The present study describes the characteristics of combustion and exhaust emissions in compression ignition engines using diesel-gasoline dual fuel. For investigating combustion characteristics, diesel fuel was injected directly in a single-cylinder compression ignition engine with a common-rail injection system and gasoline fuel was injected into a premixed chamber installed in an intake port. In order to investigate exhaust emission characteristics, exhaust gas was measured by emission analyzer and smoke meter. The experimental results showed that cases of diesel-gasoline dual fuel combustion exhibited extended ignition delay and reduced peak combustion pressure compared to those of directly injected diesel fuel cases. Furthermore, premixed gasoline-air mixture reduced NOx emissions due to low peak of rate of heat release(ROHR).
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.6
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pp.112-122
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1995
As an alternative fuel producing less exhaust emissions, natural gas is of interest for use both in SI and CI engines. The potential of natural gas fuelled dual-fuel engine is considered high enough. However, much effort has to be made so that gaseous fuel is used efficiently with simultaneous minimum use of pilot oil. Hence, a simplified three-dimensional model, using a finite volume method in cylindrical coordinates, has been developed to facilitate an understanding of the dual-fuel combustion phenomena and to predict the complex interactions between the pilot distillate and natural gas. The computer model was calibrated by comparing it with the experimental results obtained from diesel engine like combustion bomb tests. In the pre-mixed natural gas combustion, the fuel burning was highly reliant on the injection condition and subsequent burning nature of the pilot distillate.
An experimental study was performed to explore characteristics of combustion and exhaust emissions in the compression ignition engine of RCCI (reactivity controlled compression ignition) using diesel-gasoline dual fuel. A dual-fuel reactivity controlled compression ignition concepts is demonstrated as a promising method to achieve high thermal efficiency and low emissions. For investigating combustion characteristics, engine experiments were performed in a light-duty diesel engine over a range of SOIs (start of injection) and gasoline percents. The experimental results showed that cases of diesel-gasoline dual fuel combustion is capable of operating over a middle range of engine loads with lower levels of NOx and soot, acceptable pressure rise rate, low ISFC (indicated specific fuel consumption), and high indicated thermal efficiency.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.1
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pp.157-164
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2014
Dual fuel combustion strategy with di-methl ether (DME) and gasoline was tested in a compression ignition engine. Characteristics of combustion and emissions were analyzed with the variation of engine operating parameters such as fuel proportion, DME injection timing, intake oxygen concentration, DME injection pressure and so forth. Gasoline was injected into the intake manifold to form the homogeneous mixture with intake charge and DME was injected directly into the cylinder at the late compression stroke to ignite the homogeneous gasoline-air mixture. Dual fuel combustion strategy was advantageous in achievement of higher thermal efficiency and low NOx emission compared with DME single fuel combustion. Higher thermal efficiency was attributed to the lower heat tranfer loss from the decreased combustion temperature since the amount of lean premixed combustion was increased with the larger amount of gasoline proportion. Lower NOx emissions were also possible by lowering the combustion temperature.
The effects of hydrogen ($H_2$) ratio on combustion and emission characteristics in a $H_2/diesel$ dual-fuel engine were investigated. Dual-fuel strategy was applied to improve the control of combustion phasing. The combustion phasing was retarded with increasing $H_2$ fraction. This can be explained by both reduced diesel concentration and chemical effect of $H_2$, which reduce the heat release rate during the low temperature reaction stage. Hydrocarbon and carbon monoxide emissions of the engine were decreased drastically when $H_2$ ratio was increased.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.1
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pp.155-164
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1996
Dual-fuel engines are being researched with emphasis on the possible types of natural gas supply systems. Hence, a three-dimensional combustion model by using finite volume method was developed to provide a fundamental understanding of the auto-ignition of pilot distillate and subsequent burning of natural gas, when the natural gas as well as the distillate was directly injected into a quiescent diesel engine like combustion bomb tests and the numerical results were investigated for the mixed combustion phenomena. With high-pressure natural gas injection, it was found that the gaseous fuel injection characteristics had to be well harmonised with that of the pilot distillate. For better combustion efficiency, however, further researches are required for the optimisation of injection system in the existence of air motion.
Ali, Abubaker Ahmed M.M.;Kabbir, Ali;Kim, Changup;Lee, Yonggyu;Oh, Seungmook;Kim, Ki-seong
Journal of ILASS-Korea
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v.23
no.4
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pp.192-204
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2018
In this study, a 3D CFD analysis method for the combustion process was established for a low calorific value syngas-diesel dual-fuel engine operating under very lean fuel-air mixture condition. Also, the accuracy of computational analysis was evaluated by comparing the experimental results with the computed ones. To simulate the combustion for the dual-fuel engine, a new dual-fuel chemical kinetics set was used that was constituted by merging two verified chemical kinetic sets: n-heptane (173 species) for diesel and Gri-mech 3.0 (53 species) for syngas. For dual-fuel mode operations, the early stage of combustion was dominated by the fuel burning inside or near the spray plume. After which, the flame propagated into the syngas in the piston bowl and then proceeded toward the syngas in the squish zone. With the baseline injection system and piston shape, a significant amount of unburned syngas was discharged. To solve this problem, effects of the injection parameters and piston shape on combustion characteristics were analyzed by calculation. The change in injection variables toward increasing the spray plume volume or the penetration length were effective to cause fast burning in the vicinity of TDC by widening the spatial distribution of diesel acting as a seed of auto-ignition. As a result, the unburned syngas fraction was reduced. Changing the piston shape with the shallow depth of the piston bowl and 20% squish area ratio had a significant effect on the combustion pattern and lessened the unburned syngas fraction by half.
The optimization of frontal device including fuel nozzle and swirler is required to secure the mixing of fuel and air, and the combustion stability in the gas turbine combustor design for the reduction of pollutant emissions and the increase of combustion efficiency. The effects of injection nozzle and swirler on the flow field, spray characteristics and consequently the combustion stability, were experimentally investigated by measuring the velocity field, droplet sizes of fuel spray, lean combustion limit and the temperature field in the main combustion region. The effect of fuel injection nozzle was tested by adopting three different nozzles; a dual orifice fuel nozzle, a hollow cone nozzle and a solid cone nozzle. These tests were combined with the three different swirler geometries; a dual-stage swirler with 40$^{\circ}$ /-4 5$^{\circ}$ vanes and two single-stage swirlers with 40$^{\circ}$ vane angle having 12 and 16vanes, respectively. Flow fields and spray characteristics were measured with APV(Adaptive Phase Doppler Velocimetry) under atmospheric condition using kerosine fuel. Temperatures were measured by Pt-PtI3%Rh, R-type thermocouple which was 0.2mm thick. It was found that the dual swirler resulted in the biggest recirculation zone with the highest reverse flow velocity at the central region, which lead the most stable combustion. The various combustion characteristics were observed as a function of the combination between the injector and swirler, that gave a tip for the better design of gas turbine combustor.
The characteristics of spray behavior and injected amount were studied with two types of nozzles for using in a compression ignition engine with dual fuel technology for construction machines. A penetration length of spray tends to shorten due to a decrease of injected amount of a diesel fuel with dual fuel engine application. In order to ignite the gaseous fuel premixed with air during intake process, a diesel fuel, which was compression ignited, needs to penetrate somehow similar depth compared with the case of a diesel fuel-only-injection. In this work, a nozzle with reduced hole diameter and increased number of holes was tested and demonstrated that, compared to diesel 100% case, its penetration lengths are comparable to 74% and 79%, respectively, of those of 100% and 50% supply of a diesel fuel with the baseline nozzle that has four holes and 30.4% increased diameter. This will presumably enhancement the combustion in a dual fuel engine. A design suggestion was also made in this work to achieve similar penetration length of spray with diesel 100% case to prevent combustion from being deteriorated in a dual fuel engine.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.2
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pp.110-115
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2012
This study describes the characteristics of combustion and exhaust emission in the special engine applying a fuel reactivity controlled compression ignition (RCCI) concept with two different energizing type (solenoid and piezoelectric) injectors for diesel injection. A diesel-gasoline mixed dual-fuel reactivity controlled compression ignition concept is demonstrated as a promising method to achieve high thermal efficiency and low emission in internal combustion engines for transportation vehicles. For investigating the combustion characteristics of RCCI, engine experiments were performed in a light-duty diesel engine over a range of injection timing and mixing rate of gasoline in mass. It was investigated that by increasing the nozzle hole diameter, increasing the combustion pressure and the net indicated mean effective pressure. $NO_x$ and soot can be reduced by advancing start of injection in 84 mixing rate of gasoline in mass. The resulting operation showed that light duty engine could achieve 48 percent net indicated efficiency and 191[g/kW-hr] net indicated specific fuel consumption with lower levels of nitrogen oxides and soot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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