elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

Impact of cylinder deactivation on fuel efficiency in off-road heavy-duty diesel engines during high engine speed operation

Kakani, Raghav und Ahmad, Zar Nigar und Willoughby, Audrey und Adekanbi, Michael und Holloway, Eric und Shaver, Gregory und Evers, Matt und Loesch, Adam und McClurg, Josiah und Bagal, Nilesh und McCarthy, James und Roberts, Leighton und Gosala, Dheeraj B (2024) Impact of cylinder deactivation on fuel efficiency in off-road heavy-duty diesel engines during high engine speed operation. Applied Thermal Engineering, 257. Elsevier. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2024.124333. ISSN 1359-4311.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Kurzfassung

Off-road heavy-duty diesel engines are equipped with complex aftertreatment systems to meet the stringent EPA Tier 4 emission standards. Traditionally, the thermal management of the aftertreatment system, aimed at efficiently reducing tailpipe emissions, involves controlling engine exhaust flow and temperature. However, this approach often leads to inefficient engine operation, especially in the low to mid-load regions, resulting in higher fuel consumption. Prior studies have highlighted the potential of cylinder deactivation (CDA) in reducing fuel consumption and increasing the exhaust temperature for thermal management in on-road applications. As the significance of controlling greenhouse gas (GHG) emissions from off-road machinery comes into focus, this study aims to experimentally demonstrate the fuel efficiency benefits and efficient aftertreatment thermal management achieved through CDA during high-speed operation on a Tier 4 level off-road heavy-duty diesel engine. In a typical off-road duty cycle, such as Non-Road Transient Cycle (NRTC), about 82.5% of cycle’s energy is produced in the engine speed range of 1750-2200 rpm, prompting investigation into the impact of CDA during high-speed operations. CDA results in airflow reductions and increased exhaust gas temperatures due to lower air-fuel ratio (AFR). The reduced airflow operation minimizes pumping work, allowing for higher open cycle efficiency, and thereby translating into lower fuel consumption. The study reveals a new finding: fuel benefits from CDA extend over a larger load range (up to 8.3 bar BMEP) during high-speed operation in off-road heavy-duty engines compared to findings in on-road heavy-duty engines. This phenomenon can be attributed to sufficient oxygen inducted during CDA operation, resulting from similar turbocharger speeds compared to all-cylinder firing operation, especially at high-loads, thereby maintaining particulate matter (PM) concentration within prescribed constraints. Steady-state test results demonstrate a reduction in fuel consumption from 33.7% at 0.4 bar to 1.4% at 8.3 bar BMEP, at 2100 rpm engine speed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206415/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impact of cylinder deactivation on fuel efficiency in off-road heavy-duty diesel engines during high engine speed operation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kakani, RaghavPurdue UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ahmad, Zar NigarPurdue UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Willoughby, AudreyPurdue UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Adekanbi, MichaelPurdue UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Holloway, EricPurdue UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shaver, Gregorygshaver (at) purdue.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Evers, MattJohn DeereNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Loesch, AdamJohn DeereNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
McClurg, JosiahJohn DeereNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bagal, NileshEatonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
McCarthy, JamesEatonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roberts, LeightonEatonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gosala, Dheeraj Bdheeraj.gosala (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4098-1603NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 September 2024
Erschienen in:Applied Thermal Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:257
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2024.124333
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-4311
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cylinder deactivation Off-road diesel engine High-speed operation Open cycle efficiency Fuel economy Diesel aftertreatment system Exhaust thermal management
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Geesthacht
Institute & Einrichtungen:Institut für Maritime Energiesysteme > Energiekonverter und -systeme
Hinterlegt von: Gosala, Dr. Dheeraj B
Hinterlegt am:23 Sep 2024 12:19
Letzte Änderung:23 Sep 2024 13:35

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.