Kim, H.J.;Kang, S.M.;Kim, Y.M.;Lee, J.H.;Lee, J.K.
International Journal of Automotive Technology
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v.7
no.2
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pp.129-137
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2006
The representative interactive flamelet(RIF) concept has been applied to numerically simulate the combustion processes and pollutant formation in the HSDI diesel engine. In order to account for the spatial inhomogeneity of the scalar dissipation rate, the eulerian particle flamelet model using the multiple flamelets has been employed. The vaporization effects on turbulence-chemistry interaction are included in the present RIF procedure. the results of numerical modeling using the rif concept are compared with experimental data and with numerical results of the widely-used ad-hoc combustion model. Numerical results indicate that the rif approach including the vaporization effect on turbulent spray combustion process successfully predicts the ignition delay characteristics as well as the pollutant formation in the HSDI diesel engines.
Lee Sukyoung;Jeong Kuseob;Jeon Chunghwan;Chang Yongjune
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.6
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pp.21-30
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2005
Heat release analysis is a very importent method in understanding the combustion phenomena inside an engine cylinder. In this study, one-zone heat release analysis was used with the mesured cylinder pressures of an IDI(indirect injection), a HSDI(high speed direct injection) and a SI(spark ignition) engine. It has benefits of simple equation, fast speed, reliability. The object of the study is to compare the combustion characteristics among an IDI, a HSDI and SI engine. Result of analysis, the maximum heat release rate of a HSDI is higher than an IDI because of long ignition delay period. The heat release curve of a IDI is more linear than an HSDI, so the combustion characteristics of a IDI is similiar to that of an SI engine. There is a suggestion here that the combustion efficiency of a HSDI is highest of that of all engines because of the smallest heat transfer loss of all engines.
New reduced chemical kinetic mechanism for prediction of autoignition process of HSDI diesel engine was investigated. For precise prediction of the ignition characteristics of diesel fuel, mechanism coefficients were fitted by the experimental results of ignition delay of diesel spray in a constant volume vessel. Ignition delay of diesel engine on various operation condition was calculated based on the new reduced chemical mechanism. The calculation results agreed well with experimental data.
Recently, the application of variable geometry turbocharger (VGT) to the high speed direct injection (HSDI) diesel engine has gained more and more interest in automotive industry. A steady state experimental investigation has been undertaken on a 1.5L HSDI diesel engine to verify the benefits of VGT comparing to the standard engine having a waste gate turbocharger (WGT). Specifically, part load performances (e.g., fuel economy and emission) have been investigated under various vane angles of the VGT. The results show that the real exhaust gas recirculation (EGR) rate as well as the pumping loss is very important to improve break specific fuel consumption (BSFC). It was previously known that the pumping loss only is a main parameter. In addition, the trade-off relationship between BSFC and NOx according to boost pressure, and the decreasing tendency of NOx with increasing real EGR rate have been verified. 1-D numerical analysis also has been performed, and the numerical results are in good agreement with experimental results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.5
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pp.43-49
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2003
The common-rail fuel injection system is becoming a common technology for High Speed Direct Injection(HSDI) diesel engines. The injection timing and rate are important factors for combustion control and pollutants formation mechanisms during engine operation. This paper introduces an estimation methodology of the injection timing and rate of a common-rail injector for HSDI diesel engines. A sliding mode observer that is based on the nonlinear mathematical model of the common-rail injector is designed to overcome the model uncertainties. The injector model and the estimator we verified by relevant injection experiments in an injector test bench. The simulation and the experimental results show that the proposed sliding mode observer can effectively estimate the injection rate of the common-rail injector.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.5
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pp.88-94
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2012
Development trend of modern HSDI diesel engine is now focusing on low fuel consumption and emission because of strong interest in global environmental protection. Two big branches of criteria for modern diesel engine development are down sizing and down speeding. Down sizing keeps engine operation condition to the direction of higher load and thus pursuing for better thermal efficiency. But this may cause degraded vehicle dynamic performance because of reduced back up torque. Down speeding keeps engine operation condition to the direction of slightly higher load and lower engine speed. Therefore reduction of back up torque can be limited within flat torque area. This study analyzed fuel economy effect of down speeding on a vehicle powered by HSDI diesel engine in aspect of engine friction work, intake and exhaust pumping work, exhaust hat loss and thermal loss of fuel leakage of fuel injection system. Contribution factor of each engine and vehicle related parameters under basic and down speeding condition were compared and work balance of down speeding during NEDC was analyzed.
Recently, the HSDI (High Speed Direct Injection) diesel engine has been spotlighted as a next generation engine because it has a good potential for high thermal efficiency and fuel economy. This study was carried out to investigate the in-cylinder flow characteristics generated in a HSDI diesel engine with a 4-valve type cylinder head. The four kinds of cylinder head were manufactured to elucidate the effect of intake port geometry on the in-cylinder flow characteristics. The steady flow characteristics such as coefficient of flow rate $(C_{f})$, swirl ratio (Rs), and mass flow rate (m,) were measured by the steady flow test rig and the unsteady flow velocity within a cylinder was measured by PIV. In addition, the in-cylinder flow patterns were visualized by the visualization experiment and these results were compared with simulation results calculated by the commercial CFD code. The steady flow test results indicated that the mass flow rate of the cylinder head with a short distance between the two intake ports is $13\%$ more than that of the other head. However, the non-dimensional swirl ratio is decreased by approximately $15\%$. As a result of in-cylinder flow characteristics obtained by PIV and CFD calculation, we found that the swirl center was eccentric from the cylinder center and the position of swirl center was changed with crank angle. As the piston moves to near the TDC, the swirl center corresponded to the cylinder center and the velocity distribution became uniform. In addition, the results of the calculation are in good agreement with the experimental results.
Supercharging system was adopted to investigate the influence of boost pressure on operating range, brake specific fuel consumption (BSFC) and exhaust emissions by using a supercharger at low temperature diesel combustion (LTC) condition in a 5-cylinder 2.7 L direct injection diesel engine. The experimental parameters such as injection quantity, injection timing, injection pressure and exhaust gas recirculation (EGR) rate were varied to find maximum operating range. The result showed that operating range with boost was expanded up to 41.9% compared to naturally aspirated LTC condition due to increased mixing intensity. The boosted LTC engine showed low BSFC value and dramatically reduced soot emission under all operating range compared with high speed direct injection (HSDI) mode. Finally, this paper presents the boosted LTC map of emission and the strategy of improved engine operating range.
The durability of a cylinder head is influenced by the thermal and mechanical history during the manufacturing process, as well as engine operation. In order to improve the durability of cylinder head, both load from engine operation and the preload conditions from the manufacturing process must be considered. The aluminum cylinder head used for a HSDI diesel engine is investigated to reduce the possibility of high cycle fatigue crack in this study. FE analysis is performed to elucidate the mechanism of high cycle fatigue crack in the HSDI diesel cylinder head. Two separate approaches to increase the durability of the cylinder head are discussed: reducing load from engine operation and re-arranging preload conditions from the manufacturing process at the critical location of the cylinder head. Local design changes of the cylinder head and modification of pretension load in the cylinder head bolt were investigated using FE analysis to relieve load at the critical location during engine operation. Residual stress formed at the critical location during the manufacturing process is measured and heat treatment parameters are changed to re-arrange the distribution of residual stress. Results of FE analysis and experiments showed that thorough consideration of the manufacturing process is necessary to enhance the durability of the cylinder head.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.17
no.5
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pp.31-38
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2009
Supercharging system was adopted to investigate the influence of boost pressure on operating range and exhaust emissions by using a supercharger at low temperature diesel combustion (LTC) condition in a 5-cylinder 2.7 L direct injection diesel engine. The experimental parameters such as injection quantity, injection timing, injection pressure and exhaust gas recirculation (EGR) rate were varied to find maximum operating range in LTC condition. As a result of adopting increased boost pressure in LTC, wider operating range was achieved compared with naturally aspirated condition due to increased mixing intensity. Increased boost pressure resulted in lower hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions due to increased swirl rate and mixing intensity, which induced complete combustion. Moreover, increased boost pressure in LTC resulted in much lower soot emissions compared with high speed direct injection (HSDI) condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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