Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.1
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pp.1-8
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2011
In recent years, there has been an interest in early-injection diesel engines as it has the potential of achieving a more homogeneous and leaner mixture close to TDC compared to standard diesel engine. The more homogeneous mixture may result in reduced NOx and soot emissions and higher efficiency in homogeneous charge compression ignition engines. While earlier studies have shown that a reduction in NOx emissions from HCCI engine is possible, there are some significant problems including the control of ignition timing and combustion rate. In order to investigate the effect of EGR and hydrogen enriched gas on combustion characteristics and emissions, an experiments with single cylinder CRDi engine were carried out concerning the formation of various premixed charge, which can achieved by early injection, EGR and hydrogen enriched gas. EGR was not effective to further reduce NOx and PM emissions. It was found that NOx emissions were decreased with an introduction of hydrogen enriched gas and an adequate diesel fuel amount.
A hydrogen enriched CNG engine can be stably operated at ultra lean condition and reduce emission extremely. It also has advantage to increase gradually the use of hydrogen for the coming hydrogen-energy age. In this studies, the combustion and emission characteristics of heavy-duty hydrogen-CNG engine were investigated to verify the enhancement of performance by enriched hydrogen into natural gas. The results showed that a hydrogen-CNG engine could achieve ultra lean operation and low emission, while power was reduced by the decrease of intake air flow.
Recently, renewable power is rapidly increasing globally due to extensive effort to mitigate climate change and conventional power generation industry faces new challenges. The gas turbine technology has potentials to expand its role in future power generation based on the intrinsic characteristics such as fuel diversity and fast load following ability. Hydrogen is one of the most promising fuel in terms of reducing emissions and storing variable renewable energy and replacing hydrocarbon fuel with hydrogen has become very popular. Therefore, this paper presents the core technologies to combust hydrogen added fuel efficiently in gas turbines and the analysis of domestic and international R&D trends.
Kim, Han-Seok;Lee, Young-Duk;Choi, Won-Seok;Ahn, Kook-Young
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.19
no.4
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pp.276-282
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2008
The effects of hydrogen enrichment to methane have been investigated with swirl-stabilized premixed hydrogen-enriched methane flame in a laboratory-scale pre-mixed combustor. The hydrogen-enriched methane fuel and air were mixed in a pre-mixer and introduced to the combustor through different degrees of swirl vanes. The flame characteristics were examined for different amount of hydrogen addition to the methane fuel and different swirl strengths. The hydrogen addition effects and swirl intensity on the combustion characteristics of pre-mixed methane flames were examined using micro-thermocouple, particle image velocity meter (PIV) and chemiluminescence techniques to provide information about flow field. The results show that the flame area increases at upstream of reaction zone because of increase in ignition energy from recirculation flow for increase in swirl intensity. The flame area is also increased at the downstream zone by recirculation flow because of increase in swirl intensity which results in higher centrifugal force. The higher combustibility of hydrogen makes reaction faster, raises the temperature of reaction zone and expands the reaction zone, consequently recirculation flow to reaction zone is reduced. The temperature of reaction zone increases with hydrogen addition even though the adiabatic flame temperature of the mixture gas decreases with increase in the amount of hydrogen addition in this experiment condition because the higher combustibility of hydrogen reduces the cooler recirculation flow to the reaction zone.
The effects of hydrogen enrichment to methane on NOx formation have been investigated with swirl stabilized pre-mixed hydrogen enriched methane flame in a laboratory-scale pre-mixed combustor(nominally of 5,000 kcal/hr). The hydrogen enriched methane fuel and air were mixed in a pre-mixer and introduced to the combustor through different degrees of swirl vanes. The flame stability was examined for different amount of hydrogen addition to the methane fuel, different combustion air flow rates and swirl strengths by comparing equivalence ratio at the lean flame limit. The hydrogen addition effects and swirl intensity on the combustion characteristics of pre-mixed methane flames were examined using gas analyzers, and OH chemiluminescence techniques to provide information about species concentration of emission gases and flowfield. The results of NOx and CO emissions were compared with a diffusion flame type combustor. The results show that the lean stability limit depends on the amount of hydrogen addition and the swirl intensity. The lean stability limit is extended by hydrogen addition, and is reduced for higher swirl intensity at lower equivalence ratio. The addition of hydrogen increases the NOx emission, however, this effect can be reduced by increasing either the excess air or swirl intensity. The NOx emission of hydrogen enriched methane premixed flame was lower than the corresponding diffusion flame under the fuel lean condition.
Park, Cheol-Woong;Kim, Chang-Gi;Choi, Young;Oh, Seung-Mook;Lim, Gi-Hun
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.1
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pp.23-30
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2010
Trends of the automotive market require the application of new engine technologies, which allows for the use of different types of fuel. Since ethanol is a renewable source of energy and it contributes to lower $CO_2$ emissions, ethanol produced from biomass is expected to increase in use as an alternative fuel. It is recognized that for spark ignition (SI) engines ethanol has advantages of high octane number and high combustion speed. In spite of the advantages of ethanol, fuel supply system might be affected by fuel blends with ethanol like a wear and corrosion of electric fuel pumps. So the on-board hydrogen production out of ethanol reforming can be considered as an alternative plan. This paper investigates the influence of ethanol fuel on SI engine performance, thermal efficiency and emissions. The results obtained from experiments have shown that specific fuel consumption has increased by increasing ethanol amount in the blend whereas decreased by the use of hydrogen-enriched gas. The combustion characteristics with hydrogen-enriched gaseous fuel from ethanol reforming are also examined.
The concept of hydrogen enriched LPG fuelled engine can be essentially characterized as low emissions and reduction of backfire for hydrogen engine. The purpose of study is obtaining low-emission and high-efficiency in LPG engine with hydrogen enrichment. In order to determine the ideal compression ratio, a variable compression ratio single cylinder engine was developed. The objective of this paper is to clarify the effects of hydrogen enriched LPG fuelled engine on exhaust emission, thermal efficiency and performance. The compression ratio of 8 was selected to minimize abnormal combustion. To maintain equal heating value, the amount of LPG was decreased, and hydrogen was gradually added. In a similar manner, the relative air-fuel ratio was increased from 0.8 to 1.3 in increment of 0.1, and the ignition timing was controlled to be at MBT each case.
Hydrogen can extend the lean misfire limit to a large extent when it is mixed with conventional fuels for an internal combustion engine. This study is about fuel reforming to produce hydrogen enriched gas as a fuel for engine. Especially gasoline, which consists of numerous hydrocarbon fuels, considered as source of reformed gas. Various hydrocarbons, including commercial fuel were reformed and potentialities of reformed gas on vehicles were accessed. The reforming efficiency and hydrogen yield were observed. Maximum hydrogen yield were found with different gas hourly space velocity(GHSV) and O2/C ratio of reforming conditions.
Adding hydrogen gas in natural gas leads to stable combustion in internal combustion engine and its performances rely on compression ratio. To analyze the effects of compression ratio and rate of hydrogen addition on the engine performance, the characteristics of overall engine performance including emission were investigated by using the medium duty natural gas fueled engine. As results, it was found that compression ratio occurred knock was nearby compression ratio, $\varepsilon$=14 for the case that hydrogen was enriched in the natural gas fueled engine. But slight knock was occurred at $\varepsilon$=14.7 in the case of neat natural gas. Also HC and $CO_2$ were reduced around 80% and 20% respectively when the rate of hydrogen addition was increased to 50% and compression ratio from $\varepsilon$=13 to $\varepsilon$=14.7.
Finding an alternative fuel and reducing environmental pollution are the main goals for future internal combustion engines. The purpose of this study is to obtain low-emission and high-efficiency by hydrogen enriched LPG fuel in constant volume chamber. An experimental study was carried out to obtain fundamental data for the combustion and emission characteristics of pre-mixed hydrogen and LPG in a constant volume chamber (CVC) with various fractions of hydrogen-LPG blends. To maintain equal heating value of fuel blend, the amount of LPG was decreased as hydrogen was gradually added. Exhaust emissions were measured using a HORIBA exhaust gas analyzer for various fractions of hydrogen-LPG blends. The results showed that the rapid combustion duration was shortened, and the rate of heat release elevated as the hydrogen fraction in the fuel blend was increased. Moreover, the maximum rate of pressure rise also increased. These phenomena were attributed to the burning velocity which increased exponentially with the increased hydrogen fraction in the $H_2$-LPG fuel blend. Exhaust HC and $CO_2$ concentrations decreased, while NOX emission increased with an increase in the hydrogen fraction in the fuel blend. Our results could facilitate the application of hydrogen and LPG as a fuel in the current fossil hydrocarbon-based economy and the strict emission regulations in internal combustion engines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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