Introduction to Experimental Cells for Diesel Spray Research

The  study of the  combustion process  in  Diesel  engines has  been  going  even  deeper into depth with  the application of new techniques of measure and  more  rigorous methodologies. This has  taken  into  new  expectations in the  development of parametric studies and  in the construction of tools (physical models or experimental setup) that  allow  the reproduction of similar  thermodynamic conditions to the  ones  present in the  inside  of a cylinder in a real thermal engine,  making it possible to obtain  greater approximations between the theoretical relation and the experimental one. Experimental setup classification The physical models or experimental setup used  to study the injection-combustion process usually are of very  specific  characteristics, depending on the phenomena to analyse. These models can be classified in the three  following groups: According to the type of the working  fluid -Models  with  cold  working fluid  are  used  to study sprays in non-evaporating conditions, but many  times in conditions similar  to the existing  ones in a real thermal engine. - Models  with  hot  working fluid,  this  kind  of model is the  best  way  to  study sprays in evaporating conditions and  in the  majority of times  it’s possible to simulate a real …

Prabhu TL

Introduction to Liquid Sprays Characteristics in Diesel Engines

For  decades, the  process of injecting  an  active  fluid  (diesel  fuel)  into  the  thermodynamic behaviour  of  a  working  fluid   (air  or  gas)  has  been   a  priority  in  the  research  of  the phenomena that   occur  in  combustion  systems. Due  to  technological improvements  it’s possible in present times  to characterise the  injection  fuel  process in such  conditions that match  those  happening when  the  engine  is running under standard conditions, hence  the purpose of these  studies, which  focus  in the  achievement of a perfect  mixture between the working and  active fluids;  as a result  of this, a series of consequences are triggered that  lead to an optimum combustion, and  therefore in the improvement of the engines capabilities. In Diesel  engines  the  combustion  process   basically   depends  on  the  fuel  injected   into  the combustion chamber and  its interaction with the air. The injection  process is analysed from this point  of view, mainly using  as basis the structure of the   fuel  spray   in  the   combustion  chamber,  making  this   study  of  high   importance  for optimizing  the   injection   process,  and   therefore  reducing  the   pollutant  emissions  and improving the engines performance. Because of these,  the importance to obtain  the maximum control  of the  diesel  spray  structure using  electronic control  systems has  become  vital.  To reduce pollutant emissions and  achieving a high  engine  performance, it’s necessary to know which  parameters influence these  ratings the  most.  It is consider being  several  meaningful factors that have an influence, but the most important one is the diesel spray,  more specifically the penetration of the liquid length of the spray  thru  the combustion chamber or piston bowl. The analysis of the liquid length penetration is very  useful  to determine the geometric design of high  speed Diesel engine  combustion chambers with  direct  injection.  For example, in a low speed regime and  light load conditions, the unburned hydrocarbon emissions will be reduced greatly if contact  between the spray  of fuel (liquid length) and the combustion chamber wall is avoided. If now  we consider a high  speed regime and  heavy  load,  the  emission of fumes  is reduced if there  is contact  between the spray  of fuel and  the combustion chamber wall, hence the  importance of measuring the  liquid phase  penetration of the  fuel in Diesel  engines with direct injection,  using  sophisticated and complex measuring techniques. Diesel spray characteristics Depending on the mechanism to characterise, diesel  spray  can be analysed in a macroscopic or microscopic point  of view.  With  the purpose of understanding in detail  this process,  the various physical parameters involved during the transition of a pulsed diesel  spray  will be expressed in this chapter, however it is essential to know  the systems that make  possible for…

Prabhu TL

Introduction to Gasoline direct injection

The  basic  goals  of the  automotive industry;  a high  power, low  specific  fuel  consumption, low emissions, low noise  and  better  drive  comfort.  With  increasing the vehicle  number, the role  of  the  vehicles   in  air  pollution has  been  increasing  significantly day  by  day.  The environment   protection   agencies    have    drawn  down  the   emission   limits    annually. Furthermore, continuously increasing price  of the  fuel  necessitates improving the  engine efficiency.  Since  the  engines with  carburetor do  not  hold  the  air  fuel  ratio  close  to  the stoichiometric at different working conditions, catalytic  converter cannot be used  in these engines. Therefore these  engines have  high  emission values  and  low  efficiency.  Electronic controlled Port Fuel Injection  (PFI) systems instead of fuel system  with  carburetor have been used  since  1980’s. In fuel  injection  systems, induced air  can  be metered precisely and  the fuel is injected  in the manifold to air amount. By using  the lambda sensor  in exhaust system, air/fuel  ratio   is  held   of  stable   value.   Fuel  systems  without  electronic controlled  it  is impossible to comply with  the increasingly emissions legislation. If port  fuel  injection  system is compared with  carburetor system, it is seen  that  has  some advantages. These are; 1.     Lower  exhaust emissions. 2.     Increased volumetric efficiency  and  therefore increased output power and  torque. The carburetor venturi prevents air and, in turn,  volumetric efficiency decrease. 3.   Low  specific  fuel  consumption.  In  the  engine   with   carburetor,  fuel  cannot   be delivered…

Prabhu TL

Introduction to Hardware-in-Loop Simulation Technology of High-Pressure Common-Rail Electronic Control System for Low-Speed Marine Diesel Engine

Oil price is increasing rapidly due to the oil reserve limited as a non-renewable resource. The proportion of the fuel cost rises in the total operating costs of ocean transportation…

Prabhu TL

Introduction to Model-Based Condition and State Monitoring of Large Marine Diesel Engines

Although the history of diesel engines extends back to the end of the nineteenth century and in spite of the predominant position such engines now hold in various applications, they are still subject of intensive research and development. Economic pressure, safety critical aspects, compulsory onboard diagnosis as well as the reduction of emission limits lead to continuous advances in the development of combustion engines. Condition monitoring and fault diagnosis represent a valuable set of methods designed to ensure that the engine stays in good condition during its lifecycle,  and .  Diagnosis in the context of diesel engines is not new and various approaches have been proposed in the past years, however, recent technical and computational advances and environmental legislation have stimulated the development of more efficient and robust techniques.   In addition, the number of electronic components such as sensors or actuators and the complexity of engine control units (ECUs) are steadily increasing.  Meanwhile, most of the software running on the main ECU is responsible for condition monitoring of sensor signals, monitoring parameter ranges, detecting short/open circuits, and verifying control deviations. However, these kinds of condition monitoring systems (CMS) are not designed to detect and clearly identify different engine failures, sensor drifts and to predict developing failures, i.e. to asses degradation of certain components right in time. Especially the reliable detection and separation of engine malfunctions is of major importance in various fields of industry in order to predict and to plan maintenance intervals. Diesel engines usually consist of a fuel injection system,  pistons,  rings,  liners,  an inlet and exhaust system, heat exchangers, a lubrication system, bearings and an ECU. For the design of an efficient CMS it is essential to know as much as possible about the underlying thermodynamical processes and possible faults and malfunctions.  This information can be seen as a-priori knowledge and can be used to increase the robustness of fault detection algorithms. In the following, common diesel engine faults and fault mechanisms, and their causes are listed. •   power loss caused by misfire and blow-by. •   emission change caused by loss of compression, turbocharger malfunction, blocked fuel filter, incorrect injector timing, poor diesel fuel, incorrect fuel air ratio, air intake filter blocked, incorrect piston topping, or ECU malfunction etc. •   lubricating system fault due to incorrect oil pressure and oil deterioration •   thermal overload as a result of one or a combination of leaking injection valves, piston ring-cylinder wear or failure, eroded injector holes, too low injection pressure, high engine friction, misfire, leaking intake or exhaust manifold/valves,  high coolant or lubricant temperature etc. •   leaks in the fuel injection system, lubrication system, or air intake •   wear of the piston caused by either corrosion or abrasion, or both •   noise and vibration caused by the impact of one engine part against another (mechanical noise), vibrations resulting from combustion, intake and exhaust noise •   other faults like knocking, filter faults, fuel contamination and aeration The main challenge in engine fault detection is the ambiguity between faults and causes. Certain engine faults may be caused by a combination of causes (with different weightage). The assessment of engine states from sparse measurement data as well as a reliable assignment of failure effects and causes are an active research field. The problems relating to marine diesel engines, especially medium- and high-speed engines, are due mainly to their large size and…

Prabhu TL

Introduction to Design and Field Tests of a Digital Control System to Damping Electromechanical Oscillations Between Large Diesel Generators

Electromechanical oscillations are natural phenomena in power systems having two or more synchronous generating units operating interconnected. These oscillations are undesirable because they can severely limit the power transfer between…

Prabhu TL

Introduction to NOx Storage and Reduction forDiesel Engine Exhaust Aftertreatment

Diesel and lean-burn engines provide better fuel economy and produce lower CO2 emissions compared to conventional Otto gasoline engines. However, the NOx gas components in the lean (oxidizing) exhausts from diesel and…

Prabhu TL

Introduction to Optimization of Diesel Engine with Dual-Loop EGR by Using DOE Method

The diesel engine has advantages in terms of fuel consumption, combustion efficiency and durability. It also emits lower carbon dioxide (CO2), carbon monoxide(CO) and hydrocarbons(HC). However, diesel engines are the…

Prabhu TL

Introduction to Structured Catalysts for Soot Combustion for Diesel Engines

During the last decade, diesel engines have increased in popularity compared to gasoline engines because of their superior fuel economy, reliability and durability, simultaneously associated with a favorable fuel tax…

Prabhu TL

Introduction to Analytical Methodologies for the Control of Particle-Phase Polycyclic Aromatic Compounds from Diesel Engine Exhaust

Diesel emissions contain complex mixtures of chemical constituents that are known to be (or possibly to be) human carcinogens, or that have adverse health effects . Among these substances (formaldehyde,…

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