Gas motion within the engine cylinder is one of the major factors controlling the fuel-air mixing and combustion processes in diesel engines. In this paper, a special swirl-chamber is designed and applied to a DI (direct injection) diesel engine to generate a strong swirl motion thus enhancing gas motion. Compression, combustion and expansion strokes of this DI diesel engine with the swirl-chamber have been simulated by CFD software. The simulation model was first validated through comparisons with experimental data and then applied to do the simulation of the spray and combustion process. The velocity and temperature field inside the cylinder showed the influences of the strong swirl motion to spray and combustion process in detail. Cylinder pressure, average temperature, heat release rate, total amount of heat release, indicated thermal efficiency, indicated fuel consumption rate and emissions of this DI diesel engine with swirl-chamber have been compared with that of the DI diesel engine with $\omega$-chamber. The conclusions show that the engine with swirlchamber has the characteristics of fast mixture formulation and quick diffusive combustion; its soot emission is 3 times less than that of a $\omega$-chamber engine; its NO emission is 3 times more than that of $\omega$-chamber engine. The results show that the DI diesel engine with the swirl-chamber has the potential to reduce emissions.
The purpose of this study is to investigate the performance of swirl combustion chamber diesel engine by changing the jet passage area and its angle, the depth and shape of the piston top cavity(main chamber). The performance of diesel engine with newly changed swirl combustion chamber was tested through the experimental conditions as engine speed, load and injection timing etc. The test results were compared and analyzed. The rate of fuel consumption was affected significantly by the jet passage area at the high speed and load, by the depth of the piston top cavity at the low speed and load. The exhaust smoke density and exhaust gas temperature depended sensitively on variation of the injection timing rather than the shape of the combustion chamber within the experimental conditions.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.2
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pp.50-66
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1991
There are many factors which influence on the performance of a diesel engine. The piston bowl shape and swirl ratio are important factors to enhance the fuel-air mixing and flame propagation. In this study, calculations of the flow field in the cylinder of the diesel engine were carried out using the CONCHAS-SPRAY code for different bowl shapes and swirl ratios. In the case of constant swirl ratio, vortices which affect fuel-air mixing, evaporation and flame propagation are generated more strongly and consistently in the bowl-piston type combustion chamber than in the flat piston type. With this strong squish effect, injected fuel droplets are widely diffused and rapidly evaporated in the bowl-piston type combustion chamber. Especially a strong squish is developed and large and strong vortices are generated in the edge cutted bowl piston chamber. As the swirl ratio increases, it is found that a large and strong squish and vortices are generated in the combustion chamber and also fuel droplets are diffused into the entire combustion chamber.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.6
no.2
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pp.149-153
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2003
Besides the fuel spray behavior and combustion chamber shape. an air motion has a key role on exhaust gas emission and performance in a DI diesel engine. A swirl ratio represents the ratio of the intake swirl velocity to the engine speed. The main purpose in this work is to investigate the effects of the swirl ratio to the combustion characteristics. A shroud valve machined to change the swirl ratio. Test was carry out by changing the engine speed, nozzle diameter and swirl ratio in a single cylinder diesel engine. From this study, the optimized combustion was found at swirl ratio 2.7. And it was also found that the increasing the maximum cylinder pressure with an increasing swirl ratio lead to decrease a smoke and to increase NOx.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.7
no.2
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pp.153-159
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2004
The purpose of this research is to investigate the performance of swirl combustion chamber diesel engine by changing the jet passage area, the depth and shape of the piston top cavity (main chamber). The performance of diesel engine with newly changed swirl combustion chamber was tested through the experimental conditions as engine speed, load and injection timing etc. The test results were compared and analyzed. And another purpose of this research is to make a new diesel engine that is satisfied fuel consumption and regulation value of exhaust gas. 1. The rate of fuel consumption was affected significantly by the jet passage area at the high speed and load than low speed and low load. The influence of jet passage large area was proven to decrease the rate of fuel consumption. 2. Smoke was affected significantly by the depth of the piston top cavity, but exhaust temperature and the rate of fuel consumption wasn't affected. The rate of fuel consumption was affected by changing injection timing. 3. The rate of fuel consumption, exhaust temperature and Smoke were affected significantly by the shape of the piston top cavity from rectangular to trapezoid. That is we have all high value. The exhaust smoke density and exhaust gas temperature depended sensitively on variation of the injection timing rather than the shape of the combustion chamber within the experimental conditions. 4. We made a new diesel engine that is satisfied design target values(sfc=190 g/hr, NOx + THC=6.0 g/KWh, PM=0.3 KWh), the rate of fuel consumption and emission standard etc., through changing injection timing at the maximum torque point and rated power point. Although we have a little high NOx value.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.5
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pp.38-47
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2007
Based upon temperature calibration using the diffusion flame, the temperature and soot concentration of the turbulent flame in a visualized Diesel engine's turbulent flow of flame was qualitatively measured. Two different heads were used to judge the effect of swirl ratio within the combustion chamber. It was possible to measure the highest temperature of the non-swirl head visualized engine which is approximately 2400K, and that the swirl head engine managed up to 2100K. Also, the more the pressure of the spray increases the more the temperature increases due to the improved combustion situation with respect to the visualized diesel engine soot. This experiment also revealed that the KL factor was high where the fuel collided with the walls of the combustion chamber. Moreover the KL factor was high on parts of the chamber where the temperature dropped rapidly.
A study on swirl chamber for diesel engine is to realize lower fuel consumption and exhaust emission than the current marketing engines. Author formerly reported the performance characteristics of small IDI diesel engine with swirl chamber by changing the jet passage area and its angle, and the depth and shape of the piston top cavity. Following after the first report, in this paper, the characteristics of fuel consumption, soot emission, and exhaust gas temperature were examined and analyzed after dimension of jet passage area expanded to $70.1mm^2$ The results were that the optimum values of the jet passage area depending on the depth of the piston top cavity were different at each engine speeds and loads, and in accordance with application of engine running conditions they were able to be selected as optimum dimensions of each design parameters.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.6
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pp.145-151
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2010
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 grooves with inclined plane on the piston crown to generate swirl during the compression and expansion strokes in the cylinder in order to improve the atomization of fuel. The other is a toroidal 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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.3
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pp.458-464
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2002
Recently, many researches have been performed to improve performances of the combustion and emission in the D.I.Diesel engine. Especially reduction of the soot formation in tole combustion chamber is the essential to acquire the improvement of the emission performance. These emission of the diesel combustion is effected by the characteristics of air-fuel mixing. Thus, in this study, the distribution of soot in the diesel combustion is measured by LII(laser induced incandescence) and LIS(Laser induced scattering) method. From this experimental results, it is confirmed that the swirl flow intensified by SCV(swirl control valve) is effective on the reduction of soot in the combustion chamber.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.7
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pp.54-65
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1999
In this study, the flow field, spray structure, and combustion process were investigated in a direct injection diesel engine having an offset bowl in a combustion chamber. The KIVA-3V code was used in this study. In order to obtain accurate results, a droplet atomization model, wall impingement model, and ignition delay concept were added to KIVA-3V code. The results showed that the offset bowl engine had a large vortex flow. The direction of this flow counteracted to the direction of fuel injection in one side of combustion chamber. It decreased local turbulent kinetic energy and eventually nonuniform combustion was resulted in an offset bowl engine. In comparison with a center bowl engine case, the peak cylinder pressure was decreased about 6%. Finally , the effect of swirl on combustion was investigated in an offset bowl engine . As the became stronger, the nouniform characteristics in combustion were increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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