Treatment of NOx from Diesel Engine Exhaust by Dielectric Barrier Discharge Method

This paper reports improved performance of advantages when compared to its counterpart as it is cost discharge plasma in filtered engine exhaust treatment. Our effective, low capital and operation costs, salable by- paper deals about the removal of NOX emissions from the diesel products, and integration with the existing systems. In this exhaust by electric discharge plasma. For the treatment of diesel paper we describe an alternate reactor geometry referred to exhaust a new type of reactor referred to as cross-flow dielectric as cross-flow DBD reactor, where the exhaust gas flow barrier discharge reactor has been used, where the gas flow is perpendicular to the wire-cylinder reaction chamber. This perpendicular to the corona electrode. Experiments were reactor is used to treat the actual exhaust of a 3.75 kW diesel- conducted at different flow rates ranging from 2 l/min to 10 l/ generator set. The main emphasis is laid on the NOX treatment min. The discharge plasma assisted barrier discharge reactor of diesel engine exhaust. Experiments were carried out at has shown promising results in NOX removal at high flow rates.

Studies on NOX Removal From Diesel Engine Exhaust Using Duct-Type DBD Reactor

With ever more stringent NOX emissions, it is necessary to examine removal of nitrogen oxide from diesel engine exhaust. This paper describes the study of NOX reduction from 5.9-kW stationary diesel engine exhaust under nanosecond pulse energization. Two plasma reactors characterized by dielectric barrier discharge has been designed, built, and evaluated. One of the reactor designs include nine numbers of electrodes kept in parallel, and the exhaust was allowed to pass axially, whereas the second reactor consists of nine parallel electrodes and the exhaust was allowed to pass radially. The reactors were individually tested for the treatment of nitrogen oxides for gas flow rate of 2, 5, and 10 L/min. Both the reactors have been individually tested, and results show an appreciable removal of NOX with equal discharge volume. From the results, it was found that both the reactors were an efficient NOX removal. With consumption of only 36 J/L, the reactors had shown a considerable 45% DeNO(X) efficiency.

Life-cycle analysis of energy and greenhouse gas emissions of automotive fuels in India: Part 2-Well-to-wheels analysis

In this second of the two-part study, the results of the Tank-to-Wheels study reported in the first part are combined with Well-to-Tank results in this paper to provide a comprehensive Well-to-Wheels energy consumption and greenhouse gas emissions evaluation of automotive fuels in India. The results indicate that liquid fuels derived from petroleum have Well-to-Tank efficiencies in the range of 75-85% with liquefied petroleum gas being the most efficient fuel in the Well-to-Tank stage with 85% efficiency. Electricity has the lowest efficiency of 20% which is mainly attributed due to its dependence on coal and 25.4% losses during transmission and distribution. The complete Well-to-Wheels results show diesel vehicles to be the most efficient among all configurations, specifically the diesel-powered split hybrid electric vehicle. Hydrogen engine configurations are the least efficient due to low efficiency of production of hydrogen from natural gas. Hybridizing electric vehicles reduces the Well-to-Wheels greenhouse gas emissions substantially with split hybrid configuration being the most efficient. Electric vehicles do not offer any significant improvement over gasoline-powered configurations; however a shift towards renewable sources for power generation and reduction in losses during transmission and distribution can make it a feasible option in the future. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Desenvolvimento de metodologia para avaliação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e derivados em emissões de motores usando diesel/biodiesel

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) são amplamente estudados na área de meio ambiente, em diversas matrizes ambientais como ar, água, solo e sedimento, devido a sua toxicidade, potencial mutagênico e carcinogênico. Por conta disto, as agências ambientais de países desenvolvidos listaram dezesseis HPA como sendo poluentes prioritários. As legislações a nível mundial não estipulam limites para estes compostos para ar ambiente, somente para emissões de fontes fixas e móveis e ambientes ocupacionais, mas existem diversos estudos, mais especificamente para os 16 prioritários HPA e muito pouco para os homólogos alquilados. Os HPA alquilados são mais abundantes, persistentes e frequentemente mais tóxicos que os não alquilados e a toxicidade aumenta com o número de substituições alquil sobre os núcleos aromáticos. As legislações ambientais em todo o mundo não realizam o controle em nenhuma matriz ambiental para os HPA alquilados. Neste trabalho foi desenvolvido um método para análise dos HPA e seus homólogos alquilados, utilizando cromatografia de fase gasosa acoplado a um detector de espectrometria de massa e com um sistema de injeção para grande volume, associado à vaporização com temperatura programada, que permitiu um nível de detecção na faixa de 0,70 até 103,6 ng mL-1, sendo possível analisar as amostras de material particulado oriundas de emissões veiculares. As amostras foram coletadas de acordo com a Norma ABNT NBR14489, em um dinamômetro de bancada para motor do ciclo diesel (Ciclo de 13 pontos). Os resultados encontrados foram na faixa de 0,5 ng mL-1 até 96,9 ng mL-1 Os resultados indicaram que motores a diesel/ biodiesel têm uma contribuição muito grande na formação destes HPA e homólogos alquilados

Emissões atmosféricas oriundas da biorremediação de solo do Complexo Petroquímico do Estado do Rio de Janeiro (COMPERJ) experimentalmente contaminado por diesel Defesa

As pesquisas relacionadas às questões ambientais têm aumentado nos últimos anos à medida que os fenômenos climáticos têm mostrado alterações cada vez mais intensas, assim como eventos de contaminação têm ocorrido. Para reduzir a concentração de contaminantes em solos, podem ser empregados processos de biorremediação, que têm por objetivo reduzir a carga poluente através do uso de micro-organismos em condições específicas. Notadamente, a possibilidade, durante o tratamento, da emissão de gases de efeito estufa (GEE) ou compostos orgânicos voláteis (COV) possui poucos dados na literatura. Este trabalho avaliou o uso da biorremediação sob condições anaeróbicas e aeróbicas, para solo contaminado com diesel, em condições do solo de atenuação natural, processos abióticos e bioestímulo. Os estudos anaeróbios mostraram que as emissões de GEE (CH4, CO2 e N2O) alcançaram valores de 2,0 μg kg-1; 4,0x102 μg kg-1 e 0,3 μg kg-1, respectivamente e as emissões de COV foram observadas em toda a série (de hexano a decano). O estudo estatístico descritivo mostrou mudança na hierarquização dos produtos remanescentes no solo evidenciando atividade microbiana neste estudo. Para a eliminação da possibilidade de processos metanogênicos serem responsabilizados pelas emissões de CH4 observados no estudo anaeróbio, foi realizado o mesmo experimento, porém em condições de aeração forçada. Foi observado aumento das emissões de GEE e COV em 2,0 μg kg-1 h-1 para CH4, 5,0x102 μg kg-1 h-1 para CO2 e 0,4 μg kg-1 h-1 para N2O. O estudo estatístico descritivo também mostrou mudança na hierarquização dos produtos. As propriedades metanogênicas foram excluídas pelo estudo aeróbio, corroborando o fato de que ocorre emissão de GEE durante as etapas de biorremediação

Compostos de enxofre em misturas de diesel e biodiesel

É difundido na literatura especializada que o uso de misturas de biodiesel e diesel de petróleo reduz as emissões dos compostos de enxofre. Esses compostos são responsáveis por inúmeras enfermidades respiratórias, além de provocar danos ao catalisador automotivo, contribuindo desta forma para a emissão de outros poluentes. Neste trabalho fez-se uma identificação dos compostos de enxofre, antes da queima no motor, presentes no diesel e em misturas de biodiesel/diesel de diferentes fontes. A metodologia empregada foi a cromatografia de fase gasosa e inicialmente empregou-se um detector de ionização por chama de hidrogênio para ajuste das condições operacionais, por ser um detector considerado universal e capaz de identificar tanto os majoritários hidrocarbonetos como os compostos de enxofre. Em seguida aplicou-se os parâmetros operacionais obtidos a um cromatógrafo à gás acoplado a um detector seletivo para enxofre, o SCD (sulphur chemiluminescence detector) para a identificação apenas dos compostos de enxofre. Após a obtenção dos dados teóricos em laboratório, foi realizada a análise de compostos mercaptídicos produzidas pelas emissões de um ônibus do Rio de Janeiro abastecido com diesel puro e misturas diesel/biodiesel nas proporções (v/v) 2% (B2), 5% (B5), 10% (B10), and 20% (B20). Os resultados indicaram uma redução dos compostos de enxofre proporcional à adição do biodiesel tanto na teoria quanto na prática

Quantificação de metais e arsênio em aerossóis grossos, finos, ultrafinos e nanoparticulados por ICP-OES em ar ambiente e emissões veiculares de motores operando com diesel/biodiesel

Na frota automotiva nacional, veículos movidos a diesel e biodiesel são utilizados em larga e pequena escala, respectivamente, fazendo com que haja uma preocupação com os gases da exaustão provenientes destes motores. Ao ser fabricado, o veículo passa por testes rigorosos das emissões gasosas, segundo as regras do PROCONVE. Porém, estes testes regulam apenas as substâncias químicas contidas na legislação vigente, cujos riscos à saúde humana e ao meio ambiente são conhecidos. Portanto, conhecer o maior número de componentes ainda não contemplados pela legislação, em especial metais no material particulado, é de suma importância para subsidiar futuras alterações e inclusões na lista de componentes regulados. De acordo com o tamanho das partículas do material particulado, podendo chegar a escalas nanométricas, a inalação deste material pode causar lesões graves no organismo, pois têm a capacidade de atingir órgãos internos. O estudo é baseado na amostragem do material particulado proveniente dos gases de motores alimentados com diesel e/ou biodiesel em diferentes proporções de combustível e ar ambiente com impactador em cascata; determinando metais e arsênio na atmosfera de diferentes localidades do estado do Rio de Janeiro e no material particulado dos gases de escape de motores de ônibus/caminhão (EURO III), por intermédio de abertura ácida do material coletado e da técnica analítica ICP-OES. Os resultados obtidos para motor EURO III variaram de 100 a 10000 ng m-3, com a redução de emissão conforme adição de biodiesel no diesel sendo comprovada. Porém, em todas as proporções de combustíveis empregadas, houve grande incidência de emissão de partículas em escala manométrica, sendo esse comportamento também observado nas amostragens em ar ambiente. Neste caso, teores de 1,0 a 45,0 ng m-3 evidenciaram Caxias e Madureira como locais mais poluídos dos amostrados. Ni é o metal que possui situação mais alarmante, pois em todos os tamanhos de partícula e locais amostrados, os teores deste elemento foram superiores ao permitido pela legislação internacional. A análise estatística multivariada propôs que os combustíveis B10 e B15 são quimicamente semelhantes, enquanto B5 e B20 sofrem fortes alterações no decorrer de sua combustão e a correlação de Pearson mostrou em ar ambiente, que locais com níveis próximos de poluição apresentaram similaridade nos resultados, a qualidade do ar de Madureira é afetado predominantemente pela construção civil e tráfego, a presença da Baía de Guanabara ao redor da Cidade Universitária influencia nas emissões, a refinaria em Caxias é responsável por emissões importantes de metais e no Parque Nacional de Itatiaia , ao contrário de que se supunha, não está totalmente livre de poluição

Perfil dos HPA prioritários na exaustão de veículo a diesel, no combustível diesel utilizado durante os ensaios de emissão veicular e no óleo lubrificante do motor

As concentrações na exaustão e os fatores de emissão dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) prioritários de um veículo a diesel e as suas respectivas concentrações no diesel usado durante os ensaios de emissão veicular foram determinados com a finalidade de estimar a contribuição dos HPA provenientes do combustível nas emissões. Os produtos da combustão foram coletados diretamente nas emissões brutas do escapamento, utilizando um sistema de amostragem a volume constante sem diluição dos gases da exaustão. Os HPA associados ao MP foram amostrados de forma estratificada, utilizando um impactador em cascata MOUDI e filtros de fibra de vidro como substratos, e os HPA em fase gasosa foram amostrados usando cartuchos de amberlite XAD-2. A concentração dos HPA no óleo lubrificante do motor também foi monitorada ao longo do tempo até a sua troca após 12.000 km de uso. Após a extração e tratamento das amostras, a identificação e quantificação dos HPA foram realizadas, utilizando cromatografia de fase gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM) com injetor de grande volume de vaporização com a temperatura programável (PTV-LVI). Cinco variáveis do PTV-LVI foram otimizadas, utilizando planejamento de experimentos, o que permitiu obter limites de detecção menores do que 2,0 g L-1. Somente 7 dos 16 HPA prioritários foram identificados na exaustão: NAP, ACY, ACE, FLU, FEN, FLT e PYR. Os ensaios de emissão veicular foram realizados com o veículo em modo estacionário, sem aplicação de carga e com baixa velocidade de rotação do motor (1500 rpm), utilizando um diesel com menor teor de enxofre (10 mg kg-1) e com 5% v/v de biodiesel. Esses fatores possivelmente contribuíram para reduzir as emissões dos outros 9 HPA a valores abaixo dos limites de detecção do método desenvolvido. Aproximadamente 80% da massa dos HPA totais associados ao MP estavam presentes em partículas com tamanho entre 1,0 m e 56 nm, e aproximadamente 4,5% estavam presentes em partículas menores do que 56 nm. Partículas menores que 2,5 m são facilmente inaladas e depositadas no trato respiratório e na região alveolar, justificando a preocupação com relação às emissões de HPA associados a partículas provenientes da exaustão veicular de motores a diesel. Somente 5 dos 7 HPA identificados na exaustão foram detectados no diesel: NAP, ACY, FLU, FEN e PYR. A razão entre os fatores de emissão (g L-1diesel) dos HPA na exaustão e suas respectivas concentrações do diesel (g L-1) variaram de 0,01 0,02 a 0,05 0,029, dependendo do HPA. Esses valores indicam que pelo menos 95 a 99% dos HPA identificados no diesel foram destruídos e/ou transformados em outros compostos durante a combustão, e/ou foram retidos no reservatório do óleo lubrificante. Por outro lado, os HPA que tiveram maiores concentrações no diesel também apresentaram maiores fatores de emissão, o que sugere que os HPA provenientes do diesel possuem uma contribuição significativa para as emissões dos HPA totais. O perfil dos HPA prioritários no óleo lubrificante mostrou-se semelhante ao perfil dos HPA no diesel e nas emissões totais, onde o NAP, FEN e PYR foram os HPA majoritários

Multi-dimensional conditional moment closure modelling applied to a heavy-duty common-rail diesel engine

A multi-dimensional combustion code implementing the Conditional Moment Closure turbulent combustion model interfaced with a well-established RANS two- phase flow field solver has been employed to study a broad range of operating conditions for a heavy duty direct-injection common-rail Diesel engine. These conditions include different loads (25%, 50%, 75% and full load) and engine speeds (1250 and 1830 RPM) and, with respect to the fuel path, different injection timings and rail pressures. A total of nine cases have been simulated. Excellent agreement with experimental data has been found for the pressure traces and the heat release rates, without adjusting any model constants. The chemical mechanism used contains a detailed NOx sub-mechanism. The predicted emissions agree reasonably well with the experimental data considering the range of operating points and given no adjustments of any rate constants have been employed. In an effort to identify CPU cost reduction potential, various dimensionality reduction strategies have been assessed. Furthermore, the sensitivity of the predictions with respect to resolution in particular relating to the CMC grid has been investigated. Overall, the results suggest that the presented modelling strategy has considerable predictive capability concerning Diesel engine combustion without requiring model constant calibration based on experimental data. This is true particularly for the heat release rates predictions and, to a lesser extent, for NOx emissions where further progress is still necessary. © 2009 SAE International.

Diesel Cylinder Charge Properties: Feed-Forward Control and Cycle-by-Cycle Analysis Using an In-Cylinder Gas Sampling System

Common-rail fuel injection systems on modern light duty diesel engines are effectively able to respond instantaneously to changes in the demanded injection quantity. In contrast, the air-system is subject to significantly slower dynamics, primarily due to filling/emptying effects in the manifolds and turbocharger inertia. The behaviour of the air-path in a diesel engine is therefore the main limiting factor in terms of engine-out emissions during transient operation. This paper presents a simple mean-value model for the air-path during throttled operation, which is used to design a feed-forward controller that delivers very rapid changes in the in-cylinder charge properties. The feed-forward control action is validated using a state-of-the-art sampling system that allows true cycle-by-cycle measurement of the in-cylinder CO2 concentration. © 2011 SAE International.

Study of steady state and transient EGR behaviour of a medium duty diesel engine

It is well known that accurate EGR control is paramount to controlling engine out emissions during steady state and transient operation of a diesel engine. The direct measurement of EGR is however non-trivial and especially difficult in engines with no external EGR control where the intake manifold CO2 levels can be measured more readily. This work studies the EGR behaviour in a medium duty diesel engine with a passive EGR rebreathing strategy for steady state and transient operation. High speed (response time ∼1ms) in-cylinder sampling using modified GDI valves is coupled with high frequency response analysers to measure the cyclic in-cylinder CO2, from which the EGR rate is deduced. It was found that controlling the EGR using the passive rebreathing strategy during certain combined speed and load transients is challenging, causing high smoke and NO emissions. The in-cylinder sampling method coupled with fast CO2 measurement (time constant ∼8ms) in the exhaust port gave insights about the EGR rate during these transients. The complex interaction of the manifold pressures, turbo-charger operation and trapped charge composition from the previous cycle simply can cause high dilution and therefore high smoke levels. The steady state variation of NO emissions with respect to EGR is also studied using a fast NO analyzer (time constant ∼2ms) in the exhaust port. Cyclic variation was found to be up to ±5% at some load conditions. © 2008 SAE International.

Investigation into partially premixed combustion in a light-duty multi-cylinder diesel engine fuelled gasoline and diesel with a mixture of

Partially premixed compression ignition (PPCI) engines operating with a low temperature highly homogeneous charge have been demonstrated previously using conventional diesel fuel. The short ignition delay of conventional diesel fuel requires high fuel injection pressures to achieve adequate premixing along with high levels of EGR (exhaust gas recirculation) to achieve low NOx emissions. Low load operating regions are typified by substantial emissions of CO and HC and there exists an upper operating load limitation due to very high rates of in-cylinder gas pressure rise. In this study mixtures of gasoline and diesel fuel were investigated using a multi-cylinder light duty diesel engine. It was found that an increased proportion of gasoline fuel reduced smoke emissions at higher operating loads through an increase in charge premixing resulting from an increase in ignition delay and higher fuel volatility. The results of this investigation confirm that a combination of fuel properties, exhibiting higher volatility and increased ignition delay, would enable a widening of the low emission operating regime, but that consideration must be given to combustion stability at low operating loads. Copyright © 2007 SAE International.

Fast O2 measurement using modified UEGO sensors in the intake and exhaust of a diesel engine

Recent work has investigated the use of O2 concentration in the intake manifold as a control variable for diesel engines. It has been recognised as a very good indicator of NOX emissions especially during transient operation, however, much of the work is concentrated on estimating the O2 concentration as opposed to measuring it. This work investigates Universal Exhaust Gas Oxygen (UEGO) sensors and their potential to be used for such measurements. In previous work it was shown that these sensors can be operated in a controlled pressure environment such that their response time is of the order 10ms. In this paper, it is shown how the key causes of variation (and therefore potential sources of error) in sensor output, namely, pressure and temperature are largely mitigated by operating the sensors in such an environment. Experiments were undertaken on a representative light duty diesel engine using modified UEGO sensors in the intake and exhaust system. Results from other fast emissions measuring equipment are also shown and it is seen that the UEGO sensors are capable of giving an accurate measurement of O2 and EGR. Copyright © 2013 SAE International.

Innovation, the diesel engine and vehicle markets: Evidence from OECD engine patents

This paper uses a patent data set to identify factors fostering innovation of diesel engines between 1974 and 2010 in the OECD region. The propensity of engine producers to innovate grew by 1.9 standard deviations after the expansion of the car market, by 0.7 standard deviations following a shift in the EU fuel economy standard, and by 0.23 standard deviations. The propensity to develop emissions control techniques was positively influenced by pollution control laws introduced in Japan, in the US, and in the EU, but not with the expansion of the car market. Furthermore, a decline in loan rates stimulated the propensity to develop emissions control techniques, which were simultaneously crowded out by increases in publicly-funded transport research and development. Innovation activities in engine efficiency are explained by market size, loan rates and by (Organisation for Economic Cooperation and Development) diesel prices, inclusive of taxes. Price effects on innovation, outweigh that of the US corporate average fuel economy standards. Innovation is also positively influenced by past transport research and development. © 2014 Elsevier Ltd.

Application of fast oxygen sensors for investigations into air-path dynamics and EGR distribution in a diesel engine

The control of NOX emissions by exhaust gas recirculation (EGR) is of widespread application. However, despite dramatic improvements in all aspects of engine control, the subtle mixing processes that determine the cylinder-to-cylinder distribution of the recirculated gas often results in a mal-distribution that is still an issue for the engine designer and calibrator. In this paper we demonstrate the application of a relatively straightforward technique for the measurement of the absolute and relative dilution quantity in both steady state and transient operation. This was achieved by the use of oxygen sensors based on standard UEGO (universal exhaust gas oxygen) sensors but packaged so as to give good frequency response (∼ 10 ms time constant) and be completely insensitivity to the sample pressure and temperature. Measurements can be made at almost any location of interest, for example exhaust and inlet manifolds as well as EGR path(s), with virtually no flow disturbance. At the same time, the measurements yield insights into air-path dynamics. We argue that "dilution", as indicated by the deviation of the oxygen concentration from that of air, is a more appropriate parameter than EGR rate in the context of NOX control, especially for diesel engines. Experimental results are presented for the EGR distribution in a current production light duty 4-cylinder diesel engine in which significant differences were found in the proportion of the recirculated gas that reached each cylinder. Even the individual inlet runners of the cylinders exhibited very different dilution rates - differences of nearly 50% were observed at some conditions. An application of such data may be in the improvement of calibration and validation of CFD and other modelling techniques. Copyright © 2014 SAE International.