The Experimental Analysis of the Effect of Secondary Air Injection on Exhaust Emissions and Catalytic Converter Efficiency in an SI Engine

Öz

The pollutant emissions from the internal combustion engines are inevitable due to the power is obtained in internal combustion engines is a result of the combustion event and the combustion happens in a limited time. However, this issue is tried to be controlled by emission control methods. In this study, the effects of secondary air injection (SAI) and three-way catalytic converter on CO, HC, and NO emissions in a spark-ignition engine with single-point fuel injection were experimentally investigated. The experiments were conducted at 2500 rpm constant engine speed (maximum torque speed) by varying the engine load and in the 1500-5000 rpm engine speed range at full load. While SAI increased the conversion efficiencies of the CO and HC emissions of the converter under conditions where the engine was operating richer than the stoichiometric air/fuel ratio, it did not adversely affect the conversion of NO emissions.

Anahtar Kelimeler

• Spark ignition engine
• Emission control methods
• Secondary air injection
• Catalytic converter
• Exhaust emissions

Buji İle Ateşlemeli Bir Motorda İkincil Hava Enjeksiyonunun Egzoz Emisyonları ve Katalitik Konvertör Verimine Etkisinin Deneysel Analizi

Öz

İçten yanmalı motorlarda gücün elde edilmesi yanma olayının bir sonucunun olması ve yanmanın belirli bir süre içerisinde gerçekleşmesi kirletici emisyonlarını kaçınılmaz yapmaktadır. Ancak emisyon kontrol yöntemleriyle bu durum kontrol altına alınmaya çalışılmaktadır. Bu çalışmada da tek nokta yakıt enjeksiyonuna sahip buji ile ateşlemeli motorda ikincil hava enjeksiyonunun (İHE) ve üç yollu katalitik konvertörün CO, HC ve NO emisyonlarına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler 1500-5000 rpm motor devri aralığında tam yükte ve 2500 rpm sabit motor devrinde (maksimum tork devri) motor yükü değiştirilerek yapılmıştır. İHE, konvertörün CO ve HC emisyonlarını dönüştürme verimini motorun stokiyometrik hava/yakıt oranından daha zengin çalıştığı koşullarda artışını sağlarken, NO emisyonunun dönüşümünü olumsuz etkilememiştir.

Anahtar Kelimeler

• Buji ile ateşlemeli motor
• Emisyon kontrol yöntemleri
• İkincil hava enjeksiyonu
• Katalitik konvertör
• Egzoz emisyonları

Kaynakça

1. [1] Schäfer, F. and Basshuysen, R., “Reduced Emissions and Fuel Consumption in Automotive Engines”, Springer-Verlag, Wien New York, (1995).
2. [2] Pulkrabek, W. W., “Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine”, Prentice Hall, New Jersey, (2004).
3. [3] Mondt, J. R., “Cleaner cars: The History and Technology of Emission Control since the 1960s”, Society of Automotive Engineers, Inc. Warrendale, (2000).
4. [4] Topgül, T., Yücesu, H. S., Okur, M., “Buji ile ateşlemeli bir motorda çalışma parametrelerinin egzoz emisyonlarına etkilerinin deneysel olarak incelenmesi”, Politeknik Dergisi, 8 (1): 43-47, (2005).
5. [5] Gürbüz, H. ve Akçay, İ. H., “Buji ateşlemeli hidrojen motorunda ateşleme avansı ve sıkıştırma oranının performans ve NOx emisyonuna etkisi, Politeknik Dergisi, 16 (1): 45-50, (2013).
6. [6] Yılmaz, E., “Hekzan ve n-Heptan yakıt karışımları ile çalışan homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli (HCCI) bir motorda hava fazlalık katsayısının yanma ve motor performansı üzerindeki etkileri”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 8 (1): 26-39, (2020).
7. [7] Abdel-Rahman, A. A., On the emissions from internal-combustion engines: A review, International Journal of Energy Research, 22 (6): 483-513, (1998).
8. [8] Alasfour, F. N., “NOx emission from a spark ignition engine using 30% iso-butanol-gasoline blend: part 1--preheating inlet air”, Applied Thermal Engineering, 18 (5): 245-256, (1998).

9. [9] Alasfour, F. N., “NOx emission from a spark ignition engine using 30% iso-butanol-gasoline blend: part 2--ignition timing”, Applied Thermal Engineering, 18 (8): 609-618, (1998).
10. [10] Bhattacharyya, S. and Das, R. K., “Catalytic control of automotive NOx: A review”, International Journal of Energy Research, 23 (4): 351-369, (1999).
11. [11] Heywood, J. B., “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw-Hill, Inc., New York, (1998).
12. [12] Onorati, A., Ferrari, G., D’Errico, G., “Secondary air injection in the exhaust after-treatment system of SI engines: 1D Fluid dynamic modeling and experimental investigation, SAE Transactions: Journal of Engines, 112: 544-555, (2003).
13. [13] Kochs, M. W., Kloda, M., Venne, G., Golden, J. E., “Innovative secondary air injection systems”, SAE Technical Paper Series 2001-01-0658, (2001).
14. [14] Kollmann, K., Abthoff, J., Zahn, W., Bischof, H., Göhre, J., “Secondary air injection with a new developed electrical blower for reduced exhaust emissions”, SAE Technical Paper 940472: 57-65, (1994).
15. [15] Mahadevan, G. and Subramanian, S., “Experimental ınvestigation of cold start emission using dynamic catalytic converter with pre-catalyst and hot air injector on a multi cylinder spark ignition engine”, SAE Technical Paper, 2017-01-2367, (2017).
16. [16] Hochgreb, S., “Combustion-Related Emissions in SI Engines (chapter 6), in: Sher, E. (Edited by) Handbook of Air Pollution from Internal Combustion Engines Pollutant Formation and Control”, Academic Press, Boston, (1998).
17. [17] Yu, S. and Min, K., “Effects of the oil and liquid fuel film on hydrocarbon emissions in spark ignition engines”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 216 (9): 759-771, (2002).
18. [18] Shayler, P. J., Chick, J., Darnton, N. J. and Eade, D., “Generic functions for fuel consumption and engine-out emissions of HC, CO and NOx of spark-ignition engines”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 213 (4): 365-378, (1999).