A comparative DNS study of the ignition characteristics of dual-fueled reactivity controlled compression ignition (RCCI) and stratification charge compression ignition (SCCI) is investigated using a 116-species reduced primary reference fuel (PRF) mechanism. In the RCCI combustion, two PRF fuels (n-heptane and iso-octane) with opposite autoignition characteristics are separatedly supplied and in-cylinder blended such that spatial variations in fuel reactivity, fuel concentration and temperature are achieved. In the SCCI combustion, however, just a single fuel (PRF50) is used such that only fuel concentration and temperature inhomoginieties are obtained. Because three factors, rather than only two as in SCCI combustion, govern the overall RCCI combustion, combustion timing and combustion duration or heat release rate of RCCI combustion are flexibly and effectively controlled. It is found that the overall RCCI combustion occurs much earlier and its combustion duration is longer compared to SCC combustionI. Moreover, the negative temperature coefficient (NTC) has a positive effect on enhancing RCCI combustion by inducing a shorter combustion timing and a longer combustion duration as a result of the occurrence of a predominant low-speed deflagration-combustion mode.
The chemical aspects of primary reference fuel (PRF)/air mixture under RCCI conditions are investigated to provide fundamental insights into the ignition characteristics of RCCI combustion. Chemical explosive mode analysis (CEMA) is adopted to understand the ignition process of the lean PRF/air mixture by identifying controlling species and elementary reactions at different locations and times.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.2
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pp.110-115
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2012
This study describes the characteristics of combustion and exhaust emission in the special engine applying a fuel reactivity controlled compression ignition (RCCI) concept with two different energizing type (solenoid and piezoelectric) injectors for diesel injection. A diesel-gasoline mixed dual-fuel reactivity controlled compression ignition concept is demonstrated as a promising method to achieve high thermal efficiency and low emission in internal combustion engines for transportation vehicles. For investigating the combustion characteristics of RCCI, engine experiments were performed in a light-duty diesel engine over a range of injection timing and mixing rate of gasoline in mass. It was investigated that by increasing the nozzle hole diameter, increasing the combustion pressure and the net indicated mean effective pressure. $NO_x$ and soot can be reduced by advancing start of injection in 84 mixing rate of gasoline in mass. The resulting operation showed that light duty engine could achieve 48 percent net indicated efficiency and 191[g/kW-hr] net indicated specific fuel consumption with lower levels of nitrogen oxides and soot.
An experimental study was performed to explore characteristics of combustion and exhaust emissions in the compression ignition engine of RCCI (reactivity controlled compression ignition) using diesel-gasoline dual fuel. A dual-fuel reactivity controlled compression ignition concepts is demonstrated as a promising method to achieve high thermal efficiency and low emissions. For investigating combustion characteristics, engine experiments were performed in a light-duty diesel engine over a range of SOIs (start of injection) and gasoline percents. The experimental results showed that cases of diesel-gasoline dual fuel combustion is capable of operating over a middle range of engine loads with lower levels of NOx and soot, acceptable pressure rise rate, low ISFC (indicated specific fuel consumption), and high indicated thermal efficiency.
The reactivity controlled compression ignition (RCCI) is the technology that provides two different types of fuel to the combustion chamber with the advantage of significantly reducing particulate matter and nitrogen oxides emissions. However, due to the characteristics of lean combustion, combustion efficiency is worsened. The conventional type of pistons for conventional diesel combustion (CDC) has mostly been used in the researches on RCCI. Because the pistons for CDC are optimized to enhance flow and target spray, the pistons are unsuitable for RCCI. In this study, a piston that is suitable for RCCI is designed to improve combustion efficiency. The new piston was designed by considering the factors such as squish geometry, bowl depth, and surface area. The experiment was carried out by fixing the energy supply to 0.9kJ/cycle and 1.5kJ/cycle respectively. The two pistons were quantitatively compared in terms of thermal efficiency and combustion efficiency.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.6
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pp.75-82
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2021
Low-temperature combustion (LTC) strategies, such as HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition), PCCI (Premixed Charge Compression Ignition), and RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition), have been developed to effectively reduce NOx and PM while increasing the thermal efficiency of diesel engines. Through numerical analysis, this study examined the effects of the injection timing and two-stage injection ratio of diesel fuel, a highly reactive fuel, on the performance and exhaust gas of RCCI engines using gasoline as the low reactive fuel and diesel as the highly reactive fuel. In the case of two-stage injection, combustion slows down if the first injection timing is too advanced. The combustion temperature decreases, resulting in lower combustion performance and an increase in HC and CO. The injection timing of approximately -60°ATDC is considered the optimal injection timing considering the combustion performance, exhaust gas, and maximum pressure rise rate. When the second injection timing was changed during the two-stage injection, considering the combustion performance, exhaust gas, and the maximum pressure increase rate, it was judged to be optimal around -30°ATDC. In the case of two-stage injection, the optimal result was obtained when the first injection amount was set to approximately 60%. Finally, a two-stage injection rather than a single injection was considered more effective on the combustion performance and exhaust gas.
Reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion is one of dual-fuel combustion systems which can be constructed by early diesel injection during the compression stroke to improve premixing between diesel and air. As a result, RCCI combustion promises low nitrogen oxides (NOx) and smoke emissions comparing to those of general dual-fuel combustion. For this combustion system, to meet the intensified emission regulations without emission after-treatment systems, exhaust gas recirculation (EGR) is necessary to reduce combustion temperature with lean premixed mixture condition. However, since EGR is supplied from the front of turbocharger system, intake pressure and the amount of fresh air supplementation are decreased as increasing EGR rate. For this reason, the effect of various EGR rates on the brake power and thermal efficiency of natural gas/diesel RCCI combustion under two different operating conditions in a 6 L compression ignition engine. Varying EGR rate would influence on the combustion characteristic and boosting condition simultaneously. For the 1,200/29 kW and 1,800 rpm/(lower than) 90 kW conditions, NOx and smoke emissions were controlled lower than the emission regulation of 'Tier-4 final' and the maximum in-cylinder pressure was 160 bar for the indurance of engine system. The results showed that under 1,200 rpm/29 kW condition, there were no changes in brake power and thermal efficiency. On the other hand, under 1,800 rpm condition, brake power and thermal efficieny were decreased from 90 to 65 kW and from 37 to 33 % respectively, because of deceasing intake pressure (from 2.3 to 1.8 bar). Therefore, it is better to supply EGR from the rear of compressor, i.e. low pressure EGR (LP-EGR) system, comparing to high pressure EGR (HP-EGR) for the improvement of RCCI power and thermal efficiency.
In order to improve the emission of diesel engines, natural gas-diesel dual fuel combustion compression ignition engines are in the spotlight. In particular, a reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion strategy is investigated comprehensively due to its possibility to improve both efficiency and emissions. With advanced diesel direct injection timing earlier than TDC, it achieves spontaneous reaction with overall lean mixture from a homogeneous mixture in the entire cylinder area, reducing nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM) and improving braking heat efficiency at the same time. However, there is a disadvantage in that the amount of incomplete combustion increases in a low load region with a relatively small amount of fuel-air. To solve this, sensitive control according to the diesel injection timing and fuel ratio is required. In this study, experiments were conducted to improve efficiency and exhaust emissions of the natural gas-diesel dual fuel engine at low load, and evaluate combustion stability according to the diesel injection timing at the operation point for power generation. A 6 L-class commercial diesel engine was used for the experiment which was conducted under a 50% load range (~50 kW) at 1,800 rpm. Two injectors with different spray patterns were applied to the experiment, and the fraction of natural gas and diesel injection timing were selected as main parameters. Based on the experimental results, it was confirmed that the brake thermal efficiency increased by up to 1.3%p in the modified injector with the narrow-angle injection added. In addition, the spray pattern of the modified injector was suitable for premixed combustion, increasing operable range in consideration of combustion instability, torque reduction, and emissions level under Tier-V level (0.4 g/kWh for NOx).
Hydrogen-dimethy ether (DME) and hydrogen-diesel compression ignition engine combustion were investigated and compared each other in a single cylinder compression ignition engine. Hydrogen and DME were used as low carbon alternative fuels to reduce green house gases and pollutant. Hydrogen was injected at the intake manifold with an injection pressure of 0.5 MPa at fixed injection timing, $-210^{\circ}CA$ aTDC. DME and diesel were injected directly into the cylinder through the common-rail injection system at injection pressure of 30 MPa. DME and diesel inejction timing was varied to find the optimum CI combustion to reduce CO, HC and NOx emissions. When DME was injected early, CO and HC emissions were high while NOx emission was low. Fuel consumption, heat release rate, and exhaust emissions were measured to analyze each combustion characteristics of each ignition promoter. Fuel consumption was decreased when diesel was used as an ignition promoter. This is due to the lower volatility of diesel which created more stratified charge than DME.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.12
no.3
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pp.13-24
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2019
The concept of shape similarity has been applied to verify the accuracy of the SIND model, the real-time prediction model for disaster risk. However, the CRITIC method, one of the most widely used in geometric methodology, is definitely limited to apply to complex shape such as hazard map for coastal disaster. Therefore, we suggested the modified CRITIC method of which we added the shape factors such as RCCI and TF to consider complicated shapes. The matching pairs were manually divided into exact-matching pairs and mis-matching pairs to evaluate the applicability of the new method for shape similarity into hazard maps for storm surges. And the shape similarity of each matching pair was calculated by changing the weights of each shape factor and criteria. Newly proposed methodology and the calculated weights were applied to the objects of the existent hazard map and the results from SIND model. About 90% of exact-matching pairs had the shape similarity of 0.5 or higher, and about 70% of mis-matching pairs were it below 0.5. As future works, if we would calibrate narrowly and adjust carefully multi-objects corresponding to one object, it would be expected that the shape similarity of the exact-matching pairs will increase overall while it of the mis-matching pairs will decrease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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