VCO nozzle is devised to minimize the HC emission and has been applied on some HSDI diesel engines. But it is not well reported whether VCO nozzle would be advantageous over SAC nozzle in a small HSDI diesel engine. In this paper it is presented that characteristics of VCO and SAC nozzle under common rail fuel injection system and their effects on the performance in a small HSDI diesel engine.
Heat release analysis is a very important method for understanding the combustion phenomena inside an engine cylinder. In this study, one-zone heat release analysis was used with the measured cylinder pressures of a HSDI(high speed direct injection) and IDI(indirect injection) diesel engines, Those have benefits of simple equation, fast speed, reliability. The objective of the study is to compare the combustion characteristics between a HSDI and an IDI. The result shoes that the maximum heat release rate of a HSDI is higher than that of an IDI because of long ignition delay period. The heat release curve of an IDI is more linear than that of a HSDI, thus is similiar to that of a SI engine. The combustion efficiency of a HSDI is higher than that of an IDI because of the smaller heat transfer loss of a HSDI. There is a suggestion here that an IDI engine has broad heat transfer area which include two combustion chambers, the connection passage of combustion chambers, etc.
Great attentions are paid to HSDI diesel engine for passenger cars because of its high thermal efficiency. The most interesting research in HSDI diesel engine developments is focused on applying common rail system as a fuel injection equipment. In this study, a series of tests are carried out to investigate the effect of injection pressure variation on the smoke and fuel concluded in a small HSDI diesel engine with common rail system. As a result of this study it is concluded that there is an optimum rail pressure dependent on combustion system such as nozzle type, combustion chamber geometry.
Heat release analysis is a very importent method in understanding the combustion phenomena inside an engine cylinder. In this study, one-zone heat release analysis was used with the mesured cylinder pressures of an IDI(indirect injection), a HSDI(high speed direct injection) and a SI(spark ignition) engine. It has benefits of simple equation, fast speed, reliability. The object of the study is to compare the combustion characteristics among an IDI, a HSDI and SI engine. Result of analysis, the maximum heat release rate of a HSDI is higher than an IDI because of long ignition delay period. The heat release curve of a IDI is more linear than an HSDI, so the combustion characteristics of a IDI is similiar to that of an SI engine. There is a suggestion here that the combustion efficiency of a HSDI is highest of that of all engines because of the smallest heat transfer loss of all engines.
Modification of injector, oil ring tension reduction and oil pump rotor re-matching with optimization of relevant engine control parameters could drive fuel consumption reduction of HSDI diesel engine. A 5 holes injector was replaced with a 6 holes with smaller nozzle hole diameter and 1.5 k factor, and evaluated in a view of fuel economy and emission trade-offs. With introducing smaller nozzle hole diameter injector, PM(Particulate Matter) was drastically decreased for low engine load and low engine rpm. Modification of oil pump and oil ring was to reduce mechanical friction and be proved to better fuel economy. Optimization of engine operating conditions was a great help for the low fuel consumption. Influence of the engine operating parameters· including pilot quantity, pilot interval, air mass and main injection timing on fuel economy, smoke and NOx has been evaluated with 14 points extracted from NEDC(New European Driving Cycle) cycle. The fuel consumption was proved to $7\%$ improvement on an engine bench and $3.7\%$ with a vehicle.
Particulate matters(PM) have bad effect on the health. We carried out measurements of diesel PM under $10{\mu}m$ diameter from a HSDI diesel engine with a diesel oxidation catalyst(DOC) by using the ELPI. This paper compares the two results of the smoke level and the PM level of masses and numbers. We also investigated the effect of the DOC. Under high speed and load, HSDI diesel engine exhausts much masses of particulate matters over 100nm diameter, and a number of PM from 7 to 100nm diameters at the same condition. DOC could reduce the total mass of the PM. However, the DOC could increase the number of ultra fine PM. Before light-off of the soot, the DOC absorb the PM and the DOC oxidize the PM after light-off temperature. The fine PM could be made during the oxidation. Therefore, the advanced DOC is needed to reduce the number of the fine PM.
To optimize the combustion system in a HSDI diesel engine, a new analysis technology was developed. The in-cylinder 3-D combustion analysis was carried out by the modified KIVA-3V, and the spray characteristics for the high pressure injection system were analyzed by HYDSIM. The combustion design parameters were optimized by coupling the KIVA-3V and the iSIGHT. The optimization procedure consists of 3 steps. The $1^{st}$ step is the sampling method by the Design of Experiment(DOE), the $2^{nd}$ step is the approximation using the Neural Network method, and the $3^{rd}$ step is the optimization using the Genetic Algorithm. The developed procedures have been approved as very effective and reliable, and the computational results agree well with the experimental data. The analysis results show that the optimized combustion system in a HSDI diesel engine is capable of reducing NOx and Soot emissions simultaneously keeping a same level of the fuel consumption(BSFC).
본 연구는 HSDI 디젤 엔진의 연소 성능 향상을 위해 연료 분사 타겟팅의 최적화를 수치 해석적으로 연구하였다. 연구에 적용된 연소모델은 ECFM-3Z모델을 사용하였고, 해석에 필요한 엔진 부하 및 연료의 타겟팅은 분사량, 분사각도, 분사시기를 변경하여 해석한 실린더압력, 열 발생률, 배기 배출물 특성의 결과를 비교 분석하여 연구하였다. 연구결과, 분사시기와 분사각도에 따라 연료가 피스톤 보울 안쪽으로 많이 유입될수록 열 발생률의 증가로 인하여 $NO_x$는 증가하였고, CO, Soot은 연소성능의 증진으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 분사시기가 진각될수록 균일 혼합기 형성시간이 충분하여 연소성능이 증진되고, 실린더압력은 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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