Desarrollo de una metodología para la predicción del volumen real en la cámara de combustión de motores diésel utilizando elementos finitos
Introducción: Actualmente, el modelado termodinámico de diagnóstico en un motor Diésel es una herramienta ampliamente usada tomando como base los datos de presión dentro del cilindro. No obstante, su estudio requiere el ajuste de submodelos a través de procesos iterativos que demandan u...
- Autores:
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Duarte Forero, Jorge
Guillín Estrada, Wilson
Sánchez Guerrero, Jonathan
- Tipo de recurso:
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- Fecha de publicación:
- 2018
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- Corporación Universidad de la Costa
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Introducción: Actualmente, el modelado termodinámico de diagnóstico en un motor Diésel es una herramienta ampliamente usada tomando como base los datos de presión dentro del cilindro. No obstante, su estudio requiere el ajuste de submodelos a través de procesos iterativos que demandan un excesivo gasto de tiempo y altas incertidumbres. Entre estos submodelos se encuentra el de volumen instantáneo en la cámara de combustión, ya que la biela es un elemento altamente deformable por su bajo módulo de rigidez y por ende esta variación afecta al trabajo mecánico de expansión calculado para el balance de energía global. Objetivo: En este estudio se busca implementar una metodología para la caracterización del volumen instantáneo en la cámara de combustión, orientada a su estimación de manera rápida y precisa mediante el software ANSYS®. Metodología: Se realizó la caracterización de un motor Diésel Nissan YD22 utilizando datos de presión medida en el cilindro correspondientes a ensayos en arrastre (sin combustión) para los régimenes de 1000, 1700 y 2400 rpm. Resultados: Los resultados obtenidos en la simulación y validados experimentalmente indican que la metodología propuesta genera homocedasticidad en el coeficiente de ajuste Kdef, el cual tiene un valor de 0.701 para el motor en estudio y se mantiene casi constante independientemente del régimen de giro. Conclusiones:Se verifica también que se logra una mejor predicción del volumen real de la cámara de combustión con la metodología desarrollada, a la vez que el factor de ajuste propuesto Kdef permite el ajuste del modelo teórico planteado y absorbe las incertidumbres propias de modelado de este tipo de sistemas.  |
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Corredor, “Thermodynamic analysis of self-ignition in spark-ignited engines operated with alternative gaseous fuels”, Tecciencia, vol. 11, no. 20, pp. 57-65, 2016. http://dx.doi.org/10.18180/tecciencia.2016.20.8 J. Duarte, J. García, J. Jiménez, M. Sanjuan, A. Bula, y J. González, “Auto-ignition control in spark-ignition engines using internal model control structure”, Journal of Energy Resources Technology, vol. 139, no. 2, jul., 2016. https://doi.org/10.1115/1.4034026 C. Rakopoulos y E. Giakoumis, “Review of thermodynamic Diesel engine simulation under transient operating conditions”, SAE Tech. Paper, no. 2006-1-884, mar., 2006. https://doi.org/10.4271/2006-01-0884 D. Assanis, Z. Filipi, S. Fiveland y M. Syrimis, “A Predictive Ignition Delay Correlation Under Steady-State and Transient Operation of a Direct Injection Diesel Engine,” J. Eng. Gas Turbines Power, vol. 125, no. 2, p. 450, abr., 2003. https://doi.org/10.1115/1.1563238 C. Barba, C. Burkhardt, K. Boulouchos y M. 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Objetivo: En este estudio se busca implementar una metodología para la caracterización del volumen instantáneo en la cámara de combustión, orientada a su estimación de manera rápida y precisa mediante el software ANSYS®. Metodología: Se realizó la caracterización de un motor Diésel Nissan YD22 utilizando datos de presión medida en el cilindro correspondientes a ensayos en arrastre (sin combustión) para los régimenes de 1000, 1700 y 2400 rpm. Resultados: Los resultados obtenidos en la simulación y validados experimentalmente indican que la metodología propuesta genera homocedasticidad en el coeficiente de ajuste Kdef, el cual tiene un valor de 0.701 para el motor en estudio y se mantiene casi constante independientemente del régimen de giro. Conclusiones:Se verifica también que se logra una mejor predicción del volumen real de la cámara de combustión con la metodología desarrollada, a la vez que el factor de ajuste propuesto Kdef permite el ajuste del modelo teórico planteado y absorbe las incertidumbres propias de modelado de este tipo de sistemas. Introduction: Currently, diagnostic thermodynamic modeling in diesel engines is a widely-used tool which is based on the pressure data inside the cylinder. However, its study requires the adjustment of submodels through iterative processes that demand excessive time and high uncertainties. Among these submodels is the instantaneous volume in the combustion chamber, since the connecting rod is a highly deformable element due to its low modulus of rigidity and, therefore, this variation affects the mechanical expansion work calculated for the global energy balance. Objective: In this study, are trying to implement a methodology for the characterization of the instantaneous volume in the combustion chamber oriented to its estimation in a fast and precise way using the ANSYS® software. Methodology: The characterization of a diesel engine was performed using data of pressure measured in the cylinder corresponding to tests in drag (without combustion) for the regimes of 1000, 1700 and 2400 rpm. Results: The results obtained in the simulation and experimentally validated indicate that the proposed methodology generates homoscedasticity in the Kdef adjustment coefficient, which has a value of 0.701 for the engine under study and remains almost constant regardless of the rotation regime. Conclusions: It is also verified that a better prediction of the real volume of the combustion chamber with the developed methodology is achieved, while the proposed adjustment factor Kdef allows the adjustment of the theoretical model proposed and absorbs the uncertainties inherent to the modeling of this type of systems.  application/pdfspaUniversidad de la CostaINGE CUC - 2018https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2https://revistascientificas.cuc.edu.co/ingecuc/article/view/1714AdjustmentStrainDiesel engineSimulationInstantaneous volumeAjusteDeformaciónSimulaciónMotor DiéselVolumen instantáneo.Desarrollo de una metodología para la predicción del volumen real en la cámara de combustión de motores diésel utilizando elementos finitosDevelopment of a methodology for the prediction of the real volume in the combustion chamber of diesel engines using finite elementsArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articleJournal articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Inge CucJ. Heywood, Internal combustion engine fundamentals. USA: McGraw-Hill, 1998.J. Duarte et al., “Auto-ignition control in turbocharged internal combustion engines operating with gaseous fuels”, Energy, vol. 71, pp. 137-147, jul., 2014. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.04.040S. Ali y S. Saraswati, “Cycle-by-cycle estimation of cylinder pressure and indicated torque waveform using crankshaft speed fluctuations,” Trans. Inst. Meas. Control, vol. 37, no. 6, pp. 813–825, jul., 2015. https://doi.org/10.1177%2F0142331214549093V. Macián, A. Broatch, B. Tormo y P. Olmeda, “Methodology of fault detection in internal combustion engines through the analysis of rolling block oscillation,” Int. J. Heavy Veh. Syst., vol. 16, no. 3, p. 294, 2009. https://doi.org/10.1504/IJHVS.2009.027134J. Duarte, W. Orozco, J. González, E. Buelvas, y L. 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