TELKOM NIKA , Vol.11, No .3, Septembe r 2013, pp. 4 81~488   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v11i3.991    481      Re cei v ed Fe brua ry 25, 20 13; Re vised  June 16, 20 13;  Accept ed Ju ne 29, 201 3   Reduce NOx Emission s by Adsorber-Reduction  Catalyst   on Lean Burn Engine      Dongp eng Y u e 1 , Qing Ch ang 2* , Lei Li u 2 , Wen Zha ng 2,3 , Shaoshu Chen 2 , Zh ijun Li 2   1 School of Aut o motive a nd T r ansp o rtatio n,T i anji n  Un iv ersit y  of  T e chnolo g y  and Educ atio n ,   T i anjin 3 0 0 2 2 2   2 State Ke y  La b o rator y  of Engi nes,T ianjin U n i v ersit y ,T ianji n   300 07 2   3 T i anjin  electro n ic inform ation  vocatio nal tec h nol og y col l e ge, T i anjin 30 03 50   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : matrixfutur e @sina.c o m,  T e lp: + 86 022  27 406 78 1, F a x: + 86 02 2 27 38 33 62       A b st r a   Peng aru h  siste m  kata lis b a ru  yang ter d iri  dar i tiga car a  trad i s ion a l ko nverte r katalis d an  a d sorb er-  reduks i  ko nver ter katal i sis  pa da k a rakteristik  e m isi   d a n  BS F C  (Break e S p ecific F u el  Co n s umptio n-BSF C)   dari s e b uah   mesin  be nsin  ya ng ra mpi ng  un tuk me mbak ar  diteliti  d a la mak a l ah  in, d i ma na sk e m a y a n g   berb eda  dar i k a talis  pen gatur an se bu ah ko n v erter da n kec epata n  ya ng b e rbe da-b e d a  d an j uga  be ba n n ya.   Hasil  menu nj u kkan ba hw a p o sisi terb aik d eng an tig a  car a  Catalyst a d a l ah se be lu m N O x diserap  ol eh   Catalyst de ng an seb u a h  skema untuk  me ngatur ko nver t e r ternyata ad ala h  cara terb aik. Den gan c a r a   me ng efisie nsik an konv erter d an  men gur ang i emisi NO x da l a m   m e si n  ben si n  te rseb u t. D i m a na  te rd apa t   efek d a ri k e ce patan  p ada  e m isi g a bua ng   dan  BSF j u g a  terka i t de ng a n  rasi pew aktuan  da la pro s es   me mbak ar d a n  nil a abs olut  d a ri ke du a w a ktu dar i ko nv erte r katalis  terseb ut. Beba mes i n a d a l ah  fakto r   utama ya ng b e r pen garu h  terh ada p karakter i s tik emis i g a bua ng d an BS F C  dari  mes i tersebut. Di da pati   semaki n ba ny ak e m isi NOx ,  maka n ila i NOx berku ra n g  untuk tin g k a t konversi ( CNOx) dan a k an   me nd apatk an  nila i BSF C yan g  leb i h b a ik.     Ka ta  k unc i:  membak ar le m a k, m e sin  bens i n , katalis ads or ber-re duksi, N O x, em isi       A b st r a ct     The effect of a new catalyst  system  composed  of tr aditional three way catalyst conv erter an adsor ber-reduc tion catalys i s c onverter on the em ission  characteristics and BSFC  (Breake Specific Fuel  Cons u m ptio n-  BSF C)of a l e a n  b u rn  gas oli ne  eng in ope ra te d we re  in ve sti g a t e d  i n  th i s  pa pe r un der  different sch e m es  of catalyst converter arra nge ment  an d d i fferent spe eds  and lo ads. T h e results show   that  the positi on of  T h ree W a y Ca talyst  is before  the NOx adso r ber Cata lyst  was the best schem e of catalyst  converter arr a n g e m e n t. W h ich has the hig h e s t converte r efficiency of red u c tion NOx emi ssion in l e a n  burn   gaso lin eng in e. T he  effects  of spe e d  on  th e ex ha ust e m is sion  an d BSF C  w e re a l so  rel a ted to t he r a tio  of   lea n  bur n ti me  to rich bur n ti me  an d the a b sol u te  val ue  of both ti me  of the ads orber- r educti on cata l yst   converter. T h e  load of the en gin e  w a s the ma in infl ue ntial  factor to  the  exha ust emissi on char acterist ics   and BSF C of le an bur n gas oli ne en gi ne, an d  the mor e  lo ad  of the eng ine w a s, the mor e  N O x emissi on, the   less NOx conv ersion rate (C NO x ) and the bett e r BSF C w e re.     Ke y w ords : lean burn, gas oline eng ine, adsorber-reduction catalyst, NOx,  emission      1. Introduc tion  As the emi s sion  reg u lati on be com e s more a nd  more  stri ct, it’s too ha rd  to redu ce  exhau st emissi on s only  depen ding  on improvi ng intern al operation p r oce s s of en gine.  Con s e quently , many cou n tries h a ve develop ed  the exhau st after-tre atment  technol ogy to  redu ce exh a u s t emission s,  mean while, retain other p e r forma n ce of the engin e  [1].  Traditio nal t h ree - way-cat a lyst (T WC ) synchronou sly re du ce s CO,  HC  and  NOx  effectively only when the  g a soli ne en gin e  is working  unde r stoi chi o metri c  air/fu el ratio  condit i on   [2]. Excess a i r ratio of lea n  burn is mo re t han o ne,  so NOx emission  can  not be re du ced b y   three - way-catalyst. Curren tly,  the main technol ogie s  of reduci ng  NOx emissio n  of lean bu rn   gasoline  en gi ne a r e  EGR[ 3-7]  and  catal y ze[8-1 3]. Bu t the hig h  EG rate  de cre a se s the  velo ci ty  of flame diffusion, an d co nse que ntly worsen s the BSFC. Althoug h the Ricard o develop ed  an   variable   tum b le CCVS sy stem  [3] and   goo exh a u s st ratified combu s tion was obtain ed with  high EGR  rat e  of 70%, The stru cture of this  system  wa s com p lica t ed and NOx emissi on wa s   also  hard to  satisfie d the  requ est  of stri cter  e m ission  reg u lati on. For th method s of  NOx  decompo sin g  [14] and selective ca taly st redu ction  (SCR) [15]  using for vehi cle exhau st, the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 3,  September 20 13:  48 1 – 488   482 NOx cataly st conve r si on ra te and the th ermal  stabilit of the catalyst are all ha rd to satisfie d the  pra c tical  re qu est. Co mpa r e d  with the s e   method s of  redu cing l ean  burn  NOx, Th e NOx  ad sorber  redu ction  ca talyst combi ned with T W can pu rify the NOx high efficiently within wide   temperature  scope.  With this meth od, the BSFC  of l ean bu rn  gasoline en gine  is dete r iorate d   little, while the catalyst co nversi on rate  of NO x CNO x can be 97 % during the  sho r t time of  fuel  rich  conditio n . The Auth ors u s ing  modified  16  valves EFI  Qua s i-Hom o geno us l ean  burn  gasoline e ngi ne studi ed th e effect of different  sc heme s  of arrang e m ent NOx ad sorbe r  co nve r ter  and T W C, dif f erent lo ad and  sp eed on exh aust  e m issi on ch aracteri stics an BSFC with   the  combi nation  of NOx adsorber catalyst a nd TWC.         2. Rese arch  Metho d   Experimental  rese arch on  the effect of  different co mbination  scheme s  of lean burn   adsorb e cat a lyst and T W C, load s and  spee ds  o n  e x haust emi s sion ch ara c te ri stics and BS FC   were  con d u c ted o n  a  mo d i fied 16  valves EFI  Qu asi - Ho mog enou s le an  bu rn  gasoline  en gin e   with the le a n  bu rn g a so line en gine  electroni c co ntrol system   devel op ed by  the  auth o rs  colle ague s [8 ]. Figure 1  sh ows the sch e m atic of ex ha ust pipeli ne d e sig n  of the l ean bu rn  NO adsorb e r catalyst expe rim ent sy stem.  Ci, Ti  re p r ese n t  th e co nce n t r a tio n  an d te mp er a t ur e o f   exhau st emi s sion  at the i  place respe c tively. T he pa rts 2 a nd 3  in  the pipeli ne  can be  chang ed  each other.  There are th ree schem e o f  the parts  arrang eme n t in the exhaust  pipeline. In the   scheme  1, the part s  se que nce i s  1-5-2 - 4 with NO x adso r be r but without TWC. In the schem e  2,  the parts  seq uen ce is 1 - 5-2-3 - 4, that is, the  NOx adsorbe r is set before T W C.  On the cont rary,  in the schem e 3, the NOx adsorb e r lo ca tes afte r the  TWC with the  sequ en ce of 1-5 - 3-2-4.  The ori g inal  engin e  se nsor an d wires were pre s e r ved, and th e origin al ECU  wa repla c e d  by t he lea n  b u rn   gasoline  engi ne  contro l E CU  whi c h  ca n re gulate th e A/F ratio  e a sily.  The ele c tro n i c  co ntrol thro ttle and linea r A/F sensor  were also used for the sp ecial de man d  o f   the lean bu rn  NOx adsorb e r-red u ctio n catalyst  and le an burn ga sol i ne engin e  op eration. Set the  value of  A/F  and  ope rating  time in  adva n ce  a c cordin g to th e d e ma nd of  expe rim ent. Th rottle  and   the inje ction  pulse can be  modified by  lean b u rn  ga solin e engi ne  ECU to e n sure the  re qui red   A/F and a  ste ady output  po wer.  Line ar A / F sen s o r   kee p  the e ngine   workin g in th e rig h t ra nge  of  A/F via feedback sig nal.           1. Engine  2.  lean NOx adsorb e r catal y st,   3. TWC   4. Muffler,   5. Temper ature  reg u lator   Figure 1. Sch e matic of exp e rime ntal system in  lean NOx adso r be catalyst in ex hau st pipe       3. Results a nd Discu ssi on  3. 1 The Effe ct of  Differe n t Combina t i on Schemes  of NOx  Ads o rber-redu c tion Cataly st  and Thre e  Wa y  Cataly st on Exhaus t Emission Ch arac teris t ics   The effect s o f  catalyst sy stem arrang e m ent of different schem on NOx emission  and  NOx co nversi on rate  C NOx  were sh own in Figure 2 an d Figure 3.  The x-axis de n o tes the ratio  of  the absol ute lean bu rn ope rating time tlean and the a b sol u te rich condition op erating time trich.  The y-axi s  d enote s  the  concentratio n   of NO x emi s sion  (1 ) an the NOx  co n v ersio n  rate  C NOx   (% ) re sp ectiv e ly As sh owed in  Figure 2, all  of the three  d i ffe rent cataly st arran geme n ts can redu ce NOx   emission of l ean bu rn ga soline engi ne.  The NOx e m issi on is a b out 800 x 10 -6  before catal y st.  After conve r sion, the NOx  emissi on s re duc e sig n ificantly no matter the ratio o f  t lea n  to  t rich . For   example, wh en the ratio  o f  t t l ean  to  t rich  is 200 s:20 s,  NOx emi ssi o n  schem e 1 a nd sche me 2  was   redu ce d to  a bout 3 0 0  x 1 0 -6 lowe r 62. 5%.  NOx em issi on of sch e me 3 red u ced  to   50   1 0 -6 lowe r 9 3 %. The  scheme   3 is  better th an the  sche me 1 a nd  2. And a s  the  absolute time  of   t lean /t rich  decre ase d  from  20 0s: 20 s to  40 s: 4s,  NOx e m issi on  after  catalyzed al so re du ced f r o m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 9 30       Red u ce NO Em ission s by Adsorber-Re ductio n  Catal yst on L e an B u rn Engi ne (Don gpe ng Yu e)  483 300 x 1 0 -6  to 50 x 10 -6  fo scheme  1 a n d  2, an d re du ced f r om  50  x 10 -6  to 15 x  10 -6  for  sc heme  3. The a bov e expe riment  re sults ill um inate that  ca talyst arrang ement a s  three sch e me  can  achi eve better effect of NOx emissi on redu cti on, further more, as the absolute  time of  t lean /t rich   decrea s e d , NOx emission redu ced.           Figure 2. Effects of differe n t  sche m e s  on   NOx emissio n  (n=  1800 r/ min, pe= 0.2  MPa)      These  res u lts c a n be explain as : when t he thre way s   c a talys t  is  loc a ted before the lean  burn  NOx ad sorbe r -red uct i on cataly st, the exhau st  emis s i on enters  three way s  c a talys t  at firs t,  and rea c ts wi th the redu cin g  agent rhodi um. Although  the oxygen is ri ch in the  e x haust ga s, th e   conve r si on  proce s s of  NO x is  re stri cted  to  some  ext ent, and  the   NOx  conve r si on  rate  C NOx  is   decrea s e d . But this arra ng ement ca n re duce the con c entration of O 2 , HC, CO and the ab sol u te  value of NOx emission  ent ering th e lea n  burn  NOx a d s orber-reduc t ion catalys t,  s o  as  to reduc e   the vaca ncy  of oxygen  adsorb ed ,all eviate the lo ad of lea n  b u rn  NOx ad sorbe r -red uct i on  catalyst, a n d   prolo ng t he ti me b e fore  the catalys t ’s  saturation.  While t lean /t ric h  is   c o ns tant, as the   absolute time  of t lean /t ric h  diminishi ng, on  the one ha n d , the absolu t e quality of NOx emi ssi o n  is   small, and the time is  short, so the possi bility of  NOx overflowi ng is little; on the other hand,  there i s   a process of  NOx redu ction i n  every  short time, whi c h make the possibility of  NOx  overflowi ng  smalle r. In the p r o c ess  of NOx  red u ction, all th e NOx a d so rbed  is  alm o st   deoxidi z ed.  Whe n  the e ngine turns t o  lean bu rn  con d ition ag ain, the adsorbe r capa cit y  o f   catalyst i s  en han ced. Th u s , the NOx e m issi on  co n s eque ntially re duces. In oth e r word s, a s   the   absolute time  of t lea n /t ri ch  diminishi ng, the NOx emi ssi on of  t h e cat a ly st  sy st em re duc e s.         Figure 3. Effects of differe n t  sche m e s  on  NOx conve r sion efficien cy C NOx   (n=180 0r/min ,pe=0.2MP a     As sho w n in  Figure 3, the NOx co nversi on rate C NOx   of catalyst arrangem ent of scheme  1 and  2 i s  al most e qual,  but both l e ss than the  NO x conve r satio n  rate  C NOx  of scheme  3.  Not  only su ch, a s   the ab solute t i me of t lean /t ric h  diminishing, t he NOx co nversi on  rate  C NO x  of the thre scheme all in cre a se, the NOx conve r sio n  rate C NOx  schem e 1 enla r ge s from 6 1 .9% (200 s: 20 s)  to 83.5% (40 s : 4s); the NOx conversio n  rate C NOx  of sch eme 2 en large s  from 7 0 % (200 s: 20 s) t o   85.2% (40 s : 4s); a nd the  NOx co nversi on rate  C NOx   x of schem e 3 enlarge s  from 94% (20 0 s:  20s) to 9 7 .3 %(40 s: 4s). T he NOx conv ersi on  rate  C NO x  of sch em e 3 i s  better than the  othe r two   scheme s ; it is mainly beca u se of the di fferent a rra nge ment of the catalysts.     3. 2 The Effe ct of  Differe n t Speed s on Ex haus t Emission Cha r acteristic s  and BSF C   As ab ove, schem e 3  is  the be st  sch e me  amo ng sc h e m e  1 to  sc he me   3 .  U n d e r     scheme 3, th e author  stud ied the effect of di fferent operatio ns o n  BSFC and ex hau s t emissi on   cha r a c teri stics. Figure 4  and Figu re  5 sho w   the  effect of exhaust emi s sio n  and the  NOx  conve r si on ra te  C NOx  in scheme  3 o n  di fferent spee d s  (150 0 rpm,  1800  rpm, 2 500  rpm )  u n d e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 9 30   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 3,  September 20 13:  48 1 – 488   484 the load  bein g  co nsta nt. The x-axis den otes the  ratio  of the ab sol u te lean  burn  operating ti me   t lean  and the absolute ri ch  con d ition op e r ating time t rich . The y-axis  denote s  the  concentratio n   o f   exhau st emi s sion  in clude   CO,  HC an NOx (1 x 1 0 -6 ),  the NOx co nversi on rate  C NOx  (% ) and   the  BSFC res p ectively.   Operating  co ndition s an mode  of the l ean b u rn ga soline e n gin e   are: lo ad  (PM EP) Pe=  0.2 MPa, spe ed are 150 0 rpm,1800  rpm ,  and 2500  rp respe c tively. A/F in lean burn i s  21, a n that of  rich  b u rn  is 12  t le an /t ric h = 10. As sho w n in F i gure 4, wh e n  the ratio of t lea n / t rich  and the  absolute time  of t lean / t ri ch  keep stea dy, as the spe ed of gasoli ne e ngi ne incre a se ( Pe= 0.2 M p a,  the sp eed a r e 150 0 rpm,  1800  rpm, an d 250 0 rpm  resp ectively), i n  the ex hau st  emission  of the  lean bu rn ga solin e engin e ,  the CO,HC  redu ce a nd NOx incre a se slightly. But  with the abso lute   time of t lea n / t ri ch  decrea s ed.         (a)         (b)         (c )     Figure 4. Effects of differe n t  speed on e x haust emi ssi on (Pe =  0.2 MPa)  (a) Effects of different spee ds on CO  emissi o n , (b) Effects of different spe e d s on HC em is sion   (c) Effects of different spee ds on NO x emissi on       The  CO  an d  HC in crea sed b u t NOx  decrea s e d   sli g htly. This is mainly  be ca use  the  spe ed of the lean bu rn ga solin e engin e  incre a sed,  which ma de th e oxygenou s con d ition in the  cylinde r bett e r, that’s b e tter to the su fficient  oxidat ion of CO  a nd HC, so t he CO and  HC  emission  of t he le an b u rn  ga soline  en gine  de cre a sed. Becau s the en gine  a d opt the  the l ean   burn  NOx ad sorbe r -red uct i on catalyst system, the  co nce n tration  of  CO  and  HC  in the emi s si on   of the lean  b u rn  ga soline   engin e  is  a li ttle highe r th an that of p u r e le an b u rn   gasoline  engi ne After the  spe ed of e ngin e  increa se, i n  the ad so rb e r -redu ction  proce s s of le a n  bu rn  ga soli ne   engin e , beca u se the time ratio of lean burn a nd ri ch  burn t lean / t ric h   is a consta nt, the times  of   engin e  o peration  cycle  in t h e same  pe rio d  in crea sed,  whi c will  ma ke th e tem perature  in side  the   cylinde r a little highe r a nd t he con c entration of NOx  incre a sed. But  with the ab sol u te time of t lea n t rich  decre ase d , the times o f  A/F transformed p r o c e ss  in the sa me p e riod i n crea sed an d the to tal  time of engin e  ope ration i n  tran sitional  period i n cre a se d, so the  CO and  HC emission of  the   engin e  incre a s ed. As th e d e crea se of t lean   and t rich  improved th e conversion  rat e  of NOx C NO x  in  ads orb e r - r e d u ct ion  cat a ly st  sy st e m ,  so  t he NOx   e m issi on  d e crea sed with  the decrea se of  the   absolute time  of t lea n    and t ri ch  As sho w n i n   Figure 5,  wh en the  ratio   of t lean / t ric h  keep  stea dy ,the  conve r si o n  rate  of  NOx  C NOx   reache d 94.2% whe n  t lean / t ric h   = 200: 20(n =  150 0 rpm ) . With the increa se of engi ne   spe ed (C NOx   = 9 4 %     whe n  n=  180 0 rpm ,  and  C NOx = 93.8% when  n=  2500  rp m), the co nversi on  rate  of NOx  C NOx   change d  little. This is  mainly be cau s e th e NOx will  in cre a se with  the spe e d   of  engin e  in crea sed,  but the  tempe r atur e o f  exhau st into  the  catalyst  system  ri se  what is the  bette for imp r ove th e oxygeno us  con d ition of t he  cataly st  sy stem a nd th worse  for the  resto r e  of  NO emission.  Wh en the ratio o f  t lea n / t rich  keep steady, the conve r si on ra te of NOx C NOx   ris e  with the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 9 30       Red u ce NO Em ission s by Adsorber-Re ductio n  Catal yst on L e an B u rn Engi ne (Don gpe ng Yu e)  485 decrea s e of t lean / t rich   absol ute time (for example : t lea n / t ri ch   decrea s e from 20 0: 20 to 40: 4).This  is b e cau s e th at the d e crea se  of t lean / t ric h   absolute  time redu ce d t he le ak of  NOx thro ugh l e an   burn  ad so rbe r -redu ction  catalyst syste m  and i m pro v ed the a d so rbility of NOx  emissio n . T he  NOx emi s sio n  of lean  bu rn ga solin e en gine  whi c h a rise sli ghtl y  due to the i n crea se  of sp eed   can  be  imp r o v ed by  sho r ten the  t lean / t ri c h   absolute ti me. So if the  t lean / t ric h   a b s o l u t e  time   k eep  steady, the conversion  rat e  of NOx C NO x  in adso r be r-redu ction  cataly st  sy st e m  redu ce  a lit t l with the spe ed of engi ne  rise. O n  the  contrary, the  conve r si on rate of NOx  C NOx  in adsorber-   reduction  cat a lyst system  will ri se a littl e if   de cre a se  the t lean / t ri ch  absolute time . That is me a n that the incre a sin g  NOx exhau st emissio n  with  the risi ng of spee d can  be improved by decrea s e   of t lean / t ri ch  absolute time.           Figure 5. Effects of differe n t  s peed s on  NOx co nversi on efficien cy C NOx    (Pe=0.2  MPa)          Figure 6. Effects of differe n t  speed s on B S FC  ( Pe= 0 .2MPa)       As sh own in  Figure 6, wh e n  t lean / t rich  an d the ab solut e  time of t lean / t rich  keep ste a d y, if the   spe ed  of en gine  rise(fro m 150 rpm  to 25 00  rp m), BSFC  be   imp r oved.  In other words, the   speed ri sed. But the BSFC will  rise a  l i ttle with the absolute time of t lean / t rich  r e du ce. Analy z ing   this phen ome non, we de e m  that : when t lea n / t rich  keep  steady, if the  absolute tim e  of t lea n / t rich  st a y   the sam e , the turbul en ce  intensity in sid e  cyli nde r of  the lean b u rn  gasoline e n g ine  will larg en  and th com bustio n   con d i t ion will  be  b e tter  what l e ad to  the  sm aller BSFC.  But if  the  spe ed  of  engin e  is mu ch too hig h , the BSFC will  gro w  the  bigg er be cau s e t hat the stren g then movem ent  of air i n si de t he  cylinde r le ad to th e tra n sferre d lo ss of the  qua n tity of heat in side the  cylind e r.   The ra nge  of spee d in thi s  expe riment  belong to th e middle a n d  lowe r ra nge  of the engin e   spe ed,  so th e ri se  of spe ed le ad to th e BSFC  de creased. As th e ab sol u te ti me of t lean / t rich   decrea s e, b e c au se t lean / t ric h   stays at a consta nt that  the pe rcentag e  of the total time of the sa me   lean bu rn g a soline en gine  operating in l ean bu rn a n d  rich  burn co ndition stay at a con s tant  but  the times of  A/F transfo rm ing proc ess i n  the sam e  p e riod i n crea sed and th e total time of engine  operate in tra n sition al pe ri od incre a sed  what la r ge th e BSFC of le an bu rn ga sol i ne engi ne a l i ttle   althoug h not notable.   These result can  be expl a i n as  (comp a r ed to fo ll owi ng loa d  facto r): the im pa ct of the   increa se of le an bu rn g a so line en gine  speed  on  the  exhau st emission  and BS FC of le an b u rn   gasoline  engi ne have to  d o  with the  ra tio and a b sol u te time of t lean / t ri ch.  Whe n  t lean / t ric h  keep   steady, if the  ab solute tim e  of t lean / t rich   stay the  sa me, with th spe ed of  eng ine in crea se,  the  con c e n tration  of CO an HC  will de crease and th at  of NOx in cre a se a little. But with the   absolute time  of t lea n / t rich  d e crea se, the  con c e n tration  of CO and  HC  will incre a se a n d that  of  N O x decr ease a little. When t lean / t ric h  k e ep s t eady, if the abs o lute time of t lean / t ric h    s t ay the same,  with the spe e d  of engine in cre a se(from 1500 rpm  to 2500 rpm), the conve r si on rate of NOx C NO x   in ad sorbe r -redu ction  cata lyst sy stem  d e crea sed littl e, althoug h it’s not n o table .  And the BSFC  of lean burn  gasoline e ngi ne turn b e tter what me a n that the spee d increa sed a n d the BSFC  of  lean bu rn  ga solin e engi ne  decrea s e d . If the absolu t e time of t le an / t ric h   decre ase d , both the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 9 30   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 3,  September 20 13:  48 1 – 488   486 conve r si on rate of NOx C NOx  and the BSFC in ad sorbe r -red uct i on cataly st system wo uld   be   largen.    3. 3 The   Ef fe ct of  Diff ere n t   Lo ads on   Exhaus t Emission Ch ara c teris t ics an d BSFC  Figure 7,  Fig u re  8, an d Fi gure  9  sh ows the   effec t  of  exhaus emis s i on CO, HC,  NOx,  the co nversio n  rate  of NO x C NOx    and the BSFC  at  the sp eed  of  1800  rp m in  schem e 3  o n   different l oad (pe =   0.2 M P a, 0.3  MPa,  and  0.4 MPa ) . the A/F  ratio  of lea n   burn i s  2 1 , the  A/F  of  r e d u c t io n  pr oc es s   is  12 , t le an / t ri c h   = 10.        (a)     (b)       (c )     Figure 7. Effects of differe n t  loads  on ex hau s t emissio n  (n=  1800  rp m)  (a) Effects of different loads  o n  CO  emissio n ,  (b) Effects of  different lo ads  on HC em issio n   (c) Effects of different loads  o n  NO x emiss i o n       As sh own in  Figure 7, wh en t lean / t rich  keep ste ady, if the absol ute  time of t le an / t rich   st ay  the sam e , with the load of  engin e  increa se(0.2  MPa, 0.3 MPa, and  0.4 MPa), the CO an d HC  will decre ase  and that of NOx incre a se . But with the  absolute time  of t l ean / t ric h  d e crea se, the CO   and HC will increa se an d that of NOx decrea s e a littl e. This is mai n ly becau s e t hat the increa se  of engine lo a d  heighte n  the temperature insid e   the cylinde r of the lean bu rn  gasoline en gi ne  what  enh ance the fu el o xygenation  competently and th e in crease of  cyli nder inn e wall   temperature  decrea s e d  th e thickne s s o f  the layer  attach ed to the  wall of  cylind e r, so th e am ount   of HC a d sorb ed by the layer attached t o  the wall  of  cylinde r de creased. At the same time, t h e   increa se  of lo ad, de crea se   the unf i r ed  of  fuel mixture  i n  the  cylind e r. As a  result, the CO  and  HC  will redu ce  when the  load  i n crea se, me a n whil e, t he in cre a se of lo a d  and  tempe r ature i n si de t h e   cylinde we re  favora ble to  the fo rmation   of NOx,  so  as to   N O x inc r ea s e  ; if th e loa d   k e ep   s t e a d y ,   when the abs o lute time of t lean / t ri c h   de crease,  the CO and  HC will  increase and  that of  NOx   decrea s e. T h is is  be cau s e  the de cr ea se of the ab so lute time of t lean / t ri ch  short en the le ngth  of  lean bu rn tim e  that the lean burn catal y st syst em u n dergo ( mayb e the catalyst system ha sn’t  adsorb to saturation ), after that the restore an d reg e neratio n pro c ess in rich b u rn atmo sp h e re  started,  the ti me of th e en gine  ope rate d in th e tra n s ition  co nditi on d u rin g  th e same tim e -lag  increa sed ,which ma de the co ncentration of  CO  and HC a  little bigger, but the NOx  con c e n tration  became  sm aller, it’s   be cause that un der favo r of  t he de crea se  of the ab solu te  time of t lean / t ri c h ,   the NOx  whi c cre a te d in the p r o c ess of lea n  b u rn (which ha s ab so rbe d  i n  the   catalyst by th e alkaline  ea rth in the l e a n  bur n NOx adsorb e r and   re store catal y st  system a n stora ged  in t h e form  of nit r ate)  co nverte d to  N 2  a b solutely in the  re store  atmo sp here,  and  in  the  alkali ne earth of the lean burn  NOx adsorb and re store catalyst sy stem had no  NOx left. All of  these in crea sed the ad sorb cap ability of lean burn  catalyst for NOx in the lean burn  con d ition,  that means th e conve r si on  rate of NOx C NO x  in adsorb e r-red u ctio c a t a ly st  incr ea sed.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 9 30       Red u ce NO Em ission s by Adsorber-Re ductio n  Catal yst on L e an B u rn Engi ne (Don gpe ng Yu e)  487 As sho w n a s  Figure 8, the conve r si on rate of NOx C NOx   in adsorber-re du ction  catalyst   system  have relation with  not  only the absol ute time of t lean / t ri c h   but also the loa d  of the engine  in  the ad so rbe r -redu ction  cat a lyst sy stem.  The  big ger t he lo ad, the   highe r the   NOx emi ssi on,  and   the lo wer the  co nversion  rate of  NOx  C NO x   .when t lean / t rich  keep  st eady, if the  a b sol u te time  of  t lean / t rich   stay the sa me, wit h  the lo ad of   engin e  in cre a s e(n= 18 00 rpm,  pe  i s  0.2  MPa, 0.3 M P a,  and 0.4 MP a  respe c tively), the conve r si on rate  of NOx C NOx   decrease. Wh en l oad i s  0.2 M P a,  the C NOx  is 94%; when  loa d  is 0.3  MPa, the C NOx  is 85%; when  loa d  is 0.4  MPa, the C NOx  is onl y   49% (when t le an / t ric h   = 200:  20). Comp are d  with the in crea se of the  C NOx   cause d   by the de cre a s of the adsorber-re du ctio n  cat a ly st   sy st em’s a b s o lut e  t i me of  t lea n / t rich  , the load of lean  b u rn  gasoline e ngi ne have m u ch more influe nce  on the  C NO x   . The bigger the l oad,  the small e r t he  C NOx . Fortun ately, lean burn conditio n  mainly work  in the opera t ing con d ition  with middle  and   low spee d an d part load.   As sh own in  Figure 9, the  load of en gin e   ha s more i n fluen ce on t h e BSFC. Th e bigge the load, th e better. Thi s  is b e cau s e with the l o ad of en gi ne incre a se, the com b u s tion  temperature   in the  cylind e rise, on  the o ne  ha n d ,  the a c creti o n of l oad  i m prove  the f uel  pulveri zation  what imp r ove  the combu s t i on co nditi on;  on the other hand, the accretio n of loa d   decrea s e  the  engin e  relati vely coolin g l o se  and  pum ping lo se, th e  therm a l effici ency of  engi n e   rise. Be side s,  the accretion  of load improves t he me chani cal efficie n cy of engin e .  The accretio of load improved the the r mal efficie n cy and the  mech ani cal efficien cy, that made the B S FC  better .           Figure 8. Effects of differe n t  loads on  NO x c onversion efficien cy  CNOx (n= 1 800  rpm)          Figure 9. Effects of differe n t  loads on BS FC (n =1 800 rpm)      Whe n  t lean / t ri ch  keep  steady , if the load stay the sa me,  with the ab so lute time of t le an / t ri ch   decrea s e, B S FC ri se  a li ttle, what du e to t hat the  decre ase of  the ab solute  time of t lean / t rich   large n  the total time of engine wo rks in tran sitional o p e rating  con d ition in the sa me time-lag.       4. Conclusio n   Applying th new catalyst  system  comp ose d  of  tradit ional th re way cataly st  converte and ad sorbe r -re du ction ca talyst  co nvert e r whi c h   is desi gne by author studie d   the   effect of  different  sch e mes of  cata lyst co nverte r a r rang eme n t and  different spee ds a nd lo ad s o n   the   exhau st emi s sion  characte ristic and  BSFC of  a lea n  bu rn  ga soli ne e ngine,  we got th e ma in   con c lu sio n s b e low:   1.  Und e r th co ndition of th e s experim en ts, cata ly st co nverter arran gement  sche me 3  whi c h i s   desi gne d by author  ca n achieve the  lowes t  NOx emiss i on of 50 10 -6  and the con v ersio n  rat e   of is the hig h e st to 97.3%.  T herefore, when we  u s l e an  b u rn ad sorbe r  catalyst   combi ned  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 3,  September 20 13:  48 1 – 488   488 with three  ways catalyst to reduce  NOx  em ission in l ean  burn S.I. engi ne, the  scheme that  the lean bu rn  NOx ad sorbe r -redu ction  ca talyst is arran ged after the  TWC sh ould  be ado pt.  2. Whe n   t lean / t ric h  kee p   stead y, if the ab so lute time  of t lean / t rich   stay the  sam e , a s   the spee d o f   gasoline  engi ne in crea sed,  in the  emissi on of  le an b u r n g a soline  e ngine, the  CO, HC redu ce  and NOx in crease slightly, the BSFC  be  improved.  But the chan ge of the con v ersio n  rate  of  NOx i s  n o t n o table.  With t he a b solute ti me of t lean / t ric h   decre ased, the  con c entra tion  of NOx  emission d e crea sed a little ,  and the con v ersio n  rate o f  NOx C NOx   la rgen, so is th e BSFC .  3. Whe n   t lean / t ric h  keep  stead y, if  the abso l ute time of t lean / t rich   stay the sa me, wit h  the load of   engin e  in cre a se s, the  CO an HC  will de cre a se  and th at of  NOx in crea se. But with  the   absolute time  of t lean / t ric h  decrea s e, the  CO a nd HC  will incre a se and that of NOx decrea s a   little, the conversi on rate of NOx C NOx  increa sed a nd th e BSFC  be  g o  to bad.  4. The  C NOx   have rel a tion  with not o n ly the ab solute  time of t lean / t ric h   but al so the  magnitu de o f   the engin e  lo ad. The big g e r the loa d , the high er  NO x emissio n , a nd the lower t he co nversion   rate of NOx   C NOx   , but the BSFC  be  im proved in l e a n  burn NOx  adsorb e r-red u ction  catalyst  sy st em.       Ackn o w l e dg ements   This stu d wa sup port ed by th Nation  Nature Scie nce  Found ation  of Chi n a   (502 760 42, 5 0776 062, 51 2761 28), the  Nation al Hig h  Tech nolo g y Re sea r ch an d Develo pme n Program of Chin (863  Program)  (2 008AA06Z 32 2), an d the   Tianjin  Re se arch Prog ra m of  Applicatio n F ound ation an d Advanc e d  Tech nolo g y (11JCZ DJC2 3 200).       Referen ces   [1]    Hiromistu A n d o , Kazunar i Ku w a h a ra.  A Keynote on F u tur e  Combusti on E ngi nes . SAE Paper.  200 1- 01- 02 48.   [2]    W u  Z  W. An al ysis Ve hicl e   T W C Light-off Characteristi cs on AMESi m Platform.  TELKO M NI KA   Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g.  2012; 1 1 (2):  367-3 72.   [3]    J Stokes, T H  Lake, MJ  Chri stle.  Impr ovin g  the NOx/fue l   econ o m y trad e o ff for gas oli n e  en gin e  w i th   CCVS com b us tion system . SAE paper. 1 9 9 4 ; 9404 82.   [4]    JE Parks, Vitaly  Prikhodko,  William P a rtrid ge, Jae-Soon  Choi, K e vin  Norman, Shean Huff, Paul  Cham bon. L e a n  Gasol i ne E n gin e  Re ducta n t  Chem istr y D u rin g  Le an NO x T r ap Re gen eratio n. SAE   Paper. 20 10- 0 1 -22 67.   [5]    Che n  T ao, Xie  Hui, Li  Le, Yu  W e i-fei, Z han g   Song, Z h a o  H ua. Com bustio n  Mod e  T r ansition  bet w e e n   HCCI an d SI in Load T r ansitio n.  Journa l of T i anji n  Un iversity . 2012; 45( 4): 367-3 72.   [6]    Grant Lumsd e n , Davi d Edd l e s ton, Rich a rd  Sk y e s.  C o mp a r ing L e a n  Bur n  and EGR . SA E pap er. 19 97;  970 50 5.  [7]    Ma Z ,  W ang X. Influ ence  of F uel Inj e ction o n  Gas o lin e En gi ne  Performanc e. TEL K OMNIKA  T e leco mmunic a tion C o mputi n g Electron ics a nd Co ntrol . 20 12; 11(4): 3 67- 372.   [8]    He Ban g q uan, Du Yin w e i . Si mulati on of the C har acteristi cs of Exha ust Gas F l o w  in  the Exhaus t   S y stem  of a  C o mpress ed  Na tural Gas E ngi ne Ig nited  Eac h  C y l i nd er at t he F i rst C y cl Durin g  Start.   Journ a l of T i an jin Un iversity ( S cienc e an d T e chn o lo gy).  20 13; 46(1): 8 7 -9 4.  [9]    Gregor D, Ma rshall  RA, Ev e s  B, De arth M,  He pbur n JS,   Broga n MS, S w a l l o w   D.  Ev ol ution  of  lea n   NOx-traps on  PF I and DISI lean bur n veh i cle s . SAE Paper.199 9-01- 34 98.   [10]  W  Strehlau, J  Le yrer, ES L o x . L ean  NOx c a ta l y sis to  gas olin e fue l e d  E u rop ean  cars.    Autom o tive  Engi neer in g . 1997; 10 5(2): 13 3-13 5.  [11]  Liu  Lei, L i  Z h i j un, Yu e Do n gpe ng, Z h a n g  Ho n g y an g, C han g Qing, M a  Xia oqi an g, Lin Ma nq un.   Simuli nk-b ase d  Simu lati ons  of L N T  S y stem of  Lea Burn Gas o li ne  Eng i ne.  J our nal  of T i a n ji n   Univers i ty (Science a nd T e ch nol ogy) . 20 13; 46(1 2 ): 67-7 2 [12]  Li Z h ij un, Z h a ng Gua n g y u,  Liu S hul ia ng.  An El ectro n ic  Contro l S y ste m  Devel opm e n t of Red u ci ng   NOx Emiss i o n  in a Qu asi _ Homo gen eo us  Lea n Bur n   Gasoli ne En gi ne.  Jour na l of  Co mb ustion  Scienc e And T e chn o lo gy.  200 4; 10(5): 40 0-4 04.   [13]  Gieshoff J, Pfeifer M.  Advanc ed Ur ea SC Catalysts for A u tomotive A p p l icatio ns . SAE  Paper. 2 0 0 1 - 01-0 514.   [14]    Matsumoto S.  DeNO x cata l y s t  for automotiv e le an- burn  en gin e [J].  Cataly sis today . 199 6;  29(1): 43- 45.   [15]  Ga w a d e  P, Alexan der A M C, Silver R. Effe ct of Engine  Exh aust Par a meters on the  H y droth e rma l   Stabil i t y  of H y drocar bon-S e l e ctive Cata l y t i c R educti on (SCR) Catal y st s for Lean-Bu rn S y stems.   Energy & F uel s . 2012; 26( 12) : 7084-7 0 9 1 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.