Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.3
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pp.54-62
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2007
The knock characteristics in an engine were investigated under homogeneous charge compression ignition (HCCI) operation. Liquefied petroleum gas (LPG)and gasoline were used as fuels and injected at the intake port using port fuel injection equipment. Di-methyl ether (DME) was used as an ignition promoter and was injected directly into the cylinder near compression top dead center (TDC). A commercial variable valve timing device was used to control the volumetric efficiency and the amount of internal residual gas. Different intake valve timingsand fuel injection amounts were tested to verify the knock characteristics of the HCCI engine. The ringing intensity (RI) was used to define the intensity of knock according to the operating conditions. The RI of the LPG HCCI engine was lower than that of the gasoline HCCI engine at every experimental condition. The indicated mean effective pressure (IMEP) dropped when the RI was over 0.5 MW/m2and the maximum combustion pressure was over 6.5MPa. There was no significant relationship between RI and fuel type. The RI can be predicted by the crank angle degree (CAD) at 50 CA. Carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions were minimized at high RI conditions. The shortest burn duration under low RI was effective in achieving low HC and CO emissions.
Unburned hydrocarbon (UBHC) emissions from gasoline engines remain a primary engineering research and development concern due to stricter emission regulations. Gasoline engines produce more UBHC emissions during cold start and warm-up than during any other stage of operation, because of insufficient fuel-air mixing, particularly in view of the additional fuel enrichment used for early starting. Impingement of fuel droplets on the cylinder wall is a major source of UBHC and a concern for oil dilution. This paper describes an experimental study that was carried out to investigate the distribution and 'footprint' of fuel droplets impinging on the cylinder wall during the intake stroke under engine starting conditions. Injectors having different targeting and atomization characteristics were used in a 4-Valve engine with optical access to the intake port and combustion chamber. The spray and targeting performance were characterized using high-speed visualization and Phase Doppler Interferometry techniques. The fuel droplets impinging on the port, cylinder wall and piston top were characterized using a color imaging technique during simulated engine start-up from room temperature. Highly absorbent filter paper was placed around the circumference of the cylinder liner and on the piston top to collect fuel droplets during the intake strokes. A small amount of colored dye, which dissolves completely in gasoline, was used as the tracer. Color density on the paper, which is correlated with the amount of fuel deposited and its distribution on the cylinder wall, was measured using image analysis. The results show that by comparing the locations of the wetted footprints and their color intensities, the influence of fuel injection and engine conditions can be qualitatively and quantitatively examined. Fast FID measurements of UBHC were also performed on the engine for correlation to the mixture formation results.
Gasoline engine have proved its utility in light, medium and heavy duty vehicle in every sector of the world community. The concern about long term availability of petroleum and the increasing threat for the environment by the increasing load of vehicular emission, compel the technology to upgrade itself for meeting the challenges. CNG is environmentally clean alternative to the existing SI Engines with out much change in the hardware. Many researchers have found this as a potential substitute to meet the energy requirement. Higher octane number and higher self ignition temperature make it a good gaseous fuel. Although power output is slightly lesser than the gasoline it's thermal efficiency is better than the gasoline for the same SI Engine. Results showed that reduced CO, hydrocarbon emissions is a favorable outcome, with slight increase in NOx emission when compared with gasoline fuel to dual fuel mode in the existing SI Engines.
Taghizadeh, Roohollah;Goshtasbi, Kamran;Manshad, Abbas Khaksar;Ahangari, Kaveh
Advances in Energy Research
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v.6
no.1
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pp.75-90
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2019
Anthropogenic greenhouse gas emissions are rising rapidly despite efforts to curb release of such gases. One long term potential solution to offset these destructive emissions is the capture and storage of carbon dioxide. Partially depleted hydrocarbon reservoirs are attractive targets for permanent carbon dioxide disposal due to proven storage capacity and seal integrity, existing infrastructure. Optimum well completion design in depleted reservoirs requires understanding of prominent geomechanics issues with regard to rock-fluid interaction effects. Geomechanics plays a crucial role in the selection, design and operation of a storage facility and can improve the engineering performance, maintain safety and minimize environmental impact. In this paper, an integrated geomechanics workflow to evaluate reservoir caprock integrity is presented. This method integrates a reservoir simulation that typically computes variation in the reservoir pressure and temperature with geomechanical simulation which calculates variation in stresses. Coupling between these simulation modules is performed iteratively which in each simulation cycle, time dependent reservoir pressure and temperature obtained from three dimensional compositional reservoir models in ECLIPSE were transferred into finite element reservoir geomechanical models in ABAQUS and new porosity and permeability are obtained using volumetric strains for the next analysis step. Finally, efficiency of this approach is demonstrated through a case study of oil production and subsequent carbon storage in an oil reservoir. The methodology and overall workflow presented in this paper are expected to assist engineers with geomechanical assessments for reservoir optimum production and gas injection design for both natural gas and carbon dioxide storage in depleted reservoirs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.12
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pp.1157-1164
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2007
Ceramic honeycomb structures have performed successfully as catalyst supports for meeting hydrocarbon, carbon monoxide and nitrous emissions standards for gasoline-powered vehicles. Three-way catalyst converter has to withstand high temperature and thermal stress due to pressure fluctuations and vibrations. Thermal stress constitutes a major portion of the total stress which the ceramic catalyst support experiences in service. In this study, temperature distribution was measured at ceramic catalyst supports. Thermal durability was evaluated by power series dynamic fatigue damage model. Radial temperature gradient was higher than axial temperature gradient. Thermal stresses depended on direction of elastic modulus. Axial stresses are higher than tangential stresses. Tangential and axial stresses remained below thermal fatigue threshold in all engine operation ranges.
Recently, renewable power is rapidly increasing globally due to extensive effort to mitigate climate change and conventional power generation industry faces new challenges. The gas turbine technology has potentials to expand its role in future power generation based on the intrinsic characteristics such as fuel diversity and fast load following ability. Hydrogen is one of the most promising fuel in terms of reducing emissions and storing variable renewable energy and replacing hydrocarbon fuel with hydrogen has become very popular. Therefore, this paper presents the core technologies to combust hydrogen added fuel efficiently in gas turbines and the analysis of domestic and international R&D trends.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.10
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pp.1285-1293
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2000
In port fuel injection system of SI engines, injected fuel is impinged onto the surface of intake valves and port-wall, and then formed the wall flow under the cold start operation. Wall flows entrained into the cylinder result in the unsteady and nonuniform mixture formation. Therefore, the spray impingement to the wall is considered as having negative influences such as lowering combustion efficiency and causing unburned hydrocarbon emissions. This study investigates the spray characteristics of the wall impinging air-assist spray in suction air flow. A PDPA was used to analyze the flow characteristics under the different conditions such as impingement angle and supplied air. Experimental data concerning the impinging sprays has been obtained in the vicinity of the wall. Measured droplets divided into the pre-impinging droplets which denote as the positive normal velocities and post-impinging droplets that describe as the negative normal velocities for the suction flow. Their velocities, size distributions and SMD are comparatively analyzed before and after the impingement.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.1
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pp.80-89
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1998
The residual gas in an spark-ignition engine is one of important factors on emissions and performance such as combustion stability. With high residual gas fractions, flame speed and maximum combustion temperature are decreased and these are deeply related with combustion stability especially at idle and NOx emission at relatively high engine load. Therefore, there is a need to characterize the residual gas fraction as a function of the engine operating load. Therefore, there is a need to characterize the residual gas fraction as a function of the engine operating parameters. In the present study, the quantitative measurement technique of residual gas fraction was studied by using Fast Response Flame Ionization Detector(FRFID). The measuring technique and model for estimation of residual gas fraction were reported in this paper. By the assuming that the raw signal from FRFID saturates with the same slope for firing and misfiring cycle, in-cylinder hydrocarbon(HC) concentration can be estimated. Residual gas fraction can be obtained from the in-cylinder HC concentration measured at firing and motoring condition. The developed measurement and calibration procedure were applied to the limited engine operating and design condition such as intake manifold pressure and valve overlap. The results show relevant trends by comparing those from previous studies.
Oh, Seung-Mook;Kim, Duk-Sang;Miles, Paul C.;Colban, Will F.
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.12
no.4
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pp.1-7
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2007
Carbon monoxide (CO) is not only an important intermediate species in chemical reaction mechanisms of hydrocarbon fuel combustion, but also a crucial pollutant species emitted from automotive engines. To better understand the physical processes impacting CO emissions, the development of laser-based measurement techniques that can visualize in-cylinder CO distributions is desirable. Among these techniques, Laser-Induced Fluorescence (LIF) is a sensitive and species-selective detection technique capable of good spatial resolution. However, some technical matters such as deep UV excitation, severe pressure dependency of the LIF signal, and potential interference from other species have been major challenges for CO LIF application. This study is focused on investigating the feasibility of CO two-photon LIF in a direct-injection diesel engine operating at typical pressure and temperature conditions with commercial grade diesel fuel. Spectroscopic analysis shows that the CO fluorescence signal can be separated from $C_2$ Swan band or broadband fluorescence from PAHs when the signal is collected near 483 nm. The signal-to-noise ratio of CO LIF deteriorate rapidly as pressure is increased, following $P^{-1.49}$ which matches the theoretical signal pressure dependency.
The purpose of this paper is to investigate the effect of equivalence ratio on the combustion and emission characteristics of a compression ignition engine fueled with biodiesel. In this research, a single-cylinder direct injection engine with 373.3 cc of displacement volume was tested on DC dynamometer. In order to investigate the effect of biodiesel equivalence ratio on combustion characteristics, the experiments were conducted at various equivalence ratios and injection pressures of 40~120 MPa. For investigating engine performance, lambda meter was connected and equivalence ratios was varied from 0.6 to 1.0. In addition, the exhaust emissions such as oxides of nitrogen($NO_X$), hydrocarbon(HC) and carbon monoxide(CO) were measured by exhaust gas analyzer under the various air/fuel ratios. The experimental results show that maximum IMEP was measured at the 0.8 of equivalence ratio. Furthermore, $NO_X$ emission was rapidly decreased as the increase of equivalence ratio. However soot emission was significantly increased according to the increase of equivalence ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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