The effect of gaseous ammonia direct injection on the engine performance and exhaust emissions in gasoline-ammonia dual fueled spark-ignition engine was investigated in this study. Results show that based on the gasoline contribution engine power increases as the ammonia injection timing and duration is advanced and increased, respectively. However, as the initial amount of gasoline is increased the maximum power output contribution from ammonia is reduced. For gasoline-ammonia, the appropriate injection timing is found to range from 320 BTDC at low loads to 370 BTDC at high loads and the peak pressures are slightly lower than that for gasoline due to the slow flame speed of ammonia, resulting in the reduction of combustion efficiency. The brake specific energy consumption (BSEC) for gasoline-ammonia has little difference compared to the BSEC for gasoline only. Ammonia direct injection causes slight reduction of $CO_2$ and CO for all presented loads but significantly increases HC due to the low combustion efficiency of ammonia. Also, ammonia direct injection results in both increased ammonia and NOx in the exhaust due to formation of fuel NOx and ammonia slip.
본 연구에서는 온도 변화에 따른 실제 연료에서의 증기압 변화를 관찰하기 위하여 부탄 100%를 사용하였다. 연료공급방식은 V-6 엔진의 다점분사시스템과 동일하며 연료의 액상 가능성을 최소화하기 위하여 연료레일은 'L' 형상으로 설계하였고, 순차분사시스템을 사용하여 한 열로 작동되도록 하였다. 분사유량은 분사시간, 엔진속도, 연료공급압력에 따라서 측정되었다 또한 액상으로 분사되는 것을 방지하기 위하여 베이퍼라이져와 연료레일 온도를 변화시켜 가며 실험하였다. 그 결과 연료분사의 기본적인 특징으로 공기와 LPG분사의 상대적인 차이를 확인하였다. 하지만 냉 시동 하에서는 압력이 조금만 증가하여도 액상분사가 발생하였고, 베이퍼라이져와 연료레일 사이에서의 충분히 높은 온도가 가스분사를 하는데 매우 중요한 인자임을 확인하였다. 또한, 베이퍼라이져의 온도는 LPG를 기상으로 유지하는데 보다 중요한 역할을 했고, 연료레일의 'L' 형상은 액상분사의 억제에 기여를 하였다.
Injected fuel pressure waves of a common rail injector with various current profiles supplied to the injecor were measured using Bosch method. In order to drive the common rail injector, the current in the solenoid should be controlled using what is known as a peak and hold pattern, which consists of a high current level with a short time duration (peak) in the first step and a low current level with a long time duration (hold) in the subsequent step. The current profile can be shaped by swithcing an injector driving power source with the peak and hold waves. The capture, compare and PWM (CCP) pin in the microprocessor was used to generate the combined peak and hold waves. The PWM square wave generated from the CCP pin has a duty ratio of 100% for the peak current and 10% or 30% for the hold pattern. Five patterns of the current profile were generated by combining the peak and hold wave. The common rail pressure is controlled at 75, 100, and 130 MPa. As the fuel rail pressure increases, the variations of the measured fuel injection pressure wave according to the current profiles decrease.
Ultra lean combustion with stratified air-fuel mixture is one of the methods that can improve fuel economy of gasoline engines. The aim of this study is to show that how much fuel economy is improved and what are differences in engine control of the ultra lean combustion compared with stoichiometric combustion. In this study, the BMW N53 GDI engine, which is one of ultra lean combustion GDI engines introduced in the market recently, was tested at various engine operating conditions. Results indicated that fuel consumption rates were improved by 11.9~25.8% by the ultra lean combustion compared with stoichiometric combustion. It was also found that multiple fuel injection, multiple spark, early intake valve opening, and large vlave overlap duration were the features of the ultra lean combustion for combustion stability and emission improvement.
The fuel injection amount and timing along with the ignition timing for the gasoline engine of a racing car were adjusted using an electronic control unit (ECU), and the engine performance was evaluated through an acceleration test. The fuel map for the fuel injection amount and ignition map for the ignition timing were derived. Using the transient throttle control, the air-fuel ratio could be maintained at a constant value even in the case of a sudden throttle operation. In the flat shift, ignition blocking was more effective than fuel blocking. In a 75 m acceleration test, the required duration without and with ECU control was 4.47 s and 3.99 s, respectively. Notably, the acceleration could be improved by approximately 10.7% when the ECU control was implemented.
Experimental and analytical studies are presented to characterize the break-up mechanism and atomization processes of the intermittent- impinging-type nozzle. Gasoline jets passing through the circular nozzle with the outlet diameter of 0.4mm and the injection duration of 10ms are impinged on each other. The impingement of fuel jets forms a thin liquid sheet, and the break-up of the liquid sheet produces liquid ligaments and droplets subsequently. The shape of liquid sheets was visualized at various impinging velocities and angles using the planer laser induced fluorescence (PLIF) technique. Based on the Kelvin-Helmholtz wave instability theory, the break-up length of liquid sheets and the droplet diameter are obtained by the theoretical analysis of the sheet disintegration. The mean diameter of droplet is also estimated analytically using the liquid sheet thickness at the edge and the wavelength of the fastest growing wave. The present results indicate that the theoretical results are favorably agreed with the experimental results. The size of droplets decreases after the impingement as the impinging angle or the injection pressure increase. The increment of the injection pressure is more effective than the increment of the impinging angle to reduce the size of droplets.
The performance of a direct-injection diesel engine often depends on the strength of swirl or squish, the shape of combustion chamber, the number of nozzle holes, etc. This is natural because the combustion in the cylinder was affected by the mixture formation process. Since the available duration to make the mixture formation of air-fuel is very short, it is difficult to make complete mixture. Therefore, an early stage of combustion is violent, which leads to the weakness of noise and vibration. In this paper, the combustion process of a common-rail diesel engine was studied by employing two kinds of pistons. One has several cavities on the piston crown to intensify the squish during the compression stroke in order to improve the atomization of fuel, we call this multi cavity piston in this paper. The other is a toroidal single cavity piston, generally used in high speed diesel engines. To take photographs of flame and flaming duration, a four-stroke diesel engine was remodeled into a two-stroke visible single cylinder engine and a high speed video camera was used.
This paper investigates the relationship of voltage and current waveform between normal piezo injector and deterioration abnormal piezo injector. The experimental methods using Pico oscilloscope and GDS scan tool are employed to measure current and voltage waveform and fuel pressure of piezo injector. The experiment is carried out during no-load condition. A summary of the important results are as follows. 1) In case of normal injector, the fluctuation of duration time of piezo injector was linearly and regularly decreased with increasing engine speed, but the that of deterioration piezo injector was irregularly decreased with increasing engine speed. 2) In main injection, the peak value of the current waveform of abnormal injector was larger than that of normal injector, the duration time of deteriorated abnormal injector was less than that of normal injector at 800rpm and 1500rpm, but the duration time of deteriorated abnormal injector was larger than that of normal injector at 2000rpm and 3000rpm. This irregularity appears to be caused by the deterioration of the injector.
Recently, global warming and environmental pollution are becoming more important, and fuel economy is becoming important. Each automobile company is actively developing various new technologies to increase fuel efficiency. CVVD(Continuously Variable Valve Duration) system means a device that continuously changes the rotational speed of the camshaft to change the valve duration according to the state of the engine. In this paper, VVT(Variable Valve Timing) and CVVD were applied to a single-cylinder diesel engine, and the characteristics of intake and exhaust flow rate and in-cylinder pressure characteristics were analyzed by numerical analysis. In order to analyze the effect of CVVD on the actual engine operation, the study was performed by setting the valve control and injection pressure as variables in two sections of the engine operating region. As a result, In the case of applying CVVD, the positive overlap with the exhaust valve is maintained, thus it is possible to secure the flow smoothness of air and increase the volumetric efficiency by improving the flow rate. The section 2 condition showed the highest peak pressure, but the pressure rise rate was similar to that of the VVT 20 and CVCD 20 conditions up to 40 bar due to the occurrence of ignition delay.
The purpose of this study is to investigate the liquid- and vapor-phase spray characteristics, such as spray tip penetration and spray angle using gasoline direct injection (GDI) injector with multi-hole. The vapor-phase spray was captured by the Schlieren visualization system, which consists of high-speed camera, LED lamp, concave mirrors, and knife-edge. The liquid-phase spray was visualized by Mie-scattering techniques. Both spray images of vapor- and liquid-phase were visualized under 373 K of ambient temperature, 1 bar of ambient pressure, and 100/200 bar of injection pressure. The energizing duration was fixed at 1.5 ms. From the analysis of experimental results, it revealed that the increased injection pressure induced an early vaporization due to the improvement of droplet atomization. The spray tip penetration and spray angle in vapor-phase were higher than those in liquid-phase. The difference in the spray tip penetration between vapor- and liquid-spray gradually increased with the time elapsed after the injection. Even with the spray angle characteristics, it was found that the difference between the spray angle of liquid and vapor spray gradually grew after they entered steady-state conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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