El aumento de la potencia en motores de c i de hidrógeno

7/30/2019 El aumento de la potencia en motores de c i de hidrgeno

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El aumento de la potencia de salida de motores de combustininterna de hidrgeno por medio de la sobrealimentacin y derecirculacin de gases de escape

articl e informacin abstracto

Historia del artculo: Motores de encendido por chispa puede ser relativamente fcil de convertir enhidrgeno utilizando combustible puerto

Recibido el 06 dediciembre 2008

inyeccin (PFI).Sin embargo, debido a la menor densidad de energa volumtrica deun hidrgeno-aire

Recibido en formarevisada

mezcla y la ocurrencia de fenmenos de combustin anormales tales comocontraproducente,

19 de marzo 2009 hidrgeno motores de combustible PFI sufren de un dficit de energa en comparacicon la gasolina

Aceptado 19 demarzo 2009

motores.Este artculo reporta las mediciones de un motor de hidrgeno de un solocilindro equipado

Disponible en lnea 17de abril 2009

con un compresor y un sistema de recirculacin de gases de escape (EGR).El usocombinado de EGRcon sobrealimentacin y un catalizador de tres vas (TWC) se muestra para aumentarsignificativamente la

Palabras clave: potencia de salida al tiempo que limita las emisiones del tubo de escape de xidos denitrgeno (NO x).

El hidrgenocombusti n interna

2009 de la Asociacin Internacional para la Energa del Hidrgeno.Publicado por Elsevier Ltd. Todos losderechos

Motor Reservados.

SobrealimentacinRecirculacin de losgases de escapeEficienciaEmisiones

1. Introduccin

El hidrgeno se reconoce que tienen un gran potencial como un portador de energa para aplicaciones de transporte. Una serie de

tecnologas pueden usar hidrgeno como portador de energa, con el motor de combustin interna (ICE) es la tecnologa ms madura, y la

pila de combustible es el ms prometedor.Este documento se centra en el ICE a hidrgeno, que tiene la ventaja de ser de combustibleflexible, duradero y relativamente barato [1].

La manera ms fcil introducir los ICE de hidrgeno es por convertir-ing un motor de gasolina para dos combustibles operacin,

mediante el montaje

un sistema de combustible de hidrgeno y los inyectores de gas.A partir de un motor de gasolina implica la inyeccin de combustible de

puerto (PFI) del hidrgeno.Por lo tanto, este documento se concentra en los motores de hidrgeno PFI, aunque dedicados motores de

hidrgeno se beneficiara enormemente de inyeccin directa [1,2].


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Un motor de hidrgeno PFI estequiomtrica operativo en WOT, tiene un dficit de potencia terico de aproximadamente 15% en

comparacin con un motor de gasolina, debido a la menor densidad de energa volumtrica [3].En la prctica, el dficit de energa puede

ser an mayor si elrelacin de equivalencia tiene que ser limitada para evitar la combustin anormal.La distribucin variable se ha

utilizado para permitir que los motores de hidrgeno estequiomtrico para funcionar sin ser contraproducente [4],Abreviaturas: BMEP, presin media efectiva; APMS, antes del punto muerto superior; BTE, la eficiencia trmica del freno; EGR de recirculacin de

gases de escape, ICE, el motor de combustin interna; MBT, avance de encendido mnimo para mejor torque, M e, par de frenado, sin x, xidos de nitrgeno

(NO NO 2), PIF, de inyeccin de combustible de puerto, P e, frenos de potencia, TDC, el punto muerto superior; TWC, catalizador de tres vas; WOT,mariposa totalmente abierta.

Autor para correspondencia.Tel: 32 9 264 3306, fax:.32 9 264 3590.E-mail: sebastian.verhelst @ ugent.be(S.Verhelst).

0360-3199 / $ - see front matter 2009 de la Asociacin Internacional para la Energa del Hidrgeno.Publicado por Elsevier Ltd. Todos los derechosreservados.doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.03.037
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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Nomenclatura

Smbolos griegosl relacin aire a combustible equivalencia

mediante una mejor compactacin de los gases de escape calientes.Super-carga es un medio para aumentar an ms la potencia de salida,

a los niveles de gasolina o superior.Natkin et al., En Ford [5], el trabajo de informe en un motor sobrealimentado de 2,3 litros del motor PFI.El uso de un estndar (aire-

aire) intercooler y una relacin fija de equivalencia l 2 de modo que despus del tratamiento no es necesario, result en un dficit

de par de torsin de 28% con respecto a la base (naturalmente aspirado) motor de gasolina.Yendo ms rica (la relacin de equivalencia

exacta no se ha especificado) y aadiendo un extra de aire acondicionado con intercooler de aire era necesario para restaurar el nivel de

par a la del motor de gasolina.Lo que esto hizo a las emisiones de NOxno se dio en el papel.En las recientemente introducidas Ford

E-450 H2vehculos de ICE, un 6,8 litros sobrealimentado motor PFI se utiliza en una proporcin de magro de equivalencia (no

especificado) que elimina la necesidad de que despus del tratamiento. [6]El motor tiene una potencia mxima de 173 kW y un parmximo de 420 Nm (correspondiente con un BMEP de 7,8 bar).Berckmu ller et al., En BMW [4], el trabajo de informe sobre una super-cargado estequiomtrica H2motor, alcanzando salidas

de pico de potencia de alrededor de un tercio superior a la de un motor de gasolina atmosfrico.En comparacin con el caso de

aspiracin natural, se tuvo que reducir la relacin de compresin de 12 a 11:1 cuando se carga a 0,85 barg para permitir la operacin

estequiomtrica sin la ocurrencia de pre-ignicin.El flujo de refrigerante cabeza del cilindro y la sincronizacin de la vlvula se hanoptimizado para reducir al mnimo las tendencias de encendido de superficie.El funcionamiento estequiomtrico permite una eficiente

despus del tratamiento usando un catalizador de tres vas (TWC, para el hidrgeno tal vez mejor conocido como un "catalizador de dos

vas", ya que su funcin es reducir las emisiones de NOx y oxidar las emisiones de hidrgeno sin quemar) de manera que tubo de escape

NOxest dentro de lmites aceptables.White et al. [7] presentan una revisin de H2CIEM en la que se discuten en el trabajo impulsado H2ICE, concluyendo que estos

motores son una alternativa atractiva a las pilas de combustible cuando se utiliza en un vehculo hbrido en serie, en magras relaciones

de equivalencia a fin de que emisiones muy bajas se alcanzan sin ningn tratamiento despus.En la Universidad de Gante, dos motores de hidrgeno PFI fueron sobrealimentado en un esfuerzo para aumentar la potencia de

salida.Para uno de los motores (Valmet 4,4 litros de cuatro cilindros), este no tuvo xito como la aparicin de fracasar requera mezclas

ms magras, con eficacia dando como resultado la misma potencia que el motor atmosfrico [8].Por el otro motor (GM V8 de 7,4

litros), salida de par mximo se podra incrementar en un 60% en comparacin con el caso atmosfrica.El aumento de la potencia de

salida fue menos sustancial como ms magros mezclas eran necesarias a las velocidades ms altas del motor para evitar ser

contraproducente [9].Con ambos motores, la sobrealimentacin se hizo en mezclas pobres para limitar la formacin de NO x.

De lo anterior, es evidente que hay una serie de estrategias de funcionamiento de los motores de hidrgeno [1,10], lo que depender

de la demanda de potencia, y estn relacionados con la limitacin-cin de emisiones de NOx.A cargas bajas, la carga se puede controlarpor la relacin de equivalencia (enfoque cualitativo), como la combustintemperaturas luego se quedan por debajo de la formacin de NOxtemperatura.El motor se ejecute bajo amplios y abiertos acelerador

condiciones, de modo que las prdidas de bombeo son insignificantes que beneficia a la eficiencia trmica del freno [11].Por medio dealta demanda de energa, utilizando este enfoque conduce a altas emisiones de NOx, una vez que la relacin de equivalencia se hace ms

rica que algn umbral.Para la mayora de los motores de este umbral es de alrededor de w2 l.Las altas emisiones de NOx para mezclas

ms ricas que este umbral son difciles de reducir a despus del tratamiento, como la mezcla es todava magra y por lo tanto el gas de

escape es rica en oxgeno.Hay dos opciones para el H2ICE para obtener salidas de potencia similar o superior a la potencia de salida de un equivalente, de

aspiracin natural, el motor de gasolina, sin excesivas del tubo de escape las emisiones de NO x.La primera opcin es permanecermagra de la "relacin de equivalencia umbral", la relacin aire-combustible equivalencia por debajo del cual las emisiones de NOx


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aumentan exponencialmente, y para compensar la prdida de energa causada por las mezclas pobres a travs de sobrealimentacin. La

segunda opcin es la sobrealimentacin en Stoi-chiometric mezclas, o en la prctica a ligeramente rica de Stoi-chiometric de modo que

una pequea cantidad de hidrgeno no quemado se encuentra presente en los gases de escape que es un agente eficaz para la reduccin

de NO x, usando un catalizador de tres vas [12].El actual papel pres-tes medidas en un motor de hidrgeno de un solo cilindro

sobrealimentado mediante dos opciones.La segunda opcin, corriendo menos estequiomtrica, no siempre es posible sin la ocurrencia de fenmenos de combustin

anormales.Uso de recirculacin de gases de escape (EGR) es un medio para permitir el funcionamiento fiable

estequiomtrica.Adems, la variacin de la tasa de EGR se puede utilizar para controlar la potencia de salida (a diferencia de

regulacin) que beneficia a la eficiencia del motor[4,13],y NOxdisminuir las emisiones debido a la trmicainercia de los gases EGR.

2. Experimental set-up

2,1. Motor

El nico cilindro de dos vlvulas del motor utilizado en este estudio se basa en un motor de investigacin Audi-NSU. Tiene una

cilindrada de 400 cc.La relacin de compresin se fij en 11:01 mecanizando un pistn DI diesel.El motor est acoplado a un motor de

corriente continua y es operado entre 1500 y 4500 rpm.Dos Teleflex inyectores de gas GSI se utilizan para la inyeccin de combustible

de puerto de combustibles gaseosos.Combustible (hidrgeno) se suministra a 2 barg.El flujo de combustible masa se mide usando un

Bronkhorst Hi-Tec sensor.El banco de pruebas estaba equipado inicialmente con un compresor turbo Zepher (blower), limitada a 0,5 barg de presin de

sobrealimentacin.Despus de los primeros resultados alentadores (ver ms abajo), un Busch MM1102BP garra compresor fue

instalado para permitir que mayores presiones de sobrealimentacin. Ambos rotores estn provistos de un revestimiento a prueba de

agua para hacer frente a la condensacin de agua procedente de la EGR-sistema. Un compresor volumtrico se eligi con el fin de ser

capaz de sobrealimentar el motor a 1 barg y superior, en bajo, as como a velocidades altas del motor.El compresor es accionado por un

motor 7 kW elctrico que es alimentado por un inversor, lo que permite la variacin de la presin de entrada mediante el ajuste de la

velocidad del compresor. Fig.1 muestra el diseo del sistema del motor.La potencia terica requerida para la sobrealimentacin puede


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La figura.1 - Monocilndrico diseo banco de motor.

se calcula a partir de las condiciones de entrada medidos, la presin super-carga y el flujo de masa de aire [14].

Un recipiente amortiguador (200 litros) se utiliza para permitir la toma de aire mediciones de flujo de masa (flujo pulsante

fuertemente) con una segunda Bronkhorst Hi-Tec sensor.El segundo propsito de este recipiente amortiguador relativamente grande est

haciendo la presin de entrada menos sensibles a pequeas variaciones de la velocidad del compresor. Por otra parte, un recipiente

amortiguador grande es en detrimento del tiempo necesario para alcanzar una composicin estable de gas en caso de operacin de EGR.

Con el fin de controlar la temperatura del gas antes de que el gas entra en el motor, un intercooler ajustable se coloca entre el

compresor y el recipiente amortiguador.El gas de escape se puede recircular los gases de escape a la entrada del compresor. El diseo como se muestra en la figura.1 se

eligi para evitar la complejidad de un circuito de EGR de alta presin (sobrealimentacin combinacin EGR).Result ser

necesario instalar una vlvula de estrangulacin para crear el vaco en la entrada del compresor.Este vaco supera la presin de los-ses en

el tiempo relativamente EGR-tubo, y provoca un flujo de gases de escape.El excedente de energa para crear este vaco es proporcionadopor el compresor.

Con el fin de proteger el compresor contra excesivas temperaturas de entrada, un enfriador de EGR se ha instalado para mantener la

temperatura de entrada de alrededor de 50 , C.Esto es un compromiso ya que es necesario para mantener la temperatura lo

suficientemente alta como para evitar la produccin de agua de condensacin en el compresor tanto como sea posible.En el extremo del sistema de escape, un TWC se ha instalado.Un TWC hace que sea posible para reducir las emisiones de NOx en

Stoi-chiometric operacin.Para obtener una reduccin ms eficiente, mezclas ligeramente ricas de estequiomtrica debe utilizar de

manera que la pequea cantidad de hidrgeno en exceso puede actuar como agente reductor. La recirculacin de hidrgeno no quemado

puede causar problemas de seguridad como la formacin de una mezcla explosiva en el recipiente amortiguador es una posibilidad

(aunque poco probable).

Un motor MoTeC M4Pro unidad de control se utiliza para controlar el tiempo de encendido, inicio de la inyeccin y la duracin de la

inyeccin.Un resfriado enchufe tiene chispa con un electrodo central de plata se utiliz para reducir los puntos calientes de la buja y las

reacciones catalticas.2,2. EmisionesLos componentes de los gases de escape de O 2, CO, CO 2, NO, NOxy H2se miden.Una lectura directa del aire a combustible lrelacin de equivalencia

est dada por una Bosch de banda ancha y un sensor digital de aire / combustible metros relacin con la calibracin para el hidrgeno.2,3. Seguridad

El banco de pruebas del motor tiene un techo cnico con un sensor Buveco BUCOM hidrgeno ST600EX situado en el punto ms

alto.Como medida de seguridad adicional para los experimentos de sobrealimentacin, un flujo controlado pequeo se toma del

recipiente amortiguador (menos de 0,5% del flujo de admisin) a travs de un controlador de flujo y vlvula de reduccin de presin a

otro sensor de hidrgeno ST600EX.Esta configuracin es necesaria como sensores de hidrgeno ms comerciales no pueden manejar las

fuertes fluctuaciones de presin o sobrepresin.El seguimiento de la concentracin de hidrgeno en el recipiente amortiguador (grande)

impide cualquier acumulacin de una mezcla combustible en el recipiente sobrealimentado.

En la prctica, la seguridad de puesta a punto no estaba funcionando satis-Rily, el tiempo que tarda el sistema para reportar una

excesiva concentracin de hidrgeno era demasiado largo. Las consecuencias para los procedimientos experimentales se discuten a

continuacin.El sistema se encuentra en revisin para una respuesta ms rpida.

2,4. Determinacin del porcentaje de EGR

Cuando se ejecuta un motor de hidrgeno con el gas de escape recirculacin, no es posible utilizar la prctica estndar de obtencin de la

cantidad de gases de escape recirculados de la concentracin de CO 2en la admisin y el escape, como slo trazas de CO2estn


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presentes (originario de combustin con aceite).Medicin de las concentraciones de H2O, el producto principal de combustin dehidrgeno, como una alternativa, no es fcil de hacer. Nande et al. [15] el usoel O2concentraciones en admisin y escapecomoalternativa.Sin embargo, como EGR se utiliza con mezclas estequiomtricas (vase ms adelante), la concentracin de oxgeno en

los gases de escape es muy baja y por lo tanto no es una buena base para deter-minar con precisin la velocidad de EGR.

Otro mtodo es empezar a partir de una condicin de la mezcla pobre, medir la velocidad de flujo de hidrgeno y aire, y luego abrir la

vlvula de EGR, manteniendo la masa de hidrgeno velocidad de flujo constante.La vlvula de EGR se abre hasta que se alcanza la

estequiometra (indicado por el sensor l de ancho de banda). La disminucin de la tasa de flujo de aire medido es causada por la tasa deflujo de EGR, por lo que este puede ser usado para determinar la magnitud exacta. El porcentaje de EGR, que se define como la relacin

de flujo de masa de EGR para el flujo de masa total (EGR aireuncombustible ), entonces puede determinarse suponiendo

combustin completa, descuidando el NOxconcentracin y la medicin de la temperatura de los gases de escape recirculados.Un

anlisis de la incertidumbre result en aproximadamente 5% de error relativo para los porcentajes dados en la EGR siguiente.

3. Resultados

3,1. Atmosfrico

En primer lugar, algunos de los resultados en las condiciones atmosfricas se analizan para establecer una lnea de base para los

experimentos de sobrealimentacin.Una relacin de equivalencia umbral, definida como la relacin de equivalencia en donde lasemisiones de NOxllegar a 100 ppm, de l w2 fue encontrado para este motor.


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Este umbral se desplaza a mezclas ligeramente ms ricos a altas velocidades del motor, ya que el tiempo disminuye la formacin de

NO x.El freno de mxima presin media efectiva (BMEP) en estequiomtrica es slo 6,5 bar. Sin embargo, la eficiencia volumtrica de

este motor es muy baja, debido principalmente a la metro de flujo de aire y la tubera de masa extensa antes y despus del recipienteamortiguador (vase la fig. 1).Si la eficiencia volumtrica se define como la relacin del aire medido y flujo de hidrgeno al flujo que

llenara el volumen de barrido en condiciones atmosfricas, los valores de (slo) a aproximadamente 70% se encuentran. Adems, lasprdidas por friccin son intrnsecamente ms elevado para este motor de investigacin de un solo cilindro.En comparacin con las

mediciones en este motor alimentado con metano [16], una BMEP de 7% inferior se encuentra en el hidrgeno, lo que corresponde a lo

que cabra esperar a partir de la diferencia en la densidad de energa volumtrica.

Cuando se determina el tiempo de encendido ptimo (preferiblemente MBT, avance de la chispa mnimo para el mejor par), se

encontr que los tiempos para reducir las emisiones de NOx tambin se benefician contraproducente resistencia: la reduccin de los picos

de temperatura tambin conduce a lugares menos calientes en el motor. Tiempos finales de ignicin tambin conducen a un menortiempo para la transferencia de calor a las paredes del cilindro (evidenciado por el aumento de las temperaturas de escape). Por lo tanto,

Stoi-chiometric operacin fue posible gracias tarda (despus del PMS) de encendido. Hay que tener esto en cuenta para (casi) Stoi-

chiometric mezclas cuando se hace un barrido de TI a partir de un gran avance de la chispa: al acercarse a TDC, contraproducente o pre-ignicin puede ocurrir debido a los mayores en el cilindro temperaturas, lo que lleva uno para creer que un avance de la chispa se

alcanza el mnimo.Sin embargo, el salto a los tiempos de encendido despus del PMS permite una operacin sin ser

contraproducente.La alta velocidad de combustin de hidrgeno explica este comportamiento, y los resultados en ninguna prdida de

eficacia an cuando encendiendo despus del PMS [17].La figura.2muestrael tiempo de encendido MBT como una funcin de aire acombustible relacin de equivalencia, para diferentes

velocidades del motor, con el acelerador totalmente abierto.La amplia gama de relacin de equivalencia conduce a una amplia gama de

las velocidades ardientes, con mezclas pobres, quema ms lento que requiere el avance del encendido.El efecto de motor

35 2000rpm

30 3000

rpm4000rpm

BTDC) 25

( ca 20

sincronizacin15

ignicin 10

MBT 5

01,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4.0

-5relacin aire a combustible equivalencia (-)

La figura.2 - MBT temporizacin de encendido como una funcin de la relacin aire a combustible equivalencia, para diferentes

velocidades del motor, WOT.


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la velocidad es ms evidente para las mezclas pobres, donde se necesita un adelanto de chispa cuando se dispone de menos tiempo

(mayor velocidad del motor) y las velocidades ardientes son relativamente bajos.Cerca estequiomtrica, las velocidades de combustin

de hidrgeno son tan altos[18] quecasi no hay influencia de la velocidad del motor enSincronizacin MBT.

3,2. Experimentos iniciales sobrealimentacin

Sobrealimentacin es una forma sencilla de aumentar la salida de potencia de los motores de hidrgeno PFI.Sin embargo, como en el

cilindro densidades de mezcla se aument la probabilidad de formacin de punto caliente tambin aumenta.Como se inform superior,anterior a la experimentacin a motor Valmet mostraron mayor propensin a ser contraproducente cuando se carga, forzando el uso de

ms magro equivalencia ratio.Por lo tanto, la mxima potencia de salida no se pudo aumentar[8].

As, los experimentos iniciales sobre la sobrealimentado motor monocilndrico fueron el objetivo de determinar cualquier beneficio

de potencia.Todas las medidas presentadas en esta seccin son con una presin super-carga de 0,5 barg (medida en el recipiente

amortiguador). Fig.3 muestrala mxima potencia de salida resultante como una fun-cin de la velocidad del motor. La potencia de

salida neta para los experimentos de super-carga (que representan la potencia necesaria para accionar el ventilador de aire, calculada a

partir de la super-terico de carga de potencia y una eficacia del compresor supuesta de 50%) se compara con la potencia de salida para

los experimentos atmosfricos.La inmersin a 3000 rpm es debido a una cada en la eficiencia volumtrica para esta configuracin de

la ingesta.Sobrealimentacin resulta en un aumento de la potencia neta de aproximadamente 40%.Esto es menos de lo que se poda esperar de

la presin de sobrealimentacin (dado que el intercooler est sobredimensionado), pero se explica fcilmente como estequiomtricaopera-cin ya no era posible cuando la sobrealimentacin.El aire a combustible l relacin de equivalencia se limitaba ahora a 1,3 a 1,4,

debido a petardear o pre-ignicin.Esto significa esencialmente que el aumento de potencia no se pueden utilizar debido a las resultantes

altas emisiones de NOx en un ambiente rico en oxgeno.Reciclar parte de los gases de escape es un medio para desplazar una parte del aire

de admisin y enriquecer la mezcla, por lo que los experimentos con EGR se hicieron para determinar la posibilidad de funcionar en

condiciones estequiomtrica sobrealimentados.

10987

[KW] 65

Pe 43 Atmosfrico2 Supercharged 0,5

barg1

01000 2000 3000 4000

rpm

La figura.3 - de potencia de freno como una funcin de la velocidad del motor.WOT, el funcionamiento atmosfrico en

estequiomtrica y funcionamiento sobrealimentado a petardear / pre-ignicin limitada relacin de equivalencia (l [1.3 a 1.4).


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La figura.La figura 4muestrael (neto) mxima potencia de salida como una funcinde velocidad del motor cuando la recirculacin

de gases de escape se utiliza mientras sobrealimentacin.Funcionamiento estequiomtrico es ahora posible sin ser contraproducente o

eventos pre-ignicin, a travs de aumentar tanto la cantidad de combustible inyectado y la velocidad de EGR.La alta capacidad calorfica

de los gases de escape reciclados (con un alto contenido de vapor de agua) es la razn por la que la tasa de abastecimiento de combustible

se puede incrementar sin fenmenos de combustin anormales.Como resultado, no slo es posible funcionamiento estequiomtrico ahoracon NOxeficiente despus del tratamiento, pero, adems, la potencia de salida se puede ver a aumentar ligeramente.Esto resulta en unaumento de la potencia neta de casi 50%.El freno de mxima presin efectiva media ahora es de 9,4 bar. Como se ha mencionado ms

alta, esto es un motor de investigacin con rendimiento volumtrico bajo, por lo que esto no debera ser comparado con el BMEP de un

motor de gasolina de produccin.Comparando con (atmosfrica) mediciones en este motor en metano [16], un aumento de potencia de

aproximadamente 20% se encuentra, extrapolando este da una estimacin del aumento de potencia en comparacin con la operacin

gasolina atmosfrico de aproximadamente 10%.3,3. Extensin de los experimentos de sobrealimentacin

Despus de estos primeros resultados, alentadores, otro compresor se instal (vea arriba), de modo que el aumento de la presin de carga

podra ser alcanzado.Como se explic anteriormente, para este motor super-carga en condiciones estequiomtricas (permitiendo despus

del tratamiento con un TWC) fue imposible sin EGR.Por consiguiente, a fin de no exceder el lmite de NOxde 100 ppm, la mezcla de

aire-combustible tiene que ser (combustin pobre) magra suficiente, o EGR tiene que ser utilizado.En primer lugar, los experimentos de "mezcla pobre" se realizaron a una velocidad del motor de 2000 rpm y WOT a la recaudacin de

presiones de 0 barg (atmosfrica) a 1 barg.Las mediciones se tomaron con la carga de pasos de presin de 0,2 barg.En estos puntos demedicin, la riqueza de la mezcla en la que las emisiones de NO xse mantuvo por debajo del lmite de NOx de 100 ppm se deter-minado.Por cada presin de carga, el par que corresponde con este l, es el par mximo que puede ser alcanzado, con el lmite de

NOxcomo una restriccin.Los resultados de la

108

[KW] 6

Pe 4

Atmosfrico2 Supercharged 0,5

bargSupercharged 0,5 barg+ EGR

01000 2000 3000 4000

rpm

La figura.4 - de potencia de freno como una funcin de la velocidad del motor.WOT, el funcionamiento atmosfrico en

estequiomtrica; sobrealimentado funcionamiento a petardear / relacin de pre-ignicin limitada equivalencia (l [1.3 a 1.4) ysobrealimentado funcionamiento con EGR en estequiomtrica (l [1).

experimentos se muestran en la figura.5.Todo par de frenado y eficiencia nmeros que figuran en esta seccin son valores netos, lo que

representa la energa necesaria para la sobrealimentacin.En cuanto a los valores de BTE, la baja eficiencia mecnica de un motor de un

solo cilindro investigacin debe tenerse en cuenta, como se ha indicado anteriormente.Sin embargo, el principal inters es una

comparacin de valores entre las estrategias BTE.Como puede verse en la figura.5, la riqueza de la mezcla de un mnimo, para mantener las emisiones de NOx por debajo del umbral,

disminuye (aumenta L) a medida que aumenta la presin de carga. Si el aire-combustible relacin de equivalencia no se han


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incrementado, la temperatura del cilindro se incrementara, ace-tense la formacin de NO x, lo que resulta en emisiones de

NOxsuperiores a 100 ppm.A pesar de la riqueza de mezcla disminuye, aumenta la inercia del freno con una presin creciente carga. Un

par de frenado mximo de 23,9 Nm (BMEP 7,47 bardif el motor de la investigacin deban funcionar con gasolina, un BMEP

mximo de aproximadamente 8,5 bar se estima) se llega a la presin mxima de carga (para las pruebas actuales) de 1 barg con l

2,5.

Para el funcionamiento atmosfrico el par de salida es de 13,3 Nm (BMEP 4,15 bar), con l 1,9.En funcionamiento conmezcla pobre, super-carga de hasta 1 barg tanto, los resultados en un aumento del par motor neto de 80%. Fig.6 muestra el petardeo

lmite (aire-combustible relacin de equivalencia a la que se produjo Backfire) y el par de frenado correspondiente para la carga de

presiones de 0 a 1 barg.Esta figura muestra que el lmite contraproducente es muy inferior a la del aire-combustible relacin de

equivalencia a la que se alcanza el lmite de NOxde 100 ppm, lo que no hay riesgo de retorno de llama en estos puntos.

Como se mencion anteriormente, cuando se combina sobrealimentacin con EGR, funcionamiento estequiomtrico se hace

posible.Esto es debido al efecto de dilucin de los gases de escape, como resultado de lo cual se reduce la formacin deNO x.Funcionamiento estequiomtrico permite el uso de un TWC.Sin embargo, con esta configuracin de motor, se

2,6

2,4)

2,2 -

(

2,02824 1,8

(Nm)20

eM 16

12

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

presin de carga(bar)

La figura.5 - sobrealimentacin en el umbral NO x, utilizando la estrategia de mezcla pobre WOT: par de frenado y el aire-combustible

relacin de equivalencia como una funcin de la presin de carga, 2000 rpm.


11/12

4411

1,7 Backfirelimitar

40

1,6 Par defrenado

1,5 35(Nm)

1,4 30esfuerzodetorsin

1,3

1,2 25Freno

1,1 20

1,00,9 15

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0presin desobrealimentacin(bar)

La figura.6 - Backfire lmite en funcin de la presin de sobrealimentacin, 2000 rpm.

no es posible ejecutar exactamente l 1.Debido a las razones de seguridad descritas anteriormente (recipiente de amortiguacin y

bucle de baja presin de EGR, y el sistema de seguridad reaccin es demasiado lenta), la mezcla de aire-combustible se fij ligeramente

magra, con l w1.07, de modo que de recirculacin de hidrgeno no quemado es evitarse. Como con funcionamiento con mezcla pobre,las mediciones se tomaron a una velocidad del motor de 2000 rpm con carga presiones varan de 0 a 1 barg. Para este rango de presinde carga, la cantidad de EGR se cre para que las emisiones de NO xdespus de la conversin (es decir, despus de que el TWC) semantuvo por debajo del lmite de NO x.As, con emisiones de NOxcomo una restriccin, el par de frenado es mxima correspondientea este porcentaje EGR para una presin de carga particular. Fig.7

muestra el par de frenado y el porcentaje de EGR como una funcin de la presin de carga.Con el fin de mantener la temperatura mxima del cilindro y la formacin de NOxlimitado, que aumenta el porcentaje de EGR con

una creciente presin de carga, con un mximo de 45,9% a una presin de carga de 1 barg.Similar al funcionamiento con mezcla pobre,

el par de frenado se incrementa cuando el aumento de la presin de carga. En la operacin atmosfrica, el par de frenado es 12,3 Nm

(BMEP3,85 bar), con una tasa de EGR de aproximadamente 37%.A la 1 barg un par mximo de 22,6 Nm (BMEP 7,08 bar) esalcanzado.Sobrealimentacin en combinacin con EGR, resulta en un incremento de potencia durante la operacin atmosfrica (l

1) de 84,7%. Fig.La figura 8 muestrael par de frenado (vanse tambin las Figs. 5 y 6)y eficiencia para ambos mtodos.Para el

rango de presin, la eficiencia de la estrategia de la mezcla pobre excede la eficiencia de la l 1 (en realidad 1,07) operacin

de EGR.Esto es debido a la mayor potencia necesaria para la sobrealimentacin de la mezcla de EGR y carga fresca en operacin de

EGR, como resultado de la temperatura ms alta en la entrada del compresor. El par de frenado que se puede lograr es similar para

ambos mtodos.A 1 barg, cuando se alcance el par mximo para ambos mtodos, el par motor a funcionamiento con mezcla pobre

excede el par de torsin en operacin EGR.


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Experimentos similares se han realizado a una velocidad del motor de 3000 rpm. Tabla 1 resume los resultados para ambas

velocidades del motor a una presin de carga de 1 barg.Como con 2000 rpm, el par y la eficiencia a 3000 rpm son ptimas cuando se

opera magra.Cuando se desva de funcionamiento estequiomtrico, como se ha hecho aqu por razones de seguridad, la eficiencia de conversin de

la TWC disminuye drsticamente.Por lo tanto, al tomar el lmite de 100 ppm en cuenta tubo de escape, las emisiones de NOxen bruto

(antes de la conversin) tuvo que ser limitado. Esto restringe severamente el par mximo.Teniendo en cuenta la ubicacin TWC nooptimizado, bajas eficiencias de conversin iban a ser

Me(Nm)

2421181512

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0presin de carga (bar)

48 34

3244 EGR 30

BTE% 28

40 (%)26

36 28 mezclapobre

24

=1 +EGR

22

24(Nm)20

eM 16

12

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

presin de carga (bar)La figura.7 - sobrealimentacin en el umbral NO x, utilizando la estrategia de EGR estequiomtrica D: par de frenado y el porcentaje de

EGR como una funcin de la presin de carga (l [1), 2000 rpm.La figura.8 - Comparativa de par de frenado y eficiencia

una funcin de la sobrealimentacin, entre funcionamiento con mezcla pobre y estequiomtrica operacin D EGR, en el umbral de

NO x, 2000 rpm.

El aumento de la potencia en motores de c i de hidrógeno

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