Análisis en banco motor de la eficiencia de conversión de un TWC empleando GLP y AutoGas como combustibles

Abstract

[ES] Entre los grandes cambios que está viviendo el sector del transporte se encuentra el uso de combustibles de baja emisión de CO2, como el GLP con distintas proporciones de propano y butano. Dentro de este ensayo, este trabajo final tiene como objetivo el procesado y representación de los datos obtenidos en la primera tanda de ensayos. También se realiza un análisis preliminar de los datos obtenidos. Ello supone la adaptación de los componentes del motor a las nuevas condiciones de contorno, con especial interés en las necesidades del sistema de postratamiento de gases de escape por su importancia sobre el control de emisiones y el cumplimiento de la normativa vigente. En este contexto, este trabajo presenta un estudio experimental enfocado en el análisis de las prestaciones de un catalizador de tres vías (TWC) en un motor adaptado al uso de GLP. El objetivo ha sido completar una caracterización integral del componente en banco motor dando lugar a una base de datos y un análisis preliminar que contribuya a la definición de un modelo computacional y al diseño de campañas de ensayos en banco de gases sintéticos para profundizar en el impacto del tipo de combustible sobre la eficiencia de conversión en el TWC. Se han realizado dos tipos de ensayos, empleando 7 modos de operación del motor en cada uno de ellos. El primer tipo, es un ensayo con forma de escalones (entre 0.95 y 1.05), para analizar la ventana lambda sobre la que operar en condiciones estacionarias por su efecto sobre la eficiencia de conversión, y el segundo tipo, consiste en un ensayo de pulsos, para analizar la importancia del almacenamiento de oxígeno. En los ensayos se realizaban mediciones, antes y después del TWC, de diferentes compuestos, siendo los principales: O2; NOX; CO; CO2; hidrocarburos sin quemar (UHC); y NH3. Para el procesado de los datos de ensayo, se han desarrollado varios programas en MATLAB, que eliminan los datos provenientes de los regímenes transitorios de los ensayos. En el primer tipo se elimina los errores de medición de las sondas y los errores en la inyección, en el segundo tipo, para mantener los ciclos se han ajustado los valores resultantes. Se ha realizado también varios programas para la representación gráfica de los resultados y de la eficiencia del TWC, con el fin de analizar debidamente los ensayos. Los resultados demuestran que las emisiones analizadas establecen que el punto óptimo de funcionamiento, donde se producen las menores emisiones contaminantes, se produce con dosados ligeramente ricos para los dos combustibles analizados (94% de propano vs. 50% propano con 44% de butano). Así mismo, los resultados son muy similares entre ambos combustibles. Se ha comprobado que el catalizador, para ciertas lambdas, reduce las emisiones de los tres contaminantes principales para ambos tipos de ensayos. Solo existe un contaminante, el amoniaco, que, en condiciones muy pobres, aumenta significativamente tras el paso por el catalizador, sobre todo en el primer tipo de ensayo.

[EN] Among the great changes that the transport sector is undergoing is the use of low CO2 emission fuels, such as LPG with different proportions of propane and butane. Within this trial, this final work aims at the processing and representation of the data obtained in the first batch of tests. A preliminary analysis of the data obtained is also carried out. This implies the adaptation of the engine components to the new boundary conditions, with special interest in the needs of the exhaust after-treatment system due to its importance on emission control and compliance with current regulations. In this context, this work presents an experimental study focused on the analysis of the performance of a three-way catalyst (TWC) in an engine adapted to the use of LPG. The objective has been to complete a comprehensive characterization of the engine bench component resulting in a database and a preliminary analysis that will contribute to the definition of a computational model and the design of synthetic gas bench test campaigns to deepen the impact of the fuel type on the conversion efficiency of the TWC. Two types of tests have been performed, using 7 engine operating modes in each of them. The first type is a Lambda step test (between 0.95 and 1.05), to analyze the lambda window over which to operate in stationary conditions for its effect on conversion efficiency; and the second type consists of a pulse test, to analyze the importance of oxygen storage. In the tests, measurements were made before and after the TWC of different compounds, the main ones being: O2; NOX; CO; CO2; unburned hydrocarbons (UHC); and NH3. For the processing of the test data, several programs, which eliminate the data coming from the transient regimes of the tests, were developed in MATLAB. In the first type, the measurement errors of the probes and the injection errors are eliminated; in the second type, in order to maintain the cycles, the resulting values have been adjusted. Several programs for the graphical representation of the results and the TWC efficiency have also been developed in order to properly analyze the tests. The results show that the emissions analyzed establish that the optimum operating point, where the lowest pollutant emissions are produced, occurs with slightly rich dosages for the two fuels analyzed (94% propane vs. 50% propane with 44% butane). Likewise, the results are very similar between the two fuels. It was found that the catalyst, for certain lambdas, reduces the emissions of the three main pollutants for both types of tests. There is only one pollutant, ammonia, which, under very poor conditions, increases significantly after passing through the catalyst, especially in the first type of test.