Desarrollo de un novedoso modelo de combustión de motores de encendido provocado para la reproducción de ciclos estándar. Aplicación a un motor monocilíndrico de automoción de 454 cc..

Abstract

[ES] En la actualidad los motores pueden modelarse de distintas maneras, de entre las cuales las más extendidas son los modelos 1D y los 3D. Un ejemplo de este último y el cual su uso está muy extendido es el CFD. La mayor diferencia entre estos dos es el tiempo de cálculo, siendo menor el de los 1D frente a los 3D a costa de tener menor precisión. Por este menor tiempo de cálculo Miguel Monserrat empezó a desarrollar un simulador 1D para los motores de encendido provocado pero por falta de tiempo no llegó a concluirlo, es por esto que el presente trabajo consiste en contribuir al desarrollo y la validación de un programa escrito en MATLAB que sea capaz de modelar la combustión, de predecir la ley de liberación de calor y la evolución de la presión en el cilindro para cualquier punto de operación en este tipo de motores. El proyecto empieza con la adaptación del código a los nuevos datos obtenidos mediante la herramienta CALMEC, que proporciona la ley de liberación de calor a partir de la presión cilindro medida experimentalmente, ya que estos presentan una mayor precisión que los utilizados anteriormente, y permitirán desarrollar un modelo del simulador que sea capaz de devolver parámetros fiables y con el menor error e incertidumbre posibles. De esta forma, una vez adaptado y corregido el programa, se pasará al desarrollo del patrón representativo del área efectiva del frente de llama del motor a partir de una base de datos experimental de leyes de combustión en diferentes condiciones de operación, el cual nos permitirá predecir la presión durante la combustión. Finalmente esta predicción de la presión será comparada con una presión de referencia (denominada presión teórica) que nos permitirá validar y ver la precisión del simulador que se ha conseguido desarrollar.

[EN] Currently, engines can be modeled in various ways, with the most common being 1D and 3D models. An example of the latter, whose use is widespread, is CFD. The main difference between these two is the calculation time, which is shorter for 1D models compared to 3D models at the expense of lower precision. Due to this shorter calculation time, Miguel Monserrat started developing a 1D simulator for spark-ignition engines but could not complete it due to lack of time. Therefore, the present work aims to contribute to the development and validation of a MATLAB program capable of modeling combustion, predicting the heat release rate, and the pressure evolution in the cylinder for any operating point in this type of engine. The project begins with the adaptation of the code to new data obtained through the CALMEC tool, which provides the heat release rate from experimentally measured cylinder pressure. These new data are more accurate than those previously used and will allow for the development of a simulator model capable of returning reliable parameters with minimal error and uncertainty. Thus, once the program is adapted and corrected, the next step will be the development of a representative pattern of the effective flame front area of the engine from an experimental database of combustion laws under different operating conditions, which will enable us to predict the pressure during combustion. Finally, this pressure prediction will be compared with a reference pressure (referred to as theoretical pressure) that will allow us to validate and assess the accuracy of the developed simulator.

[CA] Actualment, els motors es poden modelar de diferents maneres, entre les quals els més estesos són els models 1D i els 3D. Un exemple d'aquest últim i el qual el seu ús està molt estès és el CFD. La principal diferència entre aquests dos és el temps de càlcul, sent menor el dels 1D en comparació amb els 3D a costa de tenir menor precisió. Per aquest menor temps de càlcul, Miguel Monserrat va començar a desenvolupar un simulador 1D per als motors d'encesa provocada però per falta de temps no va arribar a concloure'l. És per això que el present treball consisteix a contribuir al desenvolupament i la validació d'un programa escrit en MATLAB que sigui capaç de modelar la combustió, predir la llei de lliberació de calor i l'evolució de la pressió en el cilindre per a qualsevol punt d'operació en aquest tipus de motors. El projecte comença amb l'adaptació del codi a les noves dades obtingudes mitjançant l'eina CALMEC, que proporciona la llei de lliberació de calor a partir de la pressió al cilindre mesurada experimentalment, ja que aquestes presenten una major precisió que les utilitzades anteriorment, i permetran desenvolupar un model del simulador capaç de retornar paràmetres fiables i amb el menor error i incertesa possibles. D'aquesta manera, una vegada adaptat i corregit el programa, es passarà al desenvolupament del patró representatiu de l'àrea efectiva del front de flama del motor a partir d'una base de dades experimental de lleis de combustió en diferents condicions d'operació, la qual cosa ens permetrà predir la pressió durant la combustió. Finalment, aquesta predicció de la pressió serà comparada amb una pressió de referència (denominada pressió teòrica) que ens permetrà validar i veure la precisió del simulador que s'ha aconseguit desenvolupar