ANÁLISIS DEL EFECTO DE GEOMETRÍAS NOVEDOSAS DE TOBERA EN EL PROCESO DE COMBUSTIÓN DIÉSEL

Transcripción

1 UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIERIA DEL DISEÑO ANÁLISIS DEL EFECTO DE GEOMETRÍAS NOVEDOSAS DE TOBERA EN EL PROCESO DE COMBUSTIÓN DIÉSEL Mehdi Yaakoubi Tutor: Dr. Joaquín De La Morena

2 ÍNDICE Introducción Herramientas experimentales y teóricas Metodología Estudios y resultados Conclusiones y trabajos futuros Bibliografía

3 INTRODUCCIÓN Problemática de contaminación Normas cada vez mas estrictas Necesidad de investigar y comprender mejor el proceso de combustión diésel NOx lluvia acida CO 2 Efectos invernaderos Hidrocarburos Problemas salud Par culas de hollín Problemas salud OBJETIVO: Preocupación de los fabricantes Renault cree que el uso de la tecnología diésel terminará siendo inviable por las exigencias de emisión europeas Fuente: Expansión Investigar y encontrar soluciones para cumplir dichos requisitos

4 OBJETIVOS Investigar toberas novedosas Efectos sobre la ley de liberación de calor Efectos sobre los gases de escape Tobera estándar STD 9 orificios Tobera nuevas MOD 8 y 9 orificios

5 Herramientas experimentales y teóricas Motor de investigación: Motor Diésel GM 4 tiempos y 4 cilindros Cilindrada: 1595 cc Montado en varios vehículos: Opel Astra, Vectra, Insigna, Zafira Herramienta teórica: CALMEC

6 Herramientas experimentales y teóricas Requisitos del CALMEC: Caracterización del motor Variables instantáneas Variables medias Datos geométricos del motor Arrastre del motor Relación de compresión Deformación mecánicas Determinación del PMS Transferencia de calor Revoluciones del motor Gasto másico de aire, EGR y Combustible Presión en la cámara de combustión Pulsos de inyección Temperatura del liquido refrigerante

7 Herramientas experimentales y teóricas SALA DE ENSAYOS E INSTRUMENTACION: Sala de ensayos: Sala de ensayos Nº 8 del CMT

8 Herramientas experimentales y teóricas Instrumentación: Freno dinamométrico Analizador de gases: Horiba MEXA7100 Opacímetro Balanza de combustible Adquisición datos: AVL Puma y Yokogawa Sensor de presión de la cámara de combustión Codificador angular y otros sensores

9 Metodología Puntos de funcionamiento 1250 rpm y 2 bar pme 25.5 Nm 2000 rpm y 5 bar pme 63.6 Nm 2000 rpm y 8 bar pme Nm 1500 rpm y 14 bar pme Nm Barridos ECU: EGR Presión del raíl Presión de admisión Angulo de avance Cantidad inyectada Tiempo entre inyecciones

10 Metodología Comprobaciones de la igualdad de las masas inyectadas: Diferencias en las masas inyectadas para cada inyector Necesidad de corregirlas Mapa ET [µs]: RP vs IQ

11 Metodología Dos metodologías para ajustar el mapa ET Metodología 1 Metodología 2 Balanza de combustible Datos de caracterización de estudios anteriores

12 Metodología Mapa ET final para los 3 inyectores Puntos 9 orificios standard 9 orificios MOD metodología 1 9 orificios MOD (2) Final R2 R1 M A1 R2 R1 M A1 R2 R1 M A1 1250x x x x Pulsos: R2 R1 M A1 Tiempo

13 Metodología Ley de liberación de calor: 1250x2 (base) vs 1250x2 (QR1.8) Necesidad de incrementar la QR de (+0.6 mm 3 /st) para igualar la LLC y la presión CC A pesar de este incremento, los inyectores MOD siguen teniendo una combustión menor de la piloto

14 Estudios y resultados Ley de liberación de calor: 1250x2 (QR1.8) vs 2000x5 (QR2.1) Necesidad de incrementar la QR de (+0.6 mm 3 /st) para igualar la LLC y la presión CC A pesar de este incremento, los inyectores MOD siguen teniendo una combustión menor de la piloto

15 Estudios y resultados 1250x2: Barrido EGR Standard 9 MOD 9 1 MOD 9 final Después del ajuste de la ley de liberación de calor con la corrección del mapa ET final, ambos inyectores (MOD y STD) muestran una combustión y emisiones similares, con una ligera mejora de las emisiones de hollín

16 Estudios y resultados 2000x5: Barrido EGR Standard 9 MOD 9 1 MOD 9 final Niveles mas bajos de hollín y HC para los inyectores MOD con una deterioración en el ruido y la temperatura de escape

17 Estudios y resultados 2000x8: Barrido EGR MOD 8 orificios MOD 9 orificios final Los inyectores MOD 8 muestran una combustión similar a la del MOD 9 con una mejora en los HC y el hollín

18 Estudios y resultados 1500x14: Barrido EGR MOD 8 orificios MOD 9 orificios final Los inyectores MOD muestran una ligera mejora Consumo, HC y EMT, con emisiones similares de NOx y hollín

19 Estudios y resultados Sensibilidad al parámetro: EGR Los inyectores MOD 9 tienen menor sensibilidad a las emisiones de hollín frente al EGR a bajas cargas y al ruido a altas cargas

20 Conclusiones y trabajos futuros Podemos concluir que: Los inyectores MOD muestran una combustión diferente en las cantidades pequeñas de combustible inyectadas como es el caso de las inyecciones piloto Los inyectores MOD tienen una gran capacidad para mejorar las emisiones de hollín y NOx comparados con los STD Generalmente el consumo de combustible y el ruido de combustión son similares para ambos inyectores STD y MOD Los inyectores MOD 9 tienen mejores prestación para las emisiones frente a los MOD 8. Para el resto de parámetros, ambos actúan aproximadamente de la misma manera. Comparando los inyectores MOD 8, los MOD 9 son menos sensibles al avance de inyección en términos de ruido. A bajas cargas, los inyectores MOD muestran una mejora en las emisiones de hollín frente a la tasa de EGR. Los inyectores MOD 9 son menos sensibles a la presión de rail en términos de ruido: es posible incrementar la presión del rail y tener mejoras en las emisiones.

21 Conclusiones y trabajos futuros Trabajos futuros: MOD Menos sensibilidad al ruido frente a la presión del raíl Menos sensibilidad al ruido frente al avance a la inyección Gran potencial para mejorar las emisiones de contaminantes sobre todo para el hollín y los HC inquemados. Otros ensayos con mayores presiones de inyección podrían mejorar todavía más sus prestaciones sin perjudicar el ruido además de otros parámetros como el SOI y la tasa de EGR. Investigar otras geometrías de tobera

22 Bibliografía F. PAYRI Y J. M. DESANTES. Motores de combustión interna alternativos. Editorial Reverte, R.PAYRI, F.J.SALVADOR, J.GIMENO, JOAQUÍN DE LA MORENA. Effects of nozzle geometry on direct injection diesel engine combustion process JOAQUÍN DE LA MORENA. Estudio del comportamiento del chorro diésel en campo próximo PAYRI, R., F. SALVADOR, J. GIMENO, Y J. DE LA MORENA. Macroscopic Behavior of Diesel Sprays in the Near Nozzle Fiels. Martín J. Aportación al diagnóstico de la combustión en motores Diésel de inyección directa. Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Valencia, Valencia, 2007.

23 Muchas gracias

24 Metodología Original Std Original MOD Modified MOD

25 Chorro diésel: