The combination of physical models of an advanced engine control system was proposed to obtain sophisticated combustion control in ultra-lean combustion, including homogeneous compression-ignition and activated radical combustion with a light load and in stoichiometric mixture combustion with a full load. Physical models of intake, combustion and engine thermodynamics were incorporated, in which the effects of residual gas from prior cycles on intake air mass and combustion were taken into consideration. The combined control of compression ignition at a light load and sparit ignition at full load for a high compession ratio engine was investigated using simulations. The control strategies of the variable valve timing and the intake pressure were clarified to keep auto-ignition at a light load and prevent knock at a full load.
An LPG engine for heavy-duty vehicles has been developed using liquid phase LPG injection (hereafter LPLi) system which has regarded as one of the next generation LPG fuel supply systems. In this wort to investigate the lean bum characteristics of heavy-duty LPLi engine, various injection timing (SOI, start of injection) and double ignition method were tested. The results showed that lean misfire limit of LPLi engine could be extended. by 0.2 $\lambda$ value, using the optimal SOI timing in LPLi system. Double ignition method test was carried out by installing the second spark plug and modified ignition circuit to ignite two spark plugs simultaneously. Double ignition resulted in the stable combustion under ultra lean bum condition, below $\lambda=1.7$, and extension of lean misfire limit compare to ordinary case. Therefore, LPLi engine with optimal SOI and double ignition method could be normally operated at around $\lambda=1.9$ and showed higher engine performance.
A flywheel-driven rapid compression and expansion machine is developed and utilized for experimental study of homogeneous charge compression ignition combustion. Compression ignition of homogeneous charge in IC engines offers possibilities of realizing ultra-lean engine operation with greatly reduced NOx and particulate formation. Fundamental investigations are carried out in order to better understand this ideal engine combustion mechanism. Perfectly premixed propane-air mixtures of various equivalence ratio are compression-ignited in the rapid compression and expansion machine, and the characteristics of the auto-ignition and the following combustion process are analyzed.
In general, DI gasoline engine has the advantages of higher power output, higher thermal efficiency, higher EGR tolerance and lower emissions due to the operation characteristics of increased volumetric efficiency, compression ratio and ultra-lean combustion scheme. In order to apply the concept of stratified charge into direct injection gasoline engine, some kinds of methodologies have been adapted in various papers. In this study, a reflector was adapted around the injector nozzle to apply the concept of stratified charge combustion which leads the air-fuel mixture to be rich near spark plug. Therefore, the mixture near the spark plug is locally rich to ignite while the lean mixture is wholly introduced into the combustion chamber. The characteristics of combustion is analyzed with the variations of fuel injection pressure and load in a stratified -charge direct injection single cylinder gasoline engine. The obtained results are summarized as follows ; 1. The MBT spark timing approached to TDC with the increase of load on account of the increase of evaporation energy, but has little relation with fuel injection pressure. 2. The stratification effects are apparent with the increase of injection pressure. It is considered by the development of secondary diffusive combustion and the increase of heat release of same region, but proceed rapidly than diesel engine. Especially, in the case of high pressure injection (l70bar) and high load (3.0kgf m), the diffusive combustion parts are developed excessively and results in the decrease of peak pressure than in the case of middle load. 3. The index of engine stability, COVimep value, is drastically decreased with the increase of load. 4. To get better performance of DI gasoline engine development, staged optimizaion must be needed such as injection pressure, reflector, intake swirl, injection timing, chamber shape, ignition system and so on. In this study, the I50bar injection pressure is appeared as the optimum.
현재 세계적으로 배출가스 규제 강화와 유가 상승으로 인해 가솔린엔진에서 배출되는 유해 배출 가스 저감기술 및 연비향상 기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 가솔린 직접분사(GDI; Gasoline direct injection) 기술은 가솔린 연료를 직접 연소실에 분사하여 정밀한 연소제어를 통해 매우 희박한 혼합기에서도 고효율의 연소가 가능하게 함으로써 연비저감과 고출력을 동시에 만족할 수 있는 효과적인 기술이다. 본 연구에서는 분무유도방식(spray-guided type)을 이용한 GDI 엔진을 개발하여 안정적인 희박연소를 구현하였다. 자주 사용되는 운전영역에서 연료분사시기의 TDC(Top dead center) 인근으로의 지각을 통하여 안정적인 희박연소를 구현하였으며, 다단분사를 적용하여 추가적인 연료소비율의 개선이 가능한 반면 탄화수소(THC)와 질소산화물($NO_x$)의 배출은 증가하고 CO의 배출은 감소되었다.
스파크 점화기관에서 화염전파과정에 관한 연구를 수행하기 위하여는, 초기화염핵 구간에서의 화염의 형성과 발달의 거동을 정확히 파악하여야 한다. 그러므로 화염핵의 형성과 발달에 영향을 미치는 최소 화염핵 크기의 이론적인 계산을 수행하였다. 이론식을 정립하기 위하여 열점화 이론을 이용하였다. 최소 화염핵 크기를 계산하기 위해 열전도 계수, 화염온도, 층류연소속도, 기타 열역학적 상태량 등을 계산하였다. 계산에 의존한 화염핵 크기의 신뢰성을 확인하기 위하여, 점화에너지를 변화시킬 수 있는 점화장치를 사용하여 실기 운전을 통하여 희박연소 한계가 그 때의 화염핵이 성정할 수 있는 영역이라고 가정하여 그 정확도를 확인 하였다.
This work deals with a controlled auto-ignition (CAI) single cylinder gasoline engine, focusing on the extension of operating conditions. The fuel is injected indirectly into electrically heated inlet air flow. In order to keep a homogeneous air-fuel mixing, the fuel injector is cooled by the water of a specially designed coolant passage. The engine emission characteristics were investigated under the wide range of operating conditions such as 32 to 63 in the air-fuel ratio, 1000 to 1800 rpm in the engine speed, and 150 to $180^{\circ}C$ in the inlet air temperature. The ultra lean-burn can be achieved by the auto-ignition of gasoline fuel due to the heated inlet air in the compression ignition gasoline engine. It is confirmed that the emission concentrations of carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxide can be significantly reduced by CAI combustion compared with the combustion of a conventional spark ignition engine.
MCFC(molten carbonate fuel cell) power generation system is prime candidate for the utilization of fossil based fuels to generate ultra clean power with a high efficiency. In the MCFC power plant system, a combustor performs a role to supply high temperature mixture gases for cathode and heat for reformer by using the stack off-gas of the anode which includes a high concentration of $H_2O$ and $CO_2$. Since a combustor needs to be operated in a very lean condition and to avoid excessive local heating, catalytic combustor is usually used. The catalytic combustion is accomplished by the catalytic chemical reaction between fuel and oxidizer at catalyst surface, different from conventional combustion. In this study, a mathematical model for the prediction of internal flow and catalytic combustion characteristics in the catalytic combustor adopted in the MCFC power plant system is suggested by using the numerical methods. The numerical simulation models are then implemented into the commercial CFD code. After verifying result by comparing with the experimental data and calibrated kinetic parameters of catalytic combustion reaction, a numerical simulation is performed to investigate the variation of flow and combustion characteristics by changing such various parameters as inlet configuration and inlet temperature. The result show that the catalytic combustion can be effectively improved for most of the case by using the perforated plate and subsequent stable catalytic combustion is expected.
This work deals with a controlled auto-ignition (CAI) single cylinder gasoline engine, focusing on the extension of operating conditions. The fuel is injected indirectly into electrically heated inlet air flow. In order to keep a homogeneous air-fuel mixing, the fuel injector is water-cooled by a specially designed coolant passage. Investigated are the engine performance and emission characteristics under the wide range of operating conditions such as 32 to 63 in the air-fuel ratio, 1000 to 1800 rpm in the engine speed, and 150 to 18$0^{\circ}C$ in the inlet air temperature. The compression ignition gasoline engine can be achieved that the ultra lean-burn with self-ignition of gasoline fuel by heating inlet air. For example. the allowable lean limit of air-fuel ratio is extended until 63 at engine speed of 1000 rpm and inlet air temperature of 17$0^{\circ}C$. It can be achieved that the emission concentrations of carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxide had been significantly reduced by CAI combustion compared with conventional spark ignition engine.
Adding hydrogen gas in natural gas leads to stable combustion in internal combustion engine and its performances rely on compression ratio. To analyze the effects of compression ratio and rate of hydrogen addition on the engine performance, the characteristics of overall engine performance including emission were investigated by using the medium duty natural gas fueled engine. As results, it was found that compression ratio occurred knock was nearby compression ratio, $\varepsilon$=14 for the case that hydrogen was enriched in the natural gas fueled engine. But slight knock was occurred at $\varepsilon$=14.7 in the case of neat natural gas. Also HC and $CO_2$ were reduced around 80% and 20% respectively when the rate of hydrogen addition was increased to 50% and compression ratio from $\varepsilon$=13 to $\varepsilon$=14.7.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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