Estudo do comportamento hidráulico de bicos injetores considerando diferentes designs

STUDY OF HYDRAULIC BEHAVIOR OF INJECTOR NOZZLES CONSIDERING DIFFERENT DESIGNS

Viviurka, João Paulo; Emerson, Andre

Artigo:

Two different injector nozzle designs are selected to evaluate the hydraulic behavior in the opening phase. Considering the same needle closing force, it was expected that the nozzle with smaller seat diameter open with smaller internal pressure and under same pressure level, it opens faster and inject more fuel. However, opposite behavior is observed at hydraulic test bench. Simulations with Finite Element Method are performed and the same results from analytical calculations are obtained. Thus, Computational Fluid Dynamic simulations are performed in order to understand the difference. It is verified that the behavior occurs due to the higher hydraulic force over needle, at beginning of needle opening phase. The hydraulic force is consequence of pressure drop through the seat diameter, which is basically an effect of angles at needle tip. It causes the nozzle opens faster, with smaller internal pressure and higher injected quantity, as observed on test bench. Therefore, in order to obtain higher injected quantity of fuel, new needle designs, with different angles, need to be used. As example, a new geometry, with different angles, is simulated, showing the gains on injected quantity, and tested at hydraulic test bench, proving the numerical results.

Dois designs de bicos injetores são selecionados para avaliar o comportamento hidráulico na fase de abertura. Considerando a mesma força de fechamento da agulha, era esperado que o bico com menor diâmetro de acento abrisse com menor pressão interna e sob mesma pressão, abrisse mais rápido e injetasse mais combustível. Entretanto, o comportamento oposto é observado nos testes em bancada hidráulica. Simulações FEM são realizadas e os mesmos resultados dos cálculos analíticos são obtidos. Então, simulações CFD são realizadas para entender a diferença de comportamento. É verificado que o comportamento ocorre devido a maior força hidráulica atuante sobre a agulha, no início da abertura do bico. A força hidráulica é uma consequência da queda de pressão através do diâmetro de acento, que é basicamente um efeito dos ângulos na ponta da agulha. Isso faz com que o bico abra mais rápido, com menor pressão interna, injetando mais combustível, como observado na bancada de teste. Portanto, para obter maior quantidade injetada de combustível, novos designs de agulha, como ângulos diferentes, devem ser utilizados. Como exemplo, uma nova geometria, com diferentes ângulos, é simulada, demonstrando o ganho na quantidade injetada, e testada na bancada hidráulica, comprovando os resultados numéricos.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/simea2019-PAP12

Referências bibliográficas

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Como citar:

Viviurka, João Paulo; Emerson, Andre; "Estudo do comportamento hidráulico de bicos injetores considerando diferentes designs", p-130-145. In: XXVII Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva. São Paulo: Blucher, 2019.
ISSN 23577592, DOI 10.5151/simea2019-PAP12