Estimación de la masa atrapada en MCIA mediante el estudio de la resonancia de la presión en cámara

Abstract

[EN] In-cylinder pressure signal has been largely used for analysing the combustion in reciprocating engines, mainly in test benches, although new engines are being designed with closed loop control based on the in-cylinder pressure feedback. Normally the pressure signal is filtered for removing the high frequency components and implement pressure applications based on the low-frequency components (<3 kHz): heat realease law, heat transfer coefficent, combustion detection… Nevertheless, the high frequency components of the pressure signal contain important information about combustion. Concretely the resonance frequency of a combustion chamber is proportional to the speed of sound and inversely proportional to the bore. The proportionality constant comes from solving the wave equation by applying Bessel functions for the specific geometry. Typical values of the first radial mode of the resonance frequency (the most representative) are 3-6 kHz for heavy duty engines and 7-12 kHz for ligth duty engines. This dissertation aims to have profit of the in-cylinder pressure singal components related to the resonance in order to estimate the speed of sound and consequently to obtain and estimation of the trapped mass during the stroke.

[ES] La señal de presión en cámara en Motores de Combustión Interna Alternativos (MCIA) ha sido empleada comúnmente para el diagnóstico de la combustión en bancos de ensayo. Normalmente, la señal de presión es filtrada para eliminar las componentes de alta frecuencia y poder implementar distintas herramientas basadas en las componentes de baja frecuencia de la señal de presión (<3kHz): Ley de calor liberado, cálculo del calor transmitido a las paredes del cilindro, detección de la combustión, etc. Sin embargo, las componentes de alta frecuencia pueden proporcionar una gran cantidad de información sobre la combustión. Concretamente la frecuencia de resonancia de una cámara de combustión cilíndrica es proporcional a la velocidad del sonido e inversamente proporcional a su diámetro, bajo una constante de proporcionalidad proveniente de solucionar la ecuación de ondas mediante funciones de Bessel: Los valores típicos del primer modo de resonancia (el más representativo) están típicamente comprendidos entre 3 y 6 kHz para motores pesados y entre 7 y 12 kHz para motores ligeros. El contenido del presente trabajo está basado en el aprovechamiento de las componentes de la señal de presión relacionadas con el primer modo de la resonancia para la estimación de la masa atrapada: