Análisis comparativo de recirculación de gases de escape de baja y alta presión en motores de encendido provocado

Abstract

[ES] Hoy en día la demanda energética y la emisión de emisiones contaminantes superan con creces las globalmente sostenibles en una gran cantidad de países, y con ello, surge la necesidad de actuar ante tal problemática. Este incremento de demanda energética afecta, entre otros sectores, fuertemente al automovilístico propulsado con motores térmicos. Con el paso de los años la fuente de energía empleada para poner en movimiento estos motores se está encareciendo, por tanto, surge una motivación para los fabricantes de estos motores, buscando optimizar al máximo el consumo de combustible fósil sin que ello lastre el desarrollo de potencia. Para lograr tal fin, nace el interés de desarrollar motores de baja cilindrada y menor número de cilindros para reducir el consumo de combustible y eliminar pérdidas mecánicas. Para combatir la pérdida de potencia que conlleva una menor cilindrada, se recurre a aumentar la complejidad del motor, añadiendo un turbogrupo capaz de elevar la potencia a costa de elevar la presión de la entrada de aire en el colector de admisión aprovechando parte de la energía contenida en el gas de escape. El aumento de densidad de potencia tiene al mismo tiempo consecuencias negativas para el correcto funcionamiento del motor. Las presiones y temperaturas a las que se somete el proceso de combustión se elevan, y ello puede llevar al autoencendido del combustible en motores de encendido provocado y a la formación de emisiones que, en un motor de estas características, no se tenían en cuenta tradicionalmente. Como solución a este nuevo problema se opta por la incorporación de un sistema EGR (Exhaust Gas Recirculation), el cual mediante la recirculación de gases de escape consigue, en líneas generales, bajar la temperatura y presión de combustión y por tanto poner solución al problema asociado al aumento de densidad de potencia en motores de encendido provocado de baja cilindrada sobrealimentados, además de incrementar el rendimiento efectivo. El punto donde se realiza la extracción de gas de escape puede encontrarse en diferentes localizaciones aguas abajo de la cámara de combustión, lo cual da lugar a diferentes sistemas de recirculación de gases que aportarán ventajas e inconvenientes, las cuales definen la temática principal de este Trabajo Final de Grado

[EN] Today the energy demand and the emission of polluting emissions far exceed the globally sustainable ones in a large number of countries, and with this, the need to act on such problems arises. This increase in energy demand affects, among others, strongly the automotive sector powered by thermal engines. Over the years, the source of energy used to put these engines in motion is becoming more expensive, therefore, a motivation arises for the manufacturers of these engines, seeking to optimize the consumption of fossil fuel to the maximum without hindering the development of power. To achieve this end, the interest was born to develop engines with low displacement and fewer cylinders to reduce fuel consumption and eliminate mechanical losses. To combat the loss of power that a smaller displacement entails, it is resorted to increasing the complexity of the engine, adding a turbo-group capable of increasing power at the cost of raising the pressure of the air inlet in the intake manifold, taking advantage of part of the energy contained in the exhaust gas. The increase in power density has at the same time negative consequences for the correct operation of the engine. The pressures and temperatures to which the combustion process is subjected rise, and this can lead to self-ignition of the fuel in provoked-ignition engines and to the formation of emissions that in an engine of these characteristics were not traditionally taken into account. As a solution to this new problem, the incorporation of an EGR (Exhaust Gas Recirculation) system is chosen, which by recirculating the exhaust gases generally manages to lower the combustion temperature and pressure and therefore solve the problem associated with increased power density in supercharged low-displacement spark-ignition engines, in addition to increasing effective efficiency. The point where the exhaust gas extraction is carried out can be found in different locations downstream of the combustion chamber, which gives rise to different gas recirculation systems that will provide advantages and disadvantages, which define the main theme of this Final Degree Project

[CA] Hui dia la demanda energètica i l'emissió d'emissions contaminants supera amb escreix les globalment sostenibles en una gran quantitat de països, i aleshores, sorgeix la necessitat d'actuar davant tal problemàtica. Aquest increment de demanda energètica afecta, entre altres sectors, fortament al automobilístic propulsat amb motors tèrmics. Amb el pas dels anys la font d'energia emprada per a posar en moviment aquests motors s'està encarint, per tant, sorgeix una motivació per als fabricants d'aquests motors, buscant optimitzar al màxim el consum de combustible fòssil sense que això llastre el desenvolupament de potència. Per a aconseguir tal fi, naix l'interés de desenvolupar motors de baixa cilindrada i menor nombre de cilindres per a reduir el consum de combustible i reduir pèrdues mecàniques. Per a combatre la pèrdua de potència que comporta una menor cilindrada, es recorre a augmentar la complexitat del motor, afegint un torbe grup capaç d'elevar la potència a costa d'elevar la pressió de l'entrada d'aire en el col·lector d'admissió aprofitant part de l'energia continguda en el gas de fuita. L'augment de densitat de potència té al mateix temps conseqüències negatives per al correcte funcionament del motor. Les pressions i temperatures a les quals se sotmet el procés de combustió s'eleven, i això pot portar a l'autoencesa del combustible en motors d'encesa provocada i a la formació d'emissions que en un motor d'aquestes característiques no es tenien en compte tradicionalment. Com a solució a aquest nou problema s'opta per la incorporació d'un sistema EGR (Exhaust Gas Recirculation), el qual mitjançant la recirculació de gasos de fuita aconsegueix, en línies generals, baixar la temperatura i pressió de combustió i per tant posar solució al problema associat a l'augment de densitat de potència en motors d'encesa provocada de baixa cilindrada sobrealimentats, a més d'incrementar el rendiment efectiu. El punt on es realitza l'extracció de gas de fuita pot trobar-se en diferents localitzacions aigües davall de la cambra de combustió, la qual cosa dona lloc a diferents sistemes de recirculació de gasos que aportaran avantatges i inconvenients, les quals defineixen la temàtica principal d'aquest Treball Final de Grau