Combustion and fuel distribution characteristics of heavy duty engine with the liquid phase LPG injection(LPLI) were studied in a single cylinder engine, Swirl ratio were varied between 1.2, 2.3, and 3.4 following Ricardo swirl number(Rs) definition, Rs=2.3 showed the best results with lower cycle-by-cycle variation and shorter burning duration in the lean region while strong swirl(Rs=3.4) made these worse for combustion enhancement. Excessive swirl resulted in reverse effects due to high heat transfer and initial flame kernel quenching. Fuel injection timings were categorized with open valve injection(OVI) and closed valve injection(CVI). Open valve injection showed shorter combustion duration and extended lean limit. The formation of rich mixture in the spark plug vicinity was achieved by open valve injection. With higher swirl strength(Rs=3.4) and open valve injection, the cloud of fuel followed the flow direction and the radial air/fuel mixing was limited by strong swirl flow. It was expected that axial stratification was maintained with open-valve injection if the radial component of the swirling motion was stronger than the axial components. The axial fuel stratification and concentration were sensitive to fuel injection timing in case of Rs=3.4 while those were relatively independent of the injection timing in case of Rs=2.3.
LPG is considered as one of the most prominent alternative automotive fuels in worldwide. However, conventional mixer system can not meet the emission regulations as the mileage accumulation increased. Recently, much attention is focused on the development of LPG liquid injection fuel systems to increase the engine performance and reduce the exhaust emissions. This study evaluates the LPLi(Liquid Phase LPG injection) engine performance and exhaust emission characteristics using a 3.0 liter LPG engine. The fuel supply system and engine management system were changed from FBM into LPLi to control the precise mixture ratio and optimized spark advance.
LPG(Liquified Petroleum Gas) fuel for vehicles has lots of advantages such as low emission level, cheaper fuel cost and enough infrastructure. Therefore it arouses interest as an alternative engine to reduce emission of diesel engines. Especially MPI(Multi Point Injection) type LPLi(Liquid Phase LPG injection) system could have overcome the disadvantages of mixer types such as low engine performance, decreased charging efficiency and cold starting difficulty. However ice formation on the nozzle tip and intake port due to the freezing of moisture around the components is often observed in LPLi systems. This icing phenomenon is the direct cause of unstable engine combustion, resulting in engine emissions. Therefore in this research, a spray visualization test for LPG injection was carried out to obtain the basic information of an LPLi injector, then the effects of butane and propane mixing rates on ice formation at the intake port and nozzle tip was investigated. As a result, the icing characteristics of them showed contrary results according to the mixing rates.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권1호
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pp.26-33
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2007
The intake swirl motion, as one of dominant effects for an engine combustion. is very effective for turbulence enhancement during the compression process in the cylinder of 2-valve engine. Because the combustion flame speed is determined by the turbulence that is mainly generated from the mean flow of the charge air motion in intake port system. This paper describes the experimental results of swirl flow and combustion characteristics by using the oil spot method and back-scattering Laser Doppler velocimeter (LDV) in 2-valve single cylinder transparent LPG engine using the liquid phase LPG injection. For this. various intake port configurations were developed by using the flow box system and swirl ratios for different intake port configurations were determined by impulse swirl meter in a steady flow rig test. And the effects of intake swirl ratio on combustion characteristics in an LPG engine were analyzed with some analysis parameters that is swirl ratio. mean flow coefficient, swirl mean velocity fuel conversion efficiency. combustion duration and cyclic variations of indicated mean effective pressure(IMEP). As these research results, we found that the intake port configuration with swirl ratio of 2.0 that has a reasonable lean combustion stability is very suitable to an $11{\ell}$ heavy-duty LPG engine with liquid phase fuel injection system. It also has a better mean flow coefficient of 0.34 to develope a stable flame kernel and to produce high performance. This research expects to clarify major factor that effects on the design of intake port efficiently with the optimized swirl ratio for the heavy duty LPG engine.
Until now LPG car has drived used to mixer and vaporizer. So LPG car always has problems back fire and when in the winter. LPG Car's Fuel consumption is rather than gasoline. But LPLi Fuel pump located in the fuel tank is directly injection in the engine. So Fuel consumption is better than LPG mixer system and result to reduced exhaust gas. In this paper to reduction of beating noise of LPLi(liquid phase LPG Injection) fuel pump. General speaking we know, beating noise is occur to near frequency each of pump. So we Modification of RPM through chang of amature turn number and area of dimension of the pump's body.
The use of clean gaseous fuels for the purpose of high efficiency and low emission in automotive engines has tendency to increase in order to meet the reinforcing emission regulations and to efficiently utilize limited natural resources. Automotive companies developed and commercialized a LPG liquid injection system, which is mounted on LPLi(Liquid Phase LPG Injection) engines and vehicles based on this research trend. This research examines the biggest problem in LPLi engine, that is, the leakage characteristics of low viscosity LPG fuel according to the injector design variables. This study is also aimed to improve the performance of fuel-leakage in LPLi engine through the addition of a lubrication improver in HFRR(High Frequency Reciprocating Rig) facility. The needle displacement and the spring displacement of an LPLi injector are found to be already optimized. The possibility of a maximum of 70% leakage reduction compared to a conventional case, is verified when 1000ppm of a lubrication improvement material is added and 40% increase of a injector spring constant (K) is applied.
Since a liquid-phase LPG injection system allows accurate control of fuel injection and increase in volumetric efficiency, it has advantages in achieving higher engine power and lower emissions compared to the mixer type LPG supplying system. However, this system also leads to an unexpected event called icing phenomenon which occurs when moisture in the air near the injector freezes and becomes frost around the nozzle hole due to extraction of heat from surrounding caused by instant fuel vaporization. As a result, it becomes difficult to control air/fuel ratio in engine operation, inducing exacerbation of engine performance and HC emission. One effort to mitigate icing phenomenon is to attach anti-icing injection tip in the end of nozzle. Therefore, in this study, the effect of engine operation parameters as well as surrounding conditions on icing phenomenon was investigated in a bench test rig with commercially-used anti-icing injection tips. The test results show that considerable ice was deposited on the surface near the nozzle hole of the anti-icing tip in low rpm and low load operating conditions in ambient air condition. This is because acceleration of detachment of deposited ice from the tip surface was induced in high load, high rpm conditions, resulting in decrease in frost accumulation. The results of the bench testing also demonstrate that little or no ice was formed at surrounding temperature below a freezing point since the absolute amount of moisture contained in the intake air is too small in such a low temperature.
The liquid phase LPG injection (LPLI) system is considered as one of the next generation fuel supply systems for LPG, vehicles, since it can accomplish the higher power, higher efficiency, and lower emission characteristics than the existing mixer type fuel supply system. However, during the injection of liquid LPG fuel into the inlet duct of an engine, a large quantity of heat is extracted due to evaporation of fuel. A problem is that the moisture in the air freezes around the outlet of a nozzle, which is called icing Phenomenon. It may cause damage to the outlet nozzle of an injector. The frozen ice deposit detached from the nozzle also may cause a considerable damage to the inlet valve or valve seat. In this work, the experimental investigation of the icing phenomenon was carried out. The results showed that the icing phenomenon and process were mainly affected by humidity of inlet air instead of the air temperature in the inlet duct. Also, it was observed that the icing occurs first in the inlet of a nozzle, and grows considerably at the upper part of the nozzle inlet and the opposite side of the nozzle entrance. An LPG fuel, mainly consisting of butane, has lower latent heat of vaporization than that of propane, which is an advantage in controlling the icing phenomenon.
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.
The interaction between airflow and liquid phase LfG (Liquefied Petroleum Gas) sprays was investigated in a steady flow system embodied in a wind tunnel to simulate the variety of flow inside intake port of LPG engines with liquid injection system. The spray developments in flowing fields with the mean velocities of 5.4, 21.5 and 42.4m/s were identified by spray visualization techniques such as Mie scattering and shadowgraph. The microscopic visualization using a telescopic lens system was performed to investigate the shape and size of liquid droplets in the spray. PDA measurement was used to get 1-dimensional velocity and diameter of liquid droplets. The fast co-flows make the spray field be compact and be lead upward to the injection direction. SMD of the spray was smaller at the fast flowing field. Spray width got bigger and SMD of the spray was smaller with higher injection pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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