L5.- ecirculación de gases de escape OBJETIVOS Justificar el empleo de la recirculación de gases de escape en los MCIA Conocer las arquitecturas de las principales soluciones tecnológicas Identificar las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas Analizar el problema del acoplamiento EG alta presión-sistema de sobrealimentación Conocer los niveles actuales de EG y las tendencias L5.- ecirculación de gases de escape CONTENIDO Introducción Niveles habituales de EG EG interno EG externo esumen INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO
L5.- ecirculación de gases de escape INTODUCCIÓN En los motores actuales no sólo se controla la cantidad de aire (presión en el colector), sino la composición del mismo Mediante la recirculación de los gases de escape (EG), es posible modificar la concentración de oxígeno en la cámara de combustión Afecta de forma determinante a la combustión y a las emisiones ( NOx, partículas) NOx/NOx0 [ppm/ppm] Model :NOx=1.051*exp(-0.5954*CO2) 2 = 0.9627 [0 2 ] INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO L5.- ecirculación de gases de escape TASA DE EG Y NIVELES HABITUALES Aunque el factor determinante es la concentración de oxígeno, suele definirse la tasa de EG: CO2 CO2 EG m m m CO CO egr egr adm atm total egr aire 2 esc 2 atm Es una técnica empleada tanto en MEP como en MEC En MEP suelen emplearse bajos niveles de EG (5-20%). El EG, además de disminuir la producción de NOx, permite disminuir el cierre de la mariposa INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO
L5.- ecirculación de gases de escape TASA DE EG Y NIVELES HABITUALES El gas recirculado, generalmente, debe refrigerarse para evitar el efecto de estrangulamiento térmico p in V T mt a a egrt egr T tot a egr v T tot INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO L5.- ecirculación de gases de escape TASA DE EG Y NIVELES HABITUALES PME [bar] Niveles actuales de EG en motores diesel 20 15 10 tasa de EG [%] 50 40 30 20 PME [bar] 25 20 15 10 tasa de EG [%] A B C 30 25 20 15 5 10 5 10 5 0 1000 2000 3000 4000 régimen de giro [rpm] 0 0 1000 1500 2000 régimen de giro [rpm] A plena carga no se emplea en vehículos ligeros (MEP ni MEC) INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO
L5.- ecirculación de gases de escape EG INTENO Concepto: aumentar los residuales en cámara Cierre temprano válvula de escape Apertura válvula de escape durante la admisión Apertura válvula de admisión durante el escape Un sistema de distribución variable flexible puede hacer EG interno fácilmente (MEP) Problema: dificultades para refrigerar el gas recirculado INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO L5.- ecirculación de gases de escape EG EXTENO - ALTA PESIÓN Arquitectura: Válvula de control Montada en el lado de admisión o escape Problemas térmicos y de ensuciamiento Intercambiador de calor gas-agua Puede llevar un bypass en el lado de agua Puede integrarse con la válvula INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO
L5.- ecirculación de gases de escape EG EXTENO - ALTA PESIÓN Problemática (I): diferencia de presión p 2 -p 3 no siempre favorable en motores sobrealimentados. Especialmente en motores grandes (alto η C ) Soluciones: estrangulamiento admisión venturi sistemas de aprovechamiento de pulsos (láminas...) presión [bar] plena carga 1600 rpm 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 0 180 360 540 720 ángulo de cigüeñal [º] INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO L5.- ecirculación de gases de escape EG EXTENO - ALTA PESIÓN F EG, Problemática (II): Interacción con la sobrealimentación CO 2,int Opening EG Closing VGT const. x VGT const. x EG m a INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO
L5.- ecirculación de gases de escape EG EXTENO - ALTA PESIÓN Problemática (II): interacción con la sobrealimentación EG, VGT [%] 100 50 EG VGT 0 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 1.25 1.2 1.15 p [bar] 1.1 1.05 1 0.95 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 time [s] INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO L5.- ecirculación de gases de escape EG EXTENO - ALTA PESIÓN Problemática (III): Dispersión en la composición del gas admitido por los diferentes cilindros INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO
L5.- ecirculación de gases de escape EG EXTENO - BAJA PESIÓN Arquitectura: TGV sistemas postratamiento Válvula contrapresión válvula EG enfriador Ventajas: altas tasas de EG, EG frío, mezcla homogénea, poca interacción con la sobrealimentación Inconvenientes: corrosión ácida, condensaciones, alta temperatura salida del compresor Sistema en estudio y probable implantación (EUO VI) INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO L5.- ecirculación de gases de escape ESUMEN La recirculación de gases de escape es un método habitual para el control de las emisiones de NOx mediante el control de la composición del gas Dependiendo del tipo de motor y punto de funcionamiento, el porcentaje de EG puede superar el 50% Existen varios métodos para realizar EG EG interno: Tasas moderadas de EG No permite refrigerar la carga EG externo alta presión: Método habitual para altas tasas de EG Acoplamiento con el sistema de sobrealimentación EG externo baja presión: Altas tasas de EG, buena refrigeración Problemas de corrosión ácida por condensaciones INTODUCCIÓN NIVELES DE EG EG INTENO EG EXTENO
L5.- ecirculación de gases de escape BIBLIOGAFÍA. van Basshuysen y F. Schäfer "Internal Combustion Engine Handbook: Basics, Components, Systems and Perspectives" (Caps. 10, 19.4, 21) L5.- ecirculación de gases de escape EJECICIO Deducir el acoplamiento entre un motor con EG (de alta presión) y un turbocompresor con intercooler n V p motor motor v, motor T 2 2Tint comp 1 EG motor T 1 EG V n T p 1 motor 1 2 comp v, motor T p1 2Tint p1