Soot has a great effect on the formation of PM (Particulate Matter) in D.I. (Direct Injection) Diesel engines. Soot in diesel flame is formed by incomplete combustion when the fuel atomization and mixture formation were poor. Therefore, the understanding of soot formation in a D.I. diesel engine is mandatory to reduce PM in exhaust gas. To investigate soot formation in diesel combustion, various measurements have been performed with laser diagnostics. In this study, the relative soot diameter and the relative number density in a DJ. engine was measured by using LIS (Laser Induced Scattering) and LII (Laser Induced Incandescence) methods simultaneously which are planar imaging techniques. And a visualization D.I. diesel engine was used to introduce a laser beam into the combustion chamber and investigate the diffusion flame characteristics. To find the optimal condition that reduces soot formation in diesel combustion, various injection timing and the swirl flow in the cylinder using the SCV (Swirl Control Valve) were applied. From this experiment, the effects of injection timing and swirl on soot formation were established. Effective reduction of soot formation is possible through the control of these two factors.
Recently, many researches have been performed to improve the performance of the combustion and emission in a D.I.Diesel engine. And many new techniques have been introduced and developed to reduce NO$_{x}$ and soot exhausted from diesel combustion. Some of these methods have the peculiar injection timing which is not used to traditional timing. To optimize these injection timing, characteristics of swirl flow and interaction of swirl with injection in the diesel engine should be investigated more carefully. Therefore, in this study, 2-zone energy method is adopted for the understanding of swirl flow in condition of moving piston, and then flame visualizations and image process are performed. From these studies, the characteristics of the swirl flow generated by SCV was investigated and the effect of swirl on injection timing was elucidated. As the results, velocity distribution caused by swirl flow increase the space utilization rate of flame plums. And flame plums of weak momentum are remained inside of combustion chamber by the swirl flow.w.
The performance of a direct-injection type diesel engine often depends on the strength of swirl or squish, shape of combustion chamber, the number of nozzle holes, etc. This is of course because the combustion in the cylinder was affected by the mixture formation process. In this paper, combustion process of biodiesel fuel was studied by employing the piston which has several grooves with inclined plane on the piston crown to generate swirl during the compression stroke in the cylinder in order to improve the atomization of high viscosity fuel such as biodiesel fuel and toroidal type piston generally used in high speed diesel engine. To take a photograph of flame, single cylinder, four stroke diesel engine was remodeled into two stroke visible engine and high speed video camera was used. The results obtained are summarized as follows; (1) In the case of toroidal piston, when biodiesel fuel was supplied to plunger type injection system which has very low injection pressure as compared with common-rail injection system, the flame propagation speed was slowed and the maximum combustion pressure became lower. These phenomena became further aggravated as the fuel viscosity gets higher. (2) In the case of swirl groove piston, early stage of combustion such as rapid ignition timing and flame propagation was activated by intensifying the air flow in the cylinder. (3) Combustion process of biodiesel fuel was improved by the reason mentioned in paragraph (2) above. Consequently, the swirl grooves would also function to improve the combustion of high viscosity fuel.
A diesel engine has become smaller and higher, thus sprays injected in high speed may be impinged on a small combustion chamber wall if there is not enough strong swirl. Those combustion chambers should have proper measures to avoid the spray impinged and deposited on a wall. One of the measures is a chamber prepared impingement parts raised on a chamber wall surface. In this system a spray is injected into the raised pip, broken into a number of smaller drops and spreaded out away from the wall surface. Therefore the fuel droplets distributes over inside of the combustion chamber. In this study, the positions, sizes and angles of the raised land are discussed to help the chamber design using spray wall impaction. The characteristics of the spray impinged on various lands are investigated and compared with each other. Then chamber shapes are discussed with the spray characteristics and the proper positions and size are proposed in some chamber volumes.
This study is to develop the diesel engine which has 6 cylinder natural aspiration direct injection type of 7.4$\ell$ with high performance, low emissions and low fuel consumption Finally the developed engine meets Korean `98 exhaust emission regulation for the city bus of heavy duty diesel engine by optimizing the various combustion parameters affecting performance and exhaust emissions. Combustion parameters are the swirl ratio of intake ports, the profile of injection pump`s cam affecting injection pressure, the design features of piston bowl of injection pump`s cam affecting injection pressure, the design features of piston bowl of combustion chamber and injector`s hole size. Through experimental analysis, various combustion parameters are optimized and the results are as follows; the swirl ratio is 2.20, the profile of injection pump`s cam is concave and re-entrant ratio, inner diameter of piston bowl and hole diameter of injector is 0.88,$\psi$64.0mm and $\psi$0.25mm respectively.
The performance of a direct-injection type diesel engine often depends on the strength of air flow in the cylinder, shape of combustion chamber, the number of nozzle holes, etc. This is of course because the process of combustion in the cylinder was affected by the mixture formation process. In the present paper, high speed photography was employed to investigate the effectiveness of holes penetrated from the bottom of cavity wall to piston crown for some more useful utilization of air. The holes would function to improve mixing of fuel and air by the increase of air flow in the cylinder. The results obtained are summarized as follows, (1) Activated first of the combustion by shorten of ignition timing and rapid flame propagation (2) Raised the combustion peak pressure, more close to TDC the formation timing of peak pressure.
Spray dispersion in high pressure diesel engines have been simulated experimentally with a special emphasis on the effect of swirl by using a liquid injection technique. A constant volume chamber was designed to be rotatable in order to generate a continuous swirl and to have the flow field closely resembling a solid body rotation. Emulsified fuel was injected into the chamber and the developing process of fuel sprays was visualized. The effect of swirl on the spray dispersion was quantified by calculating non-dimensionalized dispersion area according to the spray tip penetration length. The results show that the effect of swirl on the spray dispersion is different between short and long spray penetrations. For short range of spray tip penetration, the effect of swirl on spray dispersion is quite small. However, as the spray tip is penetrated into longer distance in spray chamber, the effect of swirl on spray dispersion becomes larger. These results can be used as a basic data for designing combustion chamber and injection system of direct injection diesel engine.
The temperature and soot of the visualized diesel engine's turbulent flow of the flame was measured qualitatively. In the combustion chamber, in order to judge the affect that the swirl current has on the current ratio two heads with different ratios were used. Using a high speed camera, the results were analyzed using flame visualization. In order to measure the temperature and soot of the turbulent flames like diesel flames, two color methods were used to acquire temperature and the soot of the flames according to the conditions through analyzing the two wavelengths of the flames. It was possible to measure the highest temperature of the non-swirl head visualized engine, which is approximately 2400K, and that swirl head engine managed up to 2100K. With respect to the visualized diesel engine soot, we got the grasp of the KL factor which bears the qualitative information of the soot. This study is dedicated to suggesting the possibility of measuring not only the temperature but also soot of the diffusion flame of the diesel engine turbulent flames.
The temperature and soot of the visualized diesel engine's turbulent flow of flame was qualitatively measured. In combustion chamber, in order to judge the affect that the swirl has on the in-cylinder's current, was used two different heads with different values. Using the high speed camera, and the results were analyzed using the heat release rate produced by the pressure sensor. In order to measure the temperature and soot of the turbulent flames like that of the diesel flames two color methods were used temperature and the soot of the flames according to the conditions through analyzing the two wavelengths of the flames. It was possible to measure the highest temperature of the non-swirl head visualized engine which is approximately 2400K, and that swirl head engine managed up to 2100K. With respect to the visualized diesel engine soot, we got the grasp of the KL factor which bears the qualitative information of soot. This study is dedicated to suggesting the possibility of measuring not only the temperature but also soot of the diffusion flame of the diesel engine turbulent flames through such method.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권7호
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pp.1101-1110
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2004
An one-zone heat release analysis was applied to a 4 cylinder indirect injection diesel engine. The objective of the study is to calculate heat release accurately considering the effect of specific heat ratio. heat transfer and crevice model and to find out combustion characteristics of an indirect diesel engine considering the effect of the pressures in main and swirl chambers. Especially specific heat ratio indicating combustion characteristics is adapted. instead of that indicating matter properties, which has been used in former studies Moreover by adaption of blowby model, cylinder gas mass became accurately calculated. Therefore, with ideal gas equation, calculating cylinder gas temperature, it was found to affect heat transfer loss and heat release. Determining heat transfer constants $C_1$. $C_2$ as 0.6 respectively. the integrated gross heat release values were predicted well for the measured value at various engine speed, full load operating conditions. The curve of heat release rate was similar to SI engine rather than DI engine. That is originated from that swirl chamber reduce an instant combustion which occurs in DI engine due to ignition delay on early stage of combustion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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