New methods in optical diagnostics on production engines with only minor modifications

• Autorzy: Hentschel W.

Warianty tytułu

PL

Nowe metody diagnostyki optycznej silników produkcyjnych wymagające nieznacznych modyfikacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this paper is to demonstrate the performance of micro-invasive optical diagnostics as advanced tools in the development process of modern direct-injection (DI) gasoline engines. The use of endoscopes and optical probes minimise the mechanical modifications on the engine necessary to achieve the optical access to the combustion chamber. No expensive optical engines with large optical windows are required but only small holes of about 10 mm in the cylinder head or in a plate between cylinder head and cylinder liner are used to apply laser diagnostics. Basic in-cylinder phenomena, such as the formation of the flow field, the penetration of the spray at high fuel pressure, the interaction of spray and flow, the formation of an ignitable mixture and the start of combustion are analysed in detail. High-power solid-state pulsed lasers emitting ultraviolet or green light, state-of the-art high-speed colour video cameras, and newly designed optical probes were used for the investigations. Selected results from current research and development work demonstrate the capability of micro-invasive techniques and pinpoint how the design of the combustion process benefits from these experimental investigations.

PL

Celem artykułu jest przedstawienie możliwości małoinwazyjnych metod diagnostyki optycznej jako zaawansowanych narzędzi w rozwoju nowoczesnych silników benzynowych z wtryskiem bezpośrednim (DI). Zastosowanie endoskopów i obserwacji optycznych minimalizuje konieczność mechanicznych modyfikacji w celu uzyskania dostępu optycznego do komory spalania. W takiej sytuacji nie jest konieczne wykorzystywanie kosztownych silników do specjalistycznych badań optycznych (tzw. silników transparentnych), wyposażonych w okna optyczne o dużych rozmiarach, lecz stosowane są jedynie otwory o niewielkiej średnicy, ok. 10 mm, w głowicy cylindrowej lub w płycie umieszczanej pomiędzy głowicą a tuleja do zastosowania diagnostyki laserowej. W ten sposób są szczegółowo analizowane podstawowe zjawiska w cylindrze, jak tworzenie się pola przepływów, rozprzestrzenianie się strugi paliwa przy dużym ciśnieniu wtrysku, wzajemne oddziaływanie pomiędzy strugą paliwa i przepływem czynnika, tworzenie się mieszanki zapłonowej na początku spalania. Do badań wykorzystuje się impulsowe lasery dużej mocy, promieniujące światłem ultrafioletowym lub zielonym na ciele stałym, współczesne kamery kolorowe do szybkiego filmowania i najnowszej konstrukcji sondy. Wybrane wyniki z aktualnych badań i prac rozwojowych wykazują przydatność małoinwazyjnych metod diagnostyki optycznej i wskazują, jak można wykorzystać badania optyczne przy projektowaniu procesu spalania.

Słowa kluczowe

EN

optical diagnostics; endoscopes; optical probes; combustion process development

PL

diagnostyka optyczna; endoskopy; sondy optyczne; kształtowanie procesu spalania

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 48, nr 2
• Strony: 49--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Hentschel W.

• Research and Development - Metrology Department in Volkswagen AG, Wolfsburg, Germany.

Bibliografia

• [1] Hentschel W., Block B., Hovestadt T., Meyer H., Ohmstede G., Richter V., Stiebels B., Winkler A.: Optical Diagnostics and CFD Simulations to Support the Combustion Process Development of the Volkswagen FSI Direct-Injection Gasoline Engine. SAE Technical Paper Series 2001-01-3648, 2001.
• [2] Zhao H., Ladommatos N.: Engine Combustion Instrumentation and Diagnostics. Society of Automotive Engineers, Warrendale 2001, p.51.
• [3] Knapp M., Beushausen V., Hentschel W., Manz P., Grünefeld G., Andresen P.: In-cylinder mixture formation analysis with spontaneous Raman scattering applied to a mass-production SI engine. SAE Technical Paper Series 970827, 1997.
• [4] Richter M., Axelsson B., Alden M.: Engine diagnostics using laser induced fluorescence signals collected through an endoscopic detection system, SAE Technical Paper Series 982465, 1998.
• [5] Dierksheide U., Meyer P., Hovestadt T., Hentschel W.: Endoscopic 2D-PIV flow field measurements in IC engines. Exp. in Fluids 33 (2002), pp. 794-800.
• [6] Cartellieri W. P., Werlberger P.: Investigation of Combustion in High Speed Direct Injection Diesel Engines Using a Novel High Speed Combustion Photography Technique. SAE Technical Paper Series 845008, 1984.
• [7] Alt M., Quarg J.: Videoscopy as a development tool for air assisted direct injection of gasoline engines. Proc. 5th Int. Symp.on Internal Combustion Diagnostics, Baden-Baden, 6/7 June 02, p.243.
• [8] Berg T., Voges H., Thiele O., Beushausen V., Hentschel W., Kallmeyer F.: Optical Sensors for Automotive Engine-Research Applications. Proc. IEEE-Sensors 2005 Conference, Irvine, CA, USA, 31. Okt.-3. Nov. 2005.
• [9] Berg T., Beushausen V., Thiele O., Voges H.: Fibre Optical Spark Plug Sensor for the Optimisation of Engine Combustion Processes. MTZ Motortechnische Zeitschrift 67 (2006), vol. 6.
• [10] Kallmeyer F., Dankers S., Hentschel W., Grosse G., Thiele O., Schulz C.: Bestimmung des lokalen Lambda-Wertes im FSI(r) -Motor mittels einer optischen Zündkerze. Haus der Technik, München; in: A. Leipertz (Hrsg.): "Motorische Verbrennung - Aktuelle Probleme und moderne Lösungsansätze" (VII. Tagung), Ber. zur Energie- und Verfahrenstechnik; Heft 7.1, Erlangen 2007, s. 207-219.
• [11] Winklhofer E., Beidl C., Philipp H., Piock W.: Experiences with VisioFiber technologies in developing m odern combustion systems. Proc. 5th Int. Symp. on Internal Combustion Diagnostics, Baden-Baden, 6/7 June 2002, pp. 7-18.
• [12] Schintzel K., Willand J.: Klopfphänomene am Beispiel ausgewählter Motoren der Volkswagen AG. In: Brill U. (ed.): Klopfregelung für Ottomotoren II; Haus der Technik, Berlin- Essen 2006.