Lee Suk-Young;Jeong Ku-Seob;Jeon Chung-Hwan;Chang Young-June
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.19
no.2
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pp.704-715
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2005
In this study, to investigate in-cylinder tumble or swirl intake flow of a gasoline engine, the flow characteristics were examined with opening control valve (OCV) and several swirl control valves (SCV) which intensify intake flow through steady flow experiment, and also turbulent characteristics of in-cylinder flow field were investigated by 2-frame cross-correlation particle image velocimetry (PIV) method. In the investigation of intake turbulent characteristics using PIV method, the different flow characteristics were showed according to OCV or SCV figures. The OCV or SCV installed engine had higher vorticity and turbulent kinetic energy than a baseline engine, especially around the wall and lower part of the cylinder. Above all, SCV B type was superior to the others. About energy dissipation and reynolds shear stress distribution, a baseline engine had larger loss than OCV or SCV installed one because flow impinged on the cylinder wall. It should be concluded, from what has been said above, as swirl component was added to existing tumble flow adequately, it was confirmed that turbulent intensity was enlarged, flow energy was conserved effectively through the experiment. In other words, there is a suggestion that flow characteristics as these affected to in-cylinder combustion positively.
Flow and spray characteristics are critical factors that affect the performance and exhaust emissions of a direct injection diesel engine. It is well known that the swirl control system is one of the useful ways to improve the fuel consumption and emission reduction rate in a diesel engine. However, until now there have only been a few studies on the effect of flow on spray. Because of this, the relationship between the flow pattern in the cylinder and its influence on the behavior of the spray is in need of investigation. First, in-cylinder flow distributions for 4-valve cylinder head of DI (Direct Injection) Diesel engine were investigated under steady-state conditions for different SCV (Swirl Control Valve) opening angles using a steady flow rig and 2-D LDV (Laser Doppler Velocimetry). It was found that swirl flow was more dominant than that of tumble in the experimented engine. In addition, the in-cylinder flow was quantified in terms of swirl/tumble ratio and mean flow coefficient. As the SCV opening angle was increased, high swirl ratios more than 3.0 were obtained in the case of SCV -70° and 90°. Second, spray characteristics of the intermittent injection were investigated by a PDA (Phase Doppler Anemometer) system. A Time Dividing Method (TDM) was used to analyze the microscopic spray characteristics. It was found that the atomization characteristics such as velocity and SMD (Sauter Mean Diameter) of the spray were affected by the in-cylinder swirl ratio. As a result, it was concluded that the swirl ratio improves atomization characteristics uniformly.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.5
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pp.37-44
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1998
Lean burn combustion is an important concept for improving the fuel consumption and exhaust emissions. However, the lean burning is associated with increased cycle-to-cycle combustion variations due to the ignition instabilities and redu- ced flame propagation rates. Engine stability under lean mixture conditions could be improved by increasing flame speed through enhanced flow characteristics and by securing ignitability with improvement of ignition systems. The effects of flow motion and ignition characteristics on the combustion performances were investigated in a 4-valve SI engine. Flow motions of tumble-swirl were varied with a swirl control valve attached at the inlet ports, while ignition energy and its distribution were controlled in a high -frequency ignition system by changing spark duration and spark frequency. The improvement of lean burn performance by the optimum flow motion and ignition characteristics is discussed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.1
no.1
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pp.1-13
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1993
The three-dimensional numerical analysis for in-cylinder flow of four-valve engine without intake port has been successfully computed. These computations have been performed using technique of the general coordinate transformation based on the finite-volume method and body-fitted non-orthogenal grids using staggered control volume and covariant variable as dependent one. Computations are started at intake valve opening and are carried through top-dead-center of compression. A k-$\varepsilon$model is used to represent turbulent transport of momentum. The principal study is the evolution of interaction between mean flow and turbulence and of the role of swirl and tumble in generating near TDC turbulence. Results for three different inlet flow configuration are presented. From these results, complex flow pattern may be effective for promoting combustion in spark-ignition engines and kinetic energy of mean flow near TDC is well converted into turbulent kinetic energy.
The tumble or swirl flow is used to promote mixing of air and fuel in the cylinder and to enlarge turbulent intensity in the end of the compression stroke. Since the in-cylinder flow is a kind of transient state with rapid flow variation, which is non-steady state flow, the tumble or swirl flow has not been analyzed sufficiently whether they are applicable to combustion theoretically. In the investigation of intake turbulent characteristics using PIV method, typical flow characteristics were figured out by SCV configurations. An engine installed SCV had higher vorticity and turbulent strength by fluctuation and turbulent kinetic energy than a baseline engine, especially near the cylinder wall and lower part of the cylinder. Above all, the engine with SCV 8 was superior to the others in aspect of vorticity and turbulent strength. For energy dissipation, a baseline engine had much higher energy loss than the engine installed SCV because flow impinged on the cylinder wall. Consequently, as swirl flow was added to existing tumble flow, it was found that fluctuation increased and flow energy was conserved effectively through the experiment.
Kim, Sung-Cho;Kim, Cheol;Choi, Jong-Geon;Wee, Hwa-Bok
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.1-8
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2002
The flow and combustion patterns have been investigated inside the gasoline engine cylinder with the swirl or tumble flow, whereas the air flow characteristics, which are generated in the part of intake system before entering into the intake manifold, have not been known completely. It is necessary to analyze the flow field in the intake system consisting of air rater, throttle valve and intake manifold. The throttle valve, used to control the intake air flow rate, is important because it makes various mass flow rate and flow patterns. Three-dimen-sional How characteristics such as velocities, turbulent intensities and Reynolds shear stresses are measured by the hot wire anemometer at the exit of the throttle valve with the variation in the valve opening angle($15^{\circ}$, $45^{\circ}$, $75^{\circ}$ and $90^{\circ}$) and the Reynolds numbers (45000, 70000 and 140000). There are a lot of changes in flow characteristics at $75^{\circ}$ due to the large recirculation flow comparing with those of the other cases, and the streamwise velocity is especially enforced strongly below the valve shaft. The other component velocities are relatively large near the centerline parallel to the valve shaft. The effects of the Reynolds number on the flow field are not severe.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.25
no.6
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pp.1298-1307
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2001
Recently, the efforts to improve fuel economy and to reduce pollutant emission have become the main subject in the development of a gasoline engine. A lean combustion engine admitted as the best alternative is relatively lower fuel consumption rate and exhaust emissions. In this study, it is focused on intensifying intake flow field as one of methods to improve the performance of the lean combustion. First, three different types of suitable swirl control valve(SC7) with high swirl and tumble ratio are selected through steady flow experiment, being installed in a spark ignition engine. The relationship between lean misfire limit and torque was investigated with injection timing and spark ignition timing. Also, the effect of intensified swirl new on the combustion Stability and exhaust emissions was experimently examined by the measuring in-cylinder pressure and combustion variation. The results show that the engine with swirl control calve is superior to other conventional engine on the lean misfire limit, specific torque, combustion variation and emission, and the appropriate injection timing and spark ignition timing exist according to the type of swirl control valve.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.4
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pp.920-932
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1994
The combustion phenomena of a reciprocating engine is one of the most important processes affecting performance and emissions. One effective way to improve the engine combustion is to control the motion of the charge inside a cylinder by means of optimum induction system design, because the flame speed is mainly determined by the turbulence at compression(TDC) process in S.I. engine. It is believed that the tumble and swirl motion generated during intake breaks down into small-scale turbulence in the compression stroke of the cycle. However, the exact nature of their relationship is not well known. This paper describes cycle resolved LDV measurement of turbulent flow inside the cylinder of a 4-valve engine under motoring(non-firing) conditions, and studies the effect of intake port configurations on the turbulence characteristics using following parameters ; Eulerian temporal autocorrelation coefficient, turbulence energy spectral density function, Taylor micro time scale, integral time scale, and integral length scale.
It is well known that the flow and spray characteristics is critical factor on the performance and emission of a direct injection diesel engine. So this study aims to investigate the interaction of flow and spray characteristics. At first, in cylinder flow distributions in swirl adaptor for 4-valve cylinder head of DI Diesel engine were investigated under steady conditions for different SCV angles mounted on the cylinder head with steady rig test and 2-D LDV. And the in-cylinder flow was quantified in terms of mean flow coefficient and swirl ratio/tumble ratio. It was found that the swirl ratio is controlled between 2.3 and 3.8. Then spray characteristics of the intermittent injection were investigated. PDA system was utilized for measurement of a droplet size and velocity. The analyses of the PDA results are carried out with Time Dividing Method. It was found that there is a correlation between the swirl flow and SMD. The droplet size and the velocity were nearly constant value with each SCV angle. And the swirl ratio is higher, SMD smaller. The swirl ratio was helpful factor to the atomization of droplet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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