In this paper, a novel high power micropump using active check valves in place of conventional passive check valves employed at the inlet and outlet ports is presented. It actively controls open/close motion of check valves using piezoelectric actuator for expansion/contraction of pump chamber. A prototype micropump having an effective size of $17mm{\times}8mm{\times}11mm$ is fabricated. Frequency-dependent flow rate characteristics, bi-directional flow characteristics and load characteristics are experimentally investigated using a timing control method for valve closing motion. From the obtained experimental results, it is ascertained that optimal values of the phase shift compared to the voltage to drive pump chamber are $15^{\circ}$ for inlet check valve and $195^{\circ}$ for outlet. Based on the obtained results, a sheet-type active shuttle valve that has a unified valve-body for inlet and outlet check valves is proposed. A micropump with an effective size of $10mm{\times}10mm{\times}10mm$ is fabricated and the basic characteristics are experimentally investigated.
A novel piezoelectric micropump using active check valves in place of conventional passive check valves in inlet and outlet has been proposed and investigated. It actively controls open/close motion of check valves using piezoelectric actuator for expansion/contraction of pump chamber. In this paper, bi-directional flow characteristics and load characteristics are experimentally investigated using an adequate timing control for valve closing motion with a prototype micropump fabricated with the effective size of $17{\times}8{\times}11mm^{3}$. From the experimental results, it is ascertained that optimal values of phase shift against voltage to drive pump chamber for realization of a miniaturized but powerful micropump, are $15^{\circ}$ in inlet check valve and $195^{\circ}$ in outlet. Based on the obtained results, a sheet-type active shuttle valve that has a unified valve-body for inlet and outlet check valves is proposed. A micropump with the effective size of $10{\times}10{\times}10mm^{3}$ is fabricated and basic characteristics are experimentally investigated.
Combustion and fuel distribution characteristics of heavy duty engine with the liquid phase LPG injection(LPLI) were studied in a single cylinder engine, Swirl ratio were varied between 1.2, 2.3, and 3.4 following Ricardo swirl number(Rs) definition, Rs=2.3 showed the best results with lower cycle-by-cycle variation and shorter burning duration in the lean region while strong swirl(Rs=3.4) made these worse for combustion enhancement. Excessive swirl resulted in reverse effects due to high heat transfer and initial flame kernel quenching. Fuel injection timings were categorized with open valve injection(OVI) and closed valve injection(CVI). Open valve injection showed shorter combustion duration and extended lean limit. The formation of rich mixture in the spark plug vicinity was achieved by open valve injection. With higher swirl strength(Rs=3.4) and open valve injection, the cloud of fuel followed the flow direction and the radial air/fuel mixing was limited by strong swirl flow. It was expected that axial stratification was maintained with open-valve injection if the radial component of the swirling motion was stronger than the axial components. The axial fuel stratification and concentration were sensitive to fuel injection timing in case of Rs=3.4 while those were relatively independent of the injection timing in case of Rs=2.3.
Controlled Auto Ignition(CAI) combustion has great potential in achieving significant increase in engine efficiency, while simultaneously reducing exhaust emissions. The process itself involves the auto ignition and subsequent simultaneous combustion of a premixed charge. In this study, NVO(Negative Valve Overlap) system was applied to a CAI engine in order to use residual gas. The fuel was injected directly to the cylinder under the high temperature condition resulting from heating the intake port to initiate CAI combustion. This paper introduced the valve timing strategy and experimental set-up. From this study, the effect of engine speed and valve timing on CAI combustion and exhaust emissions was clarified. In addition, stratified charge method was used to extend CAI operating region.
Combustion and flame propagation characteristics of the liquid phase LPG injection (LPLI) engine were investigated in a single cylinder optical engine. Lean bum operation is needed to reduce thermal stress of exhaust manifold and engine knock in a heavy duty LPG engine. An LPLI system has advantages on lean operation. Optimized engine design parameters such as swirl, injection timing and piston geometry can improve lean bum performance with LPLI system. In this study, the effects of piston geometry along with injection timing and swirl ratio on flame propagation characteristics were investigated. A series of bottom-view flame images were taken from direct visualization using an W intensified high-speed CCD camera. Concepts of flame area speed, In addition to flame propagation patterns and thermodynamic heat release analysis, was introduced to analyze the flame propagation characteristics. The results show the correlation between the flame propagation characteristics, which is related to engine performance of lean region, and engine design parameters such as swirl ratio, piston geometry and injection timing. Stronger swirl resulted in foster flame propagation under open valve injection. The flame speed was significantly affected by injection timing under open valve injection conditions; supposedly due to the charge stratification. Piston geometry affected flame propagation through squish effects.
The purpose of this study is to investigate variation of spark plug protrusion and PDA valve on the exhaust emission in a gasoline engine. Swirl is one of the important parameters that affects the characteristics of combustion. PDA valve has been developed to satisfy requirements of sufficient swirl generation for improving the combustion and reducing of emission level. Also, especially, the variation of spark plug protrusion have an important effect to the early flame propagative process. This is largely due to the high flame speed by short of flame propagation distance. So, this is forced that injection timing, spark timing and intake air motion govern the stable combustion. As a result, using two combustion chamber, without charge of engine specification and the variable spark plug location and PDA valve could be reduced exhaust gas at a part load engine conditions(1500rpm imep 3.9bar, 2000rpm imep 3.2bar, 2400rpm imep 3.9bar).
This paper investigates the steady-state combustion characteristics of the Homogeneous charge compression ignition(HCCI) engine with variable valve timing(VVT) and dimethyl ether(DME) direct injection, to find out its benefits in exhaust gas emissions. HCCI combustion is an attractive way to lower carbon dioxide($CO_2$), nitrogen oxides(NOx) emission and to allow higher fuel conversion efficiency. However, HCCI engine has inherent problem of narrow operating range at high load due to high in-cylinder peak pressure and consequent noise. To overcome this problem, the control of combustion start and heat release rate is required. It is difficult to control the start of combustion because HCCI combustion phase is closely linked to chemical reaction during a compression stroke. The combination of VVT and DME direct injection was chosen as the most promising strategy to control the HCCI combustion phase in this study. Regular gasoline was injected at intake port as main fuel, while small amount of DME was also injected directly into the cylinder as an ignition promoter for the control of ignition timing. Different intake valve timings were tested for combustion phase control. Regular gasoline was tested for HCCI operation and emission characteristics with various engine conditions. With HCCI operation, ignition delay and rapid burning angle were successfully controlled by the amount of internal EGR that was determined with VVT. For best IMEP and low HC emission, DME should be injected during early compression stroke. IMEP was mainly affected by the DME injection timing, and quantities of fuel DME and gasoline. HC emission was mainly affected by both the amount of gasoline and the DME injection timing. NOx emission was lower than conventional SI engine at gasoline lean region. However, NOx emission was similar to that in the conventional SI engine at gasoline rich region. CO emission was affected by the amount of gasoline and DME.
HCCI (Homogeneous Charged Compression Ignition) hydrogen engine has relatively narrower operation range caused by backfire occurrence due to the rapid pressure rising by using higher compression ratio and significant reaction velocity. In this study, to grasp of backfire process and characteristic in the HCCI research hydrogen engine, in-cylinder pressure, intake pressure and backfire limit range are analyzed with compression ratio and intake valve open timing, experimentally. As the result, it is observed that knock is occurred just before backfire occurrence in HCCI hydrogen engine but not spark igntion type, this phenomenon is always the same for the above variables. Also backfire limit range are expanded up to 50% for the more retarding intake valve open timing in this operating conditions.
최근 강화되는 연료소비율과 배기 규제에 대응하기 위해 자동차용 엔진에 다양한 신기술들이 적용되고 있다. 직접분사식 희박연소 엔진은 안정적인 성층혼합기 연소를 통해 연료소비율 및 배출가스 개선이 가능하지만 과잉공기 조건에서 상대적으로 높은 수준은 질소산화물의 배출은 해결되어야 할 과제이다. 본 연구에서는 직접분사식 희박연소 LPG 엔진에서 가변 밸브 기구를 이용한 흡기 및 배기밸브 시기의 변경이 엔진의 성능 및 배출가스에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 스로틀링을 하지 않은 부분부하 운전 조건에서 흡기밸브 열림 시기의 진각은 공기과잉률의 증가에 의한 질소산화물 배출 증가에 원인으로 작용하였다. 배기밸브 열림 시기를 진각할 경우 팽창일 감소와 펌핑손실 증가에 의해 연료 소비율이 악화되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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