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

COMBUSTIÓN DIÉSEL

Mehdi Yaakoubi

Tutor: Dr. Joaquín De La Morena

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIAESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIERIA DEL DISEÑO

ÍNDICE

Introducción

Herramientas experimentales y teóricas

Metodología

Estudios y resultados

Conclusiones y trabajos futuros

Bibliografía

INTRODUCCIÓN

Problemática de contaminación

Normas cada vez mas estrictas

Necesidad de investigar y comprender mejor el proceso de combustión diésel

“Renault cree que el uso de la tecnología diésel terminará siendo inviable por las exigencias de emisión europeas” Fuente: Expansión

NOx → lluvia acida

CO2 → Efectos invernaderos

Hidrocarburos → Problemas salud

Par culas de hollín → Problemas salud

Preocupación de los fabricantes

OBJETIVO:

Investigar y encontrar soluciones para cumplir dichos requisitos

OBJETIVOS

Investigar toberas novedosas

Efectos sobre la ley de liberación de calor

Efectos sobre los gases de escape

Tobera estándar → STD9 orificios

Tobera nuevas → MOD8 y 9 orificios

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

Herramientas experimentales y teóricas

Requisitos del CALMEC:

Caracterización del motor

Variables instantáneas

Variables medias

Datos geométricos del motorArrastre del motor

• Relación de compresión• Deformación mecánicas• Determinación del PMS• Transferencia de calor

Presión en la cámara de combustión

Pulsos de inyección

Revoluciones del motor

Gasto másico de aire, EGR y Combustible

Temperatura del liquido refrigerante

Herramientas experimentales y teóricas

SALA DE ENSAYOS E INSTRUMENTACION:

Sala de ensayos:

Sala de ensayos Nº 8 del CMT

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…

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 → 101.9 Nm

1500 rpm y 14 bar pme → 178.3 Nm

Barridos ECU:

EGR

Presión del raíl

Presión de admisión

Angulo de avance

Cantidad inyectada

Tiempo entre inyecciones

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

Metodología

Dos metodologías para ajustar el mapa ET

Balanza de combustible Datos de caracterización de estudios anteriores

Metodología 1 Metodología 2

Metodología

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

1250x2 246 260 289 246 258 271 310 258 279 287 292 260

2000x5 210 210 377 203 219 219 411 212 236 236 380 216

2000x8 193 199 495 193 227 233 500 227 227 233 500 227

1500x14 181 185 743 0 199 203 750 0 199 203 750 0

Mapa ET final para los 3 inyectores 

R2                 R1                           M                          A1Pulsos:

Tiempo

Metodología

Necesidad de incrementar la QR de (+0.6 mm3/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

Ley de liberación de calor: 1250x2 (base) vs 1250x2 (QR1.8)

Estudios y resultados

Necesidad de incrementar la QR de (+0.6 mm3/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

Ley de liberación de calor: 1250x2 (QR1.8) vs 2000x5 (QR2.1)

Estudios y resultados

1250x2: Barrido EGR Standard‐9 MOD‐9 final MOD‐9 1

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

Estudios y resultados

2000x5: Barrido EGR Standard‐9 MOD‐9 final MOD‐9 1

Niveles mas bajos de hollín y HC para los inyectores MOD con una deterioración en el ruido y la temperatura de escape

Estudios y resultados

2000x8: Barrido EGR MOD 9 orificios final MOD 8 orificios

Los inyectores MOD‐8 muestran una combustión similar a la del MOD‐9 con una mejora en los HC y el hollín

Estudios y resultados

1500x14: Barrido EGR MOD 9 orificios final MOD 8 orificios

Los inyectores MOD muestran una ligera mejora Consumo, HC y EMT, con emisiones similares de  NOx y hollín

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

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.

Conclusiones y trabajos futuros

Trabajos futuros:

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

Menos sensibilidad al ruido frente a la presión del raíl

Menos sensibilidad al ruido frente al avance a la inyección

MOD

Bibliografía

F. PAYRI Y J. M. DESANTES. Motores de combustión interna alternativos. Editorial Reverte, 2011.

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.

Muchas gracias

Metodología

Original MODOriginal Std

Modified MOD

Chorro diésel: