Title of article :
An Experimental and Theoretical Study of the Effects of Excess Air Ratio and Waste Gate Opening Pressure Threshold on Nox Emission and Performance in a Turbocharged CNG SI Engine
Author/Authors :
Kharazmi, S Center of excellence in energy conversion (CEEC) - Mechanical Engineering Department - Sharif University of Technology, Tehran, Iran , Benisi, A. H Center of excellence in energy conversion (CEEC) - Mechanical Engineering Department - Sharif University of Technology, Tehran, Iran , Mozafari, A Center of excellence in energy conversion (CEEC) - Mechanical Engineering Department - Sharif University of Technology, Tehran, Iran
Abstract :
Turbocharged CNG engines produce high NOx emission due to the fuel type and high combustion temperature. In this research, the effects of lean-burn and waste gate opening pressure threshold on NOx emission are studied theoretically and experimentally at WOT condition as well as 13-mode ECE-R49 test cycle. A code is developed in MATLAB environment for predicting engine NOx and the results are validated with the research experiments. Simulations show that NOx increases by increase of excess air ratio and reaches at most to 2486ppm at excess air ratio of 1.1 and then decreases. It is also experimentally found that changing waste gate opening pressure threshold from 165mmHg to 200 and 265mmHg decreases total bsNOx at a rate of 6% and 12% respectively. Increase of the threshold to 323mmHg increases total bsNOx. Therefore, to minimize the cycle bsNOx, the threshold of 265mmHg is the optimum threshold for the engine between the four pressure thresholds experimented.
Farsi abstract :
در اين پژوهش، اثرات نسبت هواي اضافي و فشار آستانه بازشدگي دريچه هدرروي توربوشارژر بر آلايندگي NOx و عملكرد يك موتور گازسوز توربوچارجري بصورت تجربي در سيكل آزمون 13 نقطه اي ECE-R49 ارزيابي مي شوند. يك كد رايانه اي در محيط نرم افزار MATLAB ايجاد ميشود تا NOx و عملكرد موتور را پيش بيني كند و نتايج آن با نتايج تجربي همين پژوهش ارزيابي مي شوند. اثر نسبت هواي اضافي موتور بر آلايندگي NOx، توان و مصرف مخصوص سوخت انديكاتوري بصورت مطالعه پارامتري بوسيله كد رايانه اي اين پژوهش ارزيابي مي شود. آلايندگي NOx باركامل در نسبت هواي اضافي 1/1 بيشينه است. مطالعه پارامتري نشان مي دهد كه افزايش نسبت هواي اضافي بميزان %20، توان انديكاتوري بيشينه را %9 كاهش و حداقل مصرف مخصوص سوخت انديكاتوري را %7 بهبود مي دهد. نتايج آزمايش ها نشان مي دهند با افزايش فشار آستانه باز شدن دريچه هدررو، توان ترمزي موتور بخصوص در دور و بار زياد، افزايش مي يابد. بصورت آزمايشگاهي دريافته مي شود آلايندگي NOx مخصوص ترمزي كل با تغيير فشار آستانه بازشدگي دريچه هدررو از mmHg165 به 200 و mmHg265، به ترتيب6 و %12 كاهش مييابند. افزايش اين آستانه فشار به mmHg323، NOx مخصوص ترمزي كل را افزايش مي دهد. در نتيجه بمنظور كمينه كردن NOx مخصوص ترمزي كل، فشار آستانه mmHg265، آستانه بهينه اين موتور بين چهار حالت مورد آزمون مي باشد.
Keywords :
Turbocharged CNG SI engine , NOx emission , ECE-R49 test cycle , lean-burn , waste gated turbocharger
Journal title :
Astroparticle Physics
