Lee Suk-Young;Jeong Ku-Seob;Jeon Chung-Hwan;Chang Young-June
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.19
no.2
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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.
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.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.5
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pp.37-44
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1998
Lean burn combustion is an important concept for improving the fuel consumption and exhaust emissions. However, the lean burning is associated with increased cycle-to-cycle combustion variations due to the ignition instabilities and redu- ced flame propagation rates. Engine stability under lean mixture conditions could be improved by increasing flame speed through enhanced flow characteristics and by securing ignitability with improvement of ignition systems. The effects of flow motion and ignition characteristics on the combustion performances were investigated in a 4-valve SI engine. Flow motions of tumble-swirl were varied with a swirl control valve attached at the inlet ports, while ignition energy and its distribution were controlled in a high -frequency ignition system by changing spark duration and spark frequency. The improvement of lean burn performance by the optimum flow motion and ignition characteristics is discussed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.3
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pp.1-6
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2003
Natural gas is one of the promising alternative fuels because of the abundant deposits and the cleanness of emission gas. CNG has a lot of merits except lower burning speed has a slow disadvantage. One way to overcome the disadvantage is to raise a turbulence intensity. We give various intake for changing turbulence intensity in the cylinder by three kinds of swirl control valve with a way to raise a turbulence intensity. In the present study, a $1.8\ell$ conventional gasoline engine is modified to use a CNG as a fuel instead of gasoline. We try to virify combustion and emission characteristics in each engine parameters. Parameters of experimentation are equivalence ratio, spark timing and intake flow change. The results of this study are as swirl flows. In the case of adding swirl flow, burning speed and torque are increased. But NOx and THC concentration are increased a little respectively.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2002.05a
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pp.49-59
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2002
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.
In this paper, our main issue is that establishing the control procedure of continuous gas flow rate according to combustion fan RPM. For this, first, we decide the optimum operating condition of gas swirl burner through analysis of combustion characteristics - thermal efficiency, combustion efficiency and exhaust gases such as CO, $CO_{2}$, $O_{2}$, $NO_{x}$ and THC. Second, fuel gas flow rate of gas valve is decided with considering excess air ratio and combustion fan RPM is decided by the target of combustion air flow rate. Finally, experimental operating equation is acquired by regression for gas valve and combustion fan. This equation is the control equation of continuous gas flow rate and always gas flow rate is decided by combustion fan operating RPM.
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.
The effects of tumble and swirl flows on the flame propagation were investigated experimentally in a 4-valve optical gasoline engine. The tumble flow patterns, generated by various intake ports of different entry angle; $25^{\circ}$ , $20^{\circ}$ and $15^{\circ}$ , were characterized under motored conditions with laser Doppler velocirnetry. Inclined tumble(swirl) flows were induced by three different swirl control valves. The initial flame propagation was visualized by an ICCD camera and its image were analyzed to compare the enflamed area and displacement of initial flames. It was found that there is a correlation between the stronger tumble during induction and turbulence levels at the time of ignition resulting in faster flame development. Inclined tumble was proved to be more beneficial than the pure tumble for faster and stable combustion under lean mixture conditions, which was confirmed by faster propagating flame images.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.6
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pp.234-242
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1998
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.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.6
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pp.57-64
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1999
Initial flame development and propagation were visualized under the new ignition system developed to estimate the effects of ignition characteristics on the engine performance in a port injection SI engine. Effects of intake air flow characteristics were also investigated by three different kinds of the swirl control valve. Experiments were performed in an optical single cylinder engine modified form a commercial engine. Flame images were captured through the quartz window mounted in the piston by the high speed video camera and analyzed to compare initial flame development. Results show that IMEP tends to rise slightly as the ignition duration gets longer. The direction of flame propagation is decisively governed by the in-cylinder flow motion. Every flame grows toward the exhaust valve forming a kind of turbulent flame. Initial flame propaagation characteristics are very similar to ones analyzed form pressure data.
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