디젤엔진은 저온 상태의 냉시동 조건에서 디젤 미립화 특성 악화로 인한 시동성 및 유해배출가스 생성의 문제를 안고 있다. 본 연구에서는 냉시동 시의 연소개선을 위한 방안으로 다단분사 전략 적용 시의 연소 특성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 냉시동성 개선을 위해 방안으로 다단분사 적용 시의 연소 특성을 파악하고자 하였다. 정적 연소 챔버 내에 설치한 압력센서를 이용하여 취득한 연소압 및 열방출율, 직접 화염 가시화기법을 적용한 화염강도를 이용하여 연소현상을 분석하고자 하였다. 시험 결과 단일 분사 대비하여 다단 분사 적용 시, 주분사에 의한 최대 연소압력 및 열방출 상승률이 증가하며, 주분사에 의한 화염 감지 기간이 단축됨을 확인하였다. 파일럿 분사량 변경을 통해 분사량 증대 시 파일럿 연소에 의한 열방출 향상에 기인한 주분사에 의한 연소가 개선됨을 확인하였다. 또한 분사압력 증대 시 연료 미립화 개선으로 인한 연소개선을 화염 강도 증대를 통해 확인할 수 있었다. 다만 분사량 및 분사압 증대는 벽면적심현상으로 인한 HC, CO의 배출 수준 악화를 초래할 수 있으므로, 실제 엔진 개발 시 이에 대한 정밀한 선정이 필요할 것으로 판단된다.
A visualization study using the schlieren method is adopted in an optically-accessible, cylindrical constant volume combustion chamber to identify the mechanism of ignition energy and ignition system interaction in spark ignited, lean gasoline-air mixture. In order to research the effects of ignition system on flame propagation, two kinds of ignition system are designed, and several kinds of spark plugs are tested and evaluated. To control the discharge energy, the dwell time is varied. The initial flame development is quantified in terms of 2-D images which provides information about the projected flame area and development velocity as a function of ignition system and discharge energy. The results show that high ignition energy and extended spark plug gap can shorten the combustion duration in lean mixtures. The material, diameter and configuration of electrodes the flame development by changing the transfer efficiency from electrical energy to chemical energy and discharge energy. However these factors do not affect of flame development as much a ignition energy or extended gap does.
Soot has a great effect on the formation of PM (Particulate Matter) in D.I. (Direct Injection) Diesel engines. Soot in diesel flame is formed by incomplete combustion when the fuel atomization and mixture formation were poor. Therefore, the understanding of soot formation in a D.I. diesel engine is mandatory to reduce PM in exhaust gas. To investigate soot formation in diesel combustion, various measurements have been performed with laser diagnostics. In this study, the relative soot diameter and the relative number density in a DJ. engine was measured by using LIS (Laser Induced Scattering) and LII (Laser Induced Incandescence) methods simultaneously which are planar imaging techniques. And a visualization D.I. diesel engine was used to introduce a laser beam into the combustion chamber and investigate the diffusion flame characteristics. To find the optimal condition that reduces soot formation in diesel combustion, various injection timing and the swirl flow in the cylinder using the SCV (Swirl Control Valve) were applied. From this experiment, the effects of injection timing and swirl on soot formation were established. Effective reduction of soot formation is possible through the control of these two factors.
It is well known that the combustion phenomenon of diesel engine is an unsteady turbulent diffusion combustion. Therefore, the combustion performance of diesel engine is related to a complex phenomenon which involves the various factors of combustion, such as a injection pressure, injection timing, injection rate, and operation conditions of engine. In this study, the spray and the flame development processes in a single cylinder D.I. diesel visualization engine which uses the electronically controlled injection system were visualized to interpret the complicated combustion phenomenon by using high speed CCD camera. In addition, the cylinder pressure and heat release rate were also obtained in order to analyze the diesel combustion characteristics under several engine conditions.
In a premixed flame stabilized by a streamlined step, the flame structure and combustion characteristics were investigated to identify the effect of the pressure pulsation in a combustion air. A flame stabilizing limits, visualization, mean temperature, ion current and gas concentration (O$_{2}$, CO$_{2}$, CO, UHC) were measured. With the combustion air of higher pressure pulsation, the development of the mixing layer was fast and wide, the temperature and combustion intensity were higher at arbitrary section. But, the effect was notably decreased with X=150 mm downstream. And a first eddy formation from step edge was earlier. Thus, with the combustion air of higher pressure pulsation, high rate of heat generation was expected.
Dimethyl ether (DME) as an alternative fuel for compression ignition engine was investigated by measuring spray development processes, injection rate profiles, engine performance, and exhaust emission characteristics. The results of DME fueled engine were compared with those obtained by fueled with diesel. The experimental results showed that DME has approximately 0.03ms shorter injection delay and higher maximum injection rate than those of diesel fuel at a constant injection pressure of 50MPa. The spray visualization indicates that DME has shorter spray tip penetration due to its low density and faster evaporation. The combustion characteristics of DME operated engine provided faster ignition delay and three times shorter combustion duration. It is believed that the better evaporation and atomization characteristic of DME contributes the faster combustion. At all operating condition, soot emission was not detected due to the clean combustion of DME.
Ethanol has properties of a lower setting point, higher oxygen contents, lower cetane numbers, and also higher volatility compared to biodiesel. Thus, biodiesel fuel can be improved in the fluidity of and exhaust emissions by blended ethanol fuel. This research aims to understand combustion characteristics of biodiesel-ethanol blending fuel inside a constant volume chamber by obtaining some fundamental data in order to improve combustion atmosphere. To understand the physics of combustion, high speed camera was applied to visualize the development of combustion processes, and combustion pressure and exhaust emission were measured at several blending ratios of ethanol and biodiesel fuel. This information may contribute to improve the performance of biodiesel engine and reduce emissions in future.
The optimization of frontal device including fuel nozzle and swirler is required to secure the mixing of fuel and air and the combustion stability leading the reduction of pollutant emissions and the increase of combustion efficiency in gas turbine combustor. The effects of injection nozzle and swirler on the flow field, spray characteristics and consequently the combustion stability, were experimentally investigated by measuring the velocity field, droplet sizes of fuel spray, lean combustion limit and the temperature field in the main combustion region. Flow fields and spray characteristics were measured with APV(Adaptive Phase Doppler Velocimetry) under atmospheric condition using kerosine fuel. Temperatures were measured by Pt-Pt13%Rh, R-type thermocouple which was 0.2mm thick. Spray and flame was visualized by ICCD(Intensified Charge Coupled Device) camera. It was found that the dual swirler resulted in the biggest recirculation zone with the highest reverse flow velocity at the central region, which lead the most stable combustion. The various combustion characteristics were observed as a function of the geometries of injector and swirler, that gave a tip for the better design of gas turbine combustor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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