LTC(Low Temperature Combustion) technology has been studied to see feasibility of the combustion technology applied to heavy-duty engines on the laboratory scale. This study succeeded to develop a demo engine including realized low temperature combustion under partial load conditions. To find the best feasible LTC strategy, various LTC combustion methods such as PPCI, MK and highly diluted mixing controlled LTC were conducted on 6.0L heavy duty diesel engine. Air management system was re-designed to make these combustion scheme stable and the re-designed air system helped expand LTC operating range. This study finally revealed plausible LTC concept to maximize benefit of the alternative combustion technology while overcoming handicaps of the LTC strategy.
1.7L 커먼레일 직접분사 디젤엔진에 대하여 바이오 디젤 연료가 conventional 연소(PM-NOx 트레이드오프 존재)와 저온 연소(low temperature combustion, LTC)에서 배기가스 배출에 미치는 영향을 분석하였다. LTC 연소는 conventional 연소 대비 다량의 EGR 과 연료분사 조건 최적화를 통하여 이루어졌다. 실험에 사용한 두 가지 연료는 초저유황 디젤연료(ultra low sulfur diesel fuel, ULSD), ULSD 에 대두유를 20%(vol. base)혼합한 바이오 디젤 연료(B20)이다. 사용된 연료에 관계없이 LTC 연소를 통하여 conventional 연소 대비 PM 및 NOx 의 동시 저감이 가능하였다. 동일한 엔진작동 조건에 대하여 conventional 연소의 경우 B20 는 ULSD 보다 PM은 적게 배출되나, NOx 는 많이 배출되었다. LTC 연소의 경우 B20 는 ULSD 보다 PM 및 NOx 생성이 많았다.
The objective of this study is to investigate the effects of low-temperature combustion (LTC) on the correlations of combustion characteristics and reduction of exhaust emissions in a small DI diesel engine with biodiesel fuel. In order to analyze the combustion, exhaust emission characteristics and distribution of nano size particles for biodiesel were investigated. In addition, to evaluate the effect of LTC on the combustion and emission characteristics, 30 and 50% of cooled-EGR rates were investigated. From these results, it revealed that the influence of LTC on the combustion characteristics showed that the ignition delay significantly increased and reduces peak heat release rate of premixed combustion by lowering reaction rate. With 50% EGR and advanced injection timing, soot and $NO_x$ emissions were simultaneously reduced.
Robustness and controllability are the key factors in internal combustion engine commercialization. This study focuses on the combustion strategy to commercialize the low temperature diesel combustion technology. Various LTC combustion methods such as PPCI, MK and highly diluted mixing controlled LTC were conducted on 6.0L heavy duty diesel engine. To find the best feasible LTC strategy, emission level, fuel consumption and combustion safety during the combustion mode change were considered. Experiments were carried out under various engine operating conditions; engine speed & load, EGR level, injection timing. Finally, this study suggests realizable LTC combustion strategy; moderate EGR level and slight early injection are possible to considerably lower PM, NOx emission and expand LTC operating range up to 50% load without CO and HC emission.
The characteristics of particulate matters (PM) from an exhaust gas for conventional and low temperature diesel combustion (LTC) in a compression ignition engine was experimentally investigated by the elemental, thermogravimetric analysis. Morphology of PM was also studied by the transmission electron microscopy. PM for LTC shows that it contains more volatile hydrocarbons, which can be easily evaporated than conventional regime. PM for LTC is comprised of smaller primary particles.
According to the regulation on the environment and fuel efficiency is becoming strict, many experiments are conducted to improve efficiency and emission in internal combustion engines. LTC (Low temperature combustion) technology is a promised solution for low emissions but there are a few barriers for the commercial engine. This paper includes optimization that applies LTC method to heavy duty diesel engine. Adequate LTC was applied to low and middle load as adaptability in heavy duty diesel engine, and optimization focused on reduction of fuel consumption was proceeded at high load. Through this research, strategy for practical use of LTC was selected, and fuel consumption has improved on the condition that satisfies the emission regulation at systematic viewpoint.
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.
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 aim of this work is to investigate the combustion and exhaust emission characteristics of low-temperature combustion (LTC) at various EGR test conditions using a single cylinder common-rail diesel engine. In high EGR rate combustion mode with DME fuel, 30% (${\Phi}=0.61$) and 50% (${\Phi}=0.86$) of EGR were respectively examined, and then the combustion, exhaust emissions, nano-particle characteristics of each cases were measured. From these results, it revealed that The ignition delay and combustion duration are prolonged as the increase of EGR rate. In addition, at an advanced injection timing (BTDC $30^{\circ}$), ignition delays were fairly increased because the dilution effect of EGR and also low charge in-cylinder temperature created a lean mixture, thus decreased the peak release rate.
One of the effective ways to reduce both $NO_x$ and PM at the same time in a diesel CI engine is to operate the engine in low temperature combustion (LTC) regimes. In general, two strategies are used to realize the LTC operation-dilution controlled LTC and late injection LTC - and in this study, the former approach was used. In the dilution controlled regime, LTC is achieved by supplying a large amount of EGR to the cylinder. The significant EGR gas increases the heat capacity of in-cylinder charge mixture while decreasing oxygen concentration of the charge, activating low temperature oxidation reaction and lowering PM and $NO_x$ emissions. However, use of high EGR levels also deteriorates combustion efficiency and engine power output. Therefore, it is widely considered to use increased intake pressure as a way to resolve this issue. In this study, the effects of intake pressure variations on performance and emission characteristics of a single cylinder diesel engine operated in LTC regimes were examined. LTC operation was achieved in less than 8% $O_2$ concentration and thus a simultaneous reduction of both PM and $NO_x$ emission was confirmed. As intake pressure increased, combustion efficiency was improved so that THC and CO emissions were decreased. A shift of the peak Soot location was also observed to lower $O_2$ concentration while $NO_x$ levels were kept nearly zero. In addition, an elevation of intake pressure enhanced engine power output as well as indicated thermal efficiency in LTC regimes. All these results suggested that LTC operation range can be extended and emissions can be further reduced by adjusting intake pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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