Energy and Exergy analysis of a light duty diesel engine operating at different altitudes

Abstract

RESUMEN: La densidad del aire disminuye con el aumento de la altitud sobre el nivel del mar, este aspecto afecta el proceso de combustión, la formación de emisiones contaminantes y por tanto el desempeño del motor. En este trabajo se presenta el diagnóstico del proceso de combustión de un motor diesel de automoción turbo-alimentado, mediante la medición de presión en cámara operando en tres alturas diferentes sobre el nivel del mar, bajo condiciones estacionarias, utilizando diesel convencional (acpm) como combustible. A medida que aumenta la altura sobre el nivel del mar se incrementa la relación combustible/aire (mezcla más rica) y con ello el consumo específico de combustible, la duración de la combustión, la combustión en fase premezclada, la temperatura máxima, el calor transferido a los gases y la exergía destruida, mientras que el rendimiento térmico efectivo del motor, la presión máxima y la exergía en el cilindro disminuyen. Sin embargo, la eficiencia mecánica y el tiempo de inyección se mantienen aproximadamente constantes. Las diferencias encontradas en la exergía destruida se deben a las variaciones del proceso de combustión, ya que no se encontraron efectos significativos en las carreras de compresión y expansión. La mayor irreversibilidad debida al aumento de la altura se debe a la baja calidad de la energía de los gases de escape.

ABSTRACT: Altitude above sea level produces a reduction in air density affecting the combustion process, pollutant emissions, and engine performance. In this work the combustion diagnosis of an automotive turbocharged diesel engine was carried out from in-cylinder pressure signal. Tests were performed at three altitudes above sea level, under steady state operating conditions, using conventional diesel fuel. As altitude above sea level increased, the fuel/air mixture became richer. The brake specific fuel consumption, combustion duration, premixed combustion phase, maximum temperature, heat rejected to the gases and exergy destruction were also increased; at the same time, brake thermal efficiency, maximum in-cylinder pressure and in-cylinder exergy decreased. Mechanical efficiency and injection timing remained approximately invariable. Exergy destruction differences were caused by the combustion process, without significant effects during compression and expansion. The greater irreversibility resulting from altitude increase was linked with the lower energy quality of the exhaust gases.