661 research outputs found

    Experimental investigation of emission from a light duty diesel engine utilizing urea spray SCR system

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    Stringent pollutant regulations on diesel-powered vehicles have resulted in the development of new technologies to reduce emission of nitrogen oxides (NOx). The urea Selective Catalyst Reduction (SCR) system and Lean NOx Trap (LNT) have become the two promising solutions to this problem. Whilst the LNT results in a fuel penalty due to periodic regeneration, the SCR system with aqueous urea solution or ammonia gas reductants could provide a better solution with higher NOx reduction efficiency. This thesis describes an experimental investigation which has been designed for comparing the effect NOx abatement of a SCR system with AdBlue urea spray and ammonia gas at 5% and 4% concentration. For this study, a SCR exhaust system comprising of a diesel particulate filter (DPF), a diesel oxidation catalyst (DOC) and SCR catalysts was tested on a steady state, direct injection 1998 cc diesel engine. It featured an expansion can, nozzle and diffuser arrangement for a controlled flow profile for CFD model validation. Four different lengths of SCR catalyst were tested for a space velocity study. Chemiluminescence (CLD) based ammonia analysers have been used to provide high resolution NO, NO2 and NH3 measurements across the SCR exhaust system. By measuring at the exit of the SCR bricks, the NO and NO2 profiles within the bricks were found. Comparison of the measurements between spray and gas lead to insights of the behaviour of the droplets upstream and within the SCR bricks. From the analysis, it was deduced that around half to three quarters of the droplets from the urea spray remain unconverted at the entry of the first SCR brick. Approximately 200 ppm of potential ammonia was released from the urea spray in the first SCR brick to react with NOx. The analysis also shows between 10 to 100 ppm of potential ammonia survived through the first brick in droplet form for cases from NOx-matched spray input to excess spray. Measurements show NOx reduction was complete after the second SCR bricks. Experimental and CFD prediction showed breakthrough of all species for the short brick with gas injection due to the high space velocity. The long brick gas cases predictions gave reasonable agreement with experimental results. NO2 conversion efficiency was found higher than NO which contradicts with the fast SCR reaction kinetics. Transient response was observed in both cases during the NOx reduction, ammonia absorption and desorption process. From the transient analysis an estimate of the ammonia storage capacity of the bricks was derived. The amount of ammonia slippage was obtained through numerical integration of the ammonia slippage curve using an excel spreadsheet. Comparing the time constant for the spray and gas cases, showed a slightly faster time response from the gas for both NOx reduction and ammonia slippage

    Advanced CIDI Emission Control System Development

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    Multiphysics Diesel Aftertreatment System Modeling for Reduced Emissions from Hybrid Electric Heavy-Duty Powertrains

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    Hybridization of heavy-duty on-road vehicles presents an opportunity to significantly reduce internal combustion engine emissions in real-world operation. These gains can be realized through the coordination of the electric drive, engine, and aftertreatment systems. Accurate Multiphysics models of all powertrains sub-systems are required to achieve the goal of reduced emissions. This research aims to develop a model of a highly complex diesel engine aftertreatment system. This study focuses on utilizing transient data for calibration and validation of the aftertreatment system and reducing the run time when compared to real-time experiments. The calibration focuses on two physical phenomena, thermal behavior and chemical kinetics. Once a base model is set up, the calibration parameters are optimized using an accelerated genetic algorithm for factors that contribute to the reaction rates and the exhaust gas temperature. The research only utilizes data from transient engine experiments to better automate and speed-up the calibration process over traditional methodologies. The model setup ensures that it is fast-running, with ten times speed-up as compared to real-time. The model is capable of predicting and matching combined error for and concentration on a cumulative basis under 9.8% and 1% for the experimental data for cold FTP and hot FTP, respectively. The results of the model also predict close trends with the temperature profiles and have a close match with the tailpipe emission species concentration over a cumulative basis but fails to capture some transient behavior. The model results are also evaluated to identify the leading cause for the error so the model can be improved for further development. The model has the capability to generate results for the aftertreatment for further research

    Study on risk assessment of methanol fueled ship

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    Plasma Catalysis for NOx Reduction from Light-Duty Diesel Vehicles

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    ADVANCED FLUE GAS CONDITIONING AS A RETROFIT UPGRADE TO ENHANCE PM COLLECTION FROM COAL-FIRED ELECTRIC UTILITY BOILERS

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    Mathematical Methods for Design of Zone Structured Catalysts and Optimization of Inlet Trajectories in Selective Catalytic Reduction (SCR) and Three Way Catalyst (TWC)

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    Abgaskatalysatoren zählen zu den wichtigsten Maßnahmen, um Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren zu vermindern. Mit der stetigen Verschärfung der Emissionsstandards nahm über die Jahre der Forschungsbedarf zu Abgasnachbehandlungssystemen signifikant zu. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Lösung von Optimierungsproblemen im Bereich der Autoabgaskatalyse, um die Effizienz zu steigern. Dabei werden drei Problemklassen behandelt: 1) Die Light-Off-Verzögerung beim Kaltstart in Oxidationskatalysatoren, 2) Die effiziente Ammoniakdosierung bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR), um Ammoniakdurchbrüche zu vermeiden, 3) Die Spannungsstabilisierung der Lambda-Sonde im Drei-Wege-Katalysator (TWC) während einer Schubabschaltung. Das erste Problem wird durch eine modellbasierte mathematische Optimierung beschrieben, bei der das Beladungsprofil von gezont-strukturierten Katalysatoren auf Basis von Platingruppen-Metallen (PGM) optimiert wird. Dazu wird ein Optimierungsproblem aufgestellt, bei dem ein katalytisch aktiver Kanal in Zonen aufgeteilt wird, die mit unterschiedlichen Mengen von PGM beladen werden. Eine solche Beladung kann auch experimentell getestet werden. Die Effekte der Beladung auf Diffusionslimitierungen im Washcoat werden ebenso berücksichtigt. Ziel ist es, die axiale Verteilung der Beladung zu optimieren, wobei die Gesamtmenge an PGM konstant gehalten wird, um den Gesamtumsatz unter transienten Bedingungen zu maximieren. Dabei wird ein transientes 1D+1D-Modell mit dem impliziten Differentialgleichungslöser DASPKADJOINT numerisch gelöst und in ein nichtlineares Optimierungsproblem übersetzt, das mit einem beliebigen ableitungsbasierten nichtlinearen Optimierungslöser (NLP) behandelt werden kann. Dieses Modell wird auf zwei Beispielfälle angewandt: die CO-Oxidation auf einem Pt/Al2O3 Dieseloxidationskatalysator (DOC), um die Kaltstart-Emissionen zu minimieren, sowie die CH4-Oxidation auf Pd/Al2O3 unter Minimierung der Deaktivierungseffekte. In beiden Fällen wird beobachtet, dass bei der optimalen Lösung ein Beladungsmaximum am Kanaleingang zu einer Umsatzsteigerung führt. Die präsentierte Methode ist darüber hinaus allgemeingültig und kann auf andere Systeme mit unterschiedlicher Chemie angewandt werden, so dass auch signifikant andere Lösungen generiert werden können. Die Fähigkeit, NOx effizient durch Ammoniak zu reduzieren, ist Grundlage der SCR-Technologie für die Dieselabgasnachbehandlung. Ammoniak wird diskontinuierlich durch Zersetzung von Harnstoff-Wasser-Lösung dem SCR-Katalysator zugeführt. Bei der Anwendung im Fahrbetrieb ist es wegen hochgradig transienter Wechsel der Emissionen nicht sinnvoll, konstante Menge Ammoniak zu dosieren. Eine effiziente optimale Dosierungsstrategie ist wichtig, um einerseits hohen Umsatz zu gewährleisten und andererseits NH3-Schlupf zu vermeiden. Die Entwicklung einer optimalen Dosierungsstrategie erfordert die Anwendung einfacher, aber hinreichend akkurater mathematischer Modelle und robuster Optimierungsalgorithmen, um eine Lösung für eine große Anzahl zu optimierender Parameter zu erhalten. Mehrere Modellreduktionstechniken aus der Literatur wurden verwendet, um ein Grey-Box-Modell zu konstruieren. Die Methode der orthogonalen Kollokation über finiten Elementen (OCFE) wird genutzt, um die differential-algebraischen Gleichungen aus dem Optimierungsproblem in ein nichtlineares Programm zu überführen. Das Modell wird auf eine Simulation des WHTC-Testzyklus angewandt, um die NH3-Dosierung für jede Sekunde des Zyklus zu optimieren. Die optimale Lösung verbessert die Effizienz des Reduktion unter Einhaltung eines Schlupf-Maximums von 10 ppm zu jedem Zeitpunkt. Die präsentierte Methode lässt sich auch auf ähnliche Probleme zur Optimierung transienter Eingangsbedingungen anwenden. Im dritten Beispiel wird dieselbe Optimierungsmethode erweitert, um eine optimale Lambda-Trajektorie zu berechnen, die das Lambdasensorsignal am Katalysatorausgang stabilisiert, um Durchbrüche fetter Abgasgemische zu vermeiden. Zunächst wurde ein Beobachtermodell mit vereinfachter Kinetik entwickelt und gegen Versuchsstand-Experimente kalibriert. Direkte Kollokation auf Basis der OCFE wird genutzt, um das Optimierungsproblem in ein nichtlineares Programm zu überführen. Die optimale Lösung zeigt eine schnelle Stabilisierung der Ausgangssensor-Spannung ohne Überschwingungen. Diese Strategie verringert die Relaxationszeit der Sensorspannung signifikant, was wichtig für den Einsatz als Feedback-Controller in einem Dreiwegekatalysator wäre
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