Diesel Spray Studies in Modern Diesel Engines

Väitöskirjassa on tutkittu dieselin ruiskutusta ja polttoainesuihkun muodostumista nykyaikaisissa dieselmoottoreissa. Tavoitteena on vastata perustavanlaatuisiin kysymyksiin ja hypoteeseihin dieselin ruiskutuksesta ja polttoainesuihkun muodostumisesta nykyaikaisissa dieselmoottoreissa. Väitöskirjassa tutkittiin polttoainesuihkuja uusiutuvalla dieselillä höyrystymättömissä olosuhteissa, erittäin korkeassa sylinteripaineessa ja kartiomaisella suutinaukolla. Lopuksi biopolttoaine- sekoitusten polttoainesuihkua tutkittiin optisessa moottorissa myöhäisen jälkiruiskutuksen aikana liittyen pakokaasujen jälkikäsittelyyn. Tutkimukset osoittivat, että uusiutuvan dieselin ja raakaöljydieselin polttoainesuihkun kärjen eteneminen ei eroa höyrystymättömissä olosuhteissa. Uusiutuvalla dieselillä suihkun avautumiskulma oli leveämpi, kärjen etenemisnopeus suurempi ja suuttimen sisäinen viive lyhyempi. Johtopäätöksenä oli, että palotilaa ei tarvitse suunnitella uudelleen eikä ruiskutusparametreja tarvitse muuttaa, koska polttoainesuihkut eivät törmää toisiinsa tai sylinterin seinään. Erittäin korkealla sylinteripaineella ja -tiheydellä on merkittävä vaikutus polttoainesuihkun etenemiseen. Kaasufaasin havaittiin sekoittuvan paremmin korkealla sylinterin tiheydellä. Erittäin korkealla sylinteripaineella ei havaittu olevan negatiivisia vaikutuksia suihkun muodostumiseen ja sekoittumiseen. Suuttimen kartiomaisuuden ei havaittu vaikuttavan suihkun kärjen etenemiseen höyrystymättömissä olosuhteissa. Havainto on ristiriidassa aiempien tutkimusten kanssa. Syy tähän saattaa olla erilainen lähestymistapa aiheeseen ja korkeampi ruiskutuspaine verrattuna aiempiin tutkimuksiin. Suihkun avautumiskulma oli pienempi ja massavirta suurempi kartiomaisella suutinaukolla. Standardin mukainen hydraulinen virtausmittaus 100-baarin ruiskutuspaineella aliarvioi kartiomaisen suuttimen virtausnopeutta kavitaation puutteen vuoksi. Aiemmin oli esitetty hypoteeseja biopolttoainesuihkujen kärjen nopeammasta etenemisestä ja sen vaikutuksesta sylinterin seinämien kastumiseen. Väitöskirjatutkimuksessa vertailtiin kolmea erilaista polttoainesekoitusta. Niiden välillä ei havaittu merkittävää eroa suihkun kärjen tunkeutumisessa. Hyvin myöhäisessä ruiskutuksessa edellytykset pisaroiden haihtumiseksi ennen sylinteriseinämään törmäämistä eivät täyty. Näin ollen hypoteesi, jonka mukaan sylinterin seinämille päätyvä polttoaineen määrä on biopolttoaineilla korkeampi, on todennäköisesti väärä. Öljyn laimenemisnopeuden erojen pääasiallinen syy polttoainesekoitusten välillä liittynee polttoaineen haihtuvuuteen tai siihen, että moottorin ohjausyksikkö lisää ruiskutusannosta uusiutuvan dieselin alhaisemman lämpöarvon vuoksi.