Title of article :
Emission Reduction Strategies for Small Single Cylinder Diesel Engine Using Valve Timing and Swirl Ratio
Author/Authors :
Jain, A The Automotive Research Association of India, Pune, India , Porpatham, E Vellore Institute of Technology University, Vellore, India , Thipse, S.S The Automotive Research Association of India, Pune, India
Abstract :
Small diesel engines are widely used for commercial vehicle and passenger car applications due to their higher torque requirements, fuel economy, and better thermal efficiency. These engines are exposed to different operating and environmental conditions and hence emissions from these engines are erratic. Strategies are required to enhance performance and reduce engine-out emissions considering environmental pollution and regulations. The main objective of this experimental study is to develop strategies for performance improvement and emission reduction for naturally aspirated engines, which can further be used for emission reduction of the multicylinder engine. Experimental work has been carried out on a single-cylinder naturally aspirated diesel engine to study the impact of engine operating parameters like valve timing, swirl ratio, and injection pressure on engine performance and emissions. Parameters considered for the study are: three intake valve opening timings, two fuel injection pump pressures, two-cylinder head swirls, and three start of injection timings. Results showed improvement in performance, lower exhaust gas temperature, and reduction of engine-out emission. Exhaust gas temperature was reduced by 5-18% with advanced valve opening and lower cylinder head swirl option. NOx emission was reduced by 5-50% at advanced intake valve opening (IVO) options with retarded start of injection (SOI) and lower swirl cylinder head. This has a penalty on CO and HC emissions since the availability of fresh air is less due to higher internal exhaust gas recirculation (EGR). Higher pressure fuel injection pump helps in improving engine torque with an adverse effect on engine-out NOx emission. As these engines are of low power capacity segment and are used in few countries, research on these engines is limited. All research work has been carried out in the field of intake valve closing timings, swirl ratio and injection timings; however, very limited research is available for the effect of intake valve opening timings due to practical limitations of the lower valve to piston clearance in diesel engines.
Farsi abstract :
موتورهاي ديزلي كوچك به دليل نيازهاي گشتاور بالاتر، صرفه جويي در مصرف سوخت و راندمان حرارتي بهتر، براي كاربردهاي تجاري و وسايل نقليه مسافربري بسيار مورد استفاده قرار مي گيرند. اين موتورها در معرض شرايط مختلف عملياتي و محيطي قرار دارند و از اين رو انتشار اين موتورها نامناسب است. استراتژي هاي لازم براي افزايش كارايي و كاهش انتشار موتور با توجه به آلودگي محيط زيست و مقررات لازم است. هدف اصلي از اين مطالعه تجربي، تدوين استراتژي هايي براي بهبود عملكرد و كاهش انتشار موتور براي موتورهاي داراي فشار طبيعي است كه مي توان از آنها براي كاهش انتشار موتور چند سيلندر استفاده كرد. كار تجربي بر روي يك موتور ديزلي تك سيلندر انجام شده است تا تاثير پارامترهاي عملياتي موتور مانند زمان سوپاپ، نسبت چرخش و فشار تزريق بر عملكرد موتور و توليد گازهاي گلخانه اي بررسي شود. پارامترهاي در نظر گرفته شده براي مطالعه عبارتند از: سه زمان باز كردن شير ورودي، دو فشار پمپ تزريق سوخت، چرخش سر دو سيلندر و سه شروع زمان تزريق. نتايج نشان دهنده بهبود عملكرد، كاهش دماي گاز اگزوز و كاهش انتشار موتور است. دماي گازي اگروز 5-18٪ با باز شدن دريچه پيشرفته و چرخش سر سيلندر كمتر، كاهش مي يابد. ميزان انتشار NOx در حالت IVO (ميران باز شدن شير مكش) پيشرفته با SOI (شروع تزريق) كم شده و چرخش كمتر سرسيلندر، 5-50٪ كاهش مي يابد. اين موجب كاهش انتشار گازهاي CO و HC مي شود چرا كه دسترسي به هواي تازه به دليل EGR (چرخش گاز اگزوز) داخلي بالاتر، كمتر است. پمپ تزريق سوخت با فشار بالاتر با تأثير منفي بر انتشار NOx موتور، در بهبود گشتاور موتور كمك مي كند. از آنجا كه اين موتورها از قطعات ظرفيت پايين برخوردار هستند و در معدود كشورها مورد استفاده قرار مي گيرند، تحقيقات در مورد اين موتورها محدود است. كليه كارهاي تحقيقاتي در زمينه زمانبندي بستن دريچه ورودي، زمان نسبت چرخش و زمانبندي تزريق انجام شده است. با اين وجود تحقيقات بسيار محدودي در مورد اثر زمانبندي باز كردن دريچه ورودي موجود است كه اين مساله به محدوديت فاصله شير پايين و پيستون در موتورهاي ديزلي مربوط مي شود.
Keywords :
Diesel Engine Emission , Intake Valve Opening , Small Diesel Engine , Start of Injection , Swirl Ratio , Valve Timing
Journal title :
International Journal of Engineering