This study is numerical analysis about optimal conditions of GDICI (gasoline direct injection compression ignition) engine operation using intake preheating. Numerical modeling was performed by using the KIVA-3V Release2 code integrated Chemkin chemistry solver II. For validation of numerical model, experiments were performed on a single-cylinder engine. Throughout the numerical simulations under variable conditions, the ranges of optimal conditions were found.
본 연구는 직접분사식 가솔린엔진에서 공기 과잉률 및 바이오에탄올-가솔린 혼합연료의 혼합비에 따른 연소특성과 배기배출물 특성을 실험적으로 규명한 것이다. 다양한 공기 과잉률 및 혼합비 조건에서 실험을 수행하였으며, 연소실 압력, 열발생률, 연료소비율 등을 통해 연소특성을 분석하였으며, 배기배출물 특성은 미연탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물($NO_x$) 분석을 통해 확인하였다. 혼합연료의 실험결과는 100% 가솔린 및 바이오에탄올 실험결과와 비교하였다. 실험결과 최고연소압력과 열발생률, 제동연료소비율은 혼합비의 증가에 따라 증가하였으며, CO, HC, $NO_x$와 같은 배기배출물은 바이오 에탄올 혼합비율이 증가함에 따라 감소하였다. 혼합연료의 배기배출물 수준은 가솔린 보다 낮게 나타났다.
This paper describes the macroscopic behavior and atomization characteristics of the high-pressure gasoline injector in direct-injection gasoline engine. The global spray behavior of fuel injector was visualized by shadowgraph technique. The atomization characteristics of gasoline spray such as mean diameter and mean velocity of droplet were measured by the phase Doppler particle analyzer system. In order to obtain the influence of fuel injection pressure, the macroscopic visualization and experiment of particle measurement on the fuel spray were investigated at 3,5 and 7 MPa of injection pressure under different surrounding pressure in the spray chamber. The results of this work show that the fuel injection pressure of gasoline injector in GDl engine has influence upon the mean droplet diameter, mean velocity of spray droplet, the spray tip penetration, and spray width under the elevated ambient pressure.
High pressure LPG fuel spray with a conventional swirl injector was visualized and the impact of the injection pressure was also investigated using a DISI (direct injection spark ignition) LPG single cylinder engine. Engine performance and emission characteristics were evaluated over three different injection pressure and engine loads at an engine speed of 1500 rpm. The fuel spray pattern appeared to notably have longer penetration length and narrower spray angle than those of gasoline due to its lower angular momentum and rapid vaporization. Fuel injection pressure did not affect combustion behaviors but for high injection pressure and low load condition ($P_{inj}$=120 bar and 2 bar IMEP), which was expected weak flow field configuration and low pressure inside the cylinder. In terms of nano particle formation the positions of peak values in particle size distributions were not also changed regardless of the injection pressure, and its number densities were dramatically reduced compared to those of gasoline.
The combustion characteristics of gasoline and diesel were tested in a compression ignition engine. Both fuels were used with same common rail injection system. Combustion experiment showed that low load condition of 0.45 MPa IMEP (indicated mean effective pressure) was tested in metal and optical engines. The gasoline combustion showed higher hydrocarbon and carbon monoxide emissions but lower soot emission compared with diesel combustion. NOx emissions were very high at late injection timing but significantly decreased at early injection timing due to the lean combustion resulted from vigorous mixing process. Direct combustion visualization showed that the diesel combustion was dominated by diffusion combustion exhibiting soot incandescence and the gasoline combustion was mostly consisted of premixed combustion showing blue chemiluminescence.
The purpose of the present work is to investigate the effect of gasoline-premixing on a combustion and emissions characteristics in a compression ignition engine. For studying combustion characteristics, a combustion pressure and rate of heat release (ROHR) were measured using a single-cylinder DI compression ignition engine with a common-rail injection system and premixed fuel injection system. In addition, exhaust emissions characteristics were studied using emission analyzers and smoke meter. The experimental results showed that the case of gasoline-premixing had longer ignition delay and lower combustion pressure compared to the cases of diesel direct injection. Furthermore, premixed gasoline-air mixture reduced NOx emissions due to low peak of ROHR.
In gasoline direct injection injectors, cavitation can be generated inside the hole because of their high injection pressure. In this paper, the effects of cavitation development in injector were investigated depending on the various hole drilling angles were investigated by a numerical method. In order to verify the internal flow model, injection rate and injection quantity of individual holes were measured. The BOSCH long tube method was used to measure the injection rate. As a result, even if the hole diameters were the same, the discharge coefficient differed by up to 10% depending on the hole angle. Moreover, if the hole drilling angle became greater than 30°, the area coefficient and the discharge coefficient decreased as the nozzle outlet was blocked due to cavitation.
This paper presents an experimental study on the GDI injector with Bosch method. The injection characteristics, such as the injection quantity, the injection rate, the maximum velocity of the nozzle exit and the injection delay were studied through the change of the injection pressure, the tube pressure and energizing duration in injection rate measurement device using nheptane. The injection quantity is increased by increasing injection pressure, decreasing tube pressure or increasing energizing duration. As the difference of the injection quantity changed, the shape of injection rate was moved with a constant form. The maximum velocity of the nozzle exit showed a tendency to increase as the injection pressure is increased. However, tube pressure did not affect. Overall, it was confirmed that the closing delay is longer than the opening delay in all conditions. As the injection pressure increased, the result has a tendency to decrease the closing delay, it did not affect the opening delay. Reduction of the closing delay showed the reduction of the injection duration. the tube pressure and energizing duration did not affect the injection delay (opening delay, closing delay).
세계적인 배출가스 규제의 강화와 함께 화석 연료의 매장량 감소와 유가 상승은 새로운 엔진 기술 개발을 촉진시켰다. 가솔린 직접 분사(GDI; Gasoline Direct Injection) 엔진은 연료를 직접 연소실에 공급하고 정밀한 연소제어를 통해 공연비가 희박한 혼합 상태에서도 연소가 가능하게 하였는데, 이러한 방식은 기존 포트 분사 엔진보다 연비와 출력을 모두 향상시킬 수 있다. 하지만 GDI엔진은 디젤 엔진의 경우와 마찬가지로 soot 발생률이 높아짐에 따라 입자상 물질의 배출이 증대되는 문제를 안고 있다. 이러한 문제를 해소하고자 본 연구에서는 가솔린 입자상 물질 필터(GPF; Gasoline Particulate Filter)를 개발하여 입자상 물질의 배출정도를 저감시키고자 하였다. 필터의 설계 효율에 따라 3가지의 Metal foam 필터와 단일 Metal fiber 필터를 실험에 적용하여 PM과 PN의 저감률을 비교하였다.
A quasidimensional program is developed for a four stroke cycle homogeneous GDI (Gasoline Direct Injection) engine. It includes models for spray, burning rate and chemistry to predict knock and emissions. With early injection a homogeneous GDI engine goes through spark ignited, turbulent premixed combustion as in PFI (Port Fuel Injection) engines. The cylinder charge is divided into unburned and burned zone with the latter divided into multiple zones of equal mass to resolve temperature stratification. Validation is performed against measured pressure traces, NOx and CO emissions at different load and RPM conditions. Comparison is made between an empirical knock model and predictions by the chemistry model in this work.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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