Development of Optical Diagnostic Techniques to Correlate Mixing and Auto-Ignition Processes in High Pressure Diesel Jets
Développement de techniques de diagnostic optique pour corréler le mélange et l'autoinflammation en injection directe Diesel haute pression
Institut français du pétrole, IFP, Division Techniques d'Applications Énergétiques, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison Cedex - France
Corresponding author: gilles.bruneaux@ifp.fr
A tracer laser-induced fluorescence (LIF) technique for the visualization of fuel distribution in the presence of oxygen was developed and then used sequentially with high speed chemiluminescence imaging to study the correlation between the mixing and auto-ignition processes of high pressure Diesel jets. A single hole common rail Diesel injector allowing high injection pressures up to 150 MPa was used. The reacting fuel spray was observed in a high pressure, high temperature cell that reproduces the thermodynamic conditions which exist in the combustion chamber of a Diesel engine during injection. Both free jet and flat wall impinging jet configurations were studied. Several tracers were first considered with the objective of developing a tracer-LIF technique in the presence of oxygen. 5-nonanone was selected for its higher fluorescence efficiency. This technique was subsequently combined with high speed chemiluminescence imaging to study the correlation between mixing and auto-ignition. In the free jet configuration and for the parameter range studied, it was found that auto-ignition is preferentially located in rich regions of the upstream mixing zone. Also, in the jet wall configuration, auto-ignition appears in the centre of the jet and propagates towards the periphery, in the vicinity of the wall.
Résumé
Une technique de visualisation du carburant par Fluorescence Induite par Laser (LIF) en présence d'oxygène est développée pour l'étude de l'injection directe Diesel haute pression. Un nouveau traceur, le 5 nonanone, est sélectionné sur la base d'une étude bibliographique. Des essais sont effectués avec ce dernier dans une enceinte haute pression haute température qui reproduit les conditions thermodynamiques rencontrées dans la chambre de combustion d'un moteur Diesel au moment de l'injection. Ils montrent que le signal de fluorescence collecté à l'air est suffisamment important pour permettre d'envisager des visualisations du carburant en présence d'oxygène dans des configurations difficiles, comme par exemple par illumination globale. Ensuite, la technique de LIF à l'air est combinée à une visualisation rapide de la chimiluminescence afin d'analyser la corrélation entre la structure du mélange et l'auto-inflammation du jet Diesel. Dans la configuration d'un jet libre et dans la gamme de paramètres étudiés, l'auto-inflammation est principalement localisée dans des zones riches en amont de la zone de mélange. Dans la configuration d'un jet interagissant avec une paroi perpendiculaire, l'auto-inflammation apparaît dans le centre du jet et se propage aux extrémités au voisinage de la paroi.
© IFP, 2008