A flywheel-driven rapid compression and expansion machine is developed and utilized for experimental study of homogeneous charge compression ignition combustion. Compression ignition of homogeneous charge in IC engines offers possibilities of realizing ultra-lean engine operation with greatly reduced NOx and particulate formation. Fundamental investigations are carried out in order to better understand this ideal engine combustion mechanism. Perfectly premixed propane-air mixtures of various equivalence ratio are compression-ignited in the rapid compression and expansion machine, and the characteristics of the auto-ignition and the following combustion process are analyzed.
한국마린엔지니어링학회 2000년도 춘계학술대회 논문집(Proceeding of the KOSME 2000 Spring Annual Meeting)
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pp.45-51
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2000
Investigators who study on combustion in the cylinders of reciprocating piston type internal combustion engines have been encountered embarrassments due to the difficulties of adjusting specific parameter without interfacing other parameters such as cylinder wall temperature composition of gas in the cylinder existence of cylinder lubricant etc. Rapid compression-expansion machine the position and speed of piston of which are able to be controlled by means of a system controlled electrically and speed of piston of which are able to be controlled by means of a system controlled electrically and actuated hydraulically could be utilized as one of the most preferable countermeasures against those difficulties. Several units of rapid compression-expansion machines were developed but the speed up of frequency of piston movement still is the problem to be improved to cope with actual speed of internal combustion engines. Authors designed and manufactured a new rapid compression-expansion machine electrically controlled hydraulically actuated and computer programed and then examined the performance of one. Results of a set of experiments revealed acquirements of certain improvement of frequency of piston movement preserving the stability of system response and reproducing accurate compression ratio of cylinder those are the key function for the in-cylinder combustion experiments of internal combustion engines.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제24권5호
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pp.69-75
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2000
Investigators who study on combustion in the cylinders of reciprocating piston type internal combustion engines have been encountered embarrassments due to the difficulties of adjusting specific parameter without interfacing other parameters such as cylinder wall temperature, composition of gas in the cylinder, existence of cylinder lubricant etc. Rapid compression expansion machine, the position and speed of piston of which are able to be controlled by means of a system controlled electrically, and actuated hydraulically could be utilized as one of the most preferable countermeasures against those difficulties. Several units of rapid compression expansion machines were developed but the speed up of frequency of piston movement still is the problem to be improved to copy with actual speed of internal combustion engines. Authors designed and manufactured a new rapid compression-expansion machine electrically controlled, hydraulically actuated, and computer programed and then examined the performance of one. Results of a set of experiments revealed acquirements of certain improvement on frequency of piston movement preserving the stability of system response and reproducing accurate compression ratio of cylinder, those are the key function for the in-cylinder combustion experiments on internal combustion engines.
The introduction of mixture heterogeneity has been considered to be one of the ways to avoid knocking, as it reduces the pressure rise rate in HCCI Combustion. The purpose of this research was to investigate the effects of heterogeneity, in particular thermal stratification and fuel strength stratification, on HCCI Combustion fueled with DME and n-Butane. Thermal stratification is formed in the Combustion Chamber of a Rapid Compression Machine with three kinds of pre-mixture, each with different properties. The stratified charge mixture was adiabatically compressed, throughout which cylinder gas pressure and two-dimensional chemiluminescence images were measured and analyzed.
Effect of heterogeneity of combustion chamber has been thought as one of the way to avoid dramatically generating heat in HCCI Combustion. The purpose of this research is to investigate the effect of heterogeneity, especially thermal stratification and fuel strength stratification on HCCI Combustion fueled with DME and n-Butane. Thermal stratification is formed in Combustion Chamber of Rapid Compression Machine with 3 Kinds of pre-mixture has different properties. The stratified charge mixture is adiabatic compressed and on that process, in cylinder gas pressure and two-dimensional chemiluminescence images are measured and analyzed.
This study presents both experimental and numerical investigation of ignition characteristics of n-heptane and n-butanol mixture. The $O_2$ concentration was fixed to 9-10% to make high exhaust gas recirculation(EGR) rate condition. Experiments were performed using a rapid compression machine. In addition, a numerical study of the ignition delay time was performed using CHEMKIN codes to validate experimental results and predict chemical species after combustion process. The results showed that the ignition delay time increased with increasing n-butanol ratio and the reactivity decreased by low $O_2$ concentration.
The turbulence in the engine cylinder is generated by intake pressure and inertia effects during intake stroke, and is generated and decreased by piston compression effect during the compression stroke. The classified needed to generate high turbulence flow at vicinity of ignition timing. Therefore, A single-shot Rapid Intake Compression Expansion Machine (RICEM), which is able to realize the intake, compression, expansion or intake-compression stroke under high piston speed respectively, was manufactured and evaluated in order to find methods to generate high turbulence at around spark timing. It was found that the characteristics of RICEM such as reapperance, leakage, piston displacement with crank angle was corresponding to those of real engine and RICEM simulates not only high temperature and high pressure field but also flow patterns of the actual engine by increasing of pressure in intake line.
The HCCI engines have been known with high efficiency and low pollution and can be actualized as the new internal combustion engines. However, As for(??) the ignition and combustion depend strongly on the oxidation reaction of the fuel, so it is difficult to control auto-ignition timing and combustion duration. Purpose of this paper is creating the database for development of multi-dimensional simulation and investigating the influence of different molecular structure. In this research, the effect of n-heptane mole ratio in fuel (XnH) on the ignition delay from homogeneous charge compression ignition(HCCI) has been investigated experimentally. By varying the XnH, it was possible to ascertain whether or not XnH is the main resource of ignition delay. Additionally, the information on equivalence ratio for varying XnH was obtained. The tests were performed on a RCM (Rapid Compression Machine) fueled with n-heptane and iso-octane. The results showed that decreasing XnH (100, 30, 20, 10,0), the ignition delays of low temperature reaction (tL) and high temperature reaction (tH) is longer. And the temperature of reaction increases by about 30K. n-heptane partial equivalence ratio (fnH) affect on tL.and TL. When ${\phi}$nH was increased as a certain value, tL was decreased and TL was increased.
Circumstances require improving diesel engine, and many studies have been done in constant volume chamber(CVC). Because the combustion mechanism of a diesel engine has many difficulties with non-homogeneous nature, there has been a limitation to analyzing the combustion mechanism with CVC. Studies are often given in a real engine, but also it has difficulties in modifying configuration of combustion chamber etc. To get more easy way for mote engine-like test, a rapid compression mechanism has been introduced. This study addresses to designing a rapid compression expansion machine(RCEM) driven by compressed air, and to applying it on IDI diesel combustion chamber which has a glow plug. RCEM is introduced first and its characteristics are tested, then spray/combustion characteristics of diesel spray impinging on a glow plug in RCEM combustion chamber are investigated. The results show active combustion in the system employing spray impinging on a glow plug so as to improve combustion efficiency.
Compression ignition of homogeneous charges in IC engines indicates possibilities of achieving the high efficiency of DI diesel engines with low level of NOx and particulate emissions. The objectives of this study are to further understand the characteristics of the HCCI(Homogeneous charge compression ignition) combustion and to find ways of extending the rich HCCI operation limit in an engine-like environment. DME fuel is supplied either in the form of premixture with air or directly injected in the combustion chamber of a rapid compression and expansion machine under the conditions of various equivalence ratio and injection timing. The cylinder pressure is measured and the rate of heat release is computed from the measured pressure for the analysis of the combustion characteristics. The experimental data show that the RCEM can operate without knock on mixtures of higher equivalence ratio, when DME is directly injected in the combustion chamber than introduced as a fraction of a perfect or nearly perfect premixture. Very early fuel injection timings usually employed in HCCI operation are seen to have only insignificant effects in control of ignition timing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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