Simultaneous 3-D LDV measurements of the in-cylinder flows of three different engine setups were summarized for the quantification of the flow characteristics in each vertical or horizontal plane, and in entire cylinder volume. The ensemble averaged-velocity, tumble and swirl motions, and turbulent kinetic energy during the intake and compression strokes were examined from the measured velocity data (approximately 2,000 points for each engine setup). The better spatial resolution of the 3-D LDV allows measurements of the instantaneous flow structures, yielding more valuable information about the smaller flow structures and the cycle-to-cycle variation of these flow patterns. Tumble and swirl ratios, and turbulent kinetic energy were quantified as planar and volumetric quantities. The measurements and calculation results were animated for the visualization of the flow, and hence ease to analysis.
The object of this study is to find new evalution index for in-cylinder flow characteristics insteady of current swirl, tumble coefficient using steady flow test rig on intake port system. To this end, port flow rig test was conducted on DOHC head varying intake valve lift respectively. Finally combination angular coefficient and inclination angle were introduced as new evaluation index for in-cylinder angular flow characteristics.
The tumble or swirl flow is used to promote mixing of air and fuel in the cylinder and to enlarge turbulent intensity in the end of the compression stroke. Since the in-cylinder flow is a kind of transient state with rapid flow variation, which is non-steady state flow, the tumble or swirl flow has not been analyzed sufficiently whether they are applicable to combustion theoretically. In the investigation of intake turbulent characteristics using PIV method, typical flow characteristics were figured out by SCV configurations. An engine installed SCV had higher vorticity and turbulent strength by fluctuation and turbulent kinetic energy than a baseline engine, especially near the cylinder wall and lower part of the cylinder. Above all, the engine with SCV 8 was superior to the others in aspect of vorticity and turbulent strength. For energy dissipation, a baseline engine had much higher energy loss than the engine installed SCV because flow impinged on the cylinder wall. Consequently, as swirl flow was added to existing tumble flow, it was found that fluctuation increased and flow energy was conserved effectively through the experiment.
Gas flow characteristics within the cylinder is important factors in impoving lean combustion stability. This paper shows the effects of various flow fields generated by a swirl control valve(SCV) on combustion process in a 4-valve spark ignition engine. An impulse swirl/tumble meter was used to elucidation the steady-state flow characteristics, and a rotating grating type LDV was developed to measure the mean velocity and tunbulence intensity in relation to the crank angle. These methodologies were applied to clarify the correlation between gas flow characteristics and combustion stability at a lean air fuel ratio. An analysis of the correlation revealed the gas flow conditions required to optimize a lean-burn system.
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.
The flow field inside a cylinder of four-valve Sl engine was investigated quantitatively using a three-dimensional Laser Doppler Velocimetry system, to determine how stroke changes affect the flow field. The purpose of this work was to develop quantitative methods which correlate in-cylinder flows to engine performance. For this study, the sane intake manifold, engine head, cylinder, and the piston were used to examine the flow characteristics in different strokes. Quantification of the flow field was done by calculating three major parameters which are believed to adequately characterize in cylinder motion. These quantities were TKE, tumble and swirl ratios. The LDV results reveal that flow patterns are similar, the flow velocities scale with piston speed but another parameters such as TKE, and tumble and swirl numbers are not the same for different stroke systems.
In this study, in-cylinder flow of the swirl chamber type diesel engine numerically simulated by VECTIS code. The flow fields during the intake and compression process were also investigated in detail. Numerical results revealed that the generation and distortion of the swirling, tumbling vortices and those influences on turbulence kinetic energy by shape of the jet passage, angle and area. It was also found that flow characteristics were affected by inflow velocity that depends on change of the jet passage shape. Swirl ratio was increased according to decrease of jet passage area, and was affected by piston motion according to increase of jet passage angle. Tumbling vortices had the similar in various cases, but tumble ratio was increased with the inflow velocity. The generation of turbulence kinetic energy was considerably influenced by complex effects of swirling and tumbling vortices.
In order to figure out the physical meaning of 3-D angular flow index for in-cylinder bulk motion, CFD analysis for the swirl and tumble steady flow test rig were made using commercial package STAR-CD. Computer simulations and rig tests on some kinds of induced flow conditions were carried out. Finally, based on the comparison between the simulated results and measured results, the physical meaning of 3-D angular flow index $|\longrightarrow_{N_B}|$, $\beta$ composed of swirl and tumble coefficients measured by steady flow test rig was described.
The performance characteristics of lean burn system in gasoline engine are mainly affected by the air-fuel mixture in cylinder, gas exchange process of manifold system, exhaust emission of engine, and the electronic engine control system. In order to obtain the effect of performance factors on the optimum conditions of lean burn engine, this study deal with the behavior of mixture formation, gas flow characteristics of air, flow and evaporation analysis of spray droplet in cylinder, vaporization and burning characteristics of lean mixture in the engine, and the control performance of electronic engine control system. The optimum flow conditions were investigated with the swirl and tumble flows in the combustion chamber with swirl control valve. The performance characteristics and optimum condition of flow field in intake system were analyzed by the investigation of inlet flow of air and combustion stabilization on cylinder.
Optimizing in-cylinder flow such as tumble or swirl is one of the key factors to develop better internal combustion engines. Especially, the tumble, which is more dominant flow in current high performance gasoline engines, has significant effects on the fuel consumptions and exhaust emissions under part load conditions. The first step for the tumble optimization is to find an accurate but cost-effective way to measure the tumble ratio. From this point of view, tumble ratios from three different measuring methods were compared and correlated in this research. Steady flow rig, water rig, and PIV were utilized for that purpose. Engine dynamometer test was also performed to find out the effect of the tumble. The results show that the tumble ratios from those methods are well correlated and that the steady flow rig is the effective method to measure the tumble despite its limitations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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