Desarrollo de una metodología para la predicción del volumen real en la cámara de combustión de motores diésel utilizando elementos finitos

Abstract

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.

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 instanta-neous volume in the combustion chamber, since the con-necting 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 estima-tion 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 combus-tion) for the regimes of 1000, 1700 and 2400 rpm. Results− The results obtained in the simulation and expe-rimentally validated indicate that the proposed methodo-logy generates homoscedasticity in the Kdef adjustment coefficient, which has a value of 0.701 for the engine un-der 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 theo-retical model proposed and absorbs the uncertainties in-herent to the modeling of this type of systems