Jo, Sang-Mu;Jeon, Jae-Hyeuk;Jang, In-Sun;Jeong, Sung-Sik;Park, Kweon-Ha
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1309-1316
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2003
A premixed-compression-ignition engine has been studied to improve the efficiency and to decrease exhaust emissions. However those systems have some difficulties for controlling combustion process. Radical is an activated chemical species formed by a chemical chain reaction between reactant and product. When the chain reactions occur, the energy bond of species is broken easily by the released radicals. The combustion chamber of the premixed-compression-ingnition engine is consist of a main chamber with lean premixture and a subchamber with rich premixture. Those are connected by narrow cylinderical connections. With ignition start in the subchamber, many different kinds of radical is jetted into the main chamber. The premixed gas in main chamber is quickly burned up by the radical ignition in multi-pionts. In this paper, the combustion phenomena in a constant volume combustor having a radical injector are numerically analyzed. The some constants in the reaction rate equation are adjusted by the experimental results tested in the same geometrical chamber. The code is applied on the two combustors in a wide range of equivalence ratio. The results show that the burning time is much shorter in the combustor having radical injector.
PARK J. S.;KANG B. M.;KIM K. J.;LEE T. W.;YEOM J. K.;CHUNG S. S.
International Journal of Automotive Technology
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v.6
no.6
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pp.555-561
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2005
This experimental study was executed to obtain basic data for actual engine operation using radical induced ignition method (RI) which can achieve emission reduction and high efficiency due to the rapid bulk combustion. In this study, a direct injection diesel engine was converted into SI type engine with a sparkplug. The modified SI type engine can be divided into two classes. One is the SI engine with a sparkplug only at the cylinder head, and the other is the SI engine with the sparkplug which is enveloped in a sub-chamber. Also, a basic experimental was conducted in order to investigate combustion mechanism of radical induced injection before the experiment execution for actual engine using the modified SI engine. The bulk combustion phenomenon of radical induced ignition method was analyzed from the basic experiment by using a constant volume chamber. Volume value of sub-chamber used in this experiment is approximately $0.2\%$ of one of the main combustion chamber. In this paper, combustion characteristics using radical induced injection method was compared with that of using spark ignition method according to change in the engine speed and equivalence ratio. As a result, in the case of the radical induced injection engine, the combustion duration and cycle variation were respectively reduced ranged from $\Phi$(equivalence ratio)=0.8 (lean mixture ratio) to $\Phi$=1.0 (stoichiometric ratio).
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.32
no.4
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pp.506-513
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2008
The engine containing a radical injector has been studied to improve the performances of efficiency and to reduce the exhaust emissions recently. The engine is far different from general compression ignition engines or spark ignition engines for the concept of combustion process. The inflow characteristic from main chamber into radical chamber during compression stroke is important because the radical chamber must have enough fresh air to generate appropriate radicals. The numerical simulation is performed in each specific shape and the engine speed by using KIVA code. The result shows that the fresh air inflow from main chamber into the radical chamber is the best at 45 degree of the hole angle.
In this study, the ignition characteristics of bio jet fuel (Bio-7629, Bio-5172) produced by F-T process and petroleum-based jet fuel (Jet A-1) were compared and analyzed. The ignition delay time of each fuel was measured by means of a combustion research unit (CRU) and the results were explained through an analysis of the properties and composition of the fuel. The ignition delay time of Bio-5172 was the shortest while that of Jet A-1 was the longest because Jet A-1 had the highest surface tension and Bio-5172 had the lowest viscosity in terms of fuel properties that could affect the physical ignition delay time. As a result of the analysis of the constituents' type and ratio, 22.8% aromatic compounds in Jet A-1 could generate benzyl radical, which had low reactivity during the oxidation reaction, affecting the increase of ignition delay time. Both Bio-7629 and Bio-5172 were composed of paraffin only, with the ratio of n-/iso- being 0.06 and 0.80, respectively. The lower the degree of branching is in paraffin, the faster the isomerization of peroxy radical is produced during oxidation, which could determine the propagation rate of the ignition. Therefore, Bio-5172, composed of more n-paraffin, possesses shorter ignition delay time compared with Bio-7629.
PARK J. S.;YEOM J. K.;LEE T. W.;HN J. Y.;CHUNG S. S.
International Journal of Automotive Technology
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v.7
no.1
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pp.17-23
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2006
An experimental study was carried out to obtain the fundamental data about the effect of sub-chamber on pre-mixture combustion. A eve (constant volume combustor) divided into a sub-chamber and a main chamber was used in this experiment. The volume of the sub-chamber was varid trom $0.45\%$ to $1.4\%$ about the whole combustion chamber. The sub-chamber has twelve narrow radial passage holes and a spark plug to ignite the pre-mixture. As the ignition occurs in the sub-chamber by a spark discharge, burned and unburned gas including a great number of radicals is injected into the main chamber, then the multi-point ignition occurs in the main chamber. The combustion pressure is measured to calculate the burning velocity mainly as a function of the sub-chamber volume, the diameter of the passage holes, and the equivalence ratio. In the case of RI (radical ignition) methods, the overall burning time became very short and the maximum burning pressure was slightly increased as compared with that of SI (spark ignition) method. The optimum design value of the sub-chamber is near 0.11 $cm^{-l}$ in the ratio of total area of holes to the sub-chamber volume.
This experimental study was carried out to obtain both low emissions and high thermal efficiency by rapid bulk combustion. Two kinds of experiments were conducted to obtain fundamental data on the operation of a RI engine by a radical ignition method. First, the basic experiments were conducted to confirm rapid bulk combustion by using a radical ignition method in a constant volume chamber (CVC). In this experiment, the combustion velocity was much higher than that of a conventional method. Next, to investigate the desirable condition of engine operation using radical ignition, an applied experiment was conducted in an actual engine based on the basic experiment results obtained from CVC condition. A sub-chamber-type diesel engine was reconstructed using a SPI type engine with controlled injection duration and spark timing, and finally, converted to a RI engine. In this study, the operation characteristics of the RI engine were examined according to the sub-chamber's specifications such as the sub-chamber volume and the diameter and number of passage holes. These experimental results showed that the RI engine operated successfully and was affected by the ratio of the passage hole area to the sub-chamber volume.
In this study, the ignition characteristics of petroleum-based aviation fuel (Jet A-1), bio aviation fuel (Bio-6308), and blended aviation fuel (50:50, v:v) were analyzed in accordance with change of temperature and pressure. The ignition delay time of each aviation fuel was measured by combustion research unit (CRU) and the compositions of the fuels were analyzed by GC/MS and GC/FID for qualitative and quantitative results. From the results, it was confirmed that the ignition delay times of all aviation fuels were shortened with increasing temperature and pressure. In particular, the effect of temperature was larger than the effect of pressure. Also, the ignition delay time of Jet A-1 was the longest at all measurement conditions, and it was judged that this result is because of the structurally stable characteristics of the benzyl radical generated during the oxidation reaction of the aromatic compound (about 22.48%) in Jet A-1. Also, it was confirmed that Jet A-1 had no section where the degree of shortening of ignition delay time was decreased by increasing temperature, which was because the benzyl radical inhibits the response that can affect the negative temperature coefficient (NTC). The ignition characteristics of blended aviation fuel (50:50, v:v) showed a similar tendency to those of Jet A-1, rather than to those of Bio-6308, so that the blended aviation fuel (50:50, v:v) can be applied to the existing system without any change.
MILD(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution) combustion has attracted attention as the clean thermal energy technology due to the lower emissions of unburnt carbon and NOx. MILD combustion aims to enlarge the combustion reaction zone using the spontaneous ignition phenomenon of the reactants. In this study, the ignition delay time of CH4 according to the initial temperature of reactants and the addition of CO, H2 was investigated using a numerical approach. Ignition delay time became shorter as the increases of initial temperature and H2 addition. But, CO addition to the fuel increase the ignition delay time. In case of H2 addition to the fuel, the ignition delay time decreased because the higher fraction of HO2 promotes the decomposition of methyl radical(CH3) and produce OH radical. However, in case of CO addition to the fuel, ignition delay time inceased because a high proportion of HCO consumes H radical. There was no significant effect of HCO on the reduction of ignition delay time. Also, the increase rates of NO emissions by the addition of CO and H2 were approximately 7% and 1%, respectively. A high proportion of NCO affects the increase in NO production rate.
The objective of this study is the rapid bulk combustion of mixture in a constant volume chamber with a tiny sub-chamber. Some narrow passage holes were arranged to induce simultaneous multi-point ignition in the main chamber by jet of burned and unburned gases including radicals from the sub-chamber, and the equivalence ratios of pre-mixture in the main chamber and the sub-chamber were the same. The principal factors of the Radical Induced Auto-Ignition (RIAI) method are the diameter of the passage holes and the volume of sub-chamber. The relationship between the sub-chamber and diameter of passage hole was represented by the ratios of sub-chamber volume to passage hole volume. The ratios are non-dimensional coefficients for sub-chamber characteristics. As a result, the RIAI method reduced the combustion period, which expanded the lean limit in comparison with SI method.
The ignition delay time is an important factor to understand the combustion characteristics of internal combustion engine. In this study, ignition delay times of cool and thermal flame were observed separately in homogeneous charge compression ignition(HCCI) engine. This study presents numerical investigation of ignition delay time of n-heptane and alcohol(ethanol and n-butanol) binary fuel. The $O_2$ concentration in the mixture was set 9-10% to simulate high exhaust gas recirculation(EGR) rate condition. The numerical study on the ignition delay time was performed using CHEMKIN codes with various blending ratios and EGR rates. The results revealed that the ignition delay time increased with increasing the alcohol fraction in the mixture due to a decrease of oxidation of n-heptane at the low temperature. From the numerical analysis, ethanol needed more radical and higher temperature than n-butanol for oxidation. In addition, thermal ignition delay time is sharply increasing with decreasing $O_2$ fraction, but cool flame ignition delay time changes negligibly for both binary fuels. Also, in high temperature regime, the ignition delay time showed similar tendency with both blends regardless of blending ratio and EGR rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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