Aportación al diagnóstico de la combustión en motores Diesel de inyección directa

Abstract

[EN] The overall objective of this doctoral thesis is to deepen in combustion diagnosis from in-cylinder pressure in direct injection Diesel engines. This work stems from the knowledge of pressure signal acquisition and combustion diagnosis by means of thermodynamic modelling, existing in the research group where it has been developed. Starting from a general scheme of the combustion diagnosis process, that includes a reference diagnosis model, the most important uncertainties related with the experimental measurements, engine and calculation sub-models, have been identified. At this point, the work was oriented, on one hand, to the development of a trustworthy procedure to adjust the engine uncertainties, and on the other hand, to the improvement of the reference diagnosis model, priorizing the most critical aspects. This has led to the implementation of a procedure for the engine characterization, based on motoring tests, and has produced some contributions related to the pressure signal processing, the estimation of the conditions at the intake valve closing, the heat transfer to the chamber walls and the rate of fuel injection-evaporation. The most suitable experimental, theoretical or calculation tools have been used in each case, such as wall temperature measurements, CFD calculation or one-dimensional unsteady gas-dynamic modelling (1D). This thesis allows to increase the accuracy and robustness of the calculation of the thermodynamic gas conditions in the cylinder as well as the heat transfer to the chamber wall, and thus a better heat release law and combustion characterization is obtained.

[ES] El trabajo desarrollado en la presente tesis doctoral está encaminado a profundizar en el diagnóstico de la combustión a partir de la señal de presión en el cilindro en los motores Diesel de inyección directa. Para ello, se dispone del conocimiento previo sobre adquisición de señal de presión y diagnóstico de la combustión mediante el modelado termodinámico existente en el grupo de trabajo en que se ha desarrollado. Partiendo de un esquema general del proceso de diagnóstico de la combustión, que incluye un modelo de diagnóstico de referencia, se han identificado cuales son las incertidumbres experimentales, del motor y de los diferentes submodelos de cálculo, más importantes para los resultados. En este punto, el trabajo se ha orientado, por un lado, al desarrollo de un procedimiento fiable de ajuste de incertidumbres del motor y por otro, a la mejora del modelo de diagnóstico de referencia, priorizando los aspectos más críticos. Esto ha llevado a implementar un procedimiento de caracterización del motor basado en ensayos sin combustión y a la realización de aportaciones relativas al tratamiento de la señal de presión instantánea, la estimación de las condiciones al cierre de la válvula de admisión, la transmisión de calor a las paredes de la cámara y la tasa de inyección-evaporación del combustible. Para ello se ha hecho uso de las herramientas experimentales, teóricas y de cálculo más apropiadas en cada caso, entre las que cabe destacar la medida de la temperatura de paredes de la cámara, el cálculo CFD o el modelado unidimensional de la dinámica de gases no estacionaria (1D). El trabajo realizado aporta precisión y robustez al cálculo de las condiciones termodinámicas en la cámara y la transmisión de calor a las paredes, lo que mejora el cálculo de la ley de liberación de calor y permite una mejor caracterización de la combustión.

[CA] El treball dut a terme en la present Tesi doctoral està encaminat a aprofundir en el diagnòstic de la combustió a partir del senyal de pressió en el cilindre en els motors Dièsel d’injecció directa. Per a això, es disposa del coneixement previ sobre adquisició de senyal de pressió i diagnòstic de la combustió per mitjà del modelatge termodinàmic existent en el grup de treball en què s’ha desenvolupat. Partint d’un esquema general del procés de diagnòstic de la combustió, que inclou un model de diagnòstic de referència, s’han identificat quines són les incerteses experimentals, del motor i dels diferents submodels de càlcul, m´es importants per als resultats. En aquest punt, el treball s’ha orientat, d’una banda, al desenvolupament d’un procediment fiable d’ajust d’incerteses del motor i d’un altre, a la millora del model de diagnòstic de referència, prioritzant els aspectes més crítics. Açò ha portat a implementar un procediment de caracterització del motor basat en assajos sense combustió i a la realització d’aportacions relatives al tractament del senyal de pressió instantània, l’estimació de les condicions al tancament de la vàlvula d’admissió, la transmissió de calor a les parets de la cambra i la taxa d’injecció-evaporació del combustible. Per a això s’ha fet ús de les ferramentes experimentals, teòriques i de càlcul més apropiades en cada cas, entre les que cal destacar la mesura de la temperatura de parets de la cambra, el càlcul CFD o el modelatge unidimensional de la dinàmica de gasos no estacionària (1D). El treball realitzat aporta precisió i robustesa al càlcul de les condicions termodinàmiques en la cambra així com a la transmissió de calor a les parets, la qual cosa millora el càlcul de la llei d’alliberament de calor i permet una millor caracterització de la combustió.