Implementación de un sistema de EGR híbrido durante operaciones transitorias de motores diesel para reducir las emisiones instantáneas de NOx medidas con un sistema de medida rápida de emisiones

Abstract

Knowing the importance of EGR, to control the emissions from internal combustion engines and to cope with upcoming future emissions standards, it is necessary to investigate the influence of EGR on diesel engines. Specially, the need of studying transient operations, playing vital role in newly developed driving cycles like WLTP and RDE is getting prominent. This study consists a utilization of high pressure and low pressure exhaust gases with different rates to reduce the instantaneous emission of NOx at transition phase and full load part of the load transient. This project focuses on the different kind of such load transients experienced by a vehicle on road. The engine has to go from around certain load to no load and again to full load at the end. Likewise the engine will be tested with the similar test procedure and environment inside the test cell at a particular engine speed. The EGR valves and exhaust throttle movements are synchronized manually during the movement from no load to full load to avoid the regulation of valves by Engine Control Unit. The NOx and CO2 are measured at exhaust manifold and intake manifold respectively with high time resolution measurement system. The temporal transportation delays of HP and LP EGR will be quantified with instantaneous CO2 measurement. The comparison of normal transients without EGR is carried out over use of HP EGR and LP EGR for this operations under study. A hybrid strategy with both Low and High pressure EGR will be proposed to reduce NOx. Moreover a 1D engine model will be created to replicate this operations along with the movements of the EGR valves and Exhaust throttles and VGT positions of a turbocharger. A parametric study of change in turbine geometry positions will be carried out to find out the optimum turbine position for certain engine speed to have fast response of boost pressure and hence the torque during transient. At last the advantage LP EGR over LP EGR will be quantified during this load transient operations.

Dada la importancia del EGR para controlar las emisiones de los motores de combustión interna y para hacer frente a futuras normas de emisiones futuras, es necesario investigar la influencia de EGR en los motores diesel. Especialmente, en operaciones transitorias, desempeñando un papel vital en los ciclos de conducción recientemente desarrollados como WLTP y RDE se está haciendo prominente. Este estudio consiste en la utilización de gases de escape de alta presión y baja presión con diferentes velocidades para reducir la emisión instantánea de NOx en la fase de transición y la parte de plena carga transitoria. Este proyecto se centra en los diferentes tipos de transitorios de carga experimentados por un vehículo en carretera. El motor tiene que ir de alrededor de cierta carga a ninguna carga y otra vez a la carga completa en el extremo. Igualmente el motor ha sido probado con el procedimiento de prueba similar y el ambiente dentro de la celda de prueba a una velocidad particular del motor. Las válvulas EGR y los movimientos del acelerador de gases de escape se sincronizarán manualmente durante el movimiento de vacío a plena carga para evitar la regulación de válvulas por la unidad de control del motor. Los NOx y el CO2 se miden en el colector de escape y en el colector de admisión, respectivamente, con un sistema de medición de alta resolución temporal. Los retardos de transporte temporal de HP y LP EGR se cuantifican con medición instantánea de CO2. La comparación de los transitorios normales sin EGR se realiza sobre el uso de HP EGR y LP EGR para estas operaciones en estudio. Se propone una estrategia híbrida con EGR de baja y alta presión para reducir los NOx. Además, se creará un modelo de motor 1D para replicar estas operaciones junto con los movimientos de las válvulas EGR y las posiciones de los aceleradores de escape y VGT de un turbocompresor. Se ha realizado un estudio paramétrico del cambio en las posiciones de la geometría de la turbina para averiguar la posición óptima de la turbina para cierto régimen del motor para tener una respuesta rápida de la presión de refuerzo y, por lo tanto, del par durante el transitorio. Por último, se cuantificará la ventaja LP EGR sobre LP EGR durante estas operaciones transitorias de carga.