Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권2호
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pp.315-331
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2004
The effects of intake mixture temperature on performance and exhaust emissions under four kinds of engine loads were experimentally investigated by using a four-cycle. four-cylinder. swirl chamber type. water-cooled diesel engine with scrubber EGR system operating at three kinds of engine speeds. The purpose of this study is to develop the scrubber exhaust gas Recirculation (EGR) control system for reducing $\textrm{NO}_{x}$ and soot emissions simultaneously in diesel engines. The EGR system is used to reduce $\textrm{NO}_{x}$ emissions. And a novel diesel soot-removal device of cylinder-type scrubber with five water injection nozzles is specially designed and manufactured to reduce soot contents in the recirculated exhaust gas to the intake system of the engine. The influences of cooled EGR and water injection. however. would be included within those of scrubber EGR system. In order to survey the effects of cooled EGR and moisture on $\textrm{NO}_{x}$ and soot emissions. the intake mixtures of fresh air and recirculated exhaust gas are heated up using a heater with five heating coils equipped in a steel drum. It is found that intake and exhaust oxygen concentrations are decreased, especially at higher loads. as EGR rate and intake mixture temperature are increased at the same conditions of engine speed and load. and that $\textrm{NO}_{x}$ emissions are decreased. while soot emissions are increased owing to the decrease in intake and exhaust oxygen concentrations and the increase in equivalence ratio. Thus ond can conclude that $\textrm{NO}_{x}$ and soot emissions are considerably influenced by the cooled EGR.
An experimental study for reducing the exhaust hydrocarbon emission at spark ignition engine using timed secondary air injection is carried out . In this study, secondary air injection timings and durations are controlled to decrease the hydrocarbon emission and to increase exhaust gas temperature at cold and warm-up engine conditions. The hydrocarbon reduction rate and exhaust gas temperature are compared between timed secondary air injection and continuous air injection. The optimum secondary air injection timing for reducing the hydrocarbon emission is at the exhaust valve open timing. At some engine conditions , the hydrocarbon emissions are decreased to 10% of engine raw values and exhaust gas temperatures increase by 20$0^{\circ}C$ with times secondary air injection . Timed secondary air injection has more hydrocarbon reduction rate that continuous secondary air injection except some engine conditions.
L.P SCR의 촉매 반응을 위해 선박의 발전기용 4행정 디젤엔진의 배기가스 온도를 높게 설계 할 수밖에 없었다. 본 연구의 목적은 밸브개폐시기와 연료분사시기를 조정을 통한 배기가스의 온도 감소가 L.P SCR의 운전조건을 만족시키고 고온으로 인한 발전기 엔진의 사고를 예방하기 위함이었다. 배기가스 온도를 하강시키기 위해 캠샤프트의 각도를 조정하고 연료분사펌프의 Shim을 추가하였다. 그 결과 최대폭발압력은 12.8 bar 증가하였고 터보차저 출구온도 평균값은 13.3 ℃ 하강하였다. 터보차저 출구에서 SCR 입구까지의 열손실을 감안하더라도 L.P SCR 운전조건인 SCR 챔버 입구 온도인 290 ℃를 만족하였다. 배기가스 온도 하강을 통해 디젤발전기의 안전운전이 가능하게 한 연구였다.
In order to compliant the stringent exhaust emission regulations, higher fuel efficiency and cleaner exhaust gas in combustion engines have been required. To improve combustion efficiency, an exhaust gas temperature is increasing, therefore higher temperature resistance is required for components in exhaust system, especially turbine wheel in turbocharger. IN100 looks quite attractive candidate as it has high temperature properties with low density, however it has low castability due to poor ductility at high temperature. In this study, the balance of Al and Ti composition was optimized from the base alloy IN100 to improve the high temperature ductility by expanding the γ single phase region below the solidification temperature, while obtaining the high temperature strength by maintaining the volume fraction of γ' phase equivalent to IN100 around 1000℃. Furthermore, the high temperature creep rupture life increased by adding a small amount of Ta. The alloy developed in this study has high castability, low density and high specific strength at high temperature.
Effect of secondary air injection (SAI) on hydrocarbon reduction has been investigated in a single cylinder Sl engine operating at cold-steady/cold-start conditions. The hydrocarbon emission and exhaust gas temperature with and without catalytic converter were compared with continuous and synchronized SAIs, which injected secondary air intermittently into exhaust port. Effects of SAI location, SAI pressure, SAI timing, and location of catalytic converter have been investigated and the results are compared for both SAls with base condition. At cold-steady condition, the rate of HC reduction increased as the location of SAI was closer to the exhaust valve for both synchronized and continuous SAls. The emission of HC decreased with increasing exhaust-A/F when it was rich, and was relatively insensitive when it was lean. The timing of SAI in synchronized SAI had significant effect on HC reduction and exhaust gas temperature and the synchronized SAI was found to be more effective in HC reduction and exhaust gas temperature compared to the continuous SAI . At cold-start condition, when the catalytic converter was located 20 cm downstream from the exhaust port exit, the catalytic converter warm-up period for both SAls decreased by about 50%, and the accumulated hydrocarbon emission during the first 120 s decreased about by 56% and 22% with the synchronized and continuous SAIs, respectively, compared to that of the base condition.
The effects of intake mixture temperature on performance and exhaust emissions under four kinds of engine loads were experimentally investigated by using a four-cycle four-cylinder, swirl chamber type, water-cooled diesel engine with scrubber EGR system operating at three kinds of engine speeds. The purpose of this study is to develop the scrubber exhaust gas recirculation(EGR) control system for reducing $NO_x$ and soot emissions simultaneously in diesel engines. The EGR system is used to reduce NOx emissions. And a novel diesel soot-removal device with a cylinder-type scrubber which has five water injection nozzles is specially designed and manufactured to reduce soot contents in the recirculated exhaust gas to the intake system of the engine. The influences of cooled EGR and water injection, however, would be included within those of scrubber EGR system. In order to study the effect of intake mixture temperature, a intake mixture heating device which has five heating coils is made of a steel drum. It is found that the specific fuel consumption rate is considerably elevated by the increase of intake mixture temperature, and that NOx emissions are markedly decreased as EGR rates are increased and intake mixture temperature is dropped, while soot emissions are increased with increasing EGR rates and intake mixture temperature.
On cold start operation of an SI engine, a catalyst shows poor performance before it reaches activation temperature. Therefore, fast warmup of the catalyst is very crucial to reduce harmful emissions. In this study, an appropriate control strategy is investigated to increase exhaust gas temperature through changes of spark timing. Combustion stability is also considered at the same time. Exhaust gas temperature and pressure of combustion chamber are measured to investigate the effects of spark timings on cold start and idle performance. Experiments showed that retarded spark timing promotes the combustion at the end of expansion stroke and increases exhaust gas temperature during cold start.
A synthetic gas reformed from hydrocarbon-based fuels consists of $H_2$, CO and $N_2$. Hydrogen contained in the synthetic gas is a very useful species in chemical processes, due to its wide flammability range and fast burning speed. The ESGI (Exhaust Synthetic Gas Injection) technology is developed to shorten the light-off time of three way catalysts through combustion of the synthetic gas in the exhaust manifold during the cold start period of SI engines. Before the ESGI technology is applied to the test engine, the authors set a test rig that consists of gas temperature and composition controllers, an exhaust pulse generator and an exhaust manifold with a visualization window, in order to optimize the point and conditions of injection of the synthetic gas. Through measuring burned gas temperatures and taking photographs of synthetic gas combustion at the outlet of the exhaust manifold, the authors tried to find the optimal injection point and conditions. Analysis of burned gas composition has been performed for various $O_2$ concentrations. As a result, when the synthetic gas is injected at the port outlet of the cylinder No. 4 and $O_2$ concentration exceeds 4%, combustion of the synthetic gas is strong and effective in the exhaust manifold.
The temperature of exhaust gas was raised by increasing of engine movement on developing engine. Thermal of high temperature and pressure reverse in bellows, because of increasing of engine movement and the thermal performance of converter in combustion. As a result, thermal loss is increased and thermal efficiency is decreased rapidly in bellows, it can occur to damage in mechanical structure. In this study, it was necessary to analyze back pressure performance and thermal characteristic on driving condition in exhaust system. It was adapted braid type bellows and straight type exhaust pipe. It was compared with curve type exhaust pipe for lay-out on considering to design of exhaust system. It was necessary to improve thermal characteristic and back pressure performance so that expansion cavity pipe(ECP) was installed between bellows and catalyst convert. Not only decreasing back pressure was solved but also thermal characteristic problems in exhaust pipe because of increasing capacity. According to this study, the basis of data is presented when new exhaust system is designed.
Flue gas from apartment heating gas boiler is exhausted outside through an exhaust duct mounted horizontally in a vertical row on the wall. The flue gas includes nitrogen-oxides (NOx) and carbon monoxide. To investigate the possible entrainment of the flue gas into the apartments through the windows, a large eddy simulation (LES) based numerical method is utilized. Distribution of the velocity intensity and temperature around the exhaust ducts is presented for three numerical parameters: exhaust velocity, temperature of the flue gas, and exhaust duct length. The flow field visualized with particles inserted at the ends of the ducts is also presented. The results clearly show that the exhausted flue gas may flow into the apartments when the windows are open.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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