Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.6
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pp.100-107
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2002
Combustion characteristics of diesel engine depends on mixture formation process during Ignition delay and premixed flame region. Fuel and air mixture formation has a great influence on the exhaust emission. Therefore, the present study focused on the combustion mechanism of Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine. This study was carried out to investigate the combustion characteristics of direct injection type HCCI engine using a visualization engine. To investigate the combustion characteristics, we measured cylinder pressure and calculated heat release rate. In addition, we investigated the flame development process by using visualization engine system. From the experimental result of HCCI engine, we observed that cool flame was always appeared in HCCI combustion and magnitude of cool flame was proportional to magnitude of hot flame. And we also found that fuel injection timing is more effective to increase lean homogeneous combustion performance than intake air temperature. Since increasing the intake air temperature improved fuel vaporization before the fuel atomizes, we concluded that increasing the temperature has disadvantage fur homogeneous premixed combustion.
Park, Se-Ik;Kook, Sang-Hoon;Bae, Choong-Sik;Kim, Jang-Heon
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.5
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pp.58-64
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2006
Homogeneous charge compression ignition(HCCI) combustion is an advanced technique for reducing the hazardous nitrogen oxide(NOx) and particulate matter(PM) in a diesel engine. NOx could be reduced by achieving lean homogeneous mixture resulting in combustion temperature. PM could be also reduced by eliminating fuel-rich zones which exist in conventional diesel combustion. However previous researches have reported that power-output of HCCI engine is limited by the high intensive knock and misfiring. In an attempt to extend the upper load limit for HCCI operation, supercharging in combination with Exhaust Gas Recirculation(EGR) has been applied: supercharging to increase the power density and EGR to control the combustion phase. The test was performed in a single cylinder engine operated at 1200 rpm. Boost pressures of 1.1 and 1.2 bar were applied. High EGR rates up to 45% were supplied. Most of fuel was injected at early timing to make homogeneous mixture. Small amount of fuel injection was followed near TDC to assist ignition. Results showed increasing boost pressure resulted in much higher power-output. Optimal EGR rate influenced by longer ignition delay and charge dilution simultaneously was observed.
In this study, a cylindrical constant volume combustion chamber is used to investigate the flow and combustion characteristics of methane-air homogeneous mixture under various initial charge pressure, excess air ratios and ignition times. The flame and burning speed, mean gas speed are calculated by numerical analysis to analyze the combustion characteristics. It is found that the mean gas velocity during combustion has the maximum value around 300 ms and then decreased gradually on the condition of 10000 ms, and that the combustion duration is shorten and flame speed and burning velocity have the highest value under the conditions of an excess air ratio 1.1, an initial charge pressure of 0.2 MPa and an ignition time of 300 ms in the present study. And, the initial pressure and burning speed are in inverse proportion, so that it is in agreement with Strehlow who presented that the initial pressure and burning speed are in inverse proportion when the burning speed is under 50cm/s.
It is becoming increasingly difficult for engines using conventional fuels and combustion techniques to meet stringent emission norms. The homogeneous charge compression ignition(HCCI) concept is being evaluated on account of its potential to control both smoke and NOx emissions. However, HCCI engines face problems of combustion control. In this work, a single cylinder water-cooled diesel engine was operated in the HCCI mode. Diesel was injected during the suction stroke($0^{\circ}$ to $20^{\circ}$ degrees aTDC) using a special injection system in order to prepare a nearly homogeneous charge. The engine was able to develop a BMEP(brake mean effective pressure) in the range of 2.15 to 4.32 bar. Extremely low levels of NOx emissions were observed. Though the engine operation was steady, poor brake thermal efficiency(30% lower) and high HC, CO and smoke were problems. The heat release showed two distinct portions: cool flame followed by the main heat release. The low heat release rates were found to result in poor brake thermal efficiency at light loads. At high brake power outputs, improper combustion phasing was the problem. Fuel deposited on the walls was responsible for increased HC and smoke emissions. On the whole, proper combustion phasing and a need for a well- matched injection system were identified as the important needs.
The catalytically stabilized combustion of $CH_4$-air mixture on platinum catalyst was investigated numerically using a 2-D boundary layer model with detailed heterogeneous and homogeneous chemistries. The actual surface site density of monolith coated with platinum was decided by the comparison with experimental data. The comparisons were made between results for cases where only heterogeneous chemistry was allowed and both heterogeneous and homogeneous chemistries were allowed. It was found that the homogeneous reaction in the monolith had little effect on the change of temperature profile, methane conversion rate and light off location. The contributions of each reactions related with CO formation were discussed on the surface. The effects of operation conditions such as equivalence ratio, temperature, velocity and pressure at the entrance were studied. In thermal combustor, CO and NOx was produced less than 1 ppm at the exit and the production of $N_{2}O$ was more dominant than that of NO.
Kim, Hyung-Min;Kim, Yung-Jin;Ryu, Jea-Duk;Lee, Ki-Hyung
Journal of ILASS-Korea
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v.11
no.3
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pp.161-167
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2006
As the exhaustion of petroleum resources and air pollution problems are getting serious recently, there are growing interests in premixed diesel engines which have the potential of achieving a more homogeneous mixture near TDC compared to conventional diesel engines. Early studies have shown that the fuel injection frequency and spray angle affected the mixture formation and combustion in a HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) engine. Therefore, the purpose of this study is to investigate the relationship between combustion and mixture formations by injection timing and frequency using a narrow angle injector, NADI (Narrow Angle Direct Injection). In this study, we found that the fuel injection timing and injection frequency affect the mixture formations and then affect combustion in the HCCI engine.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.3
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pp.48-57
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2003
A cylindrical constant volume combustion chamber was used to investigate the flow characteristics at spark plug and the combustion characteristics of homogeneous charge methane-air mixture under various initial pressure, excess air ratio and ignition times in quiescent mixture. The flow characteristics such as mean velocity and turbulence intensity was analyzed by hot wire anemometer. Combustion pressure development measured by piezoelectric pressure transducer and flame propagation acquired by ICCD camera were used to investigate the effect of initial pressure, excess air ratio and ignition times on pressure, combustion duration, flame speed and burning velocity. Mean velocity and turbulence intensity had the maximum value at 200 or 300ms and then decreased to near 0 value gradually after 3 seconds. Combustion duration, flame speed and burning velocity were observed to be promoted with excess air ratio of 1.1, lower initial pressure and ignition time of 300ms.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.1
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pp.78-85
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2008
The exhaust emission characteristics of a liquefied petroleum gas-di-methyl ether (LPG-DME) compression ignition engine was investigated under homogeneous charge, stratified charge and diffusion combustion conditions. LPG was used as the main fuel and injected into the combustion chamber directly. DME was used as an ignition promoter and injected into the intake port. Different LPG injection timings were tested to verify the combustion characteristics of the LPG-DME compression ignition engine. The combustion was divided into three region which are homogeneous charge, stratified charge, and diffusion combustion region according to the injection timing of LPG. The HC emission was reduced with LPG stratification. However, the carbon monoxide and particulate matter emissions were increased. The ignition timing was advanced with LPG stratification. This advance combustion was because of charge temperature and cetane number stratification with LPG.
A homogeneous premixed charge compression ignition engine is experimentally investigated for the reduction of exhaust emissions in diesel engines. In this study, the premixed fuel is injected into the intake manifold to form homogeneous pre-mixture in the combustion chamber and then this pre-mixture is ignited by small amount of diesel fuel directly injected into the cylinder. In the premixed charge compression ignition engine, NOx and smoke concentration of the exhaust emissions were reduced simultaneously as compared with the conventional diesel engine. But HC and CO emissions were increased with the increase of premixed ratio. The combustion characteristics of premixed charged diesel engine such as the power output, the rate of heat release, and the other characteristics are discussed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.2
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pp.17-23
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2004
A cylindrical constant volume combustion bomb is used to investigate the combustion characteristics and to analyze the heat quantity of homogeneous charge methane-air mixture under various initial pressures, excess air ratios and ignition times. As the overall pressure increase, the values of maximum combustion pressure, maximum heat release rate and cumulative heat release have been increased. But it is not very meaningful to compare with some values such as maximum combustion pressure, maximum heat release rate and cumulative heat release for different overall pressure due to the different heat energy of supplied fuel. So the each value is needed to be compared with normalized value, which is divided by the entered fuel energy. To analyze the heat quantity, some definitions including the CHR ratio, the UHC ratio and the HL ratio are needed and are calculated. As the overall pressure increase, the CHR ratios and the UHC ratios have been decreased, while the HL ratios have been increased. The CHR ratio of 300 ms has the higher value than that of 10000ms, and the HL ratios of 300 ms have a lower value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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