undefined

Variable valve actuation for efficient exhaust thermal management in an off-road diesel engine

Julkaisuvuosi

2024

Tekijät

Kim, Jeyoung; Vallinmaki, Marko; Tuominen, Tino; Mikulski, Maciej

Abstrakti:

<p>Exhaust thermal management (ETM) is crucial for effective emission mitigation in integrated exhaust aftertreatment systems of modern off-road diesel powertrains. However, conventional ETM strategies incur a significant fuel efficiency penalty. This study addresses the issue by investigating the application of variable valve actuation (VVA) for efficient ETM. For the first time, this investigation is conducted on a representative state-of-the-art off-road powertrain platform. It explores four VVA strategies with unprecedent level of rigour, employing a model-based approach that enables extended insights beyond stand-alone testing. Experiments with an EU Stage-V off-road diesel engine provide the baseline for validating a one-dimensional model in GT-Suite. A meticulously calibrated, predictive combustion model enables precise cross-evaluation of how VVA strategies affect exhaust gas temperature (EGT), efficiency, engine-out emissions and combustion characteristics, considering all trade-offs. VVA simulations are performed at three low-load operating points, where engine operation borders catalyst light-off temperature (LOT). The findings impartially confirm that cylinder deactivation (CDA) and intake modulation are the most promising VVA strategies for off-road engines, with EGT increments surpassing +250 °C and +150 °C respectively, accompanied by minor fuel penalties (up to +3.5 %). CDA demonstrated fuel savings of up to −2.5 % at certain points, due to reduced pumping and friction losses. Intake modulation displayed large reduction in engine-out NO<sub>x</sub> (&gt;90 %) and minimal penalties in carbon emissions (HC, CO, and soot). The results underscore VVÁs potential as an efficient ETM option to help the next generation of off-road diesels to comply with upcoming EPA Tier 5 emission legislation.</p>
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Vaasan yliopisto

Kim Jeyoung Orcid -palvelun logo

Mikulski Maciej

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli:

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Volyymi

246

Artikkelinumero

122940

Julkaisu­foorumi

51538

Julkaisufoorumitaso

3

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Kyllä

Julkaisukanavan avoin saatavuus

Osittain avoin julkaisukanava

Kustantajan version lisenssi

CC BY

Rinnakkaistallennettu

Kyllä

Rinnakkaistallenteen lisenssi

CC BY

Avoimen saatavuuden kirjoittajamaksu €

3460

Muut tiedot

Tieteenalat

Fysiikka; Kone- ja valmistustekniikka; Ympäristötekniikka; Muu tekniikka; Muut maataloustieteet; Ympäristötiede

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Kustantajan kansainvälisyys

Kansainvälinen

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Ei

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Kyllä

DOI

10.1016/j.applthermaleng.2024.122940

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä