Metodología para estudiar el proceso de la combustión en un motor diésel a través de la señal de presión al interior de un cilindro

Abstract

El presente documento expone una metodología para estudiar el proceso de la combustión a través de la señal de presión al interior de un cilindro (pcil), procesada digitalmente, registrada en un motor Diesel - de aplicación industrial - instalado en un banco de pruebas. La señal de presión se obtuvo a través de un sensor piezoeléctrico que registró varios ciclos termodinámicos para cada ensayo realizado a distintos regímenes de giro y diferentes grados de carga (desde la condición de vacío hasta plena carga) identificando los puntos de funcionamiento más estables y más inestables del motor bajo ensayo.

En el documento se mencionan las consideraciones necesarias, propuestas por otros investigadores, para la adecuada medición de la señal de pcil y su respectivo procesamiento. Basados en los distintos estudios, se propone una metodología para el procesamiento de la señal de pcil con la finalidad de eliminar el error aleatorio y sistemático presente en la señal de presión; este objetivo se logró a través del promediado y filtrado de una muestra definida de ciclos termodinámicos. Para la etapa del promediado se aplicaron conceptos de estadística inferencial para definir la precisión de la muestra de los datos adquiridos. La etapa del filtrado redujo el ruido alojado en alta frecuencia obteniendo como resultado una menor variabilidad en la señal de pcil.

La principal motivación del presente trabajo experimental consistió en obtener la caracterización del fenómeno de la combustión a través de la evolución de la curva de tasa del calor liberado. Los resultados del procesamiento de la señal muestran consistencia con los estudios experimentales de otros autores y proyecta la posibilidad futura de emplearse para el análisis de la combustión y de los parámetros indicados utilizando combustibles alternativos, con el fin de emplear diversas estrategias de control para evaluar el rendimiento térmico del motor y la generación de productos de la combustión al medio ambiente a distintas condiciones de operación.

The present document introduces a methodology for the combustion analysis through the in-cylinder pressure (pcyl), digitally processed, acquired from an industrial application diesel engine mounted in a test bench. The pressure signal was acquired through a piezoelectric sensor that recorded several thermodynamic cycles for each test performed at a different speed and load engine (from no-load to full load condition) identifying the most stable and the most unstable engine operation conditions. The document indicates the necessary considerations proposed by other researchers for the adequate measurement of pcyl and its respective processing. Based on the different papers, a methodology for the pcyl signal processing is proposed in order to eliminate the random and systematic error present in the pressure signal. This was achieved through the averaged and filtered of a defined sample of thermodynamic cycles. For the averaging stage, inferential statistics concepts were applied to define the sample accuracy of the acquired data. The filtering stage contributes to obtaining a high-quality of the net heat released rate curve (NHRR) that allowed identify the different combustion phases. The digital processing of the signal reduced the noise located in high frequency and provide a lower variability in the calculations related to NHRR. The main motivation of the present experimental paper was to obtain the characterization of the combustion phenomenon through the evolution of the heat released rate calculated from the filtered signal of the indicated pressure acquired by a piezoelectric sensor. The results of the signal processing show consistency with the experimental studies of other authors and projects the future possibility of being used for the indicated parameters analysis using alternative fuels, in order to applied different combustion control strategies to evaluate the thermal performance of the engine and combustion emission products release to the environment at different engine operation conditions.