Modelado y optimización del ángulo de autoencendido
5.3. Resultados del modelado del proceso de autoencendi- do
5.3.1. Resultados del OAM
5.3. Resultados del modelado del proceso de autoencendido
5.3. Resultados del modelado del proceso de autoencendi-
Tabla 5.2. Coeficientes no-estandarizados significativos con p<0.05 y F-ratios del modelo OAM.
Factor Coeficiente Valor F-ratio
Modelo 16.39
Término independiente β0 -2.8613
Fr β3 -0.8313 59.13
Tadm β1 5.0075·10−3 44.17
n β6 5.3629·10−4 18.59
rc β5 0.1072 12.46
EGR2 β44 -4.4074·10−4 11.18
rc·n β56 -2.6816·10−5 10.71
padm·n β26 4.6829·10−5 8.01
EGR β4 0.0186 5.90
Tadm·Fr β13 4.5578·10−3 4.49
padm β2 -0.0686 4.36
Tadm·n β16 -9.9865·10−7 4.02
la estimación de la varianza del error yNel número de experimentos.
SP=
"
m´ax(yˆ)−m´ın(yˆ) (V¯(yˆ))1/2
#
(5.5)
V¯(yˆ) = p·σ2
N (5.6)
El valor deSPobtenido para el OAM es de 17.31, muy superior a 4, valor recomen- dable para modelos de regresión [13]. La Figura 5.3 muestra los valores predichos por el modelo de regresión frente a los obtenidos de las simulaciones descritas en el apartado 5.2.3 (δCK).
Como la expresión resultante es un polinomio (función continua) que debe repre- sentar una variable discreta (como se ha visto anteriormente toma un valor de 0 cuando no existe autoencendido y un valor de 1 cuando sí existe), es necesario “discretizar”los valores proporcionados por el modelo de regresión. Para ello se selecciona un valor um- bral de 0.5 (representado en la Figura 5.3 con un trazo discontinuo) que distingue las dos posibles respuestas. Con el modelo obtenido y el umbral seleccionado se observa que solamente en uno de los casos el modelo no es capaz de predecir la respuesta ob- tenida en la simulación, obteniéndose para este punto un valor de OAM muy cercano al del umbral. Por ello no se recomienda utilizar puntos que proporcionan un valor del modelo OAM próximo a dicho valor del umbral.
La Figura 5.4 muestra los valores de OAM al variar dos variables independientes manteniendo constantes el resto de parámetros del modelo. Se muestra el efecto de las variables más significativas (Tadm,Fr,rcyn) para tres niveles diferentes de EGR. Las
5.3. Resultados del modelado del proceso de autoencendido
0 1
- 0 . 5 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5
OAM
C K
Figura 5.3. Resultados del modelo OAM.
figuras 5.4a, 5.4c y 5.4e contienen los valores provenientes de la correlación considerando padm=1 atm,rc=15 yn=3000 rpm para valores deEGRde 0, 25 y 50 % respectivamente.
Se observa que mayores valores de Fr favorecen el encendido, tendencia análoga a la obtenida en el apartado 4.4.2 para evoluciones a volumen constante con temperaturas por debajo de 1450 K. El efecto tan marcado deFr sobre el autoencendido es indicativo de que este fenómeno está influenciado principalmente por la cinética de temperatura baja e intermedia, regiones en las que el efecto de Fr es más significativo, tal y como se observa en la Figura 4.12. Aumentar Tadm también favorece el autoencendido en todos los casos, lo que parece indicar que el periodo de tiempo en el que la mezcla se encuentra en la región de bajas temperaturas marca la aparición del autoencendido, ya que en la región de temperaturas intermedias (región NTC) el efecto es el contrario (como se comprobó en el apartado 4.4.2). Finalmente se observa que el efecto del EGR no es lineal, siendo los valores intermedios delEGRlos que más favorecen el encendido. Esta última afirmación se justifica porque el EGR tiene un efecto cinético, que perjudica el encendido sobre todo al final de la región de temperaturas bajas y en la región NTC, tal y como muestra la Figura 4.17; y un efecto térmico, que provoca que las temperaturas alcanzadas durante la compresión sean menores. El efecto térmico causa que la mezcla se encuentre en la región de bajas temperaturas durante un periodo más largo, lo que favorece la aparición de autoencendido, mientras que el efecto cinético la perjudica. Por lo tanto, existen dos efectos contrarios al aumentar el EGR, lo que provoca el comportamiento no lineal observado por el que existen valores intermedios deEGR para los que el efecto térmico predomina.
Fr Design-Expert® Software Enciende
1 0 X1 = A: Tadm X2 = C: Fr Actual Factors B: Padm = 1.00 D: EGR = 0.00 E: rc_ = 15.00 F: n = 3000.00
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300.00 325.00 350.00 375.00 400.00
0.10 0.28 0.45 0.63 0.80
T adm
0.60
0.00 0.15
0.30 0.45
(a)EGR=0 %
Design-Expert® Software Enciende
1 0 X1 = E: rc_
X2 = F: n Actual Factors A: Tadm = 350.00 B: Padm = 1.00 C: Fr = 0.40 D: EGR = 0.00
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12.00 13.50 15.00 16.50 18.00
1000.00 1750.00 2500.00 3250.00 4000.00
rc
n
0.20
0.30
0.40 0.50
0.60
(b)EGR=0 %
Fr
Design-Expert® Software Enciende
1 0 X1 = A: Tadm X2 = C: Fr Actual Factors B: Padm = 1.00 D: EGR = 25.00 E: rc_ = 15.00 F: n = 3000.00
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300.00 325.00 350.00 375.00 400.00
0.10 0.28 0.45 0.63 0.80
T adm
0.80 0.65 0.50
0.35
0.20
(c)EGR=25 %
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1 0 X1 = E: rc_
X2 = F: n Actual Factors A: Tadm = 350.00 B: Padm = 1.00 C: Fr = 0.40 D: EGR = 25.00
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12.00 13.50 15.00 16.50 18.00
1000.00 1750.00 2500.00 3250.00 4000.00
rc
n
0.30
0.40
0.50
0.60 0.70
0.80 0.90
(d)EGR=25 %
Fr
Design-Expert® Software Enciende
1 0 X1 = A: Tadm X2 = C: Fr Actual Factors B: Padm = 1.00 D: EGR = 50.00 E: rc_ = 15.00 F: n = 3000.00
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300.00 325.00 350.00 375.00 400.00
0.10 0.28 0.45 0.63 0.80
T adm
0.45 0.30 0.15
0.00
-0.15
(e)EGR=50 %
Design-Expert® Software Enciende
1 0 X1 = E: rc_
X2 = F: n Actual Factors A: Tadm = 350.00 B: Padm = 1.00 C: Fr = 0.40 D: EGR = 50.00
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12.00 13.50 15.00 16.50 18.00
1000.00 1750.00 2500.00 3250.00 4000.00
rc
n
0.00
0.10
0.20
0.30 0.40
0.60 0.50
(f)EGR=50 %
Design-Expert® Software Enciende
1 0 X1 = A: Tadm X2 = C: Fr Actual Factors B: Padm = 1.00 D: EGR = 25.00 E: rc_ = 15.00 F: n = 3000.00
300.00 325.00 350.00 375.00 400.00
0.10 0.28 0.45 0.63 0.80
T adm
Fr
0.20 0.35
0.50 0.65
0.80
Figura 5.4. Valores del modelo OAM en función de diferentes parámetros de operación (padm=1,rc=15 yn=3000 rpm (figuras (a), (c) y (e)) yTadm=350 K,padm=1,Fr=0.4 (figuras
(b), (d) y (f))).
Las figuras 5.4b, 5.4d y 5.4f muestran el comportamiento de la expresión OAM para valores variables dercynconsiderandoTadm=350 K, padm=1 atm yFr=0.4, también para los mismos tres niveles de EGR. Debido al control cinético de la combustión HCCI, ma- yores valores de n, es decir menores tiempos con temperaturas y presiones suficientes para que se produzca el encendido, perjudican el mismo, tal y como se observa para 146
5.3. Resultados del modelado del proceso de autoencendido todas las tasas de EGR. Por su parte, mayores valores derc promueven el encendido debido al aumento de la presión y temperatura alcanzada en la cámara de combustión.
Al aumentar la presión, la temperatura de transición entre la región de bajas tempera- turas y la región NTC aumenta, lo que dificulta que se alcance esta última. La tendencia observada conrcconfirma que el autoencendido esta controlado por las reacciones que se producen en la región de bajas temperaturas, tal y como se ha visto anteriormente, para el rango de valores dercestudiado.