최근 탈석유 에너지 이행의 목표가 분명해지는 가운데 천연가스가 가교연료로서 주목받고 있다. 천연가스는 옥탄가가 높아 압축비를 높여도 노킹이 일어나지 않기 때문에 열효율과 출력을 두루 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 기존 내연기관 하드웨어 시스템에 천연가스 공급 시스템 적용을 비교적 용이하게 할 수 있다. 본 연구에서는 승용 가솔린 직분사 터보 엔진을 천연가스 포트분사식 터보 엔진으로 개조하여 터보가 작동되는 운전 영역에서 대상 엔진의 연소 및 성능을 종합적으로 측정 및 비교하였다.
셰일가스의 채굴량 확장과 러시아를 통한 PNG (Pipeline Natural Gas)의 도입은 천연가스가 유력한 대체 연료임을 시사해주고 있다. 따라서 향후 증대될 천연가스의 공급에 맞추어 해당 연료의 수요처 증대가 필수적인 상황이다. 이와 같은 상황에서 수송분야는 저탄소 기체 연료인 천연가스를 적용하기 적합한 분야이며, 이를 통해 이산화탄소와 입자상 물질 등의 유해 배기물질을 저감하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 천연가스는 자발화 특성이 낮고, 내노킹(Anti-knocking)성이 우수하기 때문에 전기점화 방식에 적합하다. 최근 가솔린 엔진은 연비 개선을 위해 연소실에 직접 분사하는 방식을 주로 채택하고 있으나,연소실 내로 액상 직분사를 하는 반면 천연가스의 경우 액상분사 혹은 고압 분사가 어렵다. 따라서 포트에 분사하는 방식을 사용하므로 동등 흡기압력에서 연료의 분율이 흡입공기의 체적을 대체하여 가솔린 직분 방식에 비해 출력이 저하되는 현상을 피할 수 없게 된다. 이에 본 연구에서는 터보차저를 천연가스 포트 분사 엔진에 적용하여 흡기 압력 상향을 통한 출력 보상을 도모하고자 하였다.그 결과 천연가스 적용 시 흡기압력을 기존 가솔린 대비 5-27 % 상향 시 가솔린 직분사 엔진과 동등 출력을 확보함과 동시에 향상된 제동 열효율을 확인 할 수 있었다.
The effects of ambient conditions on vaporizing sprays from a high-pressure swirl injector were investigated by an exciplex fluorescence method. Dopants used were 2% fluorobenzene and 9% DEMA (diethyl-methyl-amine) in 89% solution of hexane by volume. In order to examine the behavior of liquid and vapor phases inside of vaporizing sprays, ambient temperatures and pressures similar to engine atmospheres were set. It was found that the ambient pressure had a significant effect on the axial growth of spray, while ambient temperature had a great influence on the radial growth. The spatial distribution of vapor phase at temperatures above 473K became wider than that of liquid phase after half of injection duration. From the analysis of the area ratio for each phase, the middle part (region II) in the divided region was the region which liquid and vapor phases intersect. For liquid phase, fluorescence-intensity ratio was greatly changed at lms after the start of injection. However, the ratio of vapor phase was nearly uniform in each divided region throughout the injection.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제11권3호
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pp.31-44
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1987
Nowadays, the problems of energy and environmental pollution become serious day by day and the diesel engine, which has been proved to be superior to gasoline engine with respect to fuel consumption and ecological problems of exhaust gas, has been adopted widely for various purposes from the marine diesel engine and the dynamo engine to all kinds of engine on land. Therefore, extensive parametric studies on combustion of diesel engine should be done for its desing and improvement. To predict the behavior of diesel engien according to variable operating conditions by means of cycle simulation, the reasonable pattern of heat release rate has to be asumed. But it is necessary to know the actual variation of heat release rate in order to assume the reasonable pattern of heat release rate according to the actual operating conditions. In this paper, on a high speed small bore diesel engine with pre-combustion chamber, experimental investigations were carried out to determine the relationship between the heat release pattern and parameters such as engine load and speed. And also, the theoretical investigations about the performance variations of the above diesel engine according to the predicted pattern of heat release rate variation were performed. From the above observations, it may be said that the Fanboro indicator, which was used to get the cylinder pressure, can be used to estimate a reasonable pattern of heat release rate and it is confirmed that the pattern of heat release rate for the pre-combustion type engine is different from that of the direct injection type engine.
본 논문에서는 GDI 엔진의 냉각수 온도에 따른 연소 및 배출가스 특성을 연구하였다. 엔진에서 나오는 입자상 물질의 수와 크기 분포는 DMS-500 장비로 측정하였다. 배기포트 에 장착된 CLD-400 과 HFR-400 을 통해 NOx 및 THC 의 배출 특성을 연소주기 별로 측정하였다. 결과적으로 낮은 냉각수온에서 5~10 nm 의 입자상 물질이 크게 증가하는 특성을 보였다. THC 또한 낮은 냉각수온에서 증가하는 특성을 보였는데 이는 연소실 내 연료의 액막현상 때문이다. 그리고 NOx 는 높은 냉각수온에서 감소하는 특성을 보였는데 이는 내부 EGR 이 증가하기 때문이다. 결론적으로 THC 와 NOx 그리고 입자상 물질의 배출을 줄이기 위해서는 냉각수온을 빠르게 올리는 EMS 변수 설정 필요하다.
Several efforts to meet the exhaust gas regulation have been undertaken by many researchers in recent years. Main researches are on development of design techniques of intake port and combustion chamber, atomisation of fuel and precise control of air-fuel ratio, post-treatment of exhaust gas and so on. Engine technology is changed from PFI to GDI to correspond with exhaust gas regulation. GDI technique makes it possible to preserve lean air-fuel ratio and control accurate air-fuel ratio. Nevertheless, It is not cleared that information of spray characteristics and atomization process are very dependent on fluctuation of pressure and change of temperature in intake stroke. In this study, a constant volume combustion chamber is manufactured to investigate various fluctuations of in-cylinder pressure for injection duration. It is taken photographs of injection process of conventional GDI injector using PMAS. Then, it was verified experimently that ambient conditions as temperature and pressure of combustion chamber have effects on process of spray growth and atomization of fuel.
Calculation of indicated mean effective pressure(IMEP) requires high cylinder pressure sampling rate and heavy computational load. Because of that, it is difficult to implement in a conventional electronic control unit. In this paper, a cylinder pressure based real-time IMEP estimation method is proposed for controller implementation. Crank angle at 10-bar difference pressure($CA_{DP10}$) and cylinder pressure difference between $60^{\circ}$ ATDC and $60^{\circ}$ BTDC($DP_{deg}$) are used for IMEP estimation. These pressure variables can represent effectively start of combustion(SOC) and fuel injection quantity respectively. The proposed IMEP estimation method is validated by transient engine operation using a common-rail direct injection diesel engine.
According as the industry was developed, the pollution of the environment and atmosphere rose up to the surface. So, the focus is now concentrated on the engines of affinity for nature. And the investigators make more effort to the improvement in the performance of engines, depending to the prices of oil and the anxiety about the exhaustion of the fossil fuel go up. So the GDI engines head up for these necessities. In this experimental study, the spray flow characteristics for a commercial injector equipped in the present GDI engine were investigated, which had a strong influence on the engine performance and emissions. The experiment was performed at the injection pressures of 1, 3, 5 and 7MPa under the atmospheric condition. A PDPA system was used to specify the flow characteristics of the spray. Also, the global spray behavior classified into three regions as leading, main spray and vortex cloud region, was analyzed by using a visualization system. And the regions were compared with each other.
In order to investigate the effect of premixed gasoline, diesel fuel, and n-heptane charges on the combustion and exhaust emission characteristics in a direct injection (DI) diesel engine, the experimental studies are performed. The premixed fuels are injected into the premixing chamber that installed upstream of the intake port in order to minimize the inhomogeneity effect of premixed charge. The injection nozzle for directly injected fuel is equipped in the center of the combustion chamber. The air temperature control system is equipped in the intake manifold to examine the effect of air temperature. The experimental results of this study show premixing fuel is effective method to reduce the NOx and soot emissions of diesel engine. NOx emissions are linearly decreased with increasing premixed ratio for the three kinds of premixed fuels. The heating of intake air $(80^{\circ}C)$ reduced the deterioration of BSFC in high premixed ratio, because it promotes evaporation of premixed diesel droplet in the premixing chamber.
Two types of fuel supply method ar used in CNG vehicles. One is premixed ignition and the other is gas-jet ignition. In premixed ignition, the fuel is introduced with intake air so that homogeneous air-fuel mixture may form. The ignitability of this method depends on the global equivalence ratio. In gas-jet ignition, CNG is introduced directly into the engine combustion chamber. The overall mixture is stratified by retarded fuel injection. In this study, a visualization technique was employed to obtain fundamental properties regarding overall mixture formation of direct injected CNG fuel inside a constant volume chamber. Jet angles, penetrations and projected jet area with respect to ambient pressure are investigated. The penetration decreases apparently and the time reaching the CVC wall was delayed as the chamber pressure increases. This is caused by the higher inertia of the fluid elements that the injected fluid must accelerate and push aside. It is same to liquid fuel such as diesel and gasoline, but this phenomenon is far more prominent for the gaseous fuel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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