The purpose of this paper is to investigate the effect of equivalence ratio on the combustion and emission characteristics of a compression ignition engine fueled with biodiesel. In this research, a single-cylinder direct injection engine with 373.3 cc of displacement volume was tested on DC dynamometer. In order to investigate the effect of biodiesel equivalence ratio on combustion characteristics, the experiments were conducted at various equivalence ratios and injection pressures of 40~120 MPa. For investigating engine performance, lambda meter was connected and equivalence ratios was varied from 0.6 to 1.0. In addition, the exhaust emissions such as oxides of nitrogen($NO_X$), hydrocarbon(HC) and carbon monoxide(CO) were measured by exhaust gas analyzer under the various air/fuel ratios. The experimental results show that maximum IMEP was measured at the 0.8 of equivalence ratio. Furthermore, $NO_X$ emission was rapidly decreased as the increase of equivalence ratio. However soot emission was significantly increased according to the increase of equivalence ratio.
Lamas, M.I.;Rodriguez, C.G.;Rodriguez, J.D.;Telmo, J.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.4
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pp.493-501
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2013
Taking into account the increasingly stringent legislation on emissions from marine engines, this work aims to analyze several internal engine modifications to reduce $NO_x$ (nitrogen oxides) and other pollutants. To this end, a numerical model was employed to simulate the operation cycle and characterize the exhaust gas composition. After a preliminary validation process was carried out using experimental data from a four-stroke, medium-speed marine engine, the numerical model was employed to study the influence of several internal modifications, such as water addition from 0 to 100% water to fuel ratios, exhaust gas recirculation from 0 to 100% EGR rates, modification of the overlap timing from 60 to $120^{\circ}$, modification of the intake valve closing from 510 to $570^{\circ}$, and modification of the cooling water temperature from 70 to $90^{\circ}C$. $NO_x$ was reduced by nearly 100%. As expected, it was found that, by lowering the combustion temperature, there is a notable reduction in $NO_x$, but an increase in CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbons) and consumption.
Total ammonia nitrogen (TAN) removal efficiencies of a sand filter (SF), polystyrene microbead filter (PF), and Kaldnes bead filter (KF) media were evaluated under ammonia loading rates of 5, 25, and 50 g $m^{-3}day^{-1}$. The volume of each filter media tested was 7 L, and the water flow rate for all filter media was 24 L/min. The specific surface areas of the SF, PF, and KF were 7,836, 3,287, and 500 $m^2/m^3$, respectively. Sand was fluidized and the other two media were trickle filtered. The volumetric TAN removal rate increased with increasing ammonia loading rate for all filter media. Mean volumetric TAN removal rates under the ammonia loading rates of 5, 25, and 50 g $m^{-3}day^{-1}$ in SF (39.3, 168.6, and 322.7 g $m^{-3}day^{-1}$, respectively) were higher than those in PF (35.0, 157.4, and 310.5 g $m^{-3}day^{-1}$, respectively) and KF (32.1, 142.5, and 288.1 g $m^{-3}day^{-1}$, respectively). These results were related to differences in the specific surface areas of the filter media. PF was the most economic media for efficiently removing TAN.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.5
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pp.76-81
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2011
Exhaust gas recirculation is the well-known and widely used NOx reduction technology for diesel engines. More effective EGR cooler has been developed and applied to diesel engines to meet the reinforced emission regulation. However, the contaminated EGR cooler by diesel exhaust gas reduces the performance of the engine and NOx reduction rate. The buildup of deposits in EGR coolers cause significant degradation in heat transfer performance, often on the order of 20~30%. Deposits also increase pressure drop across coolers and thus may degrade engine efficiency under some operation conditions. In this study, as a solution for this problem, DOC assisted EGR cooler is designed and then investigated to reduce fouling and its impact on cooler performance. A single channel EGR cooler fouling test apparatus and soot particle generator were developed to represent the real EGR cooler and exhaust gas of diesel engine. EGR cooler effectiveness of the case with catalyst of pt 30g/ft3 decreased just up to 5%. This value was 45% less compared to the case without catalyst which decreased up to 9% after 10hours experiments.
Exhaust gas recirculation has the advantage of being low-cost and easy to control of NOx emission. Therefore, it is most generally used to reduce NOx emission according to strengthen regulation. In the case of a non-road engine, such as the agricultural engine, since it mainly operate a middle or high-load state, NOx emission is decreased in accordance with the mapping range of the EGR rate, but results in an increase in the particulate matter which is caused to deposit and fouling problem of the EGR system. This problem has become an important issue for maintaining the performance of the engine, as well as emission performance. This study had examined the effects of cooler aging on the performance of heat transfer efficiency and NOx emission in non-road diesel engine. As a result of the EGR cooler aging during 200 hours engine operation, the cooling performance decreased about 25% compared with that of fresh cooler and the NOx emission increased about 14.6% on NRSC(non-road steady cycle) and 20% on NRTC(non-road transient cycle) compared with that of fresh cooler respectively.
Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines have the potential to provide both diesel-like efficiency and very low emissions of nitrogen oxide (NOx) and particulate matter(PM). However, several technical issues still must be resolved before HCCI can see application. Among these, steep pressure-rise rate which leads to narrow operating range of HCCI engine continues to be a major issue. This work investigates the combination of two methods to mitigate the excessive pressure-rise rates at high power output, namely fuel stratification and Cooled exhaust-gas recirculation (Cooled EGR), after identifying the each effects to pressure-rise rate. When applying the fuel stratification to simulation, total fuelling width of 0.15 at BDC is set as a equivalent ratio difference based on the previous research. In order to simulate the effects of cooled EGR, $CO_2$ mole fraction in pre-mixture is changed ranging from 0 to 30%. DME which has a characteristic of two-stage ignition is used as a fuel.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.6
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pp.608-614
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2015
Nitrogen oxide(NOx) emission reductions are required to meet the strict emission regulations for environmental protection. Most of the Exhaust Gas Recirculation(EGR) system applied to a diesel engine can relatively decrease the NOx at a low cost, but it has a disadvantage in that the PM generation is promoted due to the hot intake air temperature. Thus, high heat exchange efficiency of the EGR cooler is required for an effective removal of NOx. In this study, heat exchange efficiency for various types of heat exchangers used in EGR cooler was measured under same conditions, and determined best heat exchange performance shape depending on type of heat exchanger.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.11
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pp.783-789
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2011
Recently, auto-thermal thermophilic aerobic digestion (ATAD) has a great attention for destruction of wasted sludge biomass in wastewater treatment plant. Reduction of sludge concentration has been successfully achieved with pilot scale ATAD and ceramic filtration process in field condition. However, high concentration of COD, total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) was observed in filtrate, which should be treated before recirculation of filtrate to biological wastewater treatment plant. This study was focused on removal of nitrogen and phosphorus contained in the filtrate of ATAD, using struvite crystallization method. The effect of operational and environmental parameters (such as, N, P and Mg ion concentration and molar ratio, pH, reaction time, agitation strength, seed dosage, and reaction temperature) on the treatment of TN and TP with struvite crystallization were evaluated. Magnesium (as $MgCl_26H_2O$) and phosphorus (as $K_2HPO_4$) ions were, if necessary, added to increase nitrogen removal efficiency by the crystal formation. Average concentration of $NH_4^+-N$ and $PO_4^{3-}-P$ of the filtrate were 1716.5 mg/L and 325.5 mg/L, respectively. Relationship between removal efficiencies of nitrogen and phosphorus and molar ratios of $Mg^{2+}$ and $PO_4^{3-}-P$ to $NH_4^+-N$ was examined. Crystal formation and nitrogen removal efficiencies were significantly increased as increasing molar ratios of magnesium and phosphorus to nitrogen. As molar ratio of $Mg^{2+}:PO_4^{3-}-P:NH_4^+-N$ were maintained to 2 : 1 : 1 and 2 : 2 : 1, removal efficiencies of nitrogen and phosphorus were 71.6% and 99.9%, and 93.8% and 98.6%, respectively. However, the effect of reaction time, mixing intensity, seed dose and temperature on the struvite crystallization reaction was not significant, comparing to those of molar ratios. Settled sludge volume after struvite crystallization was observed to be reduced with increase of seed dose and to be increased at high temperature.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.8
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pp.401-406
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2020
NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas engines causes severe air pollution. NOx is produced under high-temperature combustion conditions. EGR (exhaust gas recirculation) is normally used to reduce the combustion temperature and NOx production. As the EGR ratio increases, the NOx level becomes low. On the other hand, an excessively high EGR ratio makes the combustion unstable resulting in other air pollution problems, such as unburned hydrocarbon and higher CO levels. In this study, the improvement of fuel droplets moving by the radiation of sonic waves was studied for the stable combustion using analytic and experimental methods. For the analytical study, the effects of the radiation of a sonic wave on the fuel droplet velocity were studied using Fluent software. The results showed that the small droplet velocity increased more under high-frequency sonic wave conditions, and the large droplet velocity increased more under low-frequency sonic wave conditions. For the experimental study, the combustion chamber was made to measure the combustion pressure under the sonic wave effect. The measured pressure was used to calculate the heat release rate in the combustion chamber. With the heat release rate data, the heat release rate increased during the initial combustion process under low-frequency sonic wave conditions.
A set of lab-scale polymer synthetic fiber packed column wetlands composing three columns (CW1, CW2 and CW3) with different hydraulic regimes, recirculation frequencies and pollutant loading rates, were operated in 2012. Synthetic fiber tested as an alternative wetland medium for soil mixture or gravel which has been widely used, has very high pore size and volume, so that clogging opportunity can be greatly avoided. The inflow to the wetland was artificial stormwater. All the wetlands achieved effective removal of TSS (94%~96%), TCOD (68%~73%), TN (35%~58%), TKN (62%~73%) and NH4-N (85%~ 99%). Particularly, it was observed that COD was released from the fiber during one distinct period in all wetlands. This was probably due to the degradation of polymer fiber, and the released organic matters were found to serve as carbon source for denitrification. In addition, with longer retention time and frequent recirculation, lower effluent concentration was observed. With higher pollutant loading rate, higher nitrification and denitrification rates were achieved. However, although organic matters were released from the fiber, the lack of carbon source was still the limiting factor for the system since the release persisted only for 40 days.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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