To alleviate NOx emission, a variety of approaches has been applied. In marine diesels, the application of SCR systems has been considered an effective exhaust aftertreatment method for NOx emission control. Most current SCR systems use a various catalyst for the reaction of ammonia with NOx to form nitrogen and water. In theory, it is possible to achieve 100% NOx if the $NH_3$-to-NOx ratio is 1:1. However, the reaction has a limited non-uniformity of the exhaust gas flow and ammonia concentration distribution. Therefore, it is necessary to investigate the optimum flow conditions. In order to achieve uniform flow at monolith front face, we are equipped with a various mixed devices. In this paper, it is presented that the mixed devices play an important role improvement of flow patterns and particle distributions of $NH_3$ by numerical simulation.
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.
The popularity of diesel engines is derived primarily from their higher thermal efficiency resulting from higher compression ratio. NOx removal from the diesel emissions is very important to meet stringent emission regulations. NOx emission from diesel engines is removed by an urea-SCR or an LNT system. The urea-SCR system needs the urea-solution supply system with concentration and level sensor. This study was carried out to develop a sensor for the measurement of urea-solution concentration by an electric conductivity method. Considering experimental parameters were the material of electrode, two kinds of electric power(AC or DC), the distance between two electrodes, and the length of electrode. It was found that the AC electric power was more useful to measure the urea-solution concentration compared to DC, because it prevented an ionization of the urea-solution. The silver rod coated with Pt is the most useful electrode, tendency of which is similar to Pt rod, and the cost is more economic. We could also find out the optimum distance between two electrodes and the length of electrode was 10mm and 3mm, respectively.
This study was carried out to analyze the spray characteristics as a function of the operating parameters of urea injector used in Urea-SCR system of passenger diesel vehicle. Spray visualization and PDPA experiment were performed to analyze the macroscopic spray development and atomization performance of urea-water-solution. For the urea injector, the deformation of the spray head does not appear to be significant because it operates at a low pressure conditions, and the liquid core and primary droplet are observed throughout the operating conditions. No increase in atomization is seen when the operating pressure is increased, and the spray develops linearly due to poor atomization characteristics. The macroscopic spray behavior of the low-pressure urea injector is predictable through the modification of the Hiroyasu equation.
The purpose of this study is to propose the basic data for the development of a sensor capable of simultaneously measuring the liquid-level, concentration and temperature of a urea tank using ultrasonic and electrical conductivity sensors for diesel vehicles with a urea-SCR system. It was found that the liquid-level of the urea tank using the ultrasonic sensor showed a good linearity with the actual liquid-level, and the urea concentration maintained good linearity in the range of 32.5 wt% to 10 wt%. It was an effective measurement of urea concentration to use the electrical conductivity sensor in the temperature range of $-10{\sim}22^{\circ}C$ and to use the ultrasonic sensor at $22^{\circ}C$ or more. Simultaneous measurement of concentration, liquid-level and temperature of the urea tank will be possible by attaching the electrical conductivity sensor and the ultrasonic sensor (split-type) to one sensor together.
Selective Catalytic Reduction (SCR) technology is well-known to be effective for the reduction of NOx emission. So car manufacturers has adopted Ures-SCR system to be satisfied with emission regulation. This paper discusses the effective of $NH_3/NOx$ ratio and SCR catalyst temperature in the $NH_3$-SCR reactor on DeNOx performance. So it is shown the characteristic of NOx conversion and ammonia slip using the $NH_3$ instead of Urea-Solution. From the result of this study, it is found to optimize $NH_3/NOx$ ratio to have the best case of high NOx conversion and low ammonia slip at variable SCR catalyst temperatures. Lastly, it is also found the characteristics of NOx conversion and ammonia slip with compared with Urea.
It is considered that the urea injection DeNOx SCR(selective catalytic reduction) system is the only promising method to satisfy the worldwide NOx emission standards. As for the theoretical aspect, reactants of NO and $NO_2$ with $NH_3$ produce $H_2O$, $N_2$ and $O_2$ which do not harm human beings and environmental as well. The realization of maximum NOx conversion (without using a post oxidation catalyst) is only possible with closed loop controlled urea dosing. It means built-in $NH_3$ gas sensor have to be developed for detecting accurate $NH_3$ concentration for the feedback system. Using YSZ(yttria-stabilized zirconia) as a solid state electrolyte and $In_2O_3$ as a sensing material, this paper aims to study dependable $NH_3$ gas sensor for the promising solution of DeNOx technology, which have a reproducible electric output signal, a high sensitivity and fast response.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.4
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pp.111-120
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2014
The aim of this study is to develop an integrated urea-SCR catalytic filter system for reducing soot and $NO_X$ emissions simultaneously in diesel engines. In this study, the characteristics of exhaust emissions relative to reactive activation temperature under four kinds of engine loads are experimentally investigated by using a four-cycle, four-cylinder, direct injection type, water-cooled turbo intercooler ECU common-rail diesel engine with the integrated urea-SCR $MnO_2-V_2O_5-WO_3/TiO_2/SiC$ catalytic filter system operating at three kinds of engine speeds. The urea-SCR reactor is used to reduce $NO_X$ emissions, and the catalytic filter system is used to reduce soot emissions. The reactive activation temperature is very important for reacting a reducing agent with exhaust emissions. The reactive activation temperatures in this experiment is applied to 523, 573 and 623 K. The fuel is sprayed by the pilot and main injections at the variable injection timing between BTDC $15^{\circ}$ and ATDC $1^{\circ}$ according to experimental conditions. It is found that the $NO_X$ conversion rate is the highest as 83.9% at the reactive activation temperature of 523 K in all experimental conditions of engine speed and load, and the soot emissions shown by the average reduction rate of approximately 93.3% are almost decreased below 0.6% in all experimental conditions regardless of reactive activation temperatures. Also, the THC and CO emissions by oxidation reaction of Mn, V and Ti are shown in the average reduction rates of 70.3% and 38% regardless of all experimental conditions.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.5
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pp.510-519
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2013
In this study, the spray characteristics of a pressure swirl atomizer classified into a liquid sheet-type swirl nozzle for Urea-SCR system were investigated experimentally with the variation of injection pressure. The length to diameter ratio ($l_o/d$) of the nozzle was 3.1, and the swirler was set inside the nozzle tip to give injecting fluid angular momentum. The injection duration of the nozzle was controlled by PWM (pulse width modulation) modes. The development processes of the spray were imaged by a 2-D PIV system, and the change of spray angle was measured. The atomization characteristics, including axial velocity and SMD, were measured using a 2-D PDA system with the injection pressures at room temperature and ambient pressure conditions. As the experimental results, the injection pressure had a significant impact on the spray structure showing a different shape around the spray leading edge, and the smaller SMD was observed with increasing injection pressures, which was similar to that of the previous work.
The current emission regulations, US Tier-4 and EU Stage-V, are only able to satisfy the regulations when all currently mass-produced emission reduction technologies such as EGR, DOC, DPF, and SCR are applied. Therefore, in this study, for the application of the Urea-SCR system to non-road diesel engines, the database was established by measuring the NO, NO2 concentration and calculating the NO2/NOx ratio based on the catalyst temperature and exhaust mass flow rate. Also, based on the measured NO2/NOx ratio data, a mathematical model was proposed to predict the NO2/NOx ratio at SCR catalyst, and the suitability of the model was verified through steady-state and transient mode. As a result of comparing the NO2/NOx ratio measured at the DOC outlet under the steady-state condition to two model values separately, the R2 was 0.9811 for the 3D map model and 0.9303 for the mathematical model. And in the case of the NO2/NOx ratio measured at the DPF outlet, the R2 was 0.9797 for the 3D map model and 0.935 for the mathematical model. It was confirmed that the R2 with the model value of the 3D Map of the mathematical model in the transient mode is 0.957, which shows high reliability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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