Study of the Brayton cycle system for Waste Heat Recovery of exhaust gases energy

Abstract

[EN] An average passenger car engine effectively uses about one third of the fuel combustion energy, while the two thirds are wasted through exhaust gases and engine cooling. It is of great interest to automotive industry to recover some of this wasted energy thus increasing the engine efficiency and lowering fuel consumption and contamination. Waste Heat Recovery (WHR) for Internal Combustion Engine (ICE) exhaust gases using Brayton cycle machine was investigated. Brayton cycle system, with compressor and expander being the same piston machine, produces strong pulsations which effect efficiency of the cycle. Important physical parameters of machine design have been determined. The influence of each parameter was analyzed by fixing all other parameters and changing only one at the time. System was modeled using the commercial software AMESim. It is demonstrated that the lengths and diameters of the pipes that connect the cylinder and Heat Exchanger can have a significant influence on the system performance.

[ES] En motor convencional de vehículo de turismo utiliza eficazmente alrededor de un tercio de la energía de combustión de combustible, mientras que los dos tercios restantes se pierden a través de los gases de escape y de refrigeración del motor. Para la industria automotriz, es de gran interés aprovechar parte de esta energía desperdiciada, y así, aumentar la eficiencia del motor, reducir el consumo de combustible y su impacto ambiental. El objetivo del presente trabajo es investigar la recuperación del calor residual (Waste Heat Recovery – WHR) de los gases de escape del Motor de Mombustión Interna Alternativo (MCIA) mediante la implementación de un ciclo de Brayton. Sistema de ciclo Brayton, con compresor y el expansor siendo la misma máquina de pistón, produce pulsaciones fuertes que puedan influir a la eficiencia del ciclo. Se han determinado los parámetros físicos importantes de diseño de la máquina. La influencia de cada parámetro se analizó mediante la fijación de todos los demás parámetros y cambiando sólo uno a la vez. El sistema se ha modelado utilizando el software AMESim. Está demostrado que las longitudes y los diámetros de las tuberías que conectan el cilindro y Intercambiador de calor puedan tener una influencia significativa en el rendimiento del sistema.