Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.1
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pp.10-16
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2004
The Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine has advantage for reducing the NOx and P.M. simultaneously. Therefore, HCCI engine is receiving attention as a low emission diesel engine concept. This study was carried out to investigate the characteristics of combustion and exhaust emission for operating conditions in a direct injection type of HCCI engines such as supercharged and naturally aspirated using diesel fuel and additive. From the experimental result, we found that cool flame was always appeared and also it was difficult to control combustion characteristics by changing the injection timing in HCCI. In addition, at the lean air-fuel ratio and high speed range, it was observed that charging air pressure, additive or increasing intake air temperature is effective to increase combustion performance and reduce exhaust emission. We concluded that chemical reaction by the increasing intake air temperature or additive without physical improvement has limitation for reduction of exhaust emission.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.23
no.4_2
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pp.645-651
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2020
In this study, It is necessary that we should study on more effective use about reciprocating engines because there are huge increase of air pollution. Diesel Engine is operated by injecting fuel directly to combustion chamber with high pressure. Diesel Engine has greater thermal efficiency and durability than Gasoline Engine. Also, Diesel Engine emitted low harmful exhaust witch caused by Gasoline Engine. There are many ways to improve of performance and decrease of harmful exhaust by controlling injection timing, changing amount of fuel and engine speed and so on. Especially, development and application of common rail direct injection Engine cause the increase of thermal efficiency by controlling a various of operating conditions. In this study we analyze characteristics of performance by changing a various of operating conditions.
Lim, Gi Hun;Lee, Sung Won;Park, Cheol Woong;Choi, Young;Kim, Chang Gi
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.4
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pp.387-394
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2013
Hydrogen-compressed natural gas (HCNG) blend has attracted attention as a fuel that can reduce $CO_2$ emissions because it has low carbon content and burns efficiently. An increase in the compression ratio of HCNG engines was considered as one of the methods to improve their efficiency and reduce $CO_2$ emissions. However, a high combustion rate and flame temperature cause abnormal combustion such as pre-ignition or knocks, which in turn can cause damage to the engine components and decrease the engine power. In this study, the performance and knock characteristics with a change in the compression ratio of an HCNG engine were analyzed. The combustion characteristics of HCNG fuel were evaluated as a function of the excess air ratio using a conventional CNG engine. The effects of the compression ratio on the engine performance were evaluated through the same experimental procedures.
In order to improve the emission of diesel engines, natural gas-diesel dual fuel combustion compression ignition engines are in the spotlight. In particular, a reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion strategy is investigated comprehensively due to its possibility to improve both efficiency and emissions. With advanced diesel direct injection timing earlier than TDC, it achieves spontaneous reaction with overall lean mixture from a homogeneous mixture in the entire cylinder area, reducing nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM) and improving braking heat efficiency at the same time. However, there is a disadvantage in that the amount of incomplete combustion increases in a low load region with a relatively small amount of fuel-air. To solve this, sensitive control according to the diesel injection timing and fuel ratio is required. In this study, experiments were conducted to improve efficiency and exhaust emissions of the natural gas-diesel dual fuel engine at low load, and evaluate combustion stability according to the diesel injection timing at the operation point for power generation. A 6 L-class commercial diesel engine was used for the experiment which was conducted under a 50% load range (~50 kW) at 1,800 rpm. Two injectors with different spray patterns were applied to the experiment, and the fraction of natural gas and diesel injection timing were selected as main parameters. Based on the experimental results, it was confirmed that the brake thermal efficiency increased by up to 1.3%p in the modified injector with the narrow-angle injection added. In addition, the spray pattern of the modified injector was suitable for premixed combustion, increasing operable range in consideration of combustion instability, torque reduction, and emissions level under Tier-V level (0.4 g/kWh for NOx).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.5
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pp.449-456
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2010
The HCCI engine is a prospective internal combustion engine with which high diesel-like efficiencies and very low NOx and particulate emissions can be achieved. However, several technical issues must be resolved before HCCI engines can be used for different applications. One of the issues concerning the HCCI engine is that the operating range of this engine is limited by the rapid pressure rise caused by the release of excessive heat. This heat release is because of the self-accelerated combustion reaction occurring in the engine and the resulting engine knock in the high-load region. The purpose of this study is to evaluate the role of thermal stratification and fuel stratification in reducing the pressure rise rate in an HCCI engine. The concentrations of NOx and CO in the exhaust gas are also evaluated to confirm combustion completeness and NOx emission. The computation is carried out with the help of a multizone code, by using the information on the detailed chemical kinetics and the effect of thermal and fuel stratification on the onset of ignition and rate of combustion. The engine is fueled with dimethyl ether (DME), which allows heat release to occur in two stages, as opposed to methane, which allows for heat release in a single stage.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.2
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pp.35-41
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2011
This work investigates the potential of in-cylinder thermal stratification and fuel stratification for extending the operating ranges in HCCI engines, and the coupling between thermal stratification and fuel stratification. Computational results areemployed. The computations were conducted using both a custom multi-zone version and the standard single-zone version of the Senkin application of the CHEMKINII kinetics rate code, and kinetic mechanism for di-methyl ether (DME). This study shows that the potential of thermal stratification and fuels stratification for extending the high-load operating limit by a staged combustion event with reduced pressure-rise rates is very large. It was also found that those stratification offers good potential to extend low-load limit by a same mechanism in high-load. However, a combination of thermal stratification and fuel stratification is not more effective than above stratification techniques for extending the operating ranges showing similar results of fuel stratification. Sufficient condition for combustion (enough temperature for) turns misfire in low-load limit to operate engines, which also leads to knock in high-load limit abruptly due to the too high temperature with high. DME shows a potential for maximizing effect of stratification to lower pressure-rise rate due to the characteristics of low-temperature heat release.
Due to the oxygen contents in biodiesel, application of the fuel to compression ignition engines has significant advantages in terms of lowering PM formation in the combustion chamber. In recent days, considerable studies have been performed to extend the low temperature combustion regime in diesel engines by applying biodiesel fuel. In this work, low temperature combustion characteristics of biodiesel blends in dilution controlled regime were investigated at a fixed engine operating condition in a single cylinder diesel engine, and the comparisons of engine performances and emission characteristics between biodiesel and conventional diesel fuel were carried out. Results show that low temperature combustion can be achieved at $O_2$ concentration of around 7~8% for both biodiesel and diesel fuels. Especially, by use of biodiesel, noticeable reduction (maximum 50% of smoke was observed at low and middle loads compared to conventional diesel fuel. In addition, THC(total hydrocarbon) and CO(Carbon monoxide) emissions decreased by substantial amounts for biodiesel fuel. Results also indicate that even though about 10% loss of engine power as well as 14% increase of fuel consumption rate was observed due to lower LHV(lower heating value) of biodiesel, thermal efficiencies for biodiesel fuel were slightly elevated because of power recovery phenomenon.
DME, a clean fuel that is being studied as an alternative fuel for diesel engines, can reduce exhaust gas, which is the one of the crucial problems of diesel engines, and has a very high cetane number and high oxygen content. DME is a fuel has properties similar with LPG and can use the infrastructure of LPG. In this study, The target was to build a database of basic data on the mass flow rate discharged for the performance evaluation of the plunger-type high pressure pump. In this study, the mass flow rate of the DME plunger type high pressure pump was analyzed by changing the common rail pressure and the motor rotation speed. The experimental conditions were the common rail pressure was changed from 300 to 500 bar and the motor rotation speed was changed from 300 to 1000 rpm. In addition, basic mass flow data were constructed to high-pressure pumps for DME. As a result of the experiment, in both cases the mass flow rate was increased.
Kim, K.B.;Song, M.J.;Kim, K.S.;Kang, S.H.;Lee, Y.H.;Lee, S.W.
Journal of ILASS-Korea
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v.18
no.2
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pp.100-105
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2013
While variable valve actuation or variable valve lift (VVL) is used increasingly in spark ignition (SI) engines to improve the volumetric efficiency or to reduce the pumping losses, it is necessary to understand the impact of variable valve lift and timing on the in-cylinder gas motions and mixing processes. In this paper, characteristics of the in-cylinder flow and fuel distribution for various valve lifts (4, 6, 8, 10 mm) were simulated in a GDI engine. It is expected that the investigation will be helpful in understanding and improving GDI combustion when a VVL system is used. The CFD results showed that a increased valve lift could significantly enhance the mixture and in-cylinder tumble motion because of the accelerated air flow. Also, it can be found that the fuel distribution is more affected by earlier injection (during intake process) than that of later injection (end of compression). These may contribute to an improvement in the air-fuel mixing but also to an optimization of intake and exhaust system.
Compression ignition direct injection diesel engines employed a high pressure injection system have been developed as a measure to improve a fuel efficiency and reduce harmful emissions. In order to understand the effects of the pressure variation, many experimental works have been done, however there are many difficulties to get data in engine condition. This work gives numerical results for the high pressure effects on spray characteristics in wide or limited space with near walls. The gas phase is modelled by Eulerian continuum conservation equations of mass, momentum, energy and fuel vapour fraction. The liquid phase is modelled using the discrete droplet model approach in Lagrangian form and the drop behavior on a wall is calculated with a new droplet-wall interaction model based on the experiments observing individual drops. The droplet distributions, vapour fractions and gas flows are shown in various injection pressure cases. In free spray case which the injection spray has no wall impaction, the spray dispersion and vapour fraction increase and drop sizes decrease with increasing injection pressure. The same phenomena appears more clearly in wall impaction cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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