Study of the relationship between the temperature of the Water Charge Air Cooler (WCAC) and combustion quality in spark-ignition engines

Abstract

[EN] Currently, the automotive industry is changing and adapting to new regulations and environmental requirements. The acceleration of climate change and a more aware society have accelerated an environmental revolution in the automotive industry, mainly regarding regulated chemical emissions. EGR (Exhaust Gas Recirculation) is crucial for environmentally responsible driving. This valve is responsible for reusing the exhaust gases emitted during combustion. This system reduces the temperature in the combustion chamber, thus controlling (decreasing) nitrogen oxides (NOx). However, its implementation has also posed new challenges for the automotive industry. This work has focused on the problem that the implementation of EGR has posed regarding water condensation in the intake system. In situations of high humidity in the environment, together with using recirculated air by EGR, temperature jumps occur in the intake system that, under certain operating conditions, cause excessive water condensation. This condensation can produce very adverse effects on the engine combustion process - flame extinction - as well as possible stagnation of condensed water once the engine is turned off, since when starting the engine again, the condensed water remains stagnant in the intake duct, which will drastically hinder the starting process. In this study, we evaluate the effect of the temperature of the “Water Charge Air Cooler” (WCAC), a type of intercooler used in internal combustion engines with turbocharging supercharging to prevent water condensation in the intake system.

[ES] En la actualidad, la industria del automóvil se encuentra en un momento de cambios y adaptación a las nuevas regulaciones y exigencias en el ámbito medioambiental. La aceleración del cambio climático y una sociedad más concienciada acerca de temas que no resultaban relevantes hace unos años, han provocado una revolución en la industria. Esta revolución ha provocado a su vez un desarrollo acelerado de los factores más relevantes en la creación de emisiones contaminantes de los motores de combustión alimentados por combustibles fósiles. Uno de estos elementos cruciales para una conducción más responsable medioambientalmente hablando es el EGR, cuyas siglas significan “Exhaust Gas Recirculation”. Se trata de una válvula que se encarga de reutilizar los gases de escape emitidos durante el proceso de combustión. Este sistema reduce las temperaturas en la cámara de combustión, con el objetivo principal de disminuir los óxidos de nitrógeno (NOx). Al entrar una menor cantidad de aire con oxígeno, la explosión es menor y se generan menos gases tóxicos. Sin duda alguna, el EGR es un elemento muy útil en la lucha contra las emisiones contaminantes de los motores de combustión. Sin embargo, en el intento por una mayor implementación de este, han surgido algunos desafíos que provocan inconvenientes en procesos de vital importancia para el buen funcionamiento de estos motores. Uno de ellos ha sido la condensación de agua en el sistema de admisión. En situaciones de humedad elevada en el ambiente, en conjunto con el uso del aire recirculado por parte del EGR, se producen saltos de temperatura en el sistema de admisión que, en algunos casos, provocan una condensación excesiva de agua. Esta condensación puede tener unos efectos catastróficos en el proceso de combustión del motor, así como en la consecuencia de un posible estancamiento del agua una vez el coche se detiene y el motor se apaga, al arrancar el coche de nuevo pasado un periodo de tiempo determinado. En este estudio veremos el efecto que tiene la temperatura del “Water Charge Air Cooler” (WCAC), que es un tipo de intercooler utilizado en motores de combustión interna por sobrealimentación por turbo o compresor, en la prevención de condensación de agua en el sistema de admisión.