Cyclic variability limits the range of operating conditions of spark ignition engines, especially under lean and highly diluted operation conditions. The cyclic combustion variations can be characterized by pressure parameters, combustion related parameters, and flame-front related parameters. The coefficient of variation (COV) in indicated mean effective pressure (IMEP) defines the cyclic variability in indicated work per cycle.
Kim, Do-Hwa;Oh, Byoung-Gul;Ok, Seung-Suk;Lee, Kang-Yoon;SunWoo, Myoung-Ho
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.17
no.2
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pp.118-125
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2009
Calculation of indicated mean effective pressure(IMEP) requires high cylinder pressure sampling rate and heavy computational load. Because of that, it is difficult to implement in a conventional electronic control unit. In this paper, a cylinder pressure based real-time IMEP estimation method is proposed for controller implementation. Crank angle at 10-bar difference pressure($CA_{DP10}$) and cylinder pressure difference between $60^{\circ}$ ATDC and $60^{\circ}$ BTDC($DP_{deg}$) are used for IMEP estimation. These pressure variables can represent effectively start of combustion(SOC) and fuel injection quantity respectively. The proposed IMEP estimation method is validated by transient engine operation using a common-rail direct injection diesel engine.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.5
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pp.709-717
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2000
Cyclic variability has long been recognized as limiting the range of operating conditions of spark ignition engines, in particular, under lean and highly diluted operation conditions. The cyclic combustion variations can be characterized by the pressure parameters, combustion parameters, and flame front parameters. The coefficient of variation in indicated mean effective pressure ($COV_{IMEP}$) defines the cyclic variability in indicated work per cycle, and it has been found that vehicle driveability problems usually result when $COV_{IMEP}$ exceeds about 10%. For analysis of the cyclic variability in SI engines at idling, the results show that cyclic variability by the $COV_{IMEP}$ or the coefficient of variation in maximum pressure can be explained and may be consequently reduced by the help of the optimum spark timings.
A cyclic variability has long been recognized as limiting the range of operating conditions of spark ignition engines, in particular, under idling conditions. The coefficient of variation (COV) in indicated mean effective pressure (IMEP) defines the cyclic variability in indicated work per cycle, and it has been found that vehicle drivability problems usually result. For analysis of the cyclic variations in spark ignition engines at idling, the results show that cyclic variability by the COV, COV of IMEP, the lowest normalized value (LNV), and burn angles can help to design the spark ignition engine.
Combustion analysis based on cylinder-pressure provides a mechanism through which a combustion researcher can understand the combustion process. The objective of this paper was to identify the most significant sources of cycle-to-cycle combustion variability in a spark ignition engine at idle. To analyse the cyclic variation in a test engine, the burn parameters are determined on a cycle-to-cycle basis through the analysis of the engine pressure data. The burn rate analysis program was used here and the burn parameters were used to determine the variations in the input parameter-i. e., fuel, air, and residual mass. In this study, we investigated the relationship of indicated mean effective pressure (IMEP), coefficient of variation (COV) of IMEP, burn angles, and lowest normalized value (LNV) in a spark ignition engine in a view of cyclic variations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.9
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pp.915-921
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2012
In this study, we propose a new method for estimating the IMEP using difference pressure, which is the pressure difference between the cylinder pressure and the motoring pressure. The estimated IMEP, denoted as $IMEP_{diff}$, optimizes the theoretical IMEP calculation range based on the fact that the difference pressure exists between the start and the end of combustion. $IMEP_{diff}$ is verified to have a high linear correlation with IMEP with $R^2$ of 0.9955. The proposed method can estimate the IMEP with 21% of the cylinder pressure data and 31% of the calculation effort compared to the theoretical IMEP calculation method, and therefore, it has great potential for real-time implementations. The estimation and control performance of $IMEP_{diff}$ is validated by engine experiments, and by controlling $IMEP_{diff}$, the torque variation between the cylinders was reduced.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.25
no.3
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pp.336-343
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2017
Intake air conditions, such as air temperature, pressure, and humidity, are very important parameters that influence engine performance including combustion and emissions characteristics. The purpose of this study is to investigate the effects of intake air temperature on combustion and exhaust emissions characteristics in a single cylinder diesel engine. In this experiment, an air cooler and a heater were installed on the intake air line and a gas flow controller was installed to maintain the flow rate. It was found that intake air temperature induced the evaporation characteristics of the fuel, and it affects the maximum in-cylinder pressure, IMEP(indicated mean effective pressure), and fuel consumption. As the temperature of intake air decreases, the fuel evaporation characteristics deteriorate even as the fuel temperature has reached the auto-ignition temperature, so that ignition delay is prolonged and the maximum pressure of cylinder is also reduced. Based on the increase in intake air temperature, nitrogen oxides(NOx) increased. In addition, the carbon monoxide(CO) and unburned hydrocarbons(UHC) increased due to incomplete fuel combustion at low intake air temperatures.
The EGR system has been widely used to reduce nitrogen oxides (NO$\_$x/) emission, to improve fuel economy and suppress knock by using the characteristics of charge dilution. However, as the EGR rate at a given engine operating condition increases, the combustion instability increases. The combustion instability increases cyclic variations resulting in the deterioration of engine performance and emissions. Therefore, the optimum EGR rate should be carefully determined in order to obtain the better engine performance and emissions. An experimental study has been performed to investigate the effects of EGR on combustion stability, engine performance,70x and the other exhaust emissions from 1.5 liter gasoline engine. Operating conditions are selected from the test result of the high speed and high acceleration region of SFTP mode which generates more NO$\_$x/ and needs higher engine speed compared to FTP-75 (Federal Test Procedure) mode. Engine power, fuel consumption and exhaust emissions are measured with various EGR rate. Combustion stability is analyzed by examining the variation of indicated mean effective pressure (COV$\_$imep/) and the timings of maximum pressure (P$\_$max/) location using pressure sensor. Engine performance is analyzed by investigating engine power and maximum cylinder pressure and brake specific fuel consumption (BSFC)
Natural gas is a promising alternative fuel of internal combustion engines. In this paper, the combustion and emission characteristics were investigated on a natural gas engine at two different fuel injection timings during the intake stroke. The results show that fuel injection timing affects combustion processes. The optimum spark timing (MBT) achieving the maximum indicated mean effective pressure (IMEP) is related to fuel injection timing and air fuel ratio. At MBT spark timing, late fuel injection timing delays ignition timing and prolongs combustion duration in most cases. But fuel injection timing has little effect on IMEP at fixed lambdas. The coefficient of variation (COV) of IMEP is dependent on air fuel ratio, throttle positions and fuel injection timings at MBT spark timing. The COV of IMEP increases with lambda in most cases. Late fuel injection timings can reduce the COV of IMEP at part loads. Moreover, engine-out CO and total hydrocarbon (THC) emissions can be reduced at late fuel injection timing.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1249-1252
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2003
To analyse the cyclic variations in a test engine, the burn parameters are determined on a cycle-to-cycle basis through the analysis of the engine pressure data. Combustion analysis based on cylinder-pressure provides a mechanism through which a combustion researcher can understand the combustion process. The objective of this paper is to identify the most significant sources of cycle-to-cycle combustion variability in a spark ignition engine at idle. The burn rate analysis program was used and the burn parameters were used to determine the variations in the input parameter. In this study, the author investigated the relationship of indicated mean effective pressure, coefficient of variation of indicated mean effective pressure and burn angles, and lowest normalized value in a spark ignition engine for the cyclic variations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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