Atomización y mezcla en toberas de inyección directa de gasolina (GDi) en condiciones realistas de motor

Abstract

[ES] Los sistemas de inyección directa de gasolina (GDi) están cobrando especial relevancia desde hace unos años en el campo de la automoción con motor de combustión interna alternativos. La optimización de estos sistemas es por tanto necesaria e interesante para la industria. Con este objetivo, se propone para este trabajo la realización de simulaciones mediante la mecáncia de fluidos computacional (CFD) del chorro de un inyector GDi utilizado en la definición de estándares de estudio (dentro de la red Engine Combsution Network o ECN) conocido como Spray G. Además de la configuración del caso en el código CONVERGE, se proponen estudios de calidad de malla, estadísticas de las variables fluidas, su relación con la interacción entre chorros, y la optimización del cálculo desde el punto de vista computacional.

[EN] The growing concern about the environment has led to implementation of increasingly restrictive regulations, in order to limit the pollutant emissions of internal combustion engines. Gasoline Direct injection (GDi) technology allows to increase the engine efficiency by offering the possibility to operate with stratified mixture. It contributes to reducing the fuel consumption, and consequently, emissions. Efficient combustion requires an appropriate process of atomization and mixing between air and fuel. In Port Fuel Injection (PFI) engines, mixture starts at the intake port and continues into the combustion chamber. In contrast, in GDi systems, this process mainly depends on the injector characteristics. Using Computational Fluid Dynamics (CFD), complex physical phenomena that occur during injection can be simulated, some of which are characteristic of gasoline, such as flash boiling and spray collapse. This project involves the study of the atomization and mixing process for the ECN (Engine Combustion Network) injector, using the CFD software CONVERGE.

[CA] La incipient preocupaci´o pel medi ambient ha condu¨ıt a la implementaci´o de mesures cada vegada m´es restrictives per a limitar les emissions contaminants en autom`obils. La injecci´o directa de gasolina (GDi) es presenta com a una tecnologia capa¸c d’aumentar l’efici`encia del motor, al mateix temps que permet treballar amb mescles estratificades sota certes condicions, contribuint a la reducci´o del consum de combustible, i la conseq¨uent disminuci´o de les emissions. Un adequat proc´es d’atomitzaci´o i mescla de combustible amb l’aire ´es primordial per a garantir una combusti´o eficient i un menor consum. Als tradicionals sistemes d’injecci´o indirecta, el mesclat comen¸ca en el col·lector d’admissi´o i continua a l’entrar a la cambra de combusti´o. Als sistemes GDi, en canvi, aquest proc´es dep´en sobretot de l’injector. Fent ´us de mec`anica de fluids computacional (CFD), ´es possible simular els fen`omens que tenen lloc durant el proc´es d’injecci´o, alguns d’ells caracter´ıstics de la gasolina com el flash boiling o el spray collapse. En aquest projecte s’usar`a el programa CONVERGE per a realitzar un estudi de flux extern en el proc´es d’injecci´o en un motor GDi, d’acord amb els est`andards fixats per la Engine Combustion Network (ECN).