Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.4
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pp.13-21
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2007
This paper presents characteristics of steady flow by variation of a combustion chamber and an intake port. Gas flow field inside a combustion chamber is the important factor in improving combustion stability and reduction of emission level. The flow characteristics such as flow coefficient, tumble ratio and swirl ratio are measured by the steady flow rig test with an impulse meter in this study. In the measuring, the valve lifts are varied between 1mm to 10mm. The three combustion chambers and two intake ports were applied to the steady flow apparatus in order to investigate the effect of swirl and tumble on the in-cylinder flow. As a result, tumble ratio were found to be different by variation of the combustion chambers and the intake ports. The data from the present study can be applied to design of a similar engine as basic data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.2
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pp.97-107
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2017
This study is the second investigation on the steady flow characteristics of an SI engine with a semi-edge combustion chamber as a function of the port shape with varying evaluation positions. For this purpose, the planar velocity profiles were measured from 1.75B, 1.75 times of bore position apart from the bottom of head, to 6.00B positions using particle - image velocimetry. The flow patterns were examined with both a straight and a helical port. The velocity profiles, streamlines, and centers of swirl were almost the same at the same valve lift regardless of the measuring position, which is quite different from the case of the pent-roof combustion chamber. All the eccentricity values of the straight port were out of distortion criterion 0.15 through the lifts and the position. However, the values of the helical port exceeded the distortion criterion by up to 4 mm lift, but decreased rapidly above the 3.00B position and the 5 mm lift. There always existed a relative offset effect in the evaluation of the swirl coefficient using the PIV method due to the difference of the ideal impulse swirl meter velocity profile assumption, except for the cylinder-center-base estimation that was below 4 mm of the straight port. Finally, it was concluded that taking the center as an evaluation basis and the assumption about the axial velocity profile did not have any qualitative effect on swirl evaluation, but affected the value owing to the detailed profile.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.31
no.1
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pp.26-33
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2007
The intake swirl motion, as one of dominant effects for an engine combustion. is very effective for turbulence enhancement during the compression process in the cylinder of 2-valve engine. Because the combustion flame speed is determined by the turbulence that is mainly generated from the mean flow of the charge air motion in intake port system. This paper describes the experimental results of swirl flow and combustion characteristics by using the oil spot method and back-scattering Laser Doppler velocimeter (LDV) in 2-valve single cylinder transparent LPG engine using the liquid phase LPG injection. For this. various intake port configurations were developed by using the flow box system and swirl ratios for different intake port configurations were determined by impulse swirl meter in a steady flow rig test. And the effects of intake swirl ratio on combustion characteristics in an LPG engine were analyzed with some analysis parameters that is swirl ratio. mean flow coefficient, swirl mean velocity fuel conversion efficiency. combustion duration and cyclic variations of indicated mean effective pressure(IMEP). As these research results, we found that the intake port configuration with swirl ratio of 2.0 that has a reasonable lean combustion stability is very suitable to an $11{\ell}$ heavy-duty LPG engine with liquid phase fuel injection system. It also has a better mean flow coefficient of 0.34 to develope a stable flame kernel and to produce high performance. This research expects to clarify major factor that effects on the design of intake port efficiently with the optimized swirl ratio for the heavy duty LPG engine.
Recently, the HSDI (High Speed Direct Injection) diesel engine has been spotlighted as a next generation engine because it has a good potential for high thermal efficiency and fuel economy. This study was carried out to investigate the in-cylinder flow characteristics generated in a HSDI diesel engine with a 4-valve type cylinder head. The four kinds of cylinder head were manufactured to elucidate the effect of intake port geometry on the in-cylinder flow characteristics. The steady flow characteristics such as coefficient of flow rate $(C_{f})$, swirl ratio (Rs), and mass flow rate (m,) were measured by the steady flow test rig and the unsteady flow velocity within a cylinder was measured by PIV. In addition, the in-cylinder flow patterns were visualized by the visualization experiment and these results were compared with simulation results calculated by the commercial CFD code. The steady flow test results indicated that the mass flow rate of the cylinder head with a short distance between the two intake ports is $13\%$ more than that of the other head. However, the non-dimensional swirl ratio is decreased by approximately $15\%$. As a result of in-cylinder flow characteristics obtained by PIV and CFD calculation, we found that the swirl center was eccentric from the cylinder center and the position of swirl center was changed with crank angle. As the piston moves to near the TDC, the swirl center corresponded to the cylinder center and the velocity distribution became uniform. In addition, the results of the calculation are in good agreement with the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.6
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pp.184-189
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2006
Tumble flow test rig has been used as the useful tool in the developing intake system because major flow pattern induced by intake port of DOHC engine is tumble. Angular momentum of in-cylinder tumble flow can not be directly measured by impulse torque meter in the test rig like that of in-cylinder swirl flow due to rotational axis of the flow. Therefore the adaptor to transform tumble to swirl flow must be adapted in the test rig. In this study, using the commercial CFD code STAR-CD, we studied the effects on measured results due to the variation of the major design variables in the adaptor, tube length(L), tube diameter(D) and cylinder height(H). The effect of the attached angle($\theta$) of the test head to the adaptor also was simulated.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.2
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pp.242-254
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2016
This paper is the forth investigation on the evaluation methods of flow characteristics in a steady flow bench. In the previous works, it was concluded that the assumption of the solid rotation might cause serious problems and both of the eccentricity and the velocity profile distort the flow characteristics when using the ISM at 1.75B plane. Also particle image velocimetry (PIV) measurement at this position showed that the real velocity profile was far from the assumption of ISM evaluation. In this paper, the planar velocity profiles were measure from 1.75B to 6.00B position by PIV and the characteristics were examined according to the valve angles and lifts for further investigations about the effect of the position on the velocity profile. The results show that $26^{\circ}$ valve angle is always an unique exceptional case in all aspects. If the valve angle is $21^{\circ}$ and below, the planar velocity profiles according to the lift and the position are similar to each other, however, the tangential velocity curves along with the radial direction have common tendencies up to $16^{\circ}$ angle. Also the well arranged swirl behaviors are generally observed at the position above 3.00B and the velocity contour lines come closer to the concentric circle as the valve lift increases. In addition, the gradient of tangential velocity along with the radial direction from the swirl center becomes stable and constant as the position goes downstream. Concurrently the velocity gradient is larger to the eccentric direction of the center. In the meantime the tangential velocity curves along with the radial direction are irregular and various at 1.75B, however, they become regular and reach higher level as the evaluation position goes downstream. At this time the curves of 4.50B are the best fitted to the ideal one. On the other hand in an exceptional case, $26^{\circ}$, the velocity contours are very complicated over 6mm valve lift regardless the position and the gradient increases to the opposite direction of the eccentric center. Also, 6.00B is a best fitting position in the geometrical cylinder center base. With respect to the swirl center, the distribution range of centers for 1.75B is different to that for the other positions and the eccentricities of this plane are larger regardless the valve angle. After 1.75B, there is no certain tendency in the center position change according to the valve angle and lift. Additionally, the eccentricities are not sufficiently small to neglecting the effect on ISM measurement.
In-cylinder flows such as tumble and swirl play an important role on the engine combustion efficiencies and emission formations. The tumble flow, which is dominant in current high performance gasoline engines, is able to effect fuel consumptions and emissions under a partial load condition in addition to the volumetric efficiency under a wide open throttle condition. Therefore, it is important to optimize the tumble ratio of a gasoline engine for better fuel economy, lower emissions, and maximum volumetric efficiency. First step for optimizing a tumble ratio is to measure a tumble ratio accurately. For a tumble ratio measurement, many different methods have been developed and used such as steady flow rig, PIV, PTV, and LDV. However, it is not well known about the relations among the measured tumble ratios using different methods. The purpose of this research is to correlate the tumble ratios measured using three different methods and find out merits and demerits of each measurement method. In this research the tumble flow was measured, compared, and correlated using three different measurement methods at the same engine: steady flow rig; 2-dimensional PIV; and 3-dimensional PTV water flow rig.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.7
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pp.417-427
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2016
This paper is the first investigation of the steady flow characteristics of an SI engine with a semi-wedge combustion chamber as a function of the port shape. For this purpose, the planar velocity profiles were measured at the 1.75B position by particle image velocimetry. The flow patterns were examined with both a straight and a helical port. Two swirls were observed up to 4 mm valve lift with the straight port and up to 2 mm with the helical one; however, only one swirl was present after these lifts. The flow characteristics changed suddenly between 4 and 5 mm lift in the straight port; on the other hand, the change with lift was gradual with the helical port - the transition points between flow regimes were different with the port shapes. In addition, the centers of the swirls were relatively far from the cylinder center so that the effect of eccentricity may not be negligible at 1.75B, regardless the shape. The eccentricity values with the straight port were especially high - over 0.5 for all lifts. Finally, real velocities were found to be much lower than those predicted by the assumption of ISM evaluation, with the profiles differing qualitatively as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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