Universitat Politècnica de València Julio 2016 DEFENSA TRABAJO FIN DE GRADO EN INGENIERÍA AEROESPACIAL: CARACTERIZACIÓN DE LA OXIDACIÓN DE HOLLÍN EN UN MOTOR DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN AUTOR: Maria Baviera Frechina TUTOR: Dr. Antonio García Martínez Universitat Politècnica de València CMT Motores Térmicos

CONTENIDO Introducción Objetivos Metodología Resultados: Conclusiones Condiciones de operación y motor Método de dos colores Herramientas teóricas: Apparent Combustion Time Resultados: Influencia de Swirl, EGR, CA50, 𝜑 𝑃𝑀𝑆 , 𝑇 𝑎𝑑𝑚 y 𝑃 𝑖𝑛𝑦 en la oxidación del hollín Tiempo de vida media de la oxidación del hollín y la capacidad de mezcla Conclusiones

Emisiones de hollín  balance INTRODUCCIÓN Investigación de MCIA centrada en ↑ eficiencia y ↓ emisiones: Diferentes estrategias: nuevos modos de combustión, downsizing, optimización de ciclo indicado y reducción de la transferencia de calor dentro del cilindro. La radiación de hollín  fuente significante de pérdidas: Hasta un 0.5 - 10% de la energía química generada Hasta un 11 - 40% de las perdidas por transferencia total de calor Relación entre geometría del motor, condiciones de operación y radiación  No es completa Emisiones de hollín  balance Proceso de formación Proceso de oxidación

Mejor comprensión de la oxidación del hollín. En particular… OBJETIVOS Mejor comprensión de la oxidación del hollín. En particular… Evaluar el impacto de: La oxidación del hollín ↔ la tasa de mezcla en la llama de difusión… Definir y evaluar un estimador de la capacidad de mezcla para relacionarlo con un trazador representativo de la oxidación de hollín dentro del cilindro Swirl EGR Tiempos de inyección Densidad dentro del cilindro Presión de inyección Temperatura de admisión … en el proceso de oxidación del hollín.

METODOLOGÍA: Condiciones de operación Motor 1.9L Diesel GM Calibración  EURO IV Sistema de inyección common-rail Bosch Condiciones de operación: Volumen desplazado 1900 cc Carrera 90.4 mm Relación de compresión 17.5:1 Potencia máx. [kW] 110 @4000rpm Par máx. [Nm/mi n −1 ] 320 / 2000-2750 2000rpm@2bar, 2000rpm@5bar, 1500rpm@8bar, 1500rpm@14bar SN [-]  1.4 - 3 EGR [%]  0 - 27 CA50 [º dPMS]  6 - 20 2000rpm@2bar, 2000rpm@5bar 𝜑 𝑃𝑀𝑆 [kg/ 𝑚 3 ]  18 - 26 𝑇 𝑎𝑑𝑚 [K]  303 - 333 𝑃 𝑖𝑛𝑦 [bar]  400 - 800

METODOLOGÍA: Método de dos colores 2C se basa en la radiación del hollín dentro de la llama Diesel 𝐼 𝑠𝑜𝑜𝑡  dos longitudes de onda  Sonda optoelectrónica: AVL VisioFem 𝐼 𝑠𝑜𝑜𝑡 𝜆,𝑇,𝐾𝐿 = ɛλ · Ib,λ 𝐼 𝑠𝑜𝑜𝑡 𝝀,𝑻,𝑲𝑳 = 1−𝑒𝑥𝑝 − 𝑲𝑳 𝝀 𝛼 · 1 𝜆 5 · 𝑐 1 exp 𝑐 2 𝝀 𝑻 −1 Fotodiodos: Intensidad de luz Señal de voltaje

METODOLOGÍA: Herramientas teóricas Apparent Combustion Time (ACT) ACT dualidad entre POC y POI: Tiempo necesario para que el combustible inyectado este listo para quemar 𝐴𝐶 𝑇 −1 Trazador de mezcla

RESULTADOS: Efecto del SN en la oxidación del hollín Análisis del KL Fin inyección combustible  oxidación de hollín gobierna la evolución de KL SN ↑  𝑡 1/2 ↓  Oxidación ↑ Cuantificar la oxidación de hollín en ultima etapa de combustión  tiempo de vida media 𝐾𝐿=𝑐· 𝑒 − ln 2 · 𝑋 𝐶𝐴𝐷 𝑡 1/2

RESULTADOS: Efecto del SN en la oxidación del hollín Análisis del 𝐴𝐶 𝑇 −1 SN ↑  𝑡 1/2 ↓  Capacidad mezcla ↑ Cuantificar la capacidad de mezcla tiempo de vida media 𝐴𝐶𝑇 −1 =𝑏· 𝑒 − ln 2 · 𝑋 𝐶𝐴𝐷 𝑡 1 2

Efecto del EGR Y CA50 en la oxidación del hollín Análisis conjunto del KL y del 𝐴𝐶 𝑇 −1 Mismo procedimiento Variación de EGR EGR ↑  Oxidación hollín ↓ Menor disponibilidad de oxigeno Mismas tendencias ambos parámetros Variación de CA50 CA50 ↑  Oxidación hollín ↓ Menor disponibilidad de oxigeno

Efecto de 𝜑 𝑃𝑀𝑆 , 𝑇 𝑎𝑑𝑚 y 𝑃 𝑖𝑛𝑦 en la oxidación del hollín Análisis conjunto del KL y del 𝐴𝐶 𝑇 −1 ↑ 𝜑 𝑃𝑀𝑆 , ↑ 𝑇 𝑎𝑑𝑚 , ↑ 𝑃 𝑖𝑛𝑦 Oxidación hollín ↑ Capacidad de mezcla↑

𝒕 𝟏/𝟐 de la oxidación de hollín y capacidad de mezcla Relación entre ambos trazadores ( 𝑡 1/2 𝐾𝐿 y 𝑡 1/2 𝐴𝐶 𝑇 −1 ): Variaciones de SN, EGR y CA50: Variaciones de 𝜑 𝑃𝑀𝑆 , 𝑇 𝑎𝑑𝑚 y 𝑃 𝑖𝑛𝑦 : Solidez de la metodología: Proceso de mezcla se alarga (SN ↓ , EGR ↑ , CA50 ↑, 𝜑 𝑃𝑀𝑆 ↓, 𝑇 𝑎𝑑𝑚 ↓ y 𝑃 𝑖𝑛𝑦 ↓)  Proceso de oxidación de hollín disminuye

𝒕 𝟏/𝟐 de la oxidación de hollín y capacidad de mezcla Ajuste lineal de todos los puntos de funcionamiento y todas la variaciones paramétricas Modelo predictivo 𝑡 1 2 𝐾𝐿 =𝐴· 𝑡 1 2 𝐴𝐶𝑇 −1 −𝐵

CONCLUSIONES Se ha utilizado el concepto de tiempo de vida media de una exponencial para estimar la tasa de oxidación y el proceso de mezcla. 𝑡 1/2 𝐴𝐶 𝑇 −1 aumenta y por lo tanto la capacidad de mezcla empeora cuando SN↓ , EGR ↑ , CA50 ↑, 𝜑 𝑃𝑀𝑆 ↓, 𝑇 𝑎𝑑𝑚 ↓ y 𝑃 𝑖𝑛𝑦 ↓ Al aumentar la carga el proceso de mezcla se alarga Se ha obtenido una correlación para obtener el proceso de oxidación mediante medidas experimentales (tasa de inyección y liberación de calor) sin necesidad de acceso óptico

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Universitat Politècnica de València Julio 2016 DEFENSA TRABAJO FIN DE GRADO EN INGENIERÍA AEROESPACIAL: CARACTERIZACIÓN DE LA OXIDACIÓN DE HOLLÍN EN UN MOTOR DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN AUTOR: Maria Baviera Frechina TUTOR: Dr. Antonio García Martínez Universitat Politècnica de València CMT Motores Térmicos

PRESUPUESTO Concepto Unidades Precio(€) Importe(€) Reuniones 1 205.59 Estudio bibliográfico 6018.15 Realización ensayos y adquisición de datos 31652.19 Procesado de datos 1989.65 Material fungible 156.00 Redacción del proyecto 709.85  TOTAL  - - 40731.43 El precio del presente proyecto asciende a un total de 40.731,43 €.