Exhaust temperature control of an off-road diesel engine using an exhaust flap
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2019-12-16
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
48
Series
Abstract
Diesel engines are widely used in off-road applications, as they provide suitable torque and fuel economy. These applications include heavy vehicles such as farm tractors, which require fuel with a high energy density to remain operational for extended periods of time. Due to the limited energy densities provided by battery technology, full electrification is currently unattainable. The emissions of diesel engines are restricted by emission regulations. Emission control is carried out by various exhaust aftertreatment systems that require certain temperatures for efficient operation. These temperatures are in the ranges of hundreds of degrees Celsius, leading to a period of high emissions during cold starts, as the systems take their time to heat up. This thesis attempts to research the viability of using an exhaust flap to increase the exhaust temperatures, helping to reach the operation temperatures in a shorter period of time, reducing overall emissions. The research included in the experimental section had its difficulties and technical problems, but useful data was produced in the end. The research was conducted using an AGCO HD 74 diesel engine, equipped with a throttle and an exhaust flap, in static operating points. Both of the flaps were operated separately in each operating point, and each flap position was recorded. The throttle is already a proven component in this application and was used for comparison purposes. The data shows that the exhaust flap can aid in producing higher exhaust temperatures compared to the already proven throttle flap. However, this does not come without cost. In approximately 1/3 of the test points, the exhaust flap cannot produce comparatively higher temperatures without the smoke particulate emissions exceeding tolerable values. In roughly 2/3 of the test points, higher temperatures cannot be reached without exceeding tolerable values for the specific fuel consumption.Diesel-moottoreita käytetään laajalti tieliikenteen ulkopuolisissa sovelluksissa, sillä ne tarjoavat hyvät vääntöominaisuudet ja polttoainetalouden. Nämä sovellukset sisältävät raskaan kaluston ajoneuvoja, kuten maataloustraktorit, jotka tarvitsevat korkean energiatiheyden polttoainetta kyetäkseen pitkiin työajanjaksoihin. Akustojen tarjoaman rajallisen energiatiheyden vuoksi täyssähköistys ei toistaiseksi onnistu. Diesel-moottoreiden päästöjä rajoitetaan päästörajoituksilla. Päästöjen hallinta hoidetaan moninaisilla päästöjen jälkikäsittelyjärjestelmillä, jotka vaativat tiettyjä käyttölämpötiloja toimiakseen tehokkaasti. Nämä lämpötilat ovat kokoluokaltaan useita satoja Celsius-asteita, jolloin kylmäkäynnistysten yhteydessä syntyy korkeapäästöisiä ajanjaksoja, kun järjestelmät vasta lämpiävät. Tämä diplomityö pyrkii tutkimaan pakoläpän soveltuvuutta pakokaasujen lämmönhallintaan ja siten käyttölämpötilojen nopeampaan saavuttamiseen, kokonaispäästöjä laskien. Työn kokeellisen osuuden tutkimus sisälsi haasteensa ja tekniset ongelmansa, mutta lopulta hyödyllistä tutkimusdataa voitiin tuottaa. Tutkimus suoritettiin kaasu- ja pakoläpällä varustetulla AGCO HD 74 diesel-moottorilla staattisissa toimintapisteissä. Molempia läppiä säädettiin erikseen jokaisessa toimintapisteessä, ja jokainen läpänasento nauhoitettiin. Kaasuläppä on jo toimivaksi osoittautunut laite tässä sovelluksessa, ja sitä käytettiin vertailua varten. Tutkimusdatasta nähdään, että pakoläpän avulla voidaan saavuttaa korkeampia pakolämpötiloja jo toimivaksi todettuun kaasuläppään verrattuna. Tämä hyöty ei kuitenkaan ole ilmaista, sillä noin kolmasosassa testipisteistä pakoläppä ei kykene tuottamaan korkeampia lämpötiloja ilman, että savuhiukkaspäästöt ylittävät siedettävät rajat. Noin kahdessa kolmasosassa testipisteistä korkeita lämpötiloja ei voida saavuttaa ilman, että polttoaineen ominaiskulutus ylittää siedettävät rajat.Description
Supervisor
Larmi, MarttiThesis advisor
Ranta, OlliHuusko, Henri
Keywords
exhaust temperature, temperature control, exhaust flap, diesel, emissions