The objective of this work is to numerically reveal the effect of equivalence ratio change on the simultaneous reduction of NOX and soot emissions from the simulated-EGR compression ignition engine containing CO2. An experiment was conducted by using a single-cylinder common-rail injection system engine, an intake control system, and exhaust emissions analyzers. The numerical analysis results were validated under the same experimental conditions. To investigate the effect of equivalence ratio by simulated-EGR containing CO2, the O2, N2, and CO2 mole fraction were changed in the initial air conditions to the cylinder. The results were analyzed in terms of peak cylinder pressure, indicated mean effective pressure, indicated specific nitrogen oxide, and indicated specific soot. It was revealed that ignition delay characteristics and heat release rate (ROHR) characteristics were not significantly different according to the equivalence ratio. However, as the equivalence ratio increased from 0.68 to 0.83, the maximum combustion pressure and IMEP decreased by about 6.5% and 9.4%, respectively. In the case of ISFC, as is well known, the trend is opposite of IMEP. In the case of ISNO, as the equivalence ratio increased, less NO was generated, and as the equivalence ratio increased by 0.05, the ISSoot value of about 10% increased.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.1
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pp.162-170
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2007
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.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.1
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pp.35-42
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1985
This paper describes an experimental study of the effect of injection timing on the combustion characteristics in four stroke cycle diesel engine with direct injection type combustion chamber. The effect of injection timing and compression ratio of engine on the combustion characteristics are investigated. Experimental results of combustion characteristics in cylinder show that the combustion pressure and the rate of pressure rise decrease in accordance with the retard of fuel injection timing. It is observed that the rate of pressure rise in cylinder is increased an increase in the compression ratio of engine. The effect of the fuel injection timing on the frequency of cylinder pressure brings about the same trend of the maximum rate of pressure rise in cylinder.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.24
no.6
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pp.128-139
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2000
Environmental concerns and shortage of petroleum have promoted considerable interest in the use of alternate fuels in stationary diesel engine. In this study, a heavy-duty, intercooler-turbocharged 6-cylinder stationary diesel engine was converted into stationary gas engine fueled with propane or natural gas for the cogeneration plants. One of the most important factors in the combustion features of a stationary gas engine is the fuel composition and operating parameters in terms of compression ratio, spark advance, and engine loads. Experiments with different fuel gas and load conditions were carried out with combustion pressure analysis and NOx measurement. Combustion analysis based on P-$\theta$ diagrams was also investigated by means of combustion duration and cycle variation. Compression ratio is 10.0 and ignition timing is set by using the gasoline setting as a base line and advanced toward BTDC. The results show that fuel composition and spark advance have dominant effects on combustion and NOx characteristics at operating conditions.
Evaporation characteristics of a single droplet of carbon nanofluids were investigated in a rapid compression machine(RCM). n-Heptane and carbon black N990 were used to synthesize the carbon nanofluids. RCM is an experimental set-up to simulate a single compression stroke of reciprocating engine. Temperature and pressure in a reaction chamber were measured during the compression stroke. After the piston reaches top dead center(TDC), temperature and pressure decreased due to the heat loss at wall. In that process, a single droplet of carbon nanofluids underwent unsteady condition. A single droplet was put at the center of reaction chamber. Thermocouple whose tip is $50{\mu}m$ was used not only to measure transient bulk temperature, but also to suspend the droplet. The picture of single droplet was taken using high speed camera with a frame rate of 500 fps. From those pictures, the droplet diameter was measured by visual basic program.
The heavy-duty LPG-fueled single cylinder engine was designed and developed as a fundamental equipment for analyzing combustion processes and emission performances. The cylinder head and the piston crown were modified to fire the LPG in the engine. The flywheel was also fabricated to minimize the vibration of the single cylinder engine. The size of bore and stroke of the tested engine are 130 mm and 140 mm, respectively. Compression ratios were varied 8 to 9 with different piston crown shapes. The developed single cylinder engine operates at 1,000 rpm for this work. The major conclusions of this work are; (1) the power of the developed engine was peaked at the condition of equivalence ratio 1.0 at three different compression ratios; (2) the power is slightly increased with the increase of compression ratio; (3) the optimum ignition timing is retarded with the increase of compression ratio ranged 2 to 10 crank angle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.12
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pp.1043-1050
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2010
Fuel stratification and thermal stratification occur in the HCCI combustion chamber on a microscopic scale. They affect the ignition and combustion processes. In this study, the effect of the inhomogeneity in the mixture gas on the HCCI combustion process was investigated. Two-dimensional chemiluminescence images were captured using a framing camera to evaluate the flame structure. DME was used as the test fuel. First, the effect of inhomogeneity in the fuel distribution in the premixture was investigated for the four-stroke optically accessible engine. Then, by comparing the combustion of the homogeneous mixture in the rapid compression machine, which does not contain any residual gas, with the combustion in the four-stroke engine, the effect of inhomogeneity in temperature due to the residual gas was analyzed. The results showed that a time lag appears spatially in combustion under inhomogeneous conditions in the four-stroke engine. The spatial variation in the combustion without the residual gas in the rapid compression machine is less than that in the combustion in the four-stroke engine.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.12
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pp.41-46
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2018
In this research, numerical analysis was performed to determine the effects of hydrogen on biogas combustion for homogeneous charged compression ignition (HCCI) engines. The target engine specifications were a 2300cc displacement volume, 13:1 compression ratio, 15kW of electricity, and 1.2 bar boost pressure. The engine speed was fixed to 1800rpm. By varying the excess air ratio and hydrogen contents, the cylinder pressure, nitric oxide, and carbon dioxide were measured as a function of the hydrogen contents. According to preliminary studies related to the reaction mechanism for methane combustion and oxidation, a GRI 3.0 mechanism as the base mechanism was selected for HCCI combustion calculations describing the detailed reaction mechanism. By adding hydrogen, NO was increased while $CO_2$ was decreased. The cylinder pressure was also increased, having advanced timing for the maximum cylinder pressure and pressure rise region. Furthermore, lean operation limits were extended by adding hydrogen to the HCCI engine.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.4
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pp.24-30
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2004
As the environmental pollution becomes serious global problem, the regulation of emission exhausted from automobiles is strengthened. Therefore, it is very important to know how to reduce the NOx and PM simultaneously in diesel engines, which has lot of merits such as high thermal efficiency, low fuel consumption and durability. By this reason, the new concept called as Homogeneous Charge Compression Ignition(HCCI) engines are spotlighted because this concept reduced NOx and P.M. simultaneously. However, there is trade off between output and NOx in a HCCI engine. In this study, output and emission characteristics for a gasoline direct injection type HCCI engine were investigated to clarify the effects of intake air temperature, injection time and mixture formation. From these experiments, we found that the smoke was not produced when the fuel was injected earlier than BTDC 90$^{\circ}$. In addition, the output was increased because of delay of ignition time and NOx emission was decreased because of homogeneous charge of first injection in case of split injection.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.6
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pp.100-107
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2002
Combustion characteristics of diesel engine depends on mixture formation process during Ignition delay and premixed flame region. Fuel and air mixture formation has a great influence on the exhaust emission. Therefore, the present study focused on the combustion mechanism of Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine. This study was carried out to investigate the combustion characteristics of direct injection type HCCI engine using a visualization engine. To investigate the combustion characteristics, we measured cylinder pressure and calculated heat release rate. In addition, we investigated the flame development process by using visualization engine system. From the experimental result of HCCI engine, we observed that cool flame was always appeared in HCCI combustion and magnitude of cool flame was proportional to magnitude of hot flame. And we also found that fuel injection timing is more effective to increase lean homogeneous combustion performance than intake air temperature. Since increasing the intake air temperature improved fuel vaporization before the fuel atomizes, we concluded that increasing the temperature has disadvantage fur homogeneous premixed combustion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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