Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.112-118
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2018
In order to meet the strict emission regulations for internal combustion engines based on fossil fuel, the proportion of after-treatments for vehicles and vessels is gradually increasing. Diesel engines have high power, good fuel economy, and lower $CO_2$ emissions, and their market shares are increasing in commercial vehicles and passenger cars. However, NOx is generated in the localized high-temperature combustion regions, and particulate matter is formed in the zones of diffusion combustion. LNT and urea-SCR catalysts have been developed for after-treatment of the exhaust gas to reduce NOx in diesel vehicles. This study aims to improve the NOx reduction performance of Cu SCR catalyst, which is widely used in light, medium, and heavy-duty diesel engines. The de-NOx performance of $5Cu-2ZrO_2$/93Zeolyst(Si/Al=13.7) SCR catalyst was about 5-50% higher than that of $5Cu-2ZrO_2$/93Zeolite(Si/Al=2.9) at catalyst temperatures of $300^{\circ}C$ or higher. The zeolite had lower metal dispersion than zeolyst, and the reaction rate of the catalyst decreased as the average particle size increased. The $10Cu-2ZrO_2$/88Zeolyst catalyst loaded with 10wt% Cu had the highest NOx conversion rate of 40% at $200^{\circ}C$ and about 65% at $350^{\circ}C$. The ion exchange rate of Cu ions increased with that of Al, the crystalline compound of zeolite, and the de-NOx performance was improved by 20-40% compared to other catalysts.
Park, Seungwon;Lee, Seangwock;Cho, Yongseok;Kang, Yeonsik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.4
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pp.269-275
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2017
$NO_X$ reducing technique such as LNT, LNC, and selective catalytic reduction (SCR) have been developed and applied, especially on heavy-duty vehicles. However, it is expected that $NO_X$ reduction techniques will also be applied to diesel passenger vehicles. The urea-SCR system is receiving attention as the most effective $NO_X$ reduction technology without a fuel penalty. Thus, many advanced countries are developing this technology. The urea-SCR system sprays an aqueous urea solution that separates $NO_X$ into $N_2$ and $H_2O$, which are harmless and emitted into the atmosphere. The urea injected in front of the SCR catalyst should be changed to 100% $NH_3$, which is required for $NO_X$ reduction in the SCR system to maximize the reduction efficiency. The purpose of this study was to determine the basic data for the urea-SCR system to maximize the $NO_X$ reduction efficiency by understanding the $NO_X$ reduction characteristics in a real passenger vehicle to comply with the post EURO-6 emission regulation.
In the case of heavy duty diesel engines, the Urea-SCR system is currently considered to reduce the NOx emission as a proved technology, and it is widely studied to get the high performance and durability. However, the nozzles to inject the urea-water solution into the exhaust pipe occur some problems, including the nozzle clogging, deposition of urea-water solution on the inner wall of the exhaust pipe, resulting in the production of urea salt. In this study, a swirl-type twin-fluid nozzle to produce more fine droplets was used as a method to solve the problems. The effect of the nozzle cap geometry, including the length to diameter ratio ($l_o/d_o$) and chamfer, on the spray characteristics were investigated experimentally. The length to diameter ratio of nozzle cap were varied from 0.25 to 1.125. The chamfer angle of the nozzle cap was constant at 90o. The mean velocity and droplet size distributions of the spray were measured using a 2-D PDA (phase Doppler analyzer) system, and the spray half-width, AMD (arithmetic mean diameter) and SMD (Sauter mean diameter) were analyzed. At result, The larger length to diameter ratio of nozzle cap were more small SMD and AMD. The effect of the chamfer did increase the radial velocity, while it did not affect the atomization effect.
Park, Cheolwoong;Kim, Changgi;Choi, Young;Lee, Janghee
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.17
no.1
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pp.1-6
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2013
Using natural gas-hydrogen blended fuel (HCNG) in a heavy duty vehicle is regarded as an alternative to meet reinforced emission regulation compared to a recent direct injection (DI) diesel engine. Hydrogen can lead stable lean combustion even under leaner mixture condition than natural gas, so that improving not only thermal efficiency but also $NO_x$ emissions. In the present study, the feasibility of HCNG engine's commercialization was accessed with HCNG fuel (30% $H_2$ and 70% natural gas) in aspect to the reliability and possibility to reduce $NO_x$ emissions by the level of EURO-VI under various operating conditions.
Purpose: Performance recovered from SCR through cleaning was studied, measuring differential pressure, NOx reduction efficiency, fuel consumption and engine power before and after cleaning. Ideal cleaning intervals are proposed based on SCR mileage and differential pressure. SCR endurance and reliability improvements through cleaning were studied through physicochemical testing of SCR durability at 43,000km 50,000km, and 110,000km respectively. Methods: Engine power, fuel consumption and exhaust gas were measured using engine full load tests and ND-13 MODE by installing the SCR before cleaned at total engine mileages of 400,000 km, 300,000km and 200,000km. The same tests were performed after cleaning the SCR catalytic converter. Endurance and reliability of the SCR cleaning was studied through the same test by SCR catalyst after each 43,000km 50,000km, 110,000km, durability test on SCR cleaning. Conclusion: We confirmed the low-performance of the SCR due to clogging is restored by SCR cleaning technology. The NOx reduction efficiency was restored to 82%, 86% and 88% from 69%, 72% and 79%. As well as the NOx reduction efficiency, it was confirmed that the engine power, fuel consumption and back pressure was restored to fresh SCR levels. As a result of the durability and reliability achieved through SCR cleaning, we confined the appearance and reduction efficiency through visual inspection and ND-13 MODE are similar to new SCR catalysts. Finally, it was judged that there was no change in performance even when driving the SCR without cleaning throughout the 100,000 km mileage warranty.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.2
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pp.189-196
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2011
Recently, research and development of a hybrid system for passenger cars as well as for heavy-duty vehicles has become more intensive. An electric powertrain system using an electric motor can replace conventional gasoline and diesel engines. The electric motor has a higher efficiency, better acceleration performance, and is more comfortable than conventional powertrain systems; however, new methods for assessing power performance and energy convergence efficiency have to be investigated because the characteristics of an electric motor are entirely different from those of an internal combustion engine (ICE). In this study, an experiment was carried out on a motor (PMSM: Permanent Magnet Synchronous Motor) test bench. One simple driving mode and four other driving modes identified from real-world driving data of a city bus were selected to perform the experiment on the motor test bench. Then, methods for assessing the acceleration performance, energy convergence efficiency, regenerative effect, etc., were investigated. It was found that the energy efficiency of PMSM was about 90% and that 40% of demand energy was regenerated.
Continuously contacting with camshaft the face of Valve Lifter made of cast iron brings about abnormal wear such as unfairwear or earlywear because it is heavily loaded in the valve train systems as the engine gets more powered. This abnormal wear becomes a defet namely over-clearance when the valve is lifting so that the fuel gas imperfectly combusted by unsuitable open or close aaction of the engine valve in the combustion chamber. The imperfect combustion in the end results in the major cause of air pollution and combustion chamber. The imperfectly combusted by unsuitable open or close action of the engine valve in the combustion chamber. The imperfect combustion in the end results in the major causes of air pollution and decrease of the engine output. Consequently to prevent this wear this study was to develop the valve lifter which is joined by brazing process with SCM435H and a tip by manufacturing the face as a superhardened which is joined by brazing process with SCM435H and a tip by manufacturing the face as a superhardened ceramics alloy which has high wear resistance. Having the excellent surface hardness with Hv1100-1200 the sintered body developed with superhardened alloy(WC) can endure the severe face loading in the valve train system. We experienced with various brazing alloys and obtained the excellent joining strength to the joint had 150MPa shear strength. Interface analysis and microstructure in a joint were examined through SEM & EDS Optical microscope. Also 2,500 hours high speed(3,000-4,000 rpm) and continuous (1step 12hr) engine dynamo testing was carried out to casting valve liter and ceramics-metal joint valve lifter so that the abnormal wears were compared and evaluated.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.24
no.1
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pp.72-82
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2008
Benzene is a very harmful and toxic compound known as human carcinogen by all routes of exposure. Owing to the risky feature of benzene, several countries such as Japan, UK and EU have established the ambient air quality standard and protect from that risk of it. Korea also has designated it as one of the criteria air pollutants and established the concentration limit ($5\;{\mu}g/m^3$) in the air and is going to apply the standard from 2010. Benzene is emitted from various sources such as combustion plants, production processes, waste treatment facilities and also automobiles. Mobile source is known as one of the major emission sources of benzene. In this study, we estimated the domestic emissions of benzene from mobile source and compared the results with those of advanced countries. Mobile source was divided into 2 categories, Le., on-road source and non-road source. The total emissions of benzene from mobile source were estimated as 3,106 tons/yr and 1,612 tons/yr was emitted from on-road source and 1,494 tons/yr was from non-road source. Emission ratio of benzene from on-road source showed that 80.0% was from passenger cars, 10.1% was from taxis, 7.2% was from light-duty vehicles, 2.5% was from heavy-duty vehicles and 0.2% was from buses. In the case of non-road source, the distribution showed that 66.3% was from construction machineries, 14.5% was from locomotives, 11.7% was from ships, 7.1% was from agriculture equipments and 0.5% was from aircrafts. The cold-start emissions were estimated as 942 tons/yr and this value was almost 1.5 times greater than that for hot engine emissions (608 tons/yr). In addition, the fuel-based distribution was 65.9%, 31.1% and 2.8% from gasoline, LPG and diesel vehicles, respectively. The emission ratio from mobile source occupied 65% and 30% of total benzene emissions in USA and UK, respectively. In case of Korea, the emission ratio of benzene from mobile source occupied 29% (15% from on-road source, 14% from non-road source) which showed similar value with UK.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.1
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pp.1-9
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2015
To satisfy stricter $NO_X$ emission regulations for light- and heavy-duty diesel vehicles, a control algorithm needs to be developed based on a selective catalytic reaction (SCR) dynamics model for chemical reactions. This paper presents the development and validation of a SCR dynamics model through test rig experiments and MATLAB simulations. A nonlinear state space model is proposed based on the mass conservation law of chemical reactions in the SCR dynamics model. Experiments were performed on a test rig to evaluate the effects of the $NO_X$ and $NH_3$ concentrations, gas temperature, and space velocity on the $NO_X$ conversion efficiency for the urea-SCR system. The parameter values of the proposed SCR model were identified using the experimental datasets. Finally, a control-oriented model for an SCR system was developed and validated from the experimental data in a MATLAB simulation. The results of this study should contribute toward developing a closed-loop control strategy for $NO_X$ and $NH_3$ slip reduction in the urea-SCR system for an actual engine test bench.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.4
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pp.368-377
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2013
The Urea-SCR system commercialized shows a remarkable performance to reduce NOx emission in heavy duty diesel engines. However, Urea-water solution injected upstream a mixer, which is set up inside a exhaust pipe to promote exhaust gas-atomized droplet mixing, bumps up against the wall of a exhaust pipe as the droplets flow downstream through the exhaust gas. The urea deposited on the wall of the exhaust pipe is changed into the Urea-salt, resulting in the decreased life-time of the SCR catalysts. Therefore, the development of the urea deposition avoidance technologies is being treated as an important issue of the Urea-SCR systems. An experimental study was carried out to investigate the effects of the wall flow characteristics around the mixer-housing assembly with the variation of the mixer housing surrounding and supporting the mixer, which is designed to increase the wall flow and then to reduce droplet deposition. The flow characteristics was investigated by using a hot-wire anemometry for 2-D simplified duct model, and the housing tilt angles and the position of the mixer were changed : angle of $0^{\circ}$, $1^{\circ}$, $2^{\circ}$, $3^{\circ}$, and mixer positions of 0L, 0.5L, 1L. The results showed that the wall flow onto the exhaust pipe was improved with changing the tilt angle of the mixer housing, and the wall flow improved more when the position of the mixer was on 1L.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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