Combining Early Intake Valve Closure and Exhaust Throttling to Achieve Rapid Exhaust After-treatment Warm up in Diesel Engine Systems

Hasan Üstün Başaran

Makale detayları

Combining Early Intake Valve Closure and Exhaust Throttling to Achieve Rapid Exhaust After-treatment Warm up in Diesel Engine Systems

Yazarlar:

Hasan Üstün Başaran

Yayıncı:

Dokuz Eylul University

Ana Başlıklar:

İçten Yanmalı Motorlar

Dergi:

Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi Vol.27 Issue 80, pp.206-215

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

5/2025

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001348184

pISSN:

1302-9304

Anahtar kelimeler:

Özet:

 Nowadays, the thermal management of exhaust after-treatment EAT units is a paramount concern for diesel automotive vehicles to meet the stringent emission regulations. In general, EAT temperatures above 250oC are favorable for effective emission conversion efficiency. At low-loaded operations, it is difficult to achieve that since exhaust temperature remains much below 250oC. Therefore, this numerical work aims to elevate exhaust temperature at a light-loaded diesel engine model through adopting two different engine- base techniques, namely early intake valve closure EIVC and exhaust throttling ET. Both individual and combined modes of EIVC and ET are examined for high exhaust temperatures in the system. ET enhances exhaust temperature over 250oC with high exhaust flow rate, which is desirable for rapid EAT warm up. However, it causes up to  15 fuel penalty, which highly impairs its practicality. Unlike ET, EIVC is thermally efficient and can raise exhaust temperature above 250oC. Yet, it has the disadvantage of significantly lowered exhaust flow rates, which is inconsistent with fast EAT warm up. Simultaneous application of ET and EIVC, as EIVCET, can still keep exhaust temperature above 250oC with reduced fuel penalty down to  8.8. It also has the benefit of increased exhaust flow rates compared to EIVC mode, which substantially heightens heat transfer rates to the EAT unit up to  101. Thus, it can sustain accelerated EAT warm up in the system. EIVCET method is also seen to be effective to improve EAT stay-warm performance delaying EAT cool off as it enables high exhaust temperature and high exhaust rates, which is not possible with other methods examined in the analysis.

 Nowadays, the thermal management of exhaust after-treatment EAT units is a paramount concern for diesel automotive vehicles to meet the stringent emission regulations. In general, EAT temperatures above 250oC are favorable for effective emission conversion efficiency. At low-loaded operations, it is difficult to achieve that since exhaust temperature remains much below 250oC. Therefore, this numerical work aims to elevate exhaust temperature at a light-loaded diesel engine model through adopting two different engine- base techniques, namely early intake valve closure EIVC and exhaust throttling ET. Both individual and combined modes of EIVC and ET are examined for high exhaust temperatures in the system. ET enhances exhaust temperature over 250oC with high exhaust flow rate, which is desirable for rapid EAT warm up. However, it causes up to  15 fuel penalty, which highly impairs its practicality. Unlike ET, EIVC is thermally efficient and can raise exhaust temperature above 250oC. Yet, it has the disadvantage of significantly lowered exhaust flow rates, which is inconsistent with fast EAT warm up. Simultaneous application of ET and EIVC, as EIVCET, can still keep exhaust temperature above 250oC with reduced fuel penalty down to  8.8. It also has the benefit of increased exhaust flow rates compared to EIVC mode, which substantially heightens heat transfer rates to the EAT unit up to  101. Thus, it can sustain accelerated EAT warm up in the system. EIVCET method is also seen to be effective to improve EAT stay-warm performance delaying EAT cool off as it enables high exhaust temperature and high exhaust rates, which is not possible with other methods examined in the analysis.

 Nowadays, the thermal management of exhaust after-treatment EAT units is a paramount concern for diesel automotive vehicles to meet the stringent emission regulations. In general, EAT temperatures above 250oC are favorable for effective emission conversion efficiency. At low-loaded operations, it is difficult to achieve that since exhaust temperature remains much below 250oC. Therefore, this numerical work aims to elevate exhaust temperature at a light-loaded diesel engine model through adopting two different engine- base techniques, namely early intake valve closure EIVC and exhaust throttling ET. Both individual and combined modes of EIVC and ET are examined for high exhaust temperatures in the system. ET enhances exhaust temperature over 250oC with high exhaust flow rate, which is desirable for rapid EAT warm up. However, it causes up to  15 fuel penalty, which highly impairs its practicality. Unlike ET, EIVC is thermally efficient and can raise exhaust temperature above 250oC. Yet, it has the disadvantage of significantly lowered exhaust flow rates, which is inconsistent with fast EAT warm up. Simultaneous application of ET and EIVC, as EIVCET, can still keep exhaust temperature above 250oC with reduced fuel penalty down to  8.8. It also has the benefit of increased exhaust flow rates compared to EIVC mode, which substantially heightens heat transfer rates to the EAT unit up to  101. Thus, it can sustain accelerated EAT warm up in the system. EIVCET method is also seen to be effective to improve EAT stay-warm performance delaying EAT cool off as it enables high exhaust temperature and high exhaust rates, which is not possible with other methods examined in the analysis.

 Günümüzde, egzoz son işlem ESİ ünitelerinin ısıl yönetimi, dizel otomotiv araçlarının sıkı emisyon düzenlemelerini karşılaması açısından büyük önem taşımaktadır. Genel olarak, etkili emisyon dönüşüm verimliliği için 250oCnin üzerindeki ESİ sıcaklıkları uygun olmaktadır. Düşük yüklü operasyonlarda egzoz sıcaklığı 250oCnin çok altında kaldığı için bunu başarmak güçleşmektedir. Bu nedenle, bu sayısal çalışma, erken emme valfi kapatma EEVK ve egzoz kısılması EK olmak üzere iki farklı motora bağlı tekniği kullanarak düşük yüklü bir dizel motor modelinde egzoz sıcaklığını yükseltmeyi amaçlamaktadır. Sistemde yüksek egzoz sıcaklığı elde etmek için EEVK ve EKnin hem tekil hem de birleşik modları incelenmiştir. EK, hızlı ESİ ısınması için ihtiyaç duyulan yüksek egzoz akış hızıyla egzoz sıcaklığını 250oCnin üzerine çıkarmaktadır. Ancak bu metot  15e varan yakıt tüketimi artışına neden olmakta ve bu da pratikte uygulanabilmesini oldukça zorlaştırmaktadır. EKden farklı olarak, EEVK termal verimliliği iyileştirmekte ve egzoz sıcaklığını 250oCnin üzerine çıkarabilmektedir. Ancak ESİ ünitesinin hızlı ısınmasını aksatan, ciddi ölçüde düşürülmüş egzoz akışı hızı gibi bir dezavantajı bulunmaktadır. EK ve EEVKnin EKEEVK olarak eş zamanlı uygulanması, azaltılmış yakıt tüketimi artışı  8.8e kadar ile egzoz sıcaklığını hala 250oCnin üzerinde tutabilmektedir. Ayrıca, EEVK moduna kıyasla daha yüksek egzoz akış hızı avantajına da sahiptir ki, bu da ESİ ünitesine olan ısı transfer oranlarını önemli ölçüde  101e kadar arttırmaktadır. Bu nedenle, ESİ ünitesinin motor sisteminde çok daha hızlı ısınmasına sağlayabilmektedir. EEVKEK yönteminin, analizde incelenen diğer yöntemlerle mümkün olmayan, yüksek egzoz sıcaklığına ve yüksek egzoz akış hızlarına olanak verdiği için ESİ ünitesi sıcak kalma performansını ESİ ünitesi soğumasının geciktirilmesi iyileştirmede de etkili olduğu görülmüştür.

Makale detayları

Combining Early Intake Valve Closure and Exhaust Throttling to Achieve Rapid Exhaust After-treatment Warm up in Diesel Engine Systems

Yazarlar:

Hasan Üstün Başaran

Yayıncı:

Dokuz Eylul University

Ana Başlıklar:

İçten Yanmalı Motorlar

Dergi:

Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi Vol.27 Issue 80, pp.206-215

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

5/2025

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001348184

pISSN:

1302-9304

Diesel Engines

Early Intake Valce Closure

Exhaust Throttling

Exhaust Temperature

After-treatment Thermal ManagementDizel Motorlar

Erken Emme Valfi Kapanması

Egzoz Kısılması

Egzoz Sıcaklığı

Son-işlem Isıl İdaresi

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Hasan Üstün Başaran

Yayıncı: Dokuz Eylul University

Ana Başlıklar: İçten Yanmalı Motorlar

Dergi: Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi Vol.27 Issue 80, pp.206-215

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 5/2025

Belge Dili: İngilizce

Document ID (Org No.): 2001348184

pISSN: 1302-9304

Sayı

Yazarlar:

Hasan Üstün Başaran

Yayıncı:

Dokuz Eylul University

Ana Başlıklar:

İçten Yanmalı Motorlar

Dergi:

Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi Vol.27 Issue 80, pp.206-215

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

5/2025

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001348184

pISSN:

1302-9304