RADIATION HEAT TRANSFER IN DIRECT-INJECTION DIESEL ENGINES

Abstract

En las ultimas decadas, la investigacion en motores de combustion ha estado enfocada fundamentalmente en la reduccion de las emisiones contaminantes y la eficiencia de los mismos. Estos hechos junto con un aumento de la concienciacion sobre el cambio climatico han llevado a un aumento en la importancia de la eficiencia termica respecto a otros criterios en el diseno de motores de combustion interna (MCIA). Para alcanzar este objetivo, existen diferentes estrategias a aplicar. En concreto, la transferencia de calor a las paredes de la camara de combustion puede ser considerada como una de las principales fuentes de disminucion de la eficiencia indicada. En particular, en los modernos motores diesel de inyeccion directa, la emision de radiacion de las particulas de hollin puede constituir un componente importante de las perdidas de eficiencia. En este contexto se enmarca el objetivo principal de la tesis: contribuir a la comprension de la transferencia de calor por radiacion en la combustion diesel de inyeccion directa junto con la mejora del conocimiento en el proceso de formacion-oxidacion de hollin. El trabajo se ha basado tanto en resultados experimentales mediante la aplicacion de tecnicas opticas en diversas tipologias de motor como en resultados simulados a partir de modelos unidimensionales validados. En la primera parte de resultados experimentales, se ha evaluado la cantidad de energia por radiacion respecto a la energia quimica del combustible mediante la aplicacion de una sonda optoelectronica (basada en la tecnica del 2-Colores) tanto en un motor optico DI como en motor poli-cilindrico DI de produccion. En este estudio se han obtenido valores de intensidad espectral emitida por el hollin y posteriormente, la radiacion total emitida por las particulas de hollin en todo el espectro. Como se ha citado anteriormente, las particulas de hollin son las principales responsables de la transferencia de calor por radiacion, ademas de uno de los principales agentes contaminantes emitidos por los motores diesel. Las emisiones de hollin son el resultado de dos procesos antagonistas: la formacion y oxidacion del hollin. Los mecanismos de formacion de hollin se discuten extensamente en la literatura. Sin embargo, existen deficiencias en cuanto al conocimiento de la oxidacion de hollin. Por lo tanto, el objetivo de esta seccion ha sido evaluar el impacto del proceso de mezcla y la temperatura del gas sobre el proceso de oxidacion de hollin durante la ultima parte de la combustion bajo condiciones reales de operacion. Finalmente, y en base a los resultados y conocimientos adquiridos hasta el momento, se ha desarrollado un modelo capaz de predecir las perdidas de calor por radiacion para un chorro diesel. El modelo esta basado en tres sub-modelos: modelo de chorro, el cual analiza y caracteriza la estructura interna del chorro en terminos de mezcla y combustion en un proceso de inyeccion con resolucion temporal y espacial. Un modelo de hollin, en el que los resultados se justifican en funcion de procesos de formacion y…