Modelado en tiempo real de reactores monolíticos de flujo continuo y de pared

Abstract

La legislación sobre las emisiones de contaminantes de los motores de combustión interna alternativos está introduciendo nuevos procedimientos de homologación que tienen por objetivo ser representativos de las emisiones reales en condiciones de conducción. Este contexto exige el planteamiento de nuevas herramientas de modelado que conduzcan a una evaluación precisa del rendimiento de los motores y de los sistemas de post-tratamiento al tiempo que permitan entender el conjunto formado por motor y post-tratamiento como un solo elemento. Además, los modelos propuestos deben conservar una elevada precisión manteniendo como objetivo fundamental aproximarse a las exigencias de cálculo en tiempo real. Esta característica los hace útiles en tareas de pre-diseño y calibración así como potencialmente aplicables en tareas de control y diagnóstico embarcado. De este modo, este trabajo pretender responder a estos requisitos mediante el desarrollo de un enfoque de modelado cero-dimensional para la simulación de sistemas de post-tratamiento de gases de escape. Los principios básicos del funcionamiento de los monolitos de flujo continuo y de pared se abordarán dirigiendo el enfoque al modelado de la eficiencia de conversión de las emisiones gaseosas y a la reducción del material particulado, es decir, al modelado de los procesos de filtrado y regeneración. El modelo se completará con la resolución de los procesos de pérdida de presión y transmisión de calor. Como validación experimental, el modelo se aplicará al modelado de un DOC y DPF que será ensayado en condiciones de operación estacionaria y transitoria. Estos ensayos se simularán imponiendo diferentes pasos de tiempo de integración para demostrar el potencial del modelo para su uso en aplicaciones de tiempo real.

The increasingly restrictive legislation on pollutant emissions is involving new homologation procedures driven to be representative of real driving emissions. This context demands an update of the modelling tools leading to an accurate assessment of the engine and aftertreatment systems performance at the same time as these complex systems are understood as a single element. In addition, virtual engine models must retain the accuracy while reducing the computational effort to get closer to real-time computation. It makes them useful for pre-design and calibration but also potentially applicable to on-board diagnostics purposes. This work responds to these requirements by developing a lumped modelling approach for the simulation of aftertreament systems. The basic principles of operation of flow-through and wall-flow monoliths are to be covered leading the focus to the modelling of gaseous emissions conversion efficiency and particulate matter abatement, i.e. filtration and regeneration processes. The model concept will be completed with the solution of pressure drop and heat transfer processes. As experimental validation, the model will be applied to the modelling of a close-coupled DOC and DPF brick tested under steady-state and transient operation conditions. These tests will be simulated imposing different integration time-steps to demonstrate the model¿s potential for real-time applications.