Characteristics of methane direct-injection spark-ignition stratified combustion in lean hydrogen mixture were analyzed both in a single cylinder engine and in a constant volume combustion chamber. Combustion pressure and Instantaneous combustion chamber wall temperature during the combustion process were measured with a thin-film thermocouple and used in analyses of combustion and cooling loss. Results in this research show that the premixed hydrogen increases cooling loss to combustion chamber wall while achieving combustion promotion, and the combustion system is effective especially in lean mixture conditions. Analysis of flame propagation was also done with Schlieren photography in the constant volume combustion chamber.
액체로켓엔진 재생냉각 연소기에서 산화제 선공급 cyclogram시의 점화 특성에 대해 기술하였다. 연소기의 연소압력은 60 bar, 추진제 유량은 약 89 kg/s 그리고 노즐 팽창비는 12이다. 산화제 선공급 cyclogram을 위해 수행한 연소기로의 연료 및 산화제 수류시험, 산화제 선공급에 따른 점화기 작동성 확인을 위한 점화시험, 연소기의 주 점화 및 연소 확인을 위한 저압 연소시험 그리고 설계점에서 연소기 작동성/연소 안정성 및 연소성능/재생냉각 성능 확인을 위한 연소시험 등에 대해 기술하였다. 산화제 선공급 점화 및 연소시험은 성공적으로 이루어졌으며 연소기에 대한 안정적인 점화 cyclogram을 개발하였다.
Exhaust gas emissions from internal combustion engines are one of the major sources of air pollution. And. it is extremely difficult to increase gasoline engine efficiency and to reduce NOx and PM(particulate matter) simultaneously in diesel combustion. This paper offers some basic concepts to overcome the above problems. To solve the problems, a recommended technique is CAI(controlled auto-ignition) combustion. In this paper. internal EGR(exhaust gas recirculation) effect is suggested to realize CAI combustion. An experimental study was carried out to achieve CAI combustion using homogeneous premixed gas mixture in the constant volume combustion chamber(CVCC). A flame trap was used to simulate internal EGR effect and to increase flame propagation speed in the CVCC. Flame propagation photos and pressure signals were acquired to verify internal EGR effect. Flame trap creates high speed burned gas jet. It achieves higher flame propagation speed due to the effect of geometry and burned gas jet.
The performance of a direct-injection type diesel engine often depends on the strength of air flow in the cylinder, shape of combustion chamber, the number of nozzle holes, etc. This is of course because the process of combustion in the cylinder was affected by the mixture formation process. In the present paper, high speed photography was employed to investigate the effectiveness of holes penetrated from the bottom of cavity wall to piston crown for some more useful utilization of air. The holes would function to improve mixing of fuel and air by the increase of air flow in the cylinder. The results obtained are summarized as follows, (1) Activated first of the combustion by shorten of ignition timing and rapid flame propagation (2) Raised the combustion peak pressure, more close to TDC the formation timing of peak pressure.
In the present study, investigations were carried out to obtain data on combustion characteristics of methane gas and hydrogen supplemented methane gas in a constant volume combustion chamber. The main results obtained from the study can be summarized as follows. The maximum combustion pressure increases as the initial pressure and hydrogen supplement rate increase, the total burning time is shorten by lowering the initial pressure and by increasing the hydrogen supplement rate. The maximum flame temperature and NO concentration increase by the initial pressure and hydrogen supplement rate increase. The flame propagation processes in near stoichiometric mixture are propagated with a spherical shape, but in excess rich or lean mixtures are propagated with a elliptical shape. And, they are changed an unstable elliptical shape flame with very regular cells by increasing the hydrogen supplement rate.
본 논문은 대형 상용기관을 모사한 정적연소실에서 매립지 가스의 연소 특성에 대한 복수의 논문 중 두 번째로, 연소압력 측정을 기반으로 연소과정을 해석하였다. 해석 결과 연소에 유리한 조건일수록 두 개의 압력 정점이 존재하며, 이는 연소에 의한 열발생과 열전달에 의한 냉각효과의 상호 작용이며 두 정점의 크기는 미연가스 분율에 따라 달라진다. 또한 연소과정 중 열발생에는 4개의 주요 변곡점이 발생하고, 이는 점화위치로부터 화염전파에 따른 전열 면적 변화과정이 주원인이며 연소에 불리한 조건일수록 변곡점은 증가하고 열발생은 복잡한 형태를 지니는데, 이는 연소기간 연장이 주원인이다. 결론적으로 점화위치와 관련된 화염전파 과정 및 전열 면적의 변화과정 그리고 대형 연소실에 의한 연소기간 연장의 효과가 상호 복잡하게 작용하면서 매우 특이한 형태의 열발생 곡선이 생성된다.
This paper presents the evaluation of combustion characteristics of sing-hole plasma jet ignitions in comparison with conventional spark ignition for variable of swirl velocity. Plasma jet plugs are three types according to ejecting directions : center of chamber, positive and negative swirl flow direction. Experiments are carried out for equivalent ratio 1.0 of LPG-air mixture in a constant volume cylindrical vessel. Not only the flame propagation is photographed at intervals, but the pressure variation in the combustion chamber is also recorded throughout the entire combustion process. The results show that the plasma jet ignitions and spark ignition enhance the overall combustion rate by increasing the swirl velocity. The dependence of the combustion rate swirl velocity leade to the conclusion that the placma jet plug, which ejects plasma jet to the cwnter of combustion chamber is the most desirable ignitor than other plugs.
Experimental investigations were performed to examine the effects of different electrostatic discharge ignition energies on LPG/air mixture explosions in an explosion chamber. The chamber consisted of 500 mm in length, with a $100{\times}100mm^2$ cross section. Three different ignition energies were used: 0.30 mJ, 46 mJ and 98 mJ. Flame propagations were recorded by a high speed video camera. The results of flame speed and pressure obtained from the different ignition energies were discussed. It was found that as the energy increased, different flame initiations occurred. This caused the time interval in both the flame and pressure developments. It was also found that the flame speed and the pressure were less sensitive to both 0.30 mJ and 46 mJ, except for the ignition energy of 98 mJ.
To clarify the effects of equivalence ratio, initial pressure and temperature on the flame propagation and radicals characteristics, a series of the experimental study were conducted in a quiescent methane-air premixture using a constant volume chamber. The development of the flame was visualized following the start of ignition using high speed schlieren photo and radical images by intensified CCD camera. Combustion pressure and ion current were recorded simultaneously according to the experimental conditions which were equivalence ratio with 0.7 to 1.2, initial pressure with 0.08 MPa to 0.40 MPa and initial premixture temperature with 3l3.2K to 403.2K. The results showed that the flame speed by ion current and mass fraction burned by combustion pressure characterized the effects of flame propagation very well. And increased combustion duration due to lean combustion condition that was below equivalence ratio, 0.8 caused cycle variation and decreasing the power of engine.
It is well known that combustion stability under idle and part-load conditions directly affect fuel economy and exhaust emission. In practice, there have been a lot of studies so that a significant improvement in combustion stability has been achieved in this research field. However, applying published results to the development process of mass production engine, there are still many problems which are solved previously. In this study, initial flame behavior and flame propagation characteristic were investigated statistically in order to optimize combustion chamber shapes in the development stage of mass production S.I. engine. To the purpose, the authors applied the flame image capturing system to single cylinder optical engine. The captured flame images were effectively analyzed by using the image processing program which was developed by the authors and adopted new threshold algorithm instead of conventional histogram analysis. In addition, the cylinder pressure was also measured simultaneously to compare evaluated flame results with cylinder pressure data in terms of the combustion characteristics, combustion stability, and cycle-to-cycle combustion variability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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