Gasoline engine performance simulation of water injection and low-pressure exhaust gas recirculation using tabulated chemistry

Tim Franken, Fabian Mauss, Lars Seidel, Maike Sophie Gern, Malte Kauf, Andrea Matrisciano, Andre Casal Kulzer

First published: 4 July 2020

Abstract

This work presents the assessment of direct water injection in spark-ignition engines using single cylinder experiments and tabulated chemistry-based simulations. In addition, direct water injection is compared with cooled low-pressure exhaust gas recirculation at full load operation. The analysis of the two knock suppressing and exhaust gas cooling methods is performed using the quasi-dimensional stochastic reactor model with a novel dual fuel tabulated chemistry model. To evaluate the characteristics of the autoignition in the end gas, the detonation diagram developed by Bradley and co-workers is applied. The single cylinder experiments with direct water injection outline the decreasing carbon monoxide emissions with increasing water content, while the nitrogen oxide emissions indicate only a minor decrease. The simulation results show that the engine can be operated at λ = 1 at full load using water–fuel ratios of up to 60% or cooled low-pressure exhaust gas recirculation rates of up to 30%. Both technologies enable the reduction of the knock probability and the decrease in the catalyst inlet temperature to protect the aftertreatment system components. The strongest exhaust temperature reduction is found with cooled low-pressure exhaust gas recirculation. With stoichiometric air–fuel ratio and water injection, the indicated efficiency is improved to 40% and the carbon monoxide emissions are reduced. The nitrogen oxide concentrations are increased compared to the fuel-rich base operating conditions and the nitrogen oxide emissions decrease with higher water content. With stoichiometric air–fuel ratio and exhaust gas recirculation, the indicated efficiency is improved to 43% and the carbon monoxide emissions are decreased. Increasing the exhaust gas recirculation rate to 30% drops the nitrogen oxide emissions below the concentrations of the fuel-rich base operating conditions.

Read more

Privacy Policy & Cookie Settings 

We use cookies to provide you with the best possible content and functionality on our website. We also use cookies for analysis purposes. 

Go to the Privacy Policy and Cookie Settings. 

Agree with allOnly allow necessary cookies

Privacy policy & Cookie settings 

Please note that technically necessary cookies must be set in order to maintain the functionality of our website, as described in our privacy policy. We only use cookies for analysis purposes with your consent. Further details, in particular regarding the storage period and recipients, can be found in our privacy policy. You can adjust your selection in the cookie settings. 

PHP Sitzung
Das Cookie PHPSESSID ist für PHP-Anwendungen. Das Cookie wird verwendet um die eindeutige Session-ID eines Benutzers zu speichern und zu identifizieren um die Benutzersitzung auf der Website zu verwalten. Das Cookie ist ein Session-Cookie und wird gelöscht, wenn alle Browser-Fenster geschlossen werden.
Google Maps
Google Maps ist ein Karten-Dienst des Unternehmens Google LLC, mit dessen Hilfe auf unserer Seite Orte auf Karten dargestellt werden können.
YouTube
YouTube ist ein Videoportal des Unternehmens Google LLC, bei dem die Benutzer auf dem Portal Videoclips ansehen, bewerten, kommentieren und selbst hochladen können. YouTube wird benutzt um Videos innerhalb der Seite abspielen zu können.
Vimeo
Vimeo ist ein Videoportal des Unternehmens Vimeo, Inc., bei dem die Benutzer auf dem Portal Videoclips ansehen, bewerten, kommentieren und selbst hochladen können. Vimeo wird benutzt um Videos innerhalb der Seite abspielen zu können.
Google Analytics
Google Analytics installiert die Cookie´s _ga und _gid. Diese Cookies werden verwendet um Besucher-, Sitzungs- und Kampagnendaten zu berechnen und die Nutzung der Website für einen Analysebericht zu erfassen. Die Cookies speichern diese Informationen anonym und weisen eine zufällig generierte Nummer Besuchern zu um sie eindeutig zu identifizieren.
Matomo
Matomo ist eine Open-Source-Webanwendung zur Analyse des Nutzerverhaltens beim Aufruf der Website.