Park, Jung-Il;Chung, Chan-Moon;Noh, Ki-Chul;Lee, Jong-Tai
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05b
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pp.3282-3287
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2007
Lean combustion is one of the most promising method for increasing engine efficiency and reducing the exhaust emission from SI gas engines. Due to the possibility of partial burn and misfire, however, under lean burn operation, stable flame kernel formation and fast burn rate are needed to guarantee a successful subsequent combustion. Experiment data were obtained on a single-cylinder CNG fueled SI engine to investigate the effect of direct injection, spark timing and variation of injection timing. Experimental results show that lean burn limit is ${\lambda}$=1.3 with port injection, and expansion of lean burn limit ${\lambda}$=1.4 with direct injection method, due to increase of turbulence intensity in cylinder and stratified charge. Combustion duration in lean region is improved by using the variation of injection timing.
본 연구에서는 직접분사식 CNG기관의 희박한계를 보다 확장하여 고효율 및 저배기 공해를 실현시키고자 실린더 내에 고압의 천연가스를 직접분사함과 동시에 흡입과정 중 흡기관 내에 소량의 저압천연가스를 보조분사하는 경우의 희박한계 확장 및 제반특성에 대해 검토하였다. 그 결과, 흡기보조분사가 없을 경우 희박한계가 ${\lambda}$ = 1.4 까지였으나, 흡기보조분사율이 5~15% 정도에서는 희박한계가 ${\lambda}$ = 1.5 까지 확장되었다. 이는 흡기보조분사에 따른 혼합기의 혼합율 향상에 기인한 것으로 해석하였다. 연소기간은 줄어들었지만, 흡기보조분사의 효과는 주연소기간에서 조기연소기간보다 강하게 나타났다.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.4
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pp.121-130
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2014
This paper is the second investigation on the effects of intake flow control methods on the part load performance in a spark ignition engine. In the previous work, two control methods, port throttling and masking, were compared with respect to lean misfire limit, fuel consumption and emissions. In this work, the effects of these two methods on EGR characteristics were studied and simultaneously the differences between EGR and lean combustion as a dilution method were investigated. The results show that EGR limit is expanded up to 23% and 3 ~ 5% improvement in the fuel consumption are achieved around 8 ~ 13% rates by the flow controls comparing with 10% limit and 1.5% reduction around 3% rate of non-control case. The masking method is more effective on the limit expansion than throttling as like as lean misfire limit; however there is no substantial difference in fuel consumptions improvement regardless the control methods except high load condition. Also it is observed that there exist critical EGR rates around which the combustion performance and NOx formation change remarkably and these rates generally coincide with optimum rates for the fuel consumption. In addition, dilution with fresh air is much more advantageous than that of the exhaust gas from the view point of dilution limit and fuel consumption, while utilization of the exhaust gas is more effective on NOx reduction in spite of considerably small dilution compared with the use of fresh air. Finally, the improvement of fuel consumption by massive EGR is highly dependent on the EGR limit at which the engine runs stably, therefore the stratified combustion technique might be a best solution for this purpose.
A study has been conducted to investigate the effect of swirl angle in low swirl combustor. In this study, the employed swirl angles were $28^{\circ}$, $32^{\circ}$ and $37^{\circ}$. Direct flame photos show that the width of the flame is expanded and the length of the flame is shortened when swirl angle is increased. Also, as the swirl angle was increased, the flame stability region could be widened due to the expansion of lower flammable limit. Between 3 and 7kW, CO emissions was below 10 ppm and NOx emissions was also below 27 ppm at $O_2$ 15% basis over the lean burning range of 0.6 < ${\Phi}$ < 0.9. From this investigation of stability expansion effect and emission performance, it was identified that the swirl angle $37^{\circ}$ is most suitable swirling condition in the low swirl model combustor.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.2
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pp.156-165
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2014
This paper is the first investigation on the effect of flow control methods on the part load performance in a spark ignition engine. For comparison of the methods, two control devices, port throttling and masking, were applied to a conventional engine without any design change of the intake port. Steady flow evaluation shows that steady flow rates per unit opening area and swirl ratio are very low compared with the port throttling and saturated from mid-stage valve lift, however, swirl increases slightly as the lift is higher in case of 1/4 masking control. In the part load performance, the effect of simple port throttling on lean misfire limit expansion is limited and insufficient; on the other hand a masking improves the limit considerably without any port modification for increasing swirl. Also the results show that the intake flow control improves the combustion with following two mechanisms: stratification induced by the combination of the flow pattern and the fuel injection timing attribute to ignition ability and the intensified flow ensure fast burn. In addition fuel consumption reduces under the flow controls and the reduction rate is different according to the operation conditions and control methods. At the Stoichiometric and/or low speed and low load the throttling method is more advantageous; however vice versa at lean and high load condition. Finally, the throttling is more efficient for HC reduction than masking, on the other side the NOx emissions increase under the masking and decrease under the port throttling compared with conventional port scheme.
Park, Cheol-Woong;Kim, Chang-Gi;Choi, Young;Won, Sang-Yeon;Lee, Sun-Youp
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.4
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pp.78-83
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2011
Natural gas is one of the most promising alternatives to gasoline and diesel fuels because of its high thermal efficiency and lower harmful emissions, including $CO_2$. Although the high octane value of natural gas increases engine output and efficiency due to the high compression ratio, this fuel is prone to such difficulties as a narrow limit of inflammability and a slow combustion speed in the lean burn operation domain, leading to unstable combustion and higher emissions of harmful exhaust gases. Hydrogen blended with natural gas can extend the lean burn limit while maintaining stable, efficient combustion and achieving lower NOx, hydrocarbon and green house gas emissions. In this study, the effect of hydrogen addition on an engine performance and NOx emission characteristics was investigated in a heavy duty natural gas engine. The results showed that thermal efficiency was increased and NOx emissions were reduced due to the expansion of lean operation range under stable operation. NOx emission can be significantly reduced with the retard of spark advance timing.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.26
no.1
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pp.37-47
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2002
Recently gasoline direct injection method has been applied to gasoline engine to reduce fuel consumption rate by controlling fuel air mixture on lean condition by means of stratified charging, and to reduce simultaneously. Pollutant emissions especially NOx and CO by lowering the combustion temperature. But difficulty of controling local fuel air ratio at ignition area in flammability limit unavoidably appeared, because it is merely controlled by injection timing with spatial and temporal distribution of fuel mixture. In this study, the authors devised a uniquely shaped combustion chamber so called three-chamber GDI engine, intended to keep the more reliable fuel air ratio at ignition area. The combustion chamber is divided into three regions. The first region is in the rich combustion division, where the fuel is injected from the fuel injection valve and ignited by the spark plug. The second region is in the lean combustion division, where the combustion gas from the rich combustion division flows out and burns on lean condition. And the last region is in the main combustion division ie in the cylinder, where the gas from the above two combustion divisions mixed together and completes the combustion during expansion stroke. They found that the stable range of operation of three-chamber GDI engine on low-load condition exists in the lean area of average equivalence ratio. And they also found that the reformed engine reveals less specific fuel consumption and less pollutant emissions compared with conventional carburettor type gasoline engine.
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