Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제37권7호
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pp.701-710
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2013
The purpose of this study is to investigate experimentally the effect of low purity methanol (LPM) on performance and smoke emission characteristics by using a four-cycle, four-cylinder, water-cooled, direct injection diesel engine with EGR system. The experiments are performed by the change of engine load in the engine load ranges of 25 to 100% with an interval of 25% under the constant engine speed of 2000 rpm. The LPM in the fuel blends contained 24.88% water by volume. The blended fuel ratios of diesel oil to LPM are maintained at 100/0, 95/5, 90/10 and 85/15% on the volume basis. In this paper, EGR rates are varied in three conditions of 0, 12.8 and 16.5%. The result shows that the brake power of a blended fuel with 15% LPM is reduced more 11.1% than that of the neat diesel oil at the full load with the EGR rate of 16.5%. At this condition, also, the brake specific fuel consumption (BSFC) is increased by 3.2%, the exhaust gas temperature is decreased by 10.7%, the smoke opacity is decreased by 18.7% and the brake thermal efficiency is increased by 7.3%. The sharp reduction of smoke opacity for a blended fuel with the LPM content of 15% at the full load without EGR system is observed by 68.4% compared with that of the neat diesel oil due to the high oxygen content of LPM.
Spray impingement and fuel film formation models with cavitation have been developed and incorporated into the computational fluid dynamics code, STAR-CD. The spray/wall interaction process was modeled by considering the effects of surface temperature conditions and fuel film formation. The behavior of fuel droplets after impingement was divided into rebound, spread and splash using the Weber number and parameter K(equation omitted). The spray impingement model accounts for mass conservation, energy conservation, and heat transfer to the impinging droplets. The fuel film formation model was developed by integrating the continuity, momentum, and energy equations along the direction of fuel film thickness. Zero dimensional cavitation model was adopted in order to consider the cavitation phenomena and to give reasonable initial conditions for spray injection. Numerical simulations of spray tip penetration, spray impingement patterns, and the mass of film-state fuel matched well with the experimental data. The spray impingement and fuel film formation models have been applied to study spray/wall impingement in high-speed direct injection diesel engines.
An efficient cooling system for a piston of an automotive engine is very important. Therefore a large capacity gasoline engine or diesel engine has adopted the direct injection cooling system to increase its cooling efficiency. In this direct cooling system, an cooling oil is injected to a piston directly using an oil jet and this cooling oil flows through an oil gallery inside the piston. Flow rate and injection accuracy of this cooling oil are very important because these are main factors that have influence on its efficiency. The purpose of this study is to understand the changes of flow characteristics with various curvatures and diameters of an outlet nozzle and to check whether engine oil enters into the oil gallery well or not. From this study, we found that secondary flow was formed in a curved part of jet due to centrifugal force and irregular flow pattern appeared at the jet outlet. This pattern has influence on flow characteristics of engine oil entering the gallery. These simulation results have a good agreement with experiments.
LPG(Liquified Petroleum Gas) fuel for vehicles has lots of advantages such as low emission level, cheaper fuel cost and enough infrastructure. Therefore it arouses interest as an alternative engine to reduce emission of diesel engines. Especially MPI(Multi Point Injection) type LPLi(Liquid Phase LPG injection) system could have overcome the disadvantages of mixer types such as low engine performance, decreased charging efficiency and cold starting difficulty. However ice formation on the nozzle tip and intake port due to the freezing of moisture around the components is often observed in LPLi systems. This icing phenomenon is the direct cause of unstable engine combustion, resulting in engine emissions. Therefore in this research, a spray visualization test for LPG injection was carried out to obtain the basic information of an LPLi injector, then the effects of butane and propane mixing rates on ice formation at the intake port and nozzle tip was investigated. As a result, the icing characteristics of them showed contrary results according to the mixing rates.
Currently, due to the serious world-wide air pollution by substances emitted from vehicles, emission control is enforced more firmly and it is expected that the regulation requirements for emission will become more severe. A new concept combustion technology that can reduce the NOx and PM in relation to combustion is urgently required. Due to such social requirement, technologically advanced countries are making efforts to develop an environment-friendly vehicle engine at the nation-wide level in order to respond to the reinforced emission control. As a core combustion technology among new combustion technologies for the next generation engine, the homogenous charge compression ignition(HCCI) is expanding its application range by adopting multiple combustion mode, catalyst, direct fuel injection and partially premixed combustion. This study used a 2-staged injection method in order to apply the HCCI combustion method without significantly altering engine specifications in the aspect of multiple combustion mode and practicality by referring to the results of studies on the HCCI engine. In addition, this study confirmed the possibility of securing optimum fuel economy emission reduction in the IMEP 8bar range(which could not be achieved with existing partially premixed combustion) through forced charging, exhaust gas recirculation(EGR), compression ratio change and application of DOC catalyst.
Currently, due to the serious world-wide air pollution by substances emitted from vehicles, emission control is enforced more firmly and it is expected that the regulation requirements for emission will become more severe. Anew concept combustion technology that can reduce the NOx and PM in relation to combustion is urgently required. Due to such social requirement, technologically advanced countries are making efforts to develop an environment-friendly vehicle engine at the nation-wide level in order to respond to the reinforced emission control. As a core combustion technology among new combustion technologies for the next generation engine, the homogeneous charge compression ignition (HCCI) is expanding its application range by adopting multiple combustion mode, catalyst, direct fuel injection and partially premixed combustion. This study used a 2-staged injection method in order to apply the HCCI combustion method without significantly altering engine specifications in the aspect of multiple combustion mode and practicality by referring to the results of studies on the HCCI engine. And it is investigated that the effects of the engine rpm and load(or A/F) to emission characteristics.
Fuel injection system greatly affects the performance of a direct injection diesel engine. A common rail injection system was introduced to satisfy the stringent emission standards, low fuel consumption, and low noise in recent years. The performance of a common-rail fuel injection system is strongly influenced by the injector characteristics. The common rail injector has evolved in order to improve its injection performance. The piezo-actuated injector is more suitable for common rail injection system due to its fast response and is expected to replace current solenoid-operated injector. In this study, nonlinear mathematical models are proposed for the solenoid-operated and the piezo-actuated injectors for control applications. Based on these models, the injection rate, which is one of the most important factors for the injection characteristics, is estimated using sliding mode observer. The simulation results and the experimental data show that the proposed sliding mode observers can effectively estimate the injection timing and the injection rate for both common-rail injectors.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제23권2호
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pp.184-191
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1999
Th effects of exhaust gas recirculation(EGR) on the characteristics of combustion exhaust emissions and specific fuel consumption(SFC) are experimentally investigated by four-cylin-der four-cycle and direct injection marine diesel engine. In order to reduce soot contents in the recirculated exhaust gas to intake system of the engines a novel diesel soot removal system with a cylinder-type scrubber which has water injector(4 nozzles in 1.0mm diameter)is specially designed and manufactured for the experi-mental system. The obtained results are as follows; The combustion pressure in cylinder is decreased and ignition is delayed with increasing EGR rate. The accumulated quantity of heat release is slightly decreased and the tendency of heat release rate is not constant. NOx and Soot emissions are decreased by maximum 7% and 540% with scrubber tan without scrubber in the range of experimental conditions. Those are increased at the lean burn area with increasing equivalence ration in the constant value of engine speed and EGR rate. Also those are decreased with increasing EGR rate in the constant value of engine speed and equivalence ratio.
As automotive diesel engines adopt the direct injection method for a lower level of the exhaust emission and a higher fuel efficiency, the maximum temperature of engine coolant decreases. Consequently, the total available heat source from the engine coolant decreases over 35%. However, the heating source of air-conditioning system in automobiles depends on the hot engine coolant completely, so that it is nearly impossible to control air conditioning in heating season. Therefore, the present study has been carried out to develop the air conditioning system for the high efficient heat pump type using the HFC-134a. Especially, the air conditioning system of heating has been developed at a beginning stage, when it has low heat source from small and medium sized diesel recreation vehicles. To develop a control logic system for air conditioning system which is a heat pump type with a heat recovery exchanger, its cycle characteristics has been investigated according to the opening of LEV at a bench system.
This paper studies the effects of the swirl for the variation of intake port configuration that is key parameters in the flow field of direct injection diesel engines. In-cylinder flow characteristics is known to have significant effects on air-fuel mixing, combustion, and emissions. To investigate the effects of the swirl flow, various rpm(250, 500, 750) and two different intake port were used. And to evaluate the swirl motion in the flow field visualization engine, steady state flow test was conducted. Helical port intake port and SCV(Swirl Control Valve) were selected as the design parameters to increase the swirl flow and parametric study was performed. In the case of non-SCV, intake flow rate and non-dimensional swirl ratio were higher than those of SCV for the swirl head type. So, we could strengthen the swirl in the flow field with the swirl head type and don't using SCV. From the results of steady state flow test, non-swirl head type has the most good advantage for intake flow rate, and also the flow rate could be increased by using the SCV slightly. The effects of the type of engine head on intake air flow capability are dominant with respect to the existence of the SCV. We could measure the qualitative grade of swirl by capturing the scattering signal of microballoon from ICCD camera in the visualization diesel engine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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