Gas motion within the engine cylinder is one of the major factors controlling the fuel-air mixing and combustion processes in diesel engines. In this paper, a special swirl-chamber is designed and applied to a DI (direct injection) diesel engine to generate a strong swirl motion thus enhancing gas motion. Compression, combustion and expansion strokes of this DI diesel engine with the swirl-chamber have been simulated by CFD software. The simulation model was first validated through comparisons with experimental data and then applied to do the simulation of the spray and combustion process. The velocity and temperature field inside the cylinder showed the influences of the strong swirl motion to spray and combustion process in detail. Cylinder pressure, average temperature, heat release rate, total amount of heat release, indicated thermal efficiency, indicated fuel consumption rate and emissions of this DI diesel engine with swirl-chamber have been compared with that of the DI diesel engine with $\omega$-chamber. The conclusions show that the engine with swirlchamber has the characteristics of fast mixture formulation and quick diffusive combustion; its soot emission is 3 times less than that of a $\omega$-chamber engine; its NO emission is 3 times more than that of $\omega$-chamber engine. The results show that the DI diesel engine with the swirl-chamber has the potential to reduce emissions.
DME(Dimethyl ether) is an oxygenated fuel with a octane number higher than that of diesel oil. It meets the ULEV emission regulation and reduces the smoke to almost zero when used in a diesel engine. In the present study, engine performance and exhaust emissions were investigated with a conventional DI diesel engine which has a jerk type injection pump. Test results showed that the power with DME were almost same as that of pure diesel oil, and the brake thermal efficiency increased a little. Also, smoke index from DME engine showed nearly zero level, but NO$_{x}$ was increased compare to diesel oil.
Engine cycle simulation using a two-zone model was performed to investigate the effect of the engine parameters on NO and soot emissions in a DI diesel engine. The present model was validated against measurements in terms of cylinder pressure, BMEP, NO emission data with a 2902cc turbocharger/intercooler DI diesel engine. Calculations were made for a wide range of the engine parameters, such as injection timing, ignition delay, Intake air pressure, inlet air temperature, compression ratio, EGR. This parametric study indicated that NO and soot emissions were effectively decreased by increasing intake air pressure, decreasing inlet air temperature and increasing compression ratio. By retarding injection timing, increasing ignition delay and applying EGR. NO emission was effectively reduced, but the soot emission was increased.
In order to investigate the effectiveness of methanol, which has high latent heat of evaporation and oxygen contents, for DI diesel engine performance and exhaust emission, the methanol was injected at the suction port of DI diesel engine. The injector used for test was conventional gasoline engine injector and controlled the quantity of methanol per cycle by the power supply controller which designed specially for injector. The results shown that the maximum pressure point was delayed, the value of maximum pressure was decreased, and the concentrations of both NOx and Soot were decreased, as the methanol injection quantity increased, and also the thermal efficiency of engine injected methanol under the high load condition was similar to no methanol injection but under the medium load condition was decreased within the experimental conditions.
Biodiesel is technically competitive with or offers technical advantages over conventional petroleum diesel fuel. Biodiesel is an environmentally friendly alternative liquid fuel that can be used in any diesel engine without modification. In this study, to investigate the effect of fuel injection timing on the characteristics of performance with DBF in DI diesel engine. The engine was operated at five different fuel injection timings from BTDC $6^{\circ}$ to $14^{\circ}$ at $2^{\circ}$ intervals and four loads at engine speed of 1800rpm. As a result of experiments in a test engine, maximum cylinder pressure is increased with leading fuel injection timing. Specific fuel oil consumption is indicated the least value at BTDC $14^{\circ}$ of fuel injection timing.
The effects of premixed fuels(diesel or n-heptane) and exhaust gas recirculation on combustion and exhaust emission characteristics in a DI diesel engine were experimentally investigated. To improve homogeneity of fuel-air mixture in the conventional diesel engine, the premixed fuel is injected by high pressure(5.5 MPa) into the premixing chamber prior to engine cylinder, And several additional systems such as an EGR system, air heating system and back pressure control system were equipped in the DI diesel engine. The results showed that premixed fuel-air mixture undergoes typical HCCI combustion prior to the combustion of DI diesel fuel. The ignition timing of HCCI combustion is delayed by application of EGR, and it also shows that HCCI combustion can be controlled by an EGR.
Three diesel engines were fueled with BDF 20, a blend of 80% diesel fuel and 20% biodiesel fuel by volume, and run in excess of 200 h to evaluate their combustion characteristics and durability. The engines used for this study were a 4-cylinder 2476-cc displacement IDI diesel engine(Engine 1), a 4-cylinder l732-cc displacement IDI diesel engine(Engine 2), and a single cylinder 673-cc displacement DI diesel engine(Engine 3). Engine dynamometer testing was performed on each engine at regularly scheduled intervals to monitor the performance and exhaust emissions, which were sampled at 1h intervals for analysis, The peak combustion pressure with BDF 20 increased in Engines 1 and 3 over that measured when burning pure diesel fuel, but that in Engine 2 remained constant. Combustion parameters, such as the maximum combustion pressure and corresponding crank angle, did not change over the long-term dynamometer testing. The BSFC with BDF 20 in Engine 1 was less than that measured with pure diesel fuel. The amount of smoke produced with BDF 20 was less for all engines ; the greatest reduction was observed for Engine 3. The NOx emissions were lower in the IDI engines than the DI engine. The traditional trade-off between smoke and NOx emissions was maintained for BDF 20 fuel for Engines 1 and 3. There was not a big difference in the $CO_2\;and\;O_2$ emissions for BDF 20, as compared to pure diesel fuel, but more $CO_2$ was exhausted by Engine 1 than by Engines 2 or 3 and less $O_2$ was exhausted by Engine 1 than by Engines 2 or 3. The engine parts remained clean, except for some carbon attached to the area surrounding the nozzle hole of the DI diesel engine.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권6호
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pp.679-687
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2002
In this study, a cycle simulation using a two-zone model is carried out to investigate the effect of intake charging conditions such as oxygen concentration, temperature and pressure on NO emissions in a DI diesel engine. The model is validated against measurements in terms of cylinder pressure, torque, BSFC and NOx emissions with 2902 cc DI diesel engine. Calculated results can be summarized as follows. The oxygen concentration in the intake charge is decreased with increasing of EGR rate and equivalence ratio. As the intake oxygen concentration is reduced, the combustion pressure and the burned gas temperature decrease and, as a result, NO formation decreases. Also, the results show that as the intake pressure increases and the intake temperature decreases, NO emissions are effectively reduced.
The vast stores of biomass available in the worldwide have the potential to displace significant amounts of fuels that are currently derived from petroleum sources. Fast pyrolysis of biomass is one of possible paths by which we can convert biomass to higher value products. The wood pyrolysis oil (WPO), also known as the bio crude oil (BCO), has been regarded as an alternative fuel for petroleum fuels to be used in diesel engine. However, the use of WPO in a diesel engine requires modifications due to low energy density, high water contents, low acidity, and high viscosity of the WPO. One of the easiest way to adopt WPO to diesel engine without modifications is emulsification of WPO with diesel or bio diesel. In this study, a DI diesel engine operated with diesel, bio diesel (BD), WPO/BD emulsion was experimentally investigated. Performance and gaseous & particle emission characteristics of a diesel engine fuelled by WPO/BD emulsion were examined. Results showed that stable engine operation was possible with emulsion and engine output power was comparable to diesel and bio diesel operation.
Pyrolysis oil (PO), also known as Bio crude oil (BCO), has the potential to displace significant amounts of fuels that are currently derived from petroleum sources. PO has been regarded as an alternative fuel for petroleum fuels to be used in diesel engine. However, the use of PO in a diesel engine requires modifications due to low energy density, high water contents, low acidity, and high viscosity of the PO. One of the easiest way to adopt PO to diesel engine without modifications is emulsification of PO with the fuels that has higher cetane number. However, PO that has high amount of polar chemicals is immiscible with non polar hydrocarbons of diesel. Thus, to stabilize a homogeneous phase of diesel-PO blends, a proper surfactant should be used. In this study, a DI diesel engine operated with diesel and diesel-PO emulsions was experimentally investigated. Performance and gaseous & particle emission characteristics of a diesel engine fuelled by diesel-PO emulsions were examined. Results showed that stable engine operation was possible with the emulsions and engine output power was comparable to diesel operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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