Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권1호
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pp.115-123
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2001
This study describes the combustion characteristics under various condition of air excess ratio and ignition timing in a 2-valve gasoline optically accessible engine with swirl control valve(SCV). It adapted three different types of SCA(open ration 72.5%, 78%, 89%) to strengthen a swirl flow. Pressure data were acquired using pressure sensor to investigate the effect of swirl flow on combustion, and from these pressure data, IMEP(indicated mean effective pressure) and MFB(mass fraction burnt)were calculated to explain burn rate and flame speed. From acquired flame images, inspected the flame propagation direction, flame area, and flame centroid, Flame propagation direction was shown different tendency between with/without SCV, and flame area with SCV was faster and larger than that of conventional engine. Finally, the representative flame image at each crank angle were acquired by PDF method to verify flame growth process. It is found that strengthened swirl flow is more beneficial for faster and stable combustion.
This study describes the combustion characteristics under various condition of air excess ratio and ignition timing in a 2-valve SI optically accessible engine with swirl control valve(SCV). It adapted three different types of SCV(open ratio 72.5%, 78%, 59%) to strengthen a swirl flow. Pressure data were acquired using pressure sensor to investigate the effect of swirl flow on combustion, and from these pressure data, IMEP(indicated mean effective pressure) and MFB(mass fraction burnt) were calculated to explain burn rate and flame speed. From acquired flame images, we inspected the flame propagation direction, flame area, and flame centroid. Flame propagation direction showed different tendency between with/without SCV, and flame area with SCV was faster and larger than that of conventional engine. Finally, the representative flame images at each crank angle were acquired by PDF method to verify flame growth process. It is found that strengthened swirl flow is more beneficial for faster and stable combustion.
Lee Suk-Young;Jeong Ku-Seob;Jeon Chung-Hwan;Chang Young-June
Journal of Mechanical Science and Technology
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제19권2호
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pp.704-715
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2005
In this study, to investigate in-cylinder tumble or swirl intake flow of a gasoline engine, the flow characteristics were examined with opening control valve (OCV) and several swirl control valves (SCV) which intensify intake flow through steady flow experiment, and also turbulent characteristics of in-cylinder flow field were investigated by 2-frame cross-correlation particle image velocimetry (PIV) method. In the investigation of intake turbulent characteristics using PIV method, the different flow characteristics were showed according to OCV or SCV figures. The OCV or SCV installed engine had higher vorticity and turbulent kinetic energy than a baseline engine, especially around the wall and lower part of the cylinder. Above all, SCV B type was superior to the others. About energy dissipation and reynolds shear stress distribution, a baseline engine had larger loss than OCV or SCV installed one because flow impinged on the cylinder wall. It should be concluded, from what has been said above, as swirl component was added to existing tumble flow adequately, it was confirmed that turbulent intensity was enlarged, flow energy was conserved effectively through the experiment. In other words, there is a suggestion that flow characteristics as these affected to in-cylinder combustion positively.
실험에 사용된 엔진은 $3000\~12000$ RPM의 광범위한 회전수범위를 가지고 있어 엔진성능을 향상시키기 위해서는 다양한 제어장치가 필요하다. SCV는 저회전수에서 엔진의 성능을 개선시키기 위한 방법 중의 하나로 자주 언급되어지고 있다. 본 연구에서는 소형고속엔진에 SCV를 장착하여 저회전수 범위에서 SCV가 엔진에 미치는 영향에 대해 조사하였다. 실험에서는 4valve SOHC 공랭식 단기통 엔진에 SCV의 형상에 따른 스월 강도, 출력, 연료소비율, 배기가스를 조사하였다 그 결과 SCV의 사용 가능 범위 5000 RPM에서 연료소비율 $9\%$의 저감효과를 보았다.
For the purpose of helping development of a GDI(Gasoline Direct Injection) engine, the spray behaviors and fuel distributions were investigated in a single cylinder GDI engine. The experimental engine is a swirl type GBI engine with a SCV(Swirl Control Valve). PLIF(Planar Laser Induced Fluorescence) system with KrF Excimer laser was used for the measurement of the fuel distributions. The effects of SCV opening angle and the Injector specifications, such as the spray cone angle and the offset an91e on the fuel distributions characteristics were investigated. As a result, it was found that the SCV opening angle had a great effect on the fuel distributions in the late stage of compression process by changing flow fields in the combustion chamber.
Flow and spray characteristics are critical factors that affect the performance and exhaust emissions of a direct injection diesel engine. It is well known that the swirl control system is one of the useful ways to improve the fuel consumption and emission reduction rate in a diesel engine. However, until now there have only been a few studies on the effect of flow on spray. Because of this, the relationship between the flow pattern in the cylinder and its influence on the behavior of the spray is in need of investigation. First, in-cylinder flow distributions for 4-valve cylinder head of DI (Direct Injection) Diesel engine were investigated under steady-state conditions for different SCV (Swirl Control Valve) opening angles using a steady flow rig and 2-D LDV (Laser Doppler Velocimetry). It was found that swirl flow was more dominant than that of tumble in the experimented engine. In addition, the in-cylinder flow was quantified in terms of swirl/tumble ratio and mean flow coefficient. As the SCV opening angle was increased, high swirl ratios more than 3.0 were obtained in the case of SCV -70° and 90°. Second, spray characteristics of the intermittent injection were investigated by a PDA (Phase Doppler Anemometer) system. A Time Dividing Method (TDM) was used to analyze the microscopic spray characteristics. It was found that the atomization characteristics such as velocity and SMD (Sauter Mean Diameter) of the spray were affected by the in-cylinder swirl ratio. As a result, it was concluded that the swirl ratio improves atomization characteristics uniformly.
It has been demonstrated that the in-cylinder turbulence is enhanced by inclined swirl with a SCV(swirl control valve). The inclined-tumble flow measurement and analysis were performed for various types of intake systems that generated several different combinations of swirl ratio and tumble ratio in the cylinder. Experiments were conducted in a 4-valve optically accessed transparent research engine using a backward-scatter LDV mode under motoring condition at 1,000rpm. The influence of swirl/tumble levels on the characteristics of turbulence was analysed. This study presents experimental results of the inclined-tumble flow structure, including the flow motion phenomena, angular momentum and turbulence intensity.
Lean combustion in a SI engine is one of the best solution for the improvement of fuel economy and reduction of pollutant emission. In order to access a lean combustion engine, stable combustion at lean AlF ratio is needed. In this paper, the effect of fuel injection timing on lean misfire limit has been investigated in an MPI engine. To investigate the interaction of injection timing and intake flow characteristics, three different swirl generating SCV(swirl control valve) configurations were considered, and investigated their effects on lean misfire limit and torque at full load operation. Also the effects of spark timing on lean combustion has been investigated. Lean combustion has been examined and the results are reported in this paper. SCV B has been developed to satisfy the requirements of sufficient swirl generation to improve lean combustion and stable performance. It is found that injection timing, spark timing and intake air motion govern the stable lean combustion.
It is well known that the flow and spray characteristics is critical factor on the performance and emission of a direct injection diesel engine. So this study aims to investigate the interaction of flow and spray characteristics. At first, in cylinder flow distributions in swirl adaptor for 4-valve cylinder head of DI Diesel engine were investigated under steady conditions for different SCV angles mounted on the cylinder head with steady rig test and 2-D LDV. And the in-cylinder flow was quantified in terms of mean flow coefficient and swirl ratio/tumble ratio. It was found that the swirl ratio is controlled between 2.3 and 3.8. Then spray characteristics of the intermittent injection were investigated. PDA system was utilized for measurement of a droplet size and velocity. The analyses of the PDA results are carried out with Time Dividing Method. It was found that there is a correlation between the swirl flow and SMD. The droplet size and the velocity were nearly constant value with each SCV angle. And the swirl ratio is higher, SMD smaller. The swirl ratio was helpful factor to the atomization of droplet.
Recently, many researches have been performed to improve the performance of the combustion and emission in a D.I.Diesel engine. One of the main factors effect on the characteristics of combustion is the characteristic of air-fuel mixing. Thus, swirl flow has been used widely to improve the air-fuel mixing in a D.I.Diesel engine. Since this swirl flow has interaction with other factors, in this study, the characteristics of the combustion and the flame effected by the swirl flow generated by SCV was investigated. From this experiment, the interactions of the swirl flow and the injection timing made clear. In addition, the effects of swirl and injection timing on the diffusion flame were clarified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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