el establecimiento de la llama de difusión. En general se observó que las estrategias piloto-principal producen más hollín que cada uno de sus casos de referencia. Se observó una ligera disminución en el grosor óptico de la sección transversal cerca del inicio de la combustión al aumentar la masa de la piloto. No se observó una clara dependencia del hollín con respecto al tiempo de separación entre pulsos. En contraste a la literatura, las estrategias principal-post mostraron una formación de hollín ligeramente más alta (o similar) que una sola inyección. En cámaras de combustión con un volumen tan grande, la post / [CAT] En els últims anys, l'evolució de les tecnologies d'injecció ha permés no només millorar el procés de mescla, sinó també controlar amb precisió els paràmetres d'injecció, afegint flexibilitat als sistemes per a noves estratègies i un grau addicional de complexitat per als investigadors. A més a més, amb les estratègies d'injeccions múltiples s'ha demostrat la possibilitat de reduir el consum de combustible, així com les partícules, els òxids de carboni, els òxids de nitrogen, el sutge i els hidrocarburs no cremats; a més, aquestes estratègies s'han convertit en un estàndard en la indústria. Aquesta tesi estudia els efectes de dues estratègies diferents d'injecció múltiple (pilot-principal i principal-post) sobre el desenvolupament fonamental i la combustió del doll. Primer, es caracteritzar hidràulicament l'injector, mesurant la seua taxa d'injecció i flux de quantitat de moviment. Per a una massa injectada objectiu, es va obtindre la distribució de combustible per als diferents temps de separació i les quantitats de pilot/post. Es va implementar un nou enfocament per tal d'avaluar la distribució de combustible utilitzant el senyal de flux de quantitat de moviment. Es va poder observar que les injeccions de pilot/post injecció que es realitzen en un estat totalment transitori presenten major desviació entre trets. L'augment de la quantitat injectada va reduir la dispersió, observant un lleuger descens en disminuir també la pressió de rail. La repetitivitat de les injeccions post es va veure afectada significativament pel temps de separació entre polsos. Després, es van aplicar diagnòstics òptics d'alta velocitat per a visual-itzar el desenvolupament del doll en atmosferes tant inerts com reactives. Es van utilitzar dues noves solucions de processament d'imatges: una, per a desacoblar dos esdeveniments d'injecció que coexisteixen en un sol quadre, i una altra per a estimar òpticament el retard a l'encesa amb múltiples polsos d'injecció. Pel que fa al desenvolupament del doll en condicions inerts evaporatives, no es va observar cap influència en la longitud líquida estabilitzada i l'angle del doll respecte a la quantitat injectada per la pilot, ni de la seua separació al pols principal. Pel que fa a la fase de vapor, l'augment de la massa injectada del primer pols va empényer la zona de transició més enllà del límit òptic. En general, el segon pols va penetrar a una velocitat més gran comparat amb el cas d'una injecció única. L'angle de dispersió de la fase de vapor va augmentar amb la inclusió de la injecció pilot, però no es va observar una tendència clara pel que fa a la quantitat de la pilot ni al seu temps de separació. En condicions reactives, el retard d'encesa del segon pols va disminuir en referència a l'inici de la injecció. De mitjana, les estratègies pilot-principal van experimentar reduccions del 30% al 40%, mentre que les principal-post, es van veure reduides entre el 40% i el 50%. Pel que fa a la longitud d'enlairament estabilitzada, no es va observar una tendència definida pel que fa als efectes tant del temps de separació com de la quantitat de la injecció pilot. La imatge mitjana presa per la càmera intensificada no va considerar que la longitud d'enlairament puga canviar des de l'inici de la combustió fins a la flama de difusió establerta. Pel que fa als mesuraments de sutge, en general es va observar que les estratègies pilot-principal van produir més sutge que cadascun dels seus casos de referència. Es va observar una lleugera disminució en el gruix òptic de la secció transversal prop de l'inici de la combustió en augmentar la massa de la injecció pilot. No es va observar una clara dependència del sutge amb el temps de separació entre els pols. En contrast amb la literatura, les estratègies principal-post van mostrar una formació de sutge lleugerament més alta (o similar) que una sola injecció. En cambres amb un volum tan / [EN] In recent years, the evolution of the injection technologies has permitted not only to improve the spray mixing process but to control injection parameters accurately, adding flexibility to the systems for new strategies and an extra degree of complexity for researchers. In such sense, multiple injection strategies have proved capable of reducing fuel consumption, as well as emissions of particulate matter, carbon oxides, nitrogen oxides, soot, and unburned hydrocarbons, and has become a standard in the industry. This thesis provides an experimental methodology to study the effects of two different multiple injection strategies (pilot-main and main-post) on spray development and combustion. Experiments were divided into four separate measurement campaigns carried out in three facilities. In the first two campaigns, the injector was hydraulically characterized by rate of injection and spray momentum flux measurements. For a target injected mass, the fuel allocation was obtained for the different dwell times and pilot/post quantities. A new approach to evaluate the fuel distribution using the momentum flux signal was implemented. Higher shot-to-shot deviations were observed for the pilot/post pulses that are injected in an entirely transitory state. The dispersion decreased with increasing injected quantity, and also slightly with decreasing rail pressure. The repeatability of the post injections was significantly affected by the dwell time. Then, high-speed optical diagnostics were applied to visualize the spray development in both inert and reactive atmospheres. Two novel image processing solutions were developed: one to decoupled two injection events that coexist in a single frame, and another to optically estimate the ignition delay of multiple injection pulses. On the spray development in non-reactive conditions, no influence was observed from the injected quantity of the pilot and its dwell time to the main pulse on the stabilized liquid length and spreading angle. Regarding the vapor phase, increasing the injected mass of the first pulse pushed the interaction zone past the optical limit. In general, the second pulse penetrated at a faster rate than the single injection case. Vapor phase spreading angle increased with the inclusion of a pilot injection. No clear trend was observed with either the pilot quantity nor the dwell time. On the spray development in reactive conditions, for all test points that included multiple injections, the ignition delay of the second pulse decreased referenced to its start of injection. On average, pilot-main strategies showed reductions of 30% to 40%, while main-post of 40% to 50%. Different inter-action mechanism found in the literature were used to describe the synergy between injection pulses. Regarding the stabilized lift-off length, no definite trend was observed in terms of the effects of both the dwell time and pilot quantity. The average image taken by the ICCD camera did not consider that the lift-off length can change from the inception of combustion to the established diffusion flame. Regarding soot measurements, it was generally observed that pilot-main strategies produced more soot than each of their reference case. A slight decrease in the cross-sectional optical thickness near the start of combustion was noted increasing the pilot quantity. No clear dependence of soot on the dwell time was observed. In contrast to the literature, main-post strategies depicted slightly higher (or similar) soot formation than a single injection. In combustion chambers with such large volume, the post injection behaved like a main and the actual main like a pilot. Thus, local conditions enhance the formation of soot from the post injection, instead of promoting its oxidation. Therefore, jet-wall interactions are critical for the effectiveness of the post injection on reducing soot emissions. / Viera Sotillo, AA. (2019). Effect of multiple injection strategies on the Diesel spray formation and combustion using optical diagnostics [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/123954 / TESIS

[EN] The injection system is one of the topics that has been paid most attention to by researchers in the field of direct injection diesel engines, due to its key role on fuel atomization, vaporization and air-fuel mixing process, which directly affect fuel consumption, noise irradiation and pollutant emissions. The increasing injection pressures in modern engines have propitiated the need of studying phenomena such as cavitation, compressible flow or the effect of changes in the fuel properties along the process, whose relative importance was lower in early stages of the reciprocating engines development. The small dimensions of the injector ducts, the high velocities achieved through them and the transient nature of the process hinder the direct observation of these facts. Computational tools have then provided invaluable help in the field. The objective of the present thesis is to analyse the influence of the thermal effects on the performance of a diesel injector. To this end, the fuel temperature variation through the injector restrictions must be estimated. The influence of these changes on the fuel thermophyisical properties relevant for the injection system also needs to be assessed, due to its impact on injector dynamics and the injection rate shape. In order to give answer to the previous objectives, both experimental and computational techniques have been employed. A dimensional and a hydraulic experimental characterization of a solenoid-actuated Bosch CRI 2.20 injector has been carried out, including rate of injection measurements at a wide range of operating conditions, with special attention to the fuel temperature control. A 1D computational model of the injector has been implemented in order to confirm and further extend the findings from the experiments. Local variations of fuel temperature and pressure are considered by the model thanks to the assumption of adiabatic flow, for which the experimental characterization of the fuel properties at high pressure also had to be performed. The limits of the validity of this assumption have been carefully assessed in the study. Results show a significant influence of the fuel temperature at the injector inlet on injection rate and duration, attributed to the effect of the variation of the fuel properties and to the fact that the injector remains in ballistic operation for most of its real operating conditions. Fuel temperature changes along the injector control orifices are able to importantly modify its dynamic behaviour. In addition, if the fuel at the injector inlet is at room temperature or above, the temperature at the nozzle outlet has not been proved to importantly change once steady-state conditions are achieved. However, a significant heating may take place for fuel temperatures at the injector inlet typical of cold-start conditions. / [ES] El sistema de inyección es uno de los elementos que más interés ha despertado en la investigación en el campo de los motores diésel de inyección directa, debido a su papel clave en la atomización y vaporización del combustible así como en el proceso de mezcla, que afectan directamente al consumo y la generación de ruido y emisiones contaminantes. Las crecientes presiones de inyección en motores modernos han propiciado la necesidad de estudiar fenómenos como la cavitación, flujo compresible o el efecto de los cambios de las propiedades del combustible a lo largo del proceso, cuya importancia relativa era menor en etapas tempranas del desarrollo de los motores alternativos. Las pequeñas dimensiones de los conductos del inyector, las altas velocidades a través de los mismos y la naturaleza transitoria del proceso dificultan la observación directa en estas cuestiones. Por ello, las herramientas computacionales han proporcionado una ayuda inestimable en el campo. El objetivo de la presente tesis es analizar la influencia de los efectos térmicos en el funcionamiento de un inyector diésel. Para tal fin, se debe estimar la variación de la temperatura del combustible a lo largo de las restricciones internas del inyector. La influencia de estos cambios en las propiedades termofísicas del combustible más relevantes en el sistema de inyección también debe ser evaluada, debido a su impacto en la dinámica del inyector y en la forma de la tasa de inyección. Para dar respuesta a estos objetivos, se han utilizado técnicas experimentales y computacionales. Se ha llevado a cabo una caracterización dimensional e hidráulica de un inyector Bosch CRI 2.20 actuado mediante solenoide, incluyendo medidas de tasa de inyección en un amplio rango de condiciones de operación, para lo que se ha prestado especial atención al control de la temperatura del combustible. Se ha implementado un modelo 1D del inyector para confirmar y extender las observaciones extra\'idas de los experimentos. El modelo considera variaciones locales de presión y temperatura del combustible gracias a la hipótesis de flujo adiabático, para lo cual también se ha tenido que llevar a cabo una caracterización experimental de las propiedades del combustible a alta presión. Los límites de la validez de esta hipótesis se han analizado cuidadosamente en el estudio. Los resultados muestran una influencia significativa de la temperatura del combustible a la entrada del inyector en la tasa y duración de inyección, atribuida al efecto de la variación de las propiedades del combustible y al hecho de que el inyector permanece en operación balística para la mayoría de sus condiciones de funcionamiento. Los cambios en temperatura del combustible a lo largo de los orificios de control del inyector son capaces de modificar su dinámica considerablemente. Además, si el combustible a la entrada del inyector se encuentra a temperatura ambiente o por encima, se ha observado que la temperatura a la salida de la tobera no varía de manera importante una vez se alcanzan condiciones estacionarias. No obstante, un calentamiento significativo puede tener lugar para temperaturas de entrada típicas de las condiciones de arranque en frío. / [CAT] El sistema d'injecció és un dels elements que més interés ha despertat en la investigació en el camp dels motors dièsel d'injecció directa, degut al seu paper clau en l'atomització i vaporització del combustible, així com en el procés de mescla, que afecten directament el consum i la generació de soroll i emissions contaminants. Les creixents pressions d'injecció en motors moderns han propiciat la necessitat d'estudiar fenòmens com la cavitació, flux compressible o l'efecte dels canvis de les propietats del combustible al llarg del procés, la importància relativa dels quals era menor en les primeres etapes del desenvolupament dels motors alternatius. Les menudes dimensions dels conductes de l'injector, les altes velocitats a través dels mateixos i la natura transitòria del procés dificulten l'observació directa en estes qüestions. Per això, les ferramentes computacionals han proporcionat una ajuda inestimable en el camp. L'objectiu de la present tesi és analitzar la influència dels efectes tèrmics en el funcionament d'un injector dièsel. Per a tal fi, es deu estimar la variació de la temperatura del combustible al llarg de les restriccions internes de l'injector. La influència d'estos canvis en les propietats termofísiques del combustible més relevants en el sistema d'injecció també ha de ser avaluada, degut al seu impacte en la dinàmica de l'injector i en la forma de la tasa d'injecció. Per tal de donar resposta a estos objectius, s'han utilitzat tècniques experimentals i computacionals. S'ha dut a terme una caracterització dimensional i hidràulica d'un injector Bosch CRI 2.20 actuat mitjançant solenoide, incloent mesures de tasa d'injecció en un ampli rang de condicions d'operació, per al que s'ha prestat especial atenció al control de la temperatura del combustible. S'ha implementat un model 1D de l'injector per tal de confirmar i estendre les observacions extretes dels experiments. El model considera variacions locals de pressió i temperatura del combustible gràcies a la hipòtesi de flux adiabàtic, per la qual cosa també s'ha hagut de dur a terme una caracterització experimental de les propietats del combustible a alta pressió. Els límits de la validesa d'esta hipòtesi s'han analitzat acuradament en l'estudi. Els resultats mostren una influència significativa de la temperatura del combustible a l'entrada de l'injector en la tasa i duració d'injecció, atribuïda a l'efecte de la variació de les propietats del combustible i al fet que l'injector roman en operació balística per a la majoria de les seues condicions de funcionament. Els canvis en temperatura del combustible al llarg dels orificis de control de l'injector són capaços de modificar la seua dinàmica considerablement. A més, si el combustible a l'entrada de l'injector es troba a temperatura ambient o per damunt, s'ha observat que la temperatura a l'eixida de la tobera no varia de manera important una vegada s'han assolit condicions estacionàries. No obstant això, un escalfament significatiu pot tenir lloc per a temperatures d'entrada típiques de les condicions d'arrancada en fred. / Carreres Talens, M. (2016). Thermal effects influence on the Diesel injector performance through a combined 1D modelling and experimental approach [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/73066 / TESIS

En la exploración de nuevos métodos para el mejoramiento de la eficiencia y rendimiento del motor diésel, es claro que un gran esfuerzo debe estar enfocado en el proceso de inyección de combustible. La eficiencia de la combustión y las emisiones, se ven muy afectadas por el proceso de atomización, y se ha demostrado que incrementos en presiones de inyección conllevan un gran potencial para mejorar el ahorro de combustible, producir mejores mezclas de aire y combustible, y por tanto menor generación de emisiones contaminantes. Últimamente, las presiones de inyección han aumentado de alrededor de 50 MPa en los años 70 hasta 250 MPa en los días actuales. Presiones de inyección muy altas (250-300 MPa) o incluso ultra altas (> 300 MPa) vienen siendo materia de investigación con el fin de ser implementadas de manera comercial en un futuro próximo. La estructura y desarrollo del spray diésel pueden ser caracterizados desde un punto de vista microscópico por medio de la medición del tamaño de gotas del spray y sus velocidades. En condiciones no-evaporativas, técnicas como el PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer) vienen siendo utilizadas para la obtención de perfiles de diámetros y velocidades de gota con una alta resolución temporal. Desde el punto de vista macroscópico, existen parámetros específicos que permiten caracterizar a un chorro diésel, estos son: la penetración de vapor y líquida junto con el ángulo de apertura del chorro. La penetración líquida es un indicador claro de la capacidad de evaporación del combustible utilizado, mientras que la penetración de vapor, por su parte, es indicativo del proceso de mezcla y la probabilidad de colisión con las paredes de la cámara de combustión; factores claves a la hora de la generación de emisiones contaminantes. En esta tesis se estudia la influencia de presiones bajas, medias y muy altas presiones inyección, sobre un amplio espectro de condiciones y diagnósticos experimentales, y desde el punto de vista macroscópico y microscópico. Se realizaron experimentos para tres diferentes inyectores, 2 solenoides y un piezo eléctrico, este último con la capacidad de alcanzar presiones de inyección cercanas a 270 MPa. Las medidas incluyen una caracterización hidráulica, compuesta por tasa de inyección; una visualización de alta velocidad del chorro líquido isotermo; una visualización de alta velocidad del chorro inerte evaporativo, con captura simultánea de las fases líquida y vapor; y finalmente, una caracterización microscópica por medio de la obtención de distribución de tamaño de gotas y sus velocidades. Con respecto a los ensayos microscópicos, se desarrolló una metodología para el aislamiento y alineación de sprays con un error de medición muy bajo de 0,22°. Se llevaron a cabo mediciones de velocidad de gotas, cuyos resultados mostraron buen ajuste con perfiles teóricos de velocidad. De igual manera, una correlación para el tamaño de gota SMD se obtuvo mostrando un alto nivel de ajuste y siendo representativa para todo el rango de presiones de inyección estudiados. En el caso de la caracterización macroscópica del chorro isotermo, se han detectado variaciones macroscópicas en el desarrollo del chorro con propiedades de gas, inclusive en condiciones de motor comunes. Para estimar estos efectos y otros que las presiones de inyección muy altas tendrían sobre la estructura del chorro, se incentivó la aparición de ondas de choque controlando la velocidad del sonido del ambiente. Se usaron tres gases ambientales (SF6 N2 y CO2) con diferentes velocidades de sonido, promoviendo de esta manera chorros supersónicos en determinados casos. Al comparar ensayos con mismas densidades y diferentes gases ambientales, se encontró que todas las tendencias cercanas al estado transónico (0.8 <M <1.2) tenían una mayor penetración y menor ángulo de chorro. / En l'exploració de nous mètodes per al millorament de l'eficiència i rendiment del motor dièsel, és clar que un gran esforç s'ha enfocar en el procés d'injecció de combustible. L'eficiència de la combustió i les emissions, es veuen molt afectades pel procés d'atomització, i s'ha demostrat que increments en pressions d'injecció comporten un gran potencial per a millorar l'estalvi de combustible, produir millors mescles d'aire i combustible, i per tant menor generació d'emissions contaminants. Últimament, les pressions d'injecció han augmentat d'al voltant de 50 MPa en els anys 70 fins a 250 MPa en els dies actuals. Pressions d'injecció molt altes (250-300 MPa) o inclús ultra altes (> 300 MPa) vénen sent matèria d'investigació a fi de ser implementades de manera comercial en un futur pròxim. L'estructura i desenrotllament de l'esprai dièsel poden ser caracteritzats des d'un punt de vista microscòpic per mitjà del mesurament de la grandària de gotes de l'esprai i les seues velocitats. En condicions no-evaporatives, tècniques com el PDPA (Phase doppler particle analyzer) vénen sent utilitzades per a l'obtenció de perfils de diàmetres i velocitats de gota amb una alta resolució temporal. Des del punt de vista macroscòpic, hi ha paràmetres específics que permeten caracteritzar a un doll dièsel, estos són: la penetració de vapor i la penetració líquida junt amb l'angle d'obertura del doll. La penetració líquida és un indicador clar de la capacitat d'evaporació del combustible utilitzat, mentres que la penetració de vapor, per la seua banda, és indicatiu del procés de mescla i la probabilitat de col·lisió amb les parets de la cambra de combustió; factors claus a l'hora de la generació d'emissions contaminants. En esta tesi s'estudia la influència de pressions d' injecció baixes, mitges i molt altes, sobre un ampli espectre de condicions i diagnòstics experimentals, i des del punt de vista macroscòpic i microscòpic. Es van realitzar experiments per a tres injectors diferents, 2 solenoides i un piezo elèctric, este últim amb la capacitat d'aconseguir pressions d'injecció pròximes a 270 MPa. Les medides inclouen una caracterització hidràulica, composta per taxa d'injecció; una visualització d'alta velocitat del doll líquid isoterm; una visualització d'alta velocitat del doll inert evaporativo, amb captura simultània de les fases líquida i vapor; i finalment, una caracterització microscòpica per mitjà de l'obtenció de distribució de grandària de gotes i les seues velocitats. Respecte als assajos microscòpics, es va desenrotllar una metodologia per a l'aïllament i alineació d'esprais amb un error de mesurament molt davall de 0,22°. Es van dur a terme mesuraments de velocitat de gotes, els resultats van mostrar bon ajust amb perfils teòrics de velocitat. De la mateixa manera, una correlació per a la grandària de gota SMD es va obtindre mostrant un alt nivell d'ajust i sent representativa per a tot el rang de pressions d'injecció estudiats. En el cas de la caracterització macroscòpica del doll isoterm, s'han detectat variacions macroscòpiques en el desenrotllament del doll amb propietats de gas, inclusivament en condicions de motor comú. Per a estimar estos efectes i altres que altes pressions d'injecció tindrien sobre l'estructura del doll, es va incentivar l'aparició d'ones de xoc controlant la velocitat del so de l'ambient. Es van usar tres gasos ambientals (SF6, N2 i CO2) amb diferents velocitats de so, promovent d'esta manera dolls supersònics en determinats casos. Al comparar assajos amb mateixes densitats i diferents gasos ambientals, es va trobar que totes les tendències pròximes a l'estat transónic (0.8 < M < 1.2) tenien una major penetració i menor angle de doll. Respecte al doll evaporatiu, per a pressions d'injecció molt altes com 270MPa, els efectes dels paràmetres ambientals i d'injecció van romandre iguals respecte a totes les carac / In the exploration of new methods for improving the efficiency and performance of the diesel engine, it is clear that a great effort should be focused on the fuel injection process. The efficiency of combustion and emissions are greatly affected by the atomization process, and it is considered that injection pressures increments have a great potential to improve fuel economy, produce better air and fuel mixtures, and thus low generation of polluting emissions. Lately, injection pressures have increased from around 50 MPa in the 70's to 250 MPa in the current days, even very high injection pressures (250-300 MPa) or ultra high pressures (> 300 MPa) have been the subject of the scientific community in order to be implemented in future injection systems. The structure and development of the diesel spray can be characterized from a microscopic point of view by means of estimation of droplets size and velocities. At non-evaporative conditions, techniques such as PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer) are being used to obtain diameters and velocity profiles a with high temporal resolution. From the macroscopic point of view, there are specific parameters that allow characterizing the diesel spray, these are: the liquid and vapor penetration along with the spray angle. The liquid penetration is a clear indicator of the evaporation capacity of the fuel used, whilst the vapor penetration, on the other hand, is an indicative of the mixing process and the probability of collision with the combustion chamber walls; key factors when generating polluting emissions. In this thesis the influence of low and very high injections pressures over the macro and micro characteristics of the diesel spray is studied, over a wide spectrum of conditions and experimental diagnoses. Experiments were carried out for three different injectors, two solenoids and one piezoelectric, the latter with the capacity to reach injection pressures close to 270MPa. The measurements include a hydraulic characterization; a high speed visualization of the liquid spray at isothermal conditions; a high-speed visualization of the evaporative spray, with simultaneous capture of the liquid and vapor phases; and finally, a microscopic characterization. Regarding the microscopic tests, a methodology was developed for the spray isolation and alignment with a very low measurement error of 0.22° Droplets velocity measurements were carried out, the results showed good adjustment with theoretical velocity profiles. Similarly, a correlation for SMD droplet size was obtained showing a high level of adjustment and being representative for the entire range of injection pressures studied. In the case of the macroscopic characterization of the isothermal spray, variations have been detected in the development of the jet with gas properties, even at common engine injection conditions. To estimate these effects and others that very high injection pressures would have on the spray structure, the apparition of shock waves was enhanced by controlling the speed of sound of the environment using three ambient gases with different speed of sound (SF6, N2 and CO2). When comparing tests with same densities and different ambient gases, it was found that all the tendencies near the transonic state (0.8 <M <1.2) had a higher penetration and lower spray angle. With respect to the evaporative jet, for very high injection pressures like 270MPa, the effects of the environmental and injection parameters remained the same with respect to all the macroscopic characteristics. / Giraldo Valderrama, JS. (2018). Macroscopic and microscopic characterization of non-reacting diesel sprays at low and very high injection pressures [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/113643 / TESIS

This diploma thesis with a view to „common rail system for 4-cylinder CI-engine“ deals with the application of modern injection system „common rail“ to already existing compression-ignition tractor engine. The diploma thesis treats of the most necessary adjustments related with the replacement of injection systems which was solved in the way of the minimum adjustments. This kind of solution deals with an economic aspect of the problem. The reconstruction contains the engineering design of development of high pressure components and the suitability of their placing on engine.The primary adjustment of the application of system „common rail“ for existing tractor engine confirmed the possibility of this reconstruction.

This master’s thesis deals with the basic design of diesel injection control unit hardware. There is a description of the whole blocks of Motorpal Common Rail diesel injection system in the introduction. Next are described requirement of control unit hardware. In the following are descriptions of parts, which was choosed for adjustment. The second part of thesis describes the whole design of control unit wiring diagram. There is described each block in detail in this part. Next part describes component placement on printed circuit board. The conclusion of thesis compare designed version of control unit with elderly versions.