The effects of high pressure and low pressure exhaust gas recirculation (HP/LP EGR) portion on diesel engine combustion and emissions characteristics were investigated in a 2.2 L passenger-car diesel engine. The po3rtion of HP/LP EGR was varied from 0 to 1 while fixing the mass flow rate of fresh air. The intake manifold temperature was lowered with the increasing of the portion of LP EGR, which led to the retardation of heat release by pilot injection. The lowered intake manifold temperature also resulted in low nitrogen oxide (NOx) emissions due to decreased in-cylinder temperature and prolonged ignition delay, however, the carbon monoxide (CO) emission showed opposite trend to NOx emissions. The brake specific fuel consumption (BSFC) was decreased as the portion of LP EGR increased due to lowered exhaust manifold pressure by wider open of turbocharger vane. Consequently, the trade-off relationship between NOx and BSFC could be improved by increasing the LP EGR portion.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권2호
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pp.137-142
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2016
Variable Geometry System (VGS) is widely applied to the nozzle vane for the radial inflow turbine constituting automotive turbochargers for the purpose of optimizing the power output at each operating condition. In order to improve the performance of radial turbines with VGS, it is necessary to clarify the influences of the setting angle of nozzle vane on the internal flow of radial turbine. However, the experimental measurements are considered to be difficult for the flow in radial turbines because of the small size and the high rotational speed. In the present study, the numerical calculations were carried out for the flow in the radial turbine at three operating conditions by applying the corresponding nozzle vane exit angles, which were set up in the experimental study, as the inlet boundary condition. The numerical results revealed the characteristic flow behaviors at each operating condition.
In diesel engine technology the drive to reduce emissions and fuel consumption with improved performance targets has led to many advances. In particular, Exhaust Gas Recirculation (EGR) and Variable Geometry Turbocharger (VGT) have played a key role in achieving these aims by permitting flexible control of the engine inlet gas charge. The full potential of these devices are difficult to achieve due to limitations in the classical control methods. However, fuzzy logic is particularly appealing due to its simple heuristic nature. The controller used in this work was designed using the Matlab Fuzzy Logic Toolbox. The overall object is to access the potential for emissions and fuel consumption reductions during transient events whilst maintaining and even improving driveability. Classical control methods (PID), as used on production engines, are examined and contrasted with an coordinated control that utilizes fuzzy logic.
This paper proposes a decoupler design method to reduce interaction between exhaust gas recirculation (EGR) and variable geometry turbocharger (VGT) systems in passenger car diesel engines. The EGR valve and VGT vane are respectively used to control air-to-fuel ratio (AFR) of exhaust gas and intake pressure. A plant model for EGR and VGT systems is defined by a first order transfer function plus time-delay model, and the loop interaction between these systems is analyzed using a relative normalized gain array (RNGA) method. In order to deal with the loop interaction, a design method for simplified decoupler is applied to this study. Feedback control algorithms for AFR and intake pressure are composed of a compensator using PID control method and a prefilter. The proposed decoupler is evaluated through engine experiment, and the results successfully showed that the loop interaction between EGR and VGT systems can be reduced by using the proposed decoupler. Furthermore, it presents stable performance even off from the designed operating point.
To meet the Tier-4 emission standard, a variety of combustion technology in the field of off-road engine has been applied in conjunction with the engine after treatment technology. In this study, as the basis study for applying VGT and HPL EGR to 3.6 L CRDi engine, exhaust gas characteristics and fuel economy characteristics are confirmed in accordance with VGT and EGR operating conditions. Consequently, in the EGR applicable conditions, 60% VGT vane duty condition was confirmed that the trade-off characteristics between NOx and smoke are advantageous. In addition, in view of BSFC, VGT vane duty is considered desirable to control at around 50%.
This study presents a model-based gain scheduling strategy for PI-based EGR controllers. The air-to-fuel ratio is used as an indirect measurement of the EGR rate. In order to cope with the nonlinearity and parameter varying characteristics of the EGR system, we proposed a static gain model of the EGR system using a new scheduling parameter. With the 810 steady-state measurements, the static gain model achieved 0.94 of R-squared value. Based on the static gain of the EGR system, the PI gains were robustly designed using quantitative feedback theory. Consequently, the gains of the PI controller are scheduled according to the static gain parameter of the EGR path in runtime. The proposed model-based gain scheduling strategy was validated through various operating conditions of engine experiments such as setpoint step responses and disturbance rejections.
Exhaust gas recirculation (EGR) is an emission control technology allowing significant NOx emission reduction from light-and heavy duty diesel engines. The future EGR type, dual loop EGR, combining features of high pressure loop EGR and low pressure loop EGR, was developed and optimized by using a commercial engine simulation program, GT-POWER. Some variables were selected to control dual loop EGR system such as VGT (Variable Geometry Turbocharger)performance, especially turbo speed, flap valve opening diameter at the exhaust tail pipe, and EGR valve opening diameter. Applying the dual loop EGR system in the light-duty diesel engine might cause some problems, such as decrease of engine performance and increase of brake specific fuel consumption (BSFC). So proper EGR rate (or mass flow) control would be needed because there are trade-offs of two types of the EGR (HPL and LPL) features. In this study, a diesel engine under dual loop EGR system was optimized by using design of experiment (DoE). Some dominant variables were determined which had effects on torque, BSFC, NOx, and EGR rate. As a result, optimization was performed to compensate the torque and BSFC by controlling start of injection (SOI), injection mass and EGR valves, etc.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권4호
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pp.379-387
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2011
최근 디젤엔진에서 엔진성능향상 및 배출가스저감을 위해 저압 EGR시스템에 대하여 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 저압 EGR시스템은 EGR율에 따라 과급압력이 영향을 받지 않기 때문에 PM을 최소 화하면서 $NO_x$를 저감할 수 있는 장점을 갖고 있다. 본 연구에서는 2.0L급 고속직분사방식의 엔진에서 출력 및 연비저하로 EGR적용이 어려운 엔진회전수 2000 rpm, BMEP 1.0 MPa, 과급압력 181.3 kPa인 중부하 운전영역에서 서로 다른 EGR시스템에 따른 엔진성능 및 배출가스 특성을 실험적으로 연구하였다. 그 결과로서 기존의 고압 EGR시스템 또는 배압조절밸브를 사용하는 저압 EGR시스템에 비하여 ETC를 적용한 저압 EGR시스템이 $NO_x$ 배출특성은 큰 차이가 없는 반면에, 연비 및 열효율이 향상되고 PM 저감에 연소효과를 나타내고 있음을 확인하였다.
This paper presents a feedforward control algorithm for the EGR and VGT systems of passenger car diesel engines. The air-to-fuel ratio and boost pressure are selected as control indicators and the positions of EGR valve and VGT vane are used as control inputs of the EGR and VGT controller. In order to compensate the non-linearity and coupled dynamics of the EGR and VGT systems, we have proposed a non-linear model-based feedforward control algorithm which is obtained from static model inversion approach. It is observed that the average modeling errors of the feedforward algorithm is about 2% using stationary engine experiment data of 225 operating conditions. Using a feedback controller including proportional-integral, the modeling error is compensated. Furthermore, it is validated that the proposed feedforward algorithm generates physically acceptable trajectories of the actuator and successfully tracks the desired values through engine experiments.
디젤엔진에서 배기가스 재순환(EGR; Exhaust Gas Recirculation)은 선택적 환원 촉매나 $NO_x$ 흡장 촉 매에 비해 $NO_x$ 배출 저감을 위한 가장 효과적인 기술이다. 점점 더 강화되어 가는 $NO_x$ 배출 규제를 만족시키기 위해서는 많은 양의 EGR 가스 공급이 필요하다. 저압 EGR은 일정한 과급 압력에서 가변형상 터보차져의 제어와 거의 독립적이기 때문에 EGR 공급 측면에서 보면 저압 EGR이 기존의 고압 EGR에 비해서 더 많은 장점을 갖는다. 본 연구에서는 저압 EGR이 연소 특성에 미치는 영향을 고압 EGR을 적용했을 때와 비교하였다. 각 EGR 루프에 대해 혼합기의 희석 정도에 따른 영향을 분석하기 위해 독립변수로써 희석비를 사용하였다. 저압 EGR을 적용하였을 때, 고압 EGR을 적용했을 때와 동등한 $NO_x$ 배출량을 유지하면서 연료 소비율과 매연 배출은 고압 EGR의 경우보다 좀 더 낮은 결과를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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