Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권2호
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pp.248-255
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2002
Miller cycle was studied and analyzed by engine performance simulation to achieve very low fuel consumption and to meet the IMO NOx regulation on a medium speed diesel engine. Based on the performance simulation results the intake valve closing time for HYUNDAI HiMSEN 6H21/32 engine was set at 0deg.ABDC(After Bottom Dead Center). Also, the simulation results indicated that significant NOx reduction could be achieved with low reduction of fuel consumption. The performance simulation investigated the effect of compression ratio and turbocharger on fuel consumption and NOx concentration in combination with Miller cycle. The results indicated a significant reduction of fuel consumption with keeping NOx concentration. The results of performance simulation were compared with measured data to verify simulation results. The comparison showed the maximum error was 2.34% in exhaust temperature. Also, the experimental result showed that improvement in BSFC(Brake Specific Fuel Consumption) was 5.8g/kwh with keeping NOx level similar to simulation result.
The measurement on the working gas flow in the closed cycle diesel engine is insufficient to Identify its operating condition because of lack of sensors available. For this reason, the determination of optimum operating condition and controller parameters requires heavy experimental efforts. A simulation program is developed to minimize the experimental efforts. For the development of the simulation program, mathematical models are derived based on the physical laws and linear regression. The validity of the simulation program is demonstrated using the measured data of the closed cycle diesel engine.
Engine cycle simulation using a two-zone model was performed to investigate the effect of the engine parameters on NO and soot emissions in a DI diesel engine. The present model was validated against measurements in terms of cylinder pressure, BMEP, NO emission data with a 2902cc turbocharger/intercooler DI diesel engine. Calculations were made for a wide range of the engine parameters, such as injection timing, ignition delay, Intake air pressure, inlet air temperature, compression ratio, EGR. This parametric study indicated that NO and soot emissions were effectively decreased by increasing intake air pressure, decreasing inlet air temperature and increasing compression ratio. By retarding injection timing, increasing ignition delay and applying EGR. NO emission was effectively reduced, but the soot emission was increased.
본 연구에서는 중형 직분식 선박용 엔진의 성능 및 NOx 배출물 예측을 위한 0-D multi-zone 분무 연소 모델이 개발되었다. 모델은 상용 1-D 사이클 해석 프로그램 (Boost)와 연동할 수 있도록 개발되었으며, 흡배기 시스템을 포함한 엔진 전체에 대한 동시 해석이 가능하였다. 연소 모델은 Fortran90 으로 개발되었으며, AVL 에서 제공된 'user defined high pressure cycle (UDHPC) interface'를 통해 Boost 와 연동되었다. 두 가지의 인젝터(8 홀, 10 홀)에 대해 두 가지 부하에서 해석을 수행하였으며, 해석 결과는 실제 엔진의 성능 실험 결과를 잘 추종하였다.
Engine performance is one of the main objectives specified at the beginning of a new engine design project. The cycle simulation for SI engine is based on the zero-dimensional gas exchange model and a heat release expression by Viebe. This program also requires minimum input data and takes only a short time to run. Heat transfer from cylinder transfer formula. The flow coefficient (effective area) is calculated from valve lift using the standard flow coefficient curve and engine friction is calculated from the Millington and Hartles' engine friction formula. The chemical species considered in burned gas are 6 species CO, CO, H$_{2}$, H$_{2}$O, $O_{2}$, N$_{2}$ and the cylinder pressure, homogeneous cylinder temperature, gas composition and burned fraction are calculated at each crank angle through the cycle. To check the validity and accuracy, experimental study was done with 3 engines for measuring cylinder pressure, indicated mean effective pressure, brake mean effective pressure and air flow rate, etc. Despite its simple assumptions, cycle simulation showes excellent breathing and performance correlation when compared with data of tested engines, and have been proved useful in engine design.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권6호
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pp.679-687
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2002
In this study, a cycle simulation using a two-zone model is carried out to investigate the effect of intake charging conditions such as oxygen concentration, temperature and pressure on NO emissions in a DI diesel engine. The model is validated against measurements in terms of cylinder pressure, torque, BSFC and NOx emissions with 2902 cc DI diesel engine. Calculated results can be summarized as follows. The oxygen concentration in the intake charge is decreased with increasing of EGR rate and equivalence ratio. As the intake oxygen concentration is reduced, the combustion pressure and the burned gas temperature decrease and, as a result, NO formation decreases. Also, the results show that as the intake pressure increases and the intake temperature decreases, NO emissions are effectively reduced.
A cycle simulation method is developed by coupling a commercial code, Ricardo's WAVE, with the SENKIN code from CHEMKIN packages to predict combustion characteristics of an HCCI engine. By solving detailed chemical kinetics the SENKIN code calculates the combustion products in the combustion chamber during the valve closing period, i.e. from IVC to EVO. Except the combustion chamber during the valve closing period the WAVE code solves thermodynamic status in the whole engine system. The cycle simulation of the complete engine system is made possible by exchanging the numerical solutions between the codes on the coupling positions of the intake port at IVC and of the exhaust port at EVO. This method is validated against the available experimental data from recent literatures. Auto ignition timing and cylinder pressure are well predicted for various engine operating conditions including a very high ECR rate although it shows a trend of sharp increase in cylinder pressure immediate after auto ignition. This trend is overpredicted especially for EGR cases, which may be due to the assumption of single-zone combustion model and the limit of the chemical kinetic model for the prediction of turbulent air-fuel mixing phenomena. A further work would be needed for the implementation of a multi-zone combustion model and the effect of turbulent mixing into the method.
본 논문에서는 개방형 액체로켓엔진의 제어 알고리즘을 다룬다. 이를 위해 엔진의 각 구성품들을 기준으로 수학적 모델링을 하였으며 추력제어를 위하여 연소실 압력을 피드백하여 제어시스템을 구축하였다. 제어시스템을 위하여 최대추력 상태에서 선형 모델을 이용하여 최적 출력피드백 LQ 추종 제어기를 설계하였으며 시뮬레이션을 통해 제어기의 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 개방형 사이클 액체로켓엔진의 시동해석을 위해 개발된 해석 코드의 수학적 모델을 제시하였다. 추진제 공급 배관에서의 추진제 충진 과정을 포함하여 엔진을 구성하는 대부분의 요소를 고려하였다. 한국형발사체 시험발사체에 사용된 75톤급 엔진의 시동해석을 수행하였으며, 해석 결과와 실험 결과가 잘 일치함을 보임으로써 시동해석 코드의 타당성을 증명하였다.
The engine speed fluctuation at idle operation mainly comes from cyclic variation of combustion in SI engine. In the present study, engineering model that is representing the cyclic variation of combustion was proposed for the sub-model of the engine cycle simulation. From the observed behaviors of the mass burn rates, probability density functions for the parameters of Wiebe function were defined. The mass burn rate of each cycle is obtained by Monte Cralo perturbation method with the probability function. The simulation results shows that trends of cylinder pressure variation and imep distribution follow up with those of experimental results at idle condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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