The present study describes the characteristics of combustion and exhaust emissions in compression ignition engines using diesel-gasoline dual fuel. For investigating combustion characteristics, diesel fuel was injected directly in a single-cylinder compression ignition engine with a common-rail injection system and gasoline fuel was injected into a premixed chamber installed in an intake port. In order to investigate exhaust emission characteristics, exhaust gas was measured by emission analyzer and smoke meter. The experimental results showed that cases of diesel-gasoline dual fuel combustion exhibited extended ignition delay and reduced peak combustion pressure compared to those of directly injected diesel fuel cases. Furthermore, premixed gasoline-air mixture reduced NOx emissions due to low peak of rate of heat release(ROHR).
In this study, the characteristics of decreasing exhaust gas of diesel engine was examined in dual fuel method by using commertial LPG for automotive. LPG was supplied to engine intake port by fumigation method and flow rate was controlled by using the needle valve. LPG supply ratios were 0, 20, 30% of total fuel amount to be supplied to engine by mass base. We investigated the effect of LPG supply ratio on exhaust gas concentrations related to excess air ratio and engine load at 1600, 1800, 2000 rpm. Soot concentration decreased about 30% in proportion to the increase of the LPG supply ratio. NOx concentration decreased in proportion to the increase of the LPG than diesel only and the increase rate was higher at low engine load. BSFC(Brake specific fuel consumption) was lower in proportion to the increase of the LPG supply ratio at high engine load and to the decrease of LPG supply ratio at low engine load.
The effects of hydrogen ($H_2$) ratio on combustion and emission characteristics in a $H_2/diesel$ dual-fuel engine were investigated. Dual-fuel strategy was applied to improve the control of combustion phasing. The combustion phasing was retarded with increasing $H_2$ fraction. This can be explained by both reduced diesel concentration and chemical effect of $H_2$, which reduce the heat release rate during the low temperature reaction stage. Hydrocarbon and carbon monoxide emissions of the engine were decreased drastically when $H_2$ ratio was increased.
Ali, Abubaker Ahmed M.M.;Kabbir, Ali;Kim, Changup;Lee, Yonggyu;Oh, Seungmook;Kim, Ki-seong
한국분무공학회지
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제23권4호
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pp.192-204
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2018
In this study, a 3D CFD analysis method for the combustion process was established for a low calorific value syngas-diesel dual-fuel engine operating under very lean fuel-air mixture condition. Also, the accuracy of computational analysis was evaluated by comparing the experimental results with the computed ones. To simulate the combustion for the dual-fuel engine, a new dual-fuel chemical kinetics set was used that was constituted by merging two verified chemical kinetic sets: n-heptane (173 species) for diesel and Gri-mech 3.0 (53 species) for syngas. For dual-fuel mode operations, the early stage of combustion was dominated by the fuel burning inside or near the spray plume. After which, the flame propagated into the syngas in the piston bowl and then proceeded toward the syngas in the squish zone. With the baseline injection system and piston shape, a significant amount of unburned syngas was discharged. To solve this problem, effects of the injection parameters and piston shape on combustion characteristics were analyzed by calculation. The change in injection variables toward increasing the spray plume volume or the penetration length were effective to cause fast burning in the vicinity of TDC by widening the spatial distribution of diesel acting as a seed of auto-ignition. As a result, the unburned syngas fraction was reduced. Changing the piston shape with the shallow depth of the piston bowl and 20% squish area ratio had a significant effect on the combustion pattern and lessened the unburned syngas fraction by half.
This paper describes an investigation of the performance and emission characteristics of a commercial cylinder direct injection diesel engine operating on natural gas with pilot diesel ignition. Engine tests for variations in the pilot injection timing were performed at an engine speed of 1500 rpm. This study showed that the performance of the dual-fuel diesel engine increased as the engine load increased and as the pilot diesel injection timing angle advanced. The peaks of cylinder pressure, pressure rise rate, and heat release rate all increased while the fuel ignition timing advanced with the pilot injection timing. The engine operation was stable, and the least smoke was produced at a pilot injection timing of $12^{\circ}$ before top dead center. NOx emissions were only exhausted under high-load conditions, and they increased as the pilot injection timing angle advanced.
As an alternative fuel producing less exhaust emissions, natural gas is of interest for use both in SI and CI engines. The potential of natural gas fuelled dual-fuel engine is considered high enough. However, much effort has to be made so that gaseous fuel is used efficiently with simultaneous minimum use of pilot oil. Hence, a simplified three-dimensional model, using a finite volume method in cylindrical coordinates, has been developed to facilitate an understanding of the dual-fuel combustion phenomena and to predict the complex interactions between the pilot distillate and natural gas. The computer model was calibrated by comparing it with the experimental results obtained from diesel engine like combustion bomb tests. In the pre-mixed natural gas combustion, the fuel burning was highly reliant on the injection condition and subsequent burning nature of the pilot distillate.
최근 들어 유럽 및 미국을 중심으로 각광받고 있는 가스화 열병합 설비는 석탄이나 바이오매스, 폐기물로부터 지역의 전기 및 냉난방 에너지를 공급하는 중소형 규모의 에너지 시스템으로서 시장적 측면이나 기술적 측면에서 그 활용 가능성이 매우 밝은 것으로 예견되고 있다. 가스화로부터 얻어지는 합성가스는 일반적으로 가스엔진, 스털링 엔진, 마이크로 가스터빈 및 중소형 가스터빈 등이 원동기 연료로 사용될 수 있다. 그러나 가스화를 통한 합성가스는 일반적으로 LPG, CNG와 같은 고발열량 가스연료에 비해 발열량이 낮고, 반응성 및 화염속도도 매우 큰 차이를 보인다. 본 연구는 저발열량의 합성가스연료를 이용한 고효율 전소엔진 개발의 전 단계로서 60kW급 디젤혼소엔진을 개발하였다. 저발열량의 합성가스를 모사하기 위해 CNG에 질소를 희석한 연료를 사용하였으며, 디젤 연료 분사를 제어하기 위한 인젝터 드라이버 및 ECU를 적용하였다.
This study investigates the potential of DME/Diesel dual fuel engine for reducing emissions with same power. Dual fuel engine controls the combustion using two different fuels, DME and diesel with different auto-ignition timings. In the previous work, the caracteristics of combustion and emissions under single cylinder engine and ignition is done by compression ignition. Pre-mixture is formed by injecting low-pressure DME into an intake manifold and high-pressure fuel (diesel or DME) is injected directly into the cylinder. Both direct diesel injection and port fuel injection reduced the significant amount of Smoke, CO and NOx in the homogeneous charge compression ignition engine due to present of oxygen in DME. In addition, when injecting DME directly in cylinder with port DME injection, there is no changes in emissions and energy consumption rate even operated by homogeneous charge compression ignition.
본 연구는 발전용 디젤 엔진을 천연가스/디젤 혼소 엔진으로 개조하기 위한 선행 연구로 1.5MW급 발전용 디젤 엔진을 대상으로 상용 프로그램인 GT-Power를 이용해 수치해석을 진행하였다. 흡기 포트에 천연가스 분사 장치를 추가한 수치해석 모델을 통해 기존 엔진에서 천연가스와 디젤을 혼소시킬 경우 엔진 성능에 미치는 영향과 특성에 대해 분석하였다. 엔진 속도 720RPM, 혼소율 0%~40%까지 5개 조건에서 수치해석을 진행했다. 연구 결과 혼합 연소 시 천연가스의 비율이 증가할수록 출력이 감소하는 경향을 보였으며 혼소율 40%에서 출력이 18.4% 감소하였다. 이에 따라 실험계획법(Design of Experiment)을 통해 연료 분사시기와 연료 분사 기간에 대한 영향을 분석했다. 또한 이러한 영향을 고려해 연료 분사시기와 분사기간을 최적화시켜 혼소 엔진 출력과 디젤 엔진의 출력을 비교하여 혼소엔진으로의 개조에 따른 엔진의 출력과 효율에 대한 변화를 정량적으로 도출하였다. 그 결과 혼소율 40%에서 엔진 출력은 8.55% 감소하여 최적화 이전에 비해 12.5%의 개선 효과를 보였다.
Dual fuel combustion strategy with di-methl ether (DME) and gasoline was tested in a compression ignition engine. Characteristics of combustion and emissions were analyzed with the variation of engine operating parameters such as fuel proportion, DME injection timing, intake oxygen concentration, DME injection pressure and so forth. Gasoline was injected into the intake manifold to form the homogeneous mixture with intake charge and DME was injected directly into the cylinder at the late compression stroke to ignite the homogeneous gasoline-air mixture. Dual fuel combustion strategy was advantageous in achievement of higher thermal efficiency and low NOx emission compared with DME single fuel combustion. Higher thermal efficiency was attributed to the lower heat tranfer loss from the decreased combustion temperature since the amount of lean premixed combustion was increased with the larger amount of gasoline proportion. Lower NOx emissions were also possible by lowering the combustion temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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