The performance of a direct-injection type diesel engine often depends on the strength of swirl or squish, shape of combustion chamber, the number of nozzle holes, etc. This is of course because the combustion in the cylinder was affected by the mixture formation process. In this paper, combustion process of biodiesel fuel was studied by employing the piston which has several grooves with inclined plane on the piston crown to generate swirl during the compression stroke in the cylinder in order to improve the atomization of high viscosity fuel such as biodiesel fuel and toroidal type piston generally used in high speed diesel engine. To take a photograph of flame, single cylinder, four stroke diesel engine was remodeled into two stroke visible engine and high speed video camera was used. The results obtained are summarized as follows; (1) In the case of toroidal piston, when biodiesel fuel was supplied to plunger type injection system which has very low injection pressure as compared with common-rail injection system, the flame propagation speed was slowed and the maximum combustion pressure became lower. These phenomena became further aggravated as the fuel viscosity gets higher. (2) In the case of swirl groove piston, early stage of combustion such as rapid ignition timing and flame propagation was activated by intensifying the air flow in the cylinder. (3) Combustion process of biodiesel fuel was improved by the reason mentioned in paragraph (2) above. Consequently, the swirl grooves would also function to improve the combustion of high viscosity fuel.
The purpose of this study is to investigate variation of spark plug protrusion and PDA valve on the exhaust emission in a gasoline engine. Swirl is one of the important parameters that affects the characteristics of combustion. PDA valve has been developed to satisfy requirements of sufficient swirl generation for improving the combustion and reducing of emission level. Also, especially, the variation of spark plug protrusion have an important effect to the early flame propagative process. This is largely due to the high flame speed by short of flame propagation distance. So, this is forced that injection timing, spark timing and intake air motion govern the stable combustion. As a result, using two combustion chamber, without charge of engine specification and the variable spark plug location and PDA valve could be reduced exhaust gas at a part load engine conditions(1500rpm imep 3.9bar, 2000rpm imep 3.2bar, 2400rpm imep 3.9bar).
The present work is a continuation of our previous study to investigate the effects of parameters such as equivalence ratio, hydrogen supplement rate and initial pressure on combustion characteristics in a disk-shaped constant volume combustion chamber. The main results obtained from the study can be summarized as follows. The flames in near stoichiometric mixture of methane-air are propagated with a spherical shape, but in excess rich or lean mixtures are propagated with a elliptical shape. And, they are changed to an unstable elliptical shape flame with very regular cells by increasing the hydrogen supplement rate. Also, flame is sluggishly propagated at increased initial pressure in combustion chamber. Volume fraction of burned gas and flame radius as the combustion characteristics are increased by increasing the hydrogen supplement rate, especially at the combustion middle period, but then are slowly increased by increasing the initial pressure.
Flame propagation during the initial stages of ignition in a non-premixed swirl, having some of characteristics of the primary zone of an aero gas turbine combustor, has been investigated. Nd:YAG laser was adopted as the principal ignition source to allow arbitrary placing of the ignition site i subsequent flame development was monitored using a natural light high speed filming technique for many ignition site at two different swirl ratios and an overall equivalence ratio of 0.9. For ignition offset from the burner centreline, buoyancy force associated with radial pressure gradient produced a strong inward movement of the flame kernel. At the burner exit. flame kernels invariably developed into cylindrical form and a 'radial confinement /axia expansion' (RCAE) process was observed.
Static and non-static flame methods were used to measure the laminar burning velocity of methane, ethane and natural gas. The flame slot angle and velocity of unburned gas mixture were determined by Schlieren method and LDV, respectively, for static flame. The diameter of nozzle was selected as 11 mm. The experimental results containing the stretch effect showed that the maximum burning velocities were 41.5 for natural gas, 40.8 for methane and 43.4 cm/sec for ethane on equivalence ratio of 1.1. Constant volume combustion chamber was also used for non-static flame. The propagation process of flame front was visualized by high speed camera during constant pressure. The maximum burning velocity of natural gas was determined as 42.1 cm/sec on equivalence ratio of 1.15.
A theoretical and experimental study on the combustion process in a constant volume micro combustor is described. Unlike in a macro scale constant volume combustor, the heat loss to the wall plays a major role in flame propagation in a micro micro combustor. In order to analyze the effect of heat loss on combustion phenomena, pressure transition from ignition was measured. A number of cylindrical micro combustors with different diameter and depth were used for experiment to study the effect of length scales and shape factor. The diameter of combustor ranged from 7.5mm to 22.5 mm and the height of cylinder was from 1mm to 4mm. Initial pressure was also varied for the experiment. The diagnostic methods were severely limited due to the size of the apparatus and uncertainties of certain quantities to be measured in a small-scale environment. An analytical method to derive physical quantities that are essential for performance prediction from the pressure measurements is described.
In this study, a rapid compression and expansion machine(RCEM) equipped with a swirl generator was designed and developed, in order to clarify normal and abnormal combustion(knocking phenomena). This RCEM is intended to simulate combustion process in actual automotive S.I.engines, having a high reproducibility in the compression stroke. Flame propagation and autoignition processes associated with normal and abnormal combustion were captured by the high speed schlieren photography. And swirl intensity. equivalence ratio and ignition position were varied to investigate the effect of turbulence, concentration in the unburnt gas region and flame propagation length. The knock intensity, knock mass fraction and knock mass fraction after autoignition were calculated by use of history of measured cylinder pressure.
A method is developed to include the effect of volume expansion in the description of the flame dynamics using G-equation. Line volume-source is used to represent the effect of the exothermic process of combustion with source strength assigned by the density difference between the burned and the unburned region. The present model provides good agreement with the experimental results by using realistic volume expansion ratio which was not reached in the previous researches. Including volume expansion, the flow predicts the same behavior of measured velocity field qualitatively. The flame propagation in varying flow field due to volume expansion provides a promising way to represent the wrinkled turbulent premixed flames in a numerically efficient manner.
The effect of turbulence and ignition energy on flame kernel growth in mathanol-air mixtures has been studied in a constant volume vessel. Experiments were made under different turbulent intensity conditions, ignition energy and over a range of equivalence ratio. Characteristics of turbulent flow were grasped by measurments of gas pressure and visualization of flame propagation. Flow velocity was measured by use of hot wire anemometer. A comparison of the effect of turbulence on ignition probability and flame kernel volume variation ratio is also presented.
The effect of heat loss on combustion performance and burning velocity of micro combustors in various conditions were exploited experimentally. Three different gases were used, and various geometric matrixes were considered to figure out the phenomena of combustion in a micro combustor. The micro combustors used in this study were constant volume combustors and had cylindrical shape. Geometric parameter of combustor was defined as combustor height and diameter. The effect of height was exploited parametrically as 1mm, 2mm and 3 mm and the effect of diameter was parameterized to be 7.5 mm and 15 mm. Three different combustibles which were Stoichiometric mixtures of methane and air, hydrogen and air, and mixture of hydrogen and air with fuel stoichiometry of two were used. By pressure measurement and visualization of flame propagation, characteristic of flame propagation was obtained. Flame propagations which were synchronized with pressure change within combustor were analyzed. From the analysis of images obtained during the flame propagations, burning velocity at each location of flame was obtained. About $7\%$ decrease in burning velocity of $CH_4/Air$ stoichiometric mixture compared with previous a empirical result was observed, and we can conclude that it is acceptable to use empirical equations for laminar premixed flame burning velocity to micro combustions. Results presented in this paper will give fine tool for analysis and prediction of combustion process within micro combustors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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