In this study, the computer program was developed to predict the engine performances and exhaust emissions of a 4-cylinder 4-stroke cycle ignition engine including intake and exhaust system. The simulation models applied to each process were as follows. For the combustion process, two zone model which requires only one empirical constant was applied, and for the gas exchange process, the method of characteristics that allows the calculations of the time variation and spatial variation of properties along the pipes was used. Constant pressure perfect mixing model was applied to take into account of the interaction at manifold branches. To predict exhaust emissions, twelve chemical species were considered to be present in combustion products. These species were calculated through equilibrium thermodynamics and kinetic theory. The empirical constants reduced to least number as possible were determined through the comparison with the experimental indicator diagram of one particular operating condition and these constants were applied to other operating conditions. The predicted performances and emissions were compared with the experimental results over the wide range of operating conditions.
Knock and misfire, kinds of abnormal combustion, are highly undesirable effect on the internal combustion engine. So, it is important to detect these avnormal combuition and control the ignition timing etc. to avoid these mal-effect factors in real engine system. In this study, the system which detects the knock and the misfire using by spark plug is presented. This system is based on the effect of modulation breakdown voltage(BDV) between the spark gaps. The voltage drop between spark plug electrodes, when an electrical breakdown is initiated, depends on the temperature and pressure in combustion chamber. So, we can detect knock and misfire that produce changes in gas temperature and pressure (consequently, its density) using by BDV signal change which carries information about the character of combustion.
Residual gas fraction in an engine cylinder affects engine performance, efficiency and emission characteristics. With high residual gas fractions, a flame speed and maximum combustion temperature are decreased and these are deeply related with combustion stability especially at idle and NOx emission at relatively high engine load. In this work, the residual gas fraction was calculated by an engine simulation code, which was validated by the experimental data (cylinder pressure and emissions) obtained from 4-cyliner spark ignition engine. A comparison between experimental and computational calculation results was made. The residual gas is generated mostly at low engine speed by the larger pressure difference between the intake and exhaust port. As the valve overlap duration was increased, the amount of residual gas in the cylinder, the amount of HC emission in the exhaust gas and the variation of power output increased.
The objective of this study is to develope knock control algorithms which can increase engine power without causing frequent knock occurrence. A four cylinder spark-ignition engine is used for the experiments to develop knock control algorithms which use block vibration signals. Knock occurrence is detected accurately by using knock threshold values which consider the difference of transmission path of each cylinder. Spark timing is controlled both simultaneously and individually. With the simultaneous control, torque gain is achieved by retarding the spark timing on knock occurrence in propotion to the knock intensity. The individual knock control algorithm results in higher torque gain than the simultaneous knock control algorithm. The knock occurrence frequency of the individual knock control algorithm is about twice the value of the simultaneous knock control algorithm results. Both control algorithms give similar torque gain of about 3% when they are optimized.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권4호
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pp.43-49
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1996
With the recent interest in methanol as a SI engine fuel, aldehyde emissions have become a greater concern. A M-90 fueled passenger car was operated in a chassis dynamometer using FTP 75 driving cycle to examine formaldehyde emissions. Formation process of aldehyde and methods to reduce them are discussed in this paper for a SI-engine passenger car operating by M-90. Aldehyde emissions have been found to be 3 to 7 times higher from M-90 than from gasoline, while CO, NOx, THC are as low or lower than gasoline. Noble metal compositions appeared to play a role in formaldehyde and unburned methanol emission performance. For example, catalyst Pd showed better reduction of both formaldehyde and methanol than catalyst Pt. however, emission rates of formaldehyde and methanol for catalyst Pt were relatively similar to catalyst Pt/Rh.
In recent years, the study on the high efficiency of the internal combustion engine has been mainly proceeding. In this study, we developed rotary valve to achieve the improvement of volumetric efficiency and to be simple construction. And then made a comparative analysis between rotary and poppet valve. In this experiment, rotary valve enlarged the flow area of valve port to minimize the resistance of the fluid flow and to flow smoothly in intake and exhaust process. Indeed, valve timing was controlled properly lest positive pressure in exhaust process should affect intake process. Motoring and firing experiments were using engine speed and air-fuel ratio as the principle parameter and the full opening of throttle valve and minimum spark advance for best torque (MBT) as engine operating variables.
The oil crises in 1973 and 1978 stimulated the alternative fuel research activities in many countries around the world. Among the alternative fuels, methanol is one of the highest potential fuels for transportation. Methanol has been considered for use as automotive fuel, but it has a defect of the great latent vaporization heat. Therefore, authors have made the fuel vaporizing device in order to eliminate the fuel film flow heating the mixture. This paper presents a study on the characteristics of vaporization, engine performance, and emission which result from using the fuel vaporizing device.
The improvement of combustion stability is very important because it is closely related to the exhaust emission concentrations as well as the fuel consumption during the cold start of SI engine. In our previous studies, the spark and exhaust valve timings were retarded individually from the baseline case to increase the exhaust gas temperature far fast warmup of a close-coupled catalyst. In the study, it was found that combustion stability during cold start becomes worse when the valve timing is retarded from the baseline conditions. The spark and valve timings were simultaneously changed from the baseline conditions to find out the variation of combustion stability during cold start of an Sl engine. Through the study. retarded spark timing by $5^{\circ}$ CA helps improvement of $COV_{imep}$ by $2\%$ and $15^{\circ}C$ increase of exhaust temperature. Retarded exhaust valve timing makes the exhaust gas temperature increase by $30^{\circ}C$, but it also deteriorates the $COV_{imep}$ by $1\%$.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권4호
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pp.368-373
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2015
향후 박용기관의 일정 부분은 LNG 또는 합성가스를 사용한 Gas Engine으로의 이행이 예상되고 있으며 이에 대한 선행연구로서 SI기관의 시뮬레이션에 대한 연구가 요구된다. SI기관의 도시성능 예측을 위하여 상용 성능해석 소프트웨어인 GT-POWER를 이용한 모델링을 시도하였다. 이를 위해 흡 배기 계통의 모델링은 기존 연구에서 최적화된 모델링을 적용하였다. 연소과정 모델링과 열전달과정 모델링에 있어서는 현장에서 가장 적용이 용이한 모델인 SI Wiebe 연소모델과 Modified Woschni 열전달 모델을 적용하였다. 여러 운전조건에서 크랭크 각에 따른 연소실 압력 변화와 최고압력 및 도시평균유효압력 등의 계산결과를 실험결과와 비교한 결과 양자가 잘 일치함을 확인하였다.
This paper is the first investigation on the effect of flow control methods on the part load performance in a spark ignition engine. For comparison of the methods, two control devices, port throttling and masking, were applied to a conventional engine without any design change of the intake port. Steady flow evaluation shows that steady flow rates per unit opening area and swirl ratio are very low compared with the port throttling and saturated from mid-stage valve lift, however, swirl increases slightly as the lift is higher in case of 1/4 masking control. In the part load performance, the effect of simple port throttling on lean misfire limit expansion is limited and insufficient; on the other hand a masking improves the limit considerably without any port modification for increasing swirl. Also the results show that the intake flow control improves the combustion with following two mechanisms: stratification induced by the combination of the flow pattern and the fuel injection timing attribute to ignition ability and the intensified flow ensure fast burn. In addition fuel consumption reduces under the flow controls and the reduction rate is different according to the operation conditions and control methods. At the Stoichiometric and/or low speed and low load the throttling method is more advantageous; however vice versa at lean and high load condition. Finally, the throttling is more efficient for HC reduction than masking, on the other side the NOx emissions increase under the masking and decrease under the port throttling compared with conventional port scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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