Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.6
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pp.9-21
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2000
In this study, the characteristics of high-pressure swirl injector have been studied using a commercial CFD code, STAR-CD and experiment to investigate the effect of the length of orifice and swirl port on the spray characteristics. Influences of swirl port angle and initial conditions have also been examined in terms of penetration depth and Sauter`s mean diameter. Computed results of the spray characteristics are compared with experimental results. The results show that the tangential velocity at the nozzle exit decreases, but the axial velocity increases as swirl port angle is increased. Hence, the static flow rate increases, but the initial spray angle decreases with increasing the swirl port angle. It is also shown that the values of the initial SMD used as input data for spray simulation influences the penetration depth and SMD. The spray pattern from the present numerical simulation agrees well with experimental result.
The concentration and spatial distribution of vapor phases in DI (Direct Injection) gasoline spray were measured quantitatively by exciplex fluorescence method. Fluorobenzene and DEMA (diethylmethylamine) in a solution of hexane were used as the exciplex-forming dopants. The fluorescence intensity of vapor phase were obtained by ICCD camera with the appropriate filter The relationship between fluorescence intensity and vapor concentration was induced fer the purpose of a quantitative analysis. The 2-D vapor/liquid images of fuel spray were captured under the evaporation condition, and the spatial distribution of vapor concentration was obtained. The spatial distribution of liquid phase had hollow-cone shape. And the vapor phase was widely distributed in the whole spray. The behavior of vapor phase was significantly affected by second flow such as entrainment, vortex, while that of liquid phase was scarcely affected.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.7
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pp.76-85
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1999
GDI(Gasoline Direct Injection( engine technology is well known as a new technology since it can improve fuel consumption and meet future emission regulations. But the GDI has many difficulties to be solved, such as complexity of injection control mode, unburned hydrocarbon, and restricted power. A 2-D shape combustion chamber was adopted to investigate mixture formation and combustion characteristics of GDI engine. Spray and combustion experiments were performed by changing the injection timing. injection pressure an din-cylinder flow in Rapid Compression and Expansion Machine(RCEM).Through the experiments, the detailed characteristics of fuel spray and combustion was analyzed by visualizing the in-cylinder phenomena according to the change of injection condition, and the optimal fuel injection timing and fuel injection pressure were obtained.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.6
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pp.202-209
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1998
For development of SDI(Spark-ignited Direct Injection) engine, stratified mixture formation with adequate strength at spark plug was required in wide range of engine operating conditions. So, spray structure under high ambient pressure and spray distribution after impingement on piston bowl in motoring engine was visualized by using laser equipments. Also, incylinder bulk flow structure was measured by using PIV (Paiticle Image Velocimetry) system. Counter-rotating tumble port and bowl piston was found effective to conserve bulk motion directed to spark plug in compression stroke. In addition, mask attached near valve seat in intake port was proposed to attenuate conventional tumble component and enhance counter-rotating tumble component.
Multi-injection scheme is being applied to GDI combustion to reduce PM and PN emission to meet the EU7 regulation. However, very short injection duration encounters the ballistic injection region, which injection quantity does not increase linearly with injection duration when applying multi-injection. In this study, numerical studies were conducted to reveal the cause of ballistic injection and the effect of design parameters on ballistic region using 1-D simulation, AMESim. Injection rate and injection quantity were compared with experiment to validate the established model, which showed the accuracy with 10% error. The model revealed that the tendency of ballistic region coincides with the needle motion behavior, which means that parameters at the upper part of needle such as electro-magnetic force, needle spring force and needle friction force have dominant effect on ballistic injection. To figure out the effect of electro-magnetic and needle friction force on ballistic, those parameters were varied to plus and minus 10% with model. The result showed that those parameters clearly changed the ballistic region characteristics, however, the impact became insignificant for outside of ballistic region, which means that the ballistic injection is mainly influenced by initial motion of injector needle.
As environment problem became a worldwide issue, countries are tightening regulations regarding greenhouse gas reduction and improvement of air pollution problems. With these circumstances, one of the renewable energies produced from biomass is getting attention. Bio-ethanol, which is applicable to SI engine, showed a positive effect on the PFI (Port Fuel Injection) type. However, Ethanol has a problem in homogeneous mixture formation because it has high latent heat of vaporization characteristics and in the GDI (Gasoline Direct Injection) type, mixture formation is required quickly after fuel injection. Particularly, South Korea is one of the countries with great temperature variation among seasons. With this reason, South Korea supply fuel additive for smooth engine operation during winter. Therefore, experimental study and investigation about application possibility of blending fuel is necessary. This paper demonstrates the spray characteristics by using the CVC direct injection and setting the bio-ethanol blending fuel temperature close to the temperature during each seasons: -7, 25, $35^{\circ}C$. The diameter and the width of the CVC are 86mm and 39mm. High-pressure fuel supply system was used for target injection pressure. High-speed camera was used for spray visualization. The experiment was conducted by setting the injection pressure and ambient pressure according to each temperature of bio-ethanol blending fuel as a parameter. The result of spray visualization experiment demonstrates that as the temperature of the fuel is lower, the atomization quality is lower, and this increase spray penetration and make mixture formation difficult. Injection strategy according to fuel temperature and bio-ethanol blending rate is needed for improving characteristics.
Gasoline direct injection(GDI) engine has a high thermal efficiency, but it has a problem to increase carbon emissions such as soot and $CO_x$. In this study, the objective is to analyze numerically a problem for adding the hydrogen during the intake stroke so as to reduce the injected amount of gasoline in GDI engines. For selection of the base model, the cylinder pressure of simulation is matched to experimental data. The numerical analysis are carried out by a CFD model with the hydrogen addition of 2%, 3% and 4% on the volume basis. In the case of 3% hydrogen addition, the injected gasoline amount is only changed to match the maximum pressure of simulation to that of the base model for additional study. It is found that the combustion temperature and pressure increase with the hydrogen addition. And NO emission also increases because of the higher combustion temperature. $CO_x$ emissions, however, are reduced due to the decrease of injected gasoline amount. Also, as the injected gasoline amount is reduced for the same hydrogen addition ratio, the gross indicated work is no significant, But NO and $CO_x$ emissions are considerably decreased. On the order hand, $CO_x$ emissions of two cases are more decreased and their gross indicated works are higher obtained than those of the base model.
Park, Gi-Young;Kang, Seok-Ho;Kim, In-Gu;Lim, Cheol-Soo;Kim, Jae-Man;Cho, Yong-Seok;Lee, Seong-Wock
Journal of ILASS-Korea
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v.19
no.3
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pp.115-122
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2014
As a demand for an automobile increases, air pollution and a problem of the energy resources come to the fore in the world. Consequently, governments of every country established ordinances for green-house gas reduction and improvement of air pollution problem. Especially, as international oil price increases, engine using clean energy are being developed competitively with alternative transportation energy sources development policy as the center. Bio ethanol, one of the renewable energy produced from biomass, gained spotlight for transportation energy sources. Studies are in progress to improve fuel supply methods and combustion methods which are key features, one of the engine technologies. DI(Direct Injection), which can reduce fuel consumption rate by injecting fuel directly into the cylinder, is being studied for Green-house gas reduction and fuel economy enhancement at SI(Spark Ignition). GDI(Galoine Direct Injection) has an advantage to meet the regulations for fuel efficiency and $CO_2$ emissions. However it produces increased number of ultrafine particles, that yet received attention in the existing port-injection system, and NOX. As fuel is injected into the cylinder with high-pressure, a proper injection strategy is required by characteristics of a fuel. Especially, when alcohol type fuel is considered. In this study, we tried to get a base data bio-ethanol mixture in GDI, and combustion for optimization. We set fuel mixture rate and fuel injection pressure as parameters and took a picture with a high speed camera after gasoline-ethanol mixture fuel was injected into a constant volume combustion chamber. We figured out spraying characteristic according to parameters. Also, we determine combustion characteristics by measuring emissions and analyzing combustion.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.3
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pp.103-111
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2006
The spray behavior of direct-injection spark-ignition(DISI) engines is crucial for obtaining the required mixture distribution for optimal engine combustion. The spray characteristics of DISI engines are affected by many factors such as piston bowl shape, air flow, ambient temperature, injection pressure and fuel temperature. In this study, the effect of fuel temperature on the spray and combustion characteristics was partially investigated for the wall-guided system. The effect of fuel temperature on the fan spray characteristics was investigated in a steady flow rig embodied in a wind tunnel. The shadowgraphy and direct imaging methods were employed to visualize the spray development at different fuel temperatures. The microscopic characteristics of spray were investigated by the particle size measurements using a phase Doppler anemometry(PDA). The effect of injector temperature on the engine combustion characteristics during cold start and warming-up operating conditions was also investigated. Optical single cylinder DISI engine was used for the test, and the successive flame images captured by high speed camera, engine-out emissions and performance data have been analyzed. This could give the way of forming the stable mixture near the spark plug to achieve the stable combustion of DISI engine.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.26
no.3
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pp.362-374
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2002
For the purpose of development of a GDI engine, the in-cylinder phenomena, such as the spray behaviors, fuel distributions, unburned fuel, and flame characteristics were investigated in a single cylinder GDI engine. The GDI engine was equipped with a swirl type electronic injector and SCV(Swirl Control Valve). PLIF(Planar Laser Induced Fluorescence) system with KrF Excimer laser was used far the measurements of fuel distributions. The effects of the injector specifications, such as the spray cone angle and the offset angle on the in-cylinder phenomena were investigated. As a result, it was found that the injected fuel collided with the bottom of the bowl and moved upward along the exhaust side wall of piston bowl. This fuel vapor played an important role in the instance of spark ignition. The unburned fuel and flame characteristics were greatly influenced by the injector specifications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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