Turbocharger performance maps are vital components used in an engine-turbocharger matching process, a 1D engine performance development stage and a day-to-day operation of a turbocharged vehicle. The main aim of this thesis is the investigation of the turbocharger compressor performance when operating with an alternative to air substitute gas. This occurs, for instance, when turbocharging and low pressure exhaust gas recirculation (LP EGR) technologies are combined. To conduct the experimental study of the turbocharger performance with substitute gas a steady-state turbocharger test facility with a compressor closed-loop mode has been designed and built within this thesis by the author. Also, for the most accurate performance map determination an uncertainty analysis of a selected turbocharger performance map and an extensive study on surge have also been carried out. The sensor based uncertainty analysis has been a key aspect to help to understand the links between the accuracy of measured quantities and the overall uncertainty of the performance parameters. Such knowledge allowed for a selection of sensors targeting the most accurate data measurement. While investigating the uncertainty of the turbocharger performance maps heat transfer related efficiency uncertainty was also studied. Namely, a series of a semi-adiabatic tests were performed in the low turbocharger speed region which highlighted the issues related to a work and heat transfer separation and uncertainty of the extrapolated performance data. Also, a contribution to the turbocharger heat transfer modelling has been made by supporting the in-house lumped capacitance thermal node model with the 3D CHT (conjugate heat transfer) simulations [1, 2]. Finally, a study of a literature based compressor heat estimation method was performed as an alternative way of separating work and heat transfer (with low speed adiabatic mapping). The experimental surge study was conducted in phases and included the analysis and comparison of the low and high frequency pressure data gathered at various locations downstream and upstream from the compressor and temperature data collected at close distance from impeller eye. It has been concluded that the post-compressor located pressure measurement is preferable (than the pre-compressor pressure measurement) as the FFT (Fast Fourier Transform) magnitude of the peak frequency associated with surge is independent on the distance of the sensor from the compressor. The useage of the temperature sensor installed at the closest distance from the compressor entry allowed an observation of the near surge temperature rise (a result of the air recirculation). However, due to the inconsistent rate of the temperature rise across the various speed lines along with the poor response it offers no benefit from the surge avoidance point of view. The comparison of the available surge metrics revealed that the resultant surge lines were drawn at different operating points especially at the higher turbocharger speed lines where the surge development investigated by the rise of the low frequency FFT magnitude peaks was much more visible. The experimental tests performed in steady-state and pulsating flow conditions have indicated larger surge margin availability for the latter case [3]. Development of a turbocharger rig and gaining the confidence in turbocharger performance map generation allowed the author to carry out the investigation over compressor performance with a substitute gas. The study covered two cases of homogeneous and non-homogeneous gas introduction representing a well and a poorly mixed gases respectively. The substitute gas included various mixtures of CO2 and air and pure CO2. It has been highlighted that when comparing turbomachinery performance maps working with substitute gas non-dimensional speed and mass flow parameters shall be introduced. These parameters allow for the map corrections with respect to individual gas constant (R) and ratio of specific heats (γ). The experimentally obtained compressor performance maps with low CO2 concentration in CO2-air mixtures (3%, 5% and 10%) were successfully corrected with the use of non-dimensional speed and mass flow parameters. However, the compressor performance map obtained for the pure CO2 has revealed significant offsets in pressure ratio, efficiency, surge and choke flow locations. This is due to a significantly different γ. In the attempt of the further performance correction a method proposed by Roberts and Sjolander has been followed. As a result of such, a poor match between the measured and predicted values of compressor efficiency was achieved (n exponent = 0.8). A closer correlation was obtained if the n exponent was made a speed dependent variable. This observation has suggested that the measurement of compressor efficiency was affected by the heat transfer between the uninsulated turbomachinery components. Due to the time limitations this assertion has not been investigated experimentally. Realising this limitation, therefore, a series of adiabatic CFD simulations have been performed instead. These simulations have shown that for the case of pure CO2 a reasonable match between the simulated and predicted values of efficiency and pressure ratio was achieved. The experimental and numerical comparison of the compressor performance for homogeneously and non-homogeneously introduced substitute gas did not show any significant compressor performance changes. Finally, experimental study of selected configurations of the intake pipework and EGR mixing valve has shown that complex flow regimes can be developed within the LP EGR system affecting the compressor’s surge margin, efficiency and width of the map. This demonstrates that the aerodynamic disturbances of an EGR mixing valve may have the largest influence on the compressor map compared to all other factors.

The reduction of fuel consumption and the reduction of toxic emissions are the main goals of research and development in the area of internal combustion engines. The use of exhaust gas recirculation (EGR) to come further in that direction is today an established method for diesel engines. EGR reduces the emissions of nitrogen oxides with a low penalty in fuel consumption. The increasingly hard regulations on emissions put high pressure on the manufacturers to improve these systems. The present work aims at increasing the knowledge in the area of EGR. Two of the main challenges when applying EGR are addressed, efficiency and mixing. The efficiency of the EGR-system is analyzed, focusing on keeping the fuel penalty low for a given EGR-rate. Different layouts of the EGR system are studied and compared regarding their stationary and transient properties. Exergy analysis is used to show the potential for improvement in different system components. In the same time, exergy analysis as a tool is introduced and compared to energy analysis of a system. The usefulness of exergy analysis of the entire gas exchange is shown by the example of a heavy-duty diesel engine. The problem of EGR and air mixing is approached by a detailed study of the mixing process in a heavy-duty diesel engine. Different methods for the measurement of EGR distribution are presented and compared. Additionally, the possibility to predict the mixing effects by 1-D and 3-D simulation is assessed. It is shown that the mixing between air and EGR is highly dependent on the pulsating nature of the flow. The EGR is shown to be transported in packets in the air flow. This leads to the conclusion that mixing not only at the mixing point, but also mixing in flow direction needs to be optimized, as the distribution of EGR between the cylinders is dependent on the timing between the passage of the EGR packets and the valve opening time. / <p>QC 20140203</p>

Due to the continuous work in the automobile industry to reduce the environmental impact, reduce fuel consumption and increase efficiency, new technologies need to be developed and implemented in vehicles. For spark ignited engines, one technology that has received more attention in recent years is long route Exhaust Gas Recirculation (EGR), which means that exhaust gases after the turbine are transported back to the volume before the compressor in the air intake system of the engine. In this work, the components of the long route EGR system is modeled with mean value engine models in Simulink, and implemented in a existing Simulink engine model. Then different methods for estimating the mass flow over the long route EGR system are compared, and the transport delays for the recirculated exhaust gases in the engines air intake system are modeled. This work is based on measurements done on an engine rig, on which a long route EGR system was installed. Finally, some ideas on how a long route EGR system on a gasoline engine can be controlled are presented based on the results in this thesis work.

[ES] El creciente uso de la recirculación de gases de escape durante los últimos años debido a su impacto en la reducción de las emisiones NOx y a la alta demanda de soluciones por parte de los nuevos ciclos de homologación para reducir emisiones, ha provocado la necesidad de estudiar en profundidad el sistema de recirculación de gases de escape para su uso de forma continua y con independencia de las condiciones ambientales. Debido a esta necesidad y sabiendo que el principal problema de su uso en el ciclo de baja presión es la condensación generada que provoca el desgaste del rodete del compresor. Ha hecho necesaria la investigación en profundidad de esta técnica para conocer, entender y predecir la condensación durante el uso de la recirculación de gases de escape de baja presión. Este trabajo se ha centrado en generar, mejorar y validar los modelos de predicción de condensados, así como de desarrollar técnicas experimentales que validaran y sirivieran para entender mejor el fenómeno de la condensación, con la visión puesta en calcular la condensación en ciclos completos de homologación. Respecto al trabajo experimental de esta tesis, se han centrado los esfuerzos en medir la condensación generada en el intercambiador de calor de la línea de recirculación de gases de escape de baja presión para diferentes condiciones, simulando un arranque en frío de motor. Otro de los puntos que se ha estudiado, ha sido la condensación a la salida de la unión en la que se mezcla la recirculación de gases de escape de baja presión con el aire del ambiente proveniente de la entrada del motor. Desarrollando nuevas metodologías para la medida experimental mediante técnicas ópticas y medidas indirectas de la condensación por mezcla. En cuanto al trabajo de modelado de la condensación, se ha investigado sobre dos grandes líneas. La primera ha sido el desarrollo de modelos 0D para el cálculo de la condensación en el intercambiado de calor de la línea de recirculación de gases de escape y la verificación experimental del modelo de condensación 3D-CFD desarrollado previamente a esta tesis. El segundo punto ha consistido en el desarrollo y aproximación de nuevas metodologías mediante métodos estadísticos de la reducción de la complejidad en el cálculo de la condensación, reduciendo el número de dimensiones necesarias para calcular de forma realista la condensación en un tiempo reducido. Esto ha posibilitado el cálculo de la condensación producida en ciclos de homologación y su posterior estudio mediante análisis de sensibilidad a diferentes condiciones, estimando una duración del rodete del compresor antes de sufrir desgaste debido a la erosión con el agua. / [CA] El creixent ús de la recirculació de gasos d'escapament durant els últims anys a causa del seu impacte en la reducció de les emissions NOx i a l'alta demanda de solucions per part dels nous cicles d'homologació per a reduir emissions, ha provocat la necessitat d'estudiar en profunditat el sistema per al seu ús de manera contínua i amb independència de les condicions ambientals. A causa d'aquesta necessitat i sabent que el principal problema del seu ús és la condensació generada que provoca el desgast del rodet del compressor, ha fet necessària la seua investigació en profunditat per conéixer, entendre i predir la condensació per l'ús de la recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió. Aquest treball s'ha centrat en generar i millorar els models de predicció de condensats així com de desenvolupar tècniques experimentals que validaren i serviren per entendre millor el fenomen de la condensació, amb l'objectiu d'estimar la condensació en cicles complets d'homologació. Respecte al treball experimental d'aquesta tesi, s'han centrat els esforços a mesurar la condensació generada a l'intercanviador de calor de la línia de recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió per a diferents condicions simulant una arrancada en fred de motor. Un altre dels punts que s'ha estudiat ha sigut la condensació a l'eixida de la unió en la qual es mescla la recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió amb l'aire fresc que prové de l'entrada del motor, desenvolupant noves metodologies per a la mesura experimental mitjançant tècniques òptiques i mesures indirectes de la condensació per mescla. Quant al treball de modelatge de la condensació, s'ha investigat sobre dues grans línies. La primera ha sigut el desenvolupament de models 0D per al càlcul de la condensació a l'intercanviat de calor de la línia de recirculació de gasos d'escapament i la verificació experimental del model de condensació 3D-CFD desenvolupat prèviament a aquesta tesi. El segon punt ha consistit en el desenvolupament i aproximació de noves metodologies mitjançant mètodes estadístics de la reducció de la complexitat en el càlcul de la condensació, reduint les dimensions necessàries per a calcular de manera realista la condensació en un temps reduït. Això ha possibilitat el càlcul de la condensació produïda en cicles d'homologació i el seu posterior estudi mitjançant anàlisi de sensibilitat a diferents condicions. / [EN] The increasing use of the exhaust gas recirculation during the last years due to the impact reduction on the NOx emissions and the high demand on solutions to fulfill the homologation restrictions has revealed the need of studying deeply the system to operate continuously and independently of the boundary conditions. As a consequence of this and knowing that the main drawback of employing the low pressure exhaust gas recirculation is the condensation generation that causes erosion on the compressor impeller, research is required to understand and to predict the condensation during the exhaust gas recirculation activation. This work has been focused on generating and improving the modelling condensation prediction; and also, the development of experimental techniques that validates the proposed models for calculating the condensation water at cold warm-up homologation cycles. Concerning the experimental work presented on the thesis, the eorts has been focused on the condensation measurements in two dierent locations. On one hand, on the low pressure exhaust gas recirculation cooler, changing inlet conditions while simulating warm-up conditions on an engine. On the other hand, the condensation has been measured at the three-way junction outlet where the exhaust gas recirculation is mixed with fresh air coming from the ambient. Also, novel methodologies has been developed for measuring with optical techniques and with indirect measurements the mixing condensation. In terms of the condensation modeling, this thesis has been based in two main topics. The first topic regarding modeling was a 0D condensation model for calculating the condensation on heat exchangers and in particular, on low pressure exhaust gas recirculation coolers. Following this topic, it has been a quantitative validation of a 3D-CFD condensation submodel by means of experimental measurements. The second topic has been centered on developing new statistical methodologies for reducing the condensation calculation complexity on multi-dimensional simulations and reducing multi-fidelity parameters with the reduction of the computational cost. These methodologies have allowed to calculate the condensation on homologation cycles and to perform sensitivity analysis with different conditions. / The respondent wishes to acknowledge the financial support received through contract FPI-GVA-ACIF-2019 grant of the Government of Generalitat Valenciana and the European Social Fund. The equipment used in this work and the inter- national stay has been partially supported through the following project: • Project grant number GV/2020/008 of the “Conselleria de Innovación, Uni- versidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana” • Grant for the international stay number BEFPI-2020 of the “Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana” and the European Social Fund / Moya Torres, F. (2022). Experimental analysis and multidimensional modeling of water condensation due to low-pressure exhaust gas recirculation activation during engine cold starts [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/187990 / TESIS

[ES] El carácter cada vez más estricto de las normativas de emisiones ha provocado el desarrollo de motores de combustión más respetuosos con el medioambiente. La última normativa europea aplicada al sector del transporte ha ampliado el rango de condiciones de operación en el que se realizan las pruebas de homologación. Las variables de temperatura ambiente y altitud de conducción son ahora requisitos adicionales que deben tenerse en cuenta con la intención de reducir la diferencia entre el resultado de esas pruebas y en condiciones de conducción real. La comprensión del impacto de las condiciones ambientales sobre el funcionamiento del motor es algo fundamental para superar los inconvenientes que pueden representar la respuesta del motor y teniendo un gran impacto sobre las emisiones del mismo. Como consecuencia de la variación de la altitud y de la temperatura ambiente, las condiciones de contorno de los sistemas de postratamiento de los gases de escape (EATS) se modifican, comprometiendo su funcionamiento y repercutiendo en las emisiones liberadas a la atmosfera. En el caso concreto de los motores Diesel, los dos EATS más comunes son el catalizador de oxidación diesel (DOC) y el filtro de partículas diesel (DPF). En este contexto, la presente tesis doctoral propone diferentes enfoques a fin de comprender los principales efectos que las condiciones ambientales extremas provocan en el motor y en el funcionamiento del DOC y del DPF. Una parte importante de este trabajo ha consistido en la puesta en marcha de un banco de pruebas experimental equipado con un simulador de altitud y de una herramienta de modelización termo fluidodinámica unidimensional (1D) para un amplio análisis. Tras los resultados experimentales en condiciones de estado estacionario a baja temperatura, los mapas de contorno de las emisiones de CO y HC condujeron a la evaluación como las condiciones ambientales extremas repercuten en la temperatura de activación del DOC y en la eficiencia de conversión de las emisiones contaminantes. El análisis computacinal ayudó a elaborar directrices que determinan la contribución de las propiedades del flujo causadas por dichas condiciones. Asimismo, se ha abordado el efecto de la aplicación de soluciones computacionales de aislamiento térmico del escape sobre el DOC y la respuesta del motor. Por otro lado, se ha realizado experimentalmente la actuación de la turbina de geometría variable (VGT) sobre el proceso de regeneración del DPF. El impacto que la estrategia de presión de sobrealimentación tiene sobre la tasa de consumo de hollín durante la regeneración activa en función de la altitud de conducción se considera con la orientación de las herramientas de modelado. La discusión de la reducción de la tasa de regeneración en altitud con las estrategias de sobrealimentación estándar ha conducido a la reevaluación de la actuación de la de la turbina de geometría variable (VGT) para condiciones de altitud extrema. Por último, se ha analizado experimentalmente la sensibilidad de la posición del VGT y la tasa de EGR de baja presión (LP-EGR) sobre el comportamiento del motor a cargas parciales en un amplio rango de condiciones ambientales. Los resultados han conducido a la redefinición de la calibración del motor a fin de aumentar la temperatura de entrada del EATS al tiempo que se reduce el consumo específico de combustible. / [CA] El caràcter cada vegada més estricte de les normatives d'emissions ha provocat el desenvolupament de motors de combustió més respectuosos amb el medi ambient. L'última normativa europea aplicada al sector del transport ha ampliat el rang de condicions d'operació en el qual es realitzen les proves d'homologació. Les variables de temperatura ambient i altitud de conducció són ara requisits addicionals que han de tindre's en compte amb la intenció de reduir la diferència entre el resultat d'aqueixes proves i en condicions de conducció real. La comprensió de l'impacte de les condicions ambientals en el compliment de la normativa pel motor es fonamental per a superar els inconvenients que poden representar per a la resposta del motor amb un ampli impacte en les emissions d'aquest. A conseqüència de la variació de l'altitud o de la temperatura ambient, els límits dels sistemes de posttractament dels gasos de fuita (EATS) es modifiquen, comprometent el seu funcionament i repercutint en les emissions alliberades a la atmosfera. En el cas concret dels motors Dièsel, els dos EATS més comuns són el catalitzador d'oxidació dièsel (DOC) i el filtre de partícules dièsel (DPF). En aquest context, aquesta tesi doctoral proposa diferents enfocaments per a entendre els principals factors que les condicions ambientals extremes imposen al motor i al funcionament del DOC i del DPF. Una part important d'aquest treball ha consistit en la posada en marxa d'un banc de proves experimental equipat amb un simulador d'altitud i d'una eina de modelització termo fluidodinámica unidimensional (1D) per a una ampla anàlisi. Després dels resultats experimentals en condicions d'estat estacionari a baixa temperatura, els mapes de contorn de les emissions de CO i HC ha conduí a l'avaluació de com les condicions ambientals extremes repercuteixen en la temperatura d'activació del DOC i en l'eficiència de conversió de les emissions contaminants. L'anàlisi computacinal ha ajudat a elaborar directrius que determinen la contribució de les propietats del flux causades per aquestes condicions. Així mateix, l'efecte de l'aplicació de solucions d'aïllament tèrmic del tubo d'escapament sobre el DOC i la resposta del motor. D'altra banda, s'ha realitzat experimentalment l'actuació de la turbina de geometria variable (VGT) sobre el procés de regeneració del DPF. L'impacte que l'estratègia de pressió de sobrealimentació té sobre la taxa de consum de sutge durant la regeneració activa en funció de l'altitud de conducció es considera amb l'orientació de les eines de modelatge. La discussió de la reducció de la taxa de regeneració en altitud amb les estratègies de sobrealimentació estàndard ha conduït a la reavaluació de l'actuació de la de la turbina de geometria variable (VGT) per a condicions d'altitud extrema. Finalment, s'ha analitzat experimentalment la sensibilitat de la posició del VGT i la taxa de EGR de baixa pressió (LP-EGR) sobre el comportament del motor a càrregues parcials en un ampli rang de condicions ambientals. Els resultats han conduït a la redefinició del calibratge del motor a fi d'augmentar la temperatura d'entrada del EATS al mateix temps que es redueix el consum específic de combustible. / [EN] The increasingly stringent emission standards act as a guide for the development of cleaner vehicles in a context of climate change. The latest European regulations applied to the transportation sector widened the operation range where homologation tests are carried out. The variables of ambient temperature and driving altitude are now extra requirements that must be considered in a way to shorten the gap between those tests and real driving. The understanding of the ambient conditions impact on the engine response becomes fundamental to overcome the drawbacks represented by them, being determinant for the engine response with an extended impact on engine-out emissions. As a consequence of altitude or ambient temperature variation, the exhaust aftertreatment systems (EATS) boundaries are modified, compromising their operation and impacting on tailpipe emissions. In the specific case of Diesel engines, the two most common EATS are the diesel oxidation catalyst (DOC) and the diesel particulate filter (DPF). In this context, this doctoral thesis proposes different approaches to understand the main factors that extreme ambient conditions impose to the engine and to the DOC and DPF operation. An important part of this work consisted of the set up of an experimental test bench equipped with an altitude simulator and of a one-dimensional (1D) thermo-fluid dynamic modelling tool for a wide-ranging analysis. Following low temperature steady state conditions experimental outcomes, CO and HC emission contour maps led to the evaluation of how extreme ambient conditions impact on the DOC light-off and pollutant emissions conversion efficiency. The modelling analysis helped to build guidelines that determine the contribution of the flow properties caused by such conditions. Besides, the effect of applying computational exhaust line thermal insulation solutions on the DOC and engine response is additionally addressed. On the other hand, the variable geometry turbine (VGT) actuation on the DPF regeneration process is performed experimentally. The impact that the boost pressure strategy has on the rate of soot depletion during active regeneration as a function of the driving altitude is considered with the guidance of the modelling tools. The reduction of the regeneration rate in altitude with standard boosting strategies is discussed, leading to the re-evaluation of the VGT actuation for high altitude practices. Finally, the sensitivity of the VGT position and low pressure exhaust gases recirculation (LP-EGR) rate at a vast array of ambient conditions is experimentally analysed for regular engine operation at partial loads. The results led to the engine calibration redefinition based on EATS inlet temperature increase and the reduction of the specific fuel consumption. / Diesel Costa, B. (2022). Advancement in Understanding the Extreme Altitude and Ambient Temperature Impact on Diesel Engine and Aftertreatment Performance [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181715 / TESIS

[ES] Teniendo en cuenta la cantidad de motores de combustión interna que se encuentran en activo actualmente, y sus potenciales emisiones de contaminación si se realizaran de forma incontrolada por el parque automovilístico, las normativas internacionales son cada vez más estrictas en cuanto a la cantidad de gases perjudiciales para el medio ambiente que pueden emitir dichos motores de manera unitaria. Debido a ello, se han ido desarrollando e implantando técnicas de reducción de contaminantes como el downsizing en el cual se reduce el tamaño del motor para reducir el consumo, la implantación de motores híbridos y la Recirculación de Gases de Escape. Esta técnica de recirculación puede abordarse de dos maneras alternativas: la Recirculación de Gases de Escape de Ruta Larga inyecta dichos gases antes del compresor, mientras que la Recirculación de Gases de Escape de Ruta Corta (o alta presión) los reinyecta después del compresor, en el mismo colector de admisión del motor. Dado que en ambas configuraciones se produce una inyección directa del flujo recirculado en la corriente principal, en el presente trabajo se propone un estudio numérico de la mezcla entre las corrientes de aire y gases recirculados usando un software comercial de mecánica de fluidos computacional (STAR-CCM+). En la configuración de Ruta Larga se ha propuesto en primer lugar estudiar el efecto en los parámetros globales del compresor de una entrada heterogénea compuesta por aire y gases de escape. Para ello, se han analizado 9 puntos de funcionamiento distintos, tratando de abarcar el mapa completo del compresor centrífugo con una tasa de inyección constante. Se ha demostrado, por un lado, la necesidad de un esquema transitorio de cálculo para la obtención de resultados confiables en todo el dominio del compresor. Por otro lado, se ha demostrado que, con tasas de penetración de flujo estándar, la inyección de gases recirculados no tiene un impacto reseñable en las prestaciones del compresor, con excepción de la zona de bombeo. En segundo lugar, se ha desarrollado un diseño numérico de experimentos en configuración de Ruta Larga con el objetivo de encontrar correlaciones entre la condensación generada en dichas uniones (la cual puede aparecer bajo ciertas condiciones de operación del motor) y la mezcla entre las corrientes de aire y gases de escape. Se ha demostrado que la penetración de los gases en la corriente principal es un factor clave en la condensación generada, aumentando la cantidad de mezcla entre ambas corrientes. En la configuración de Ruta Corta se han realizado estudios de configuración numérica tratando de estudiar la influencia de factores como malla, tamaño del paso temporal y modelos de turbulencia en la distribución final de los gases de escape entre los diferentes cilindros del motor. Se ha demostrado que los submodelos RANS pueden predecir la mayor parte de puntos de operación tanto en variables medias como instantáneas comparando resultados numéricos con mediciones experimentales. Fijando una configuración numérica, posteriormente se han analizado diferentes mezcladores en colectores de motores de 4 y 6 cilindros, demostrando la aplicabilidad de los índices de mezclado desarrollados y cuantificando la influencia de los diferentes efectos físicos que influyen en la distribución y mezcla de los gases de escape en la corriente principal. / [CA] Tenint en compte la quantitat de motors de combustió interna que es troben en actiu actualment, i les seues potencials emissions de contaminació si es realitzaren de manera incontrolada pel parc automobilístic, les normatives internacionals són cada vegada més estrictes quant a la quantitat de gasos perjudicials per al medi ambient que poden emetre aquests motors de manera unitària. A causa d'això, s'han anat desenvolupant i implantant tècniques de reducció de contaminants com el downsizing en el qual es redueix la grandària del motor per a reduir el consum, la implantació de motors híbrids i la Recirculació de Gasos de Fuita. Aquesta tècnica de recirculació pot abordar-se de dues maneres alternatives: la Recirculació de Gasos de Fuita de Ruta Llarga injecta aquests gasos abans del compressor, mentre que la Recirculació de Gasos de Fuita de Ruta Curta (o alta pressió) els reinjecta després del compressor, en el mateix collector d'admissió del motor. Atés que en totes dues configuracions es produeix una injecció directa del flux recirculat en el corrent principal, en el present treball es proposa un estudi numèric de la mescla entre els corrents d'aire i gasos recirculats usant un programari comercial de mecànica de fluids computacional (STAR-CCM+). En la configuració de Ruta Llarga s'ha proposat en primer lloc estudiar l'efecte en els paràmetres globals del compressor d'una entrada heterogènia composta per aire i gasos de fuita. Per a això, s'han analitzat 9 punts de funcionament diferents, tractant d'abastar el mapa complet del compressor centrífug amb una taxa d'injecció constant. S'ha demostrat, d'una banda, la necessitat d'un esquema transitori de càlcul per a l'obtenció de resultats de confiança en tot el domini del compressor. D'altra banda, s'ha demostrat que, amb taxes de penetració de flux estàndard, la injecció de gasos recirculats no té un impacte ressenyable en les prestacions del compressor, amb excepció de la zona de bombament. En segon lloc, s'ha desenvolupat un disseny numèric d'experiments en configuració de Ruta Llarga amb l'objectiu de trobar correlacions entre la condensació generada en aquestes unions (la qual pot aparéixer sota unes certes condicions d'operació del motor) i la mescla entre els corrents d'aire i gasos de fuita. S'ha demostrat que la penetració dels gasos en el corrent principal és un factor clau en la condensació generada, augmentant la quantitat de mescla entre tots dos corrents. En la configuració de Ruta Curta s'han realitzat estudis de configuració numèrica tractant d'estudiar la influència de factors com a malla, grandària del pas temporal i models de turbulència en la distribució final dels gasos de fuita entre els diferents cilindres del motor. S'ha demostrat que els submodelos RANS poden predir la major part de punts d'operació tant en variables mitjanes com instantànies comparant resultats numèrics amb mesuraments experimentals. Fixant una configuració numèrica, posteriorment s'han analitzat diferents mescladors en col·lectors de motors de 4 i 6 cilindres, demostrant l'aplicabilitat dels índexs de barrejat desenvolupats i quantificant la influència dels diferents efectes físics que influeixen en la distribució i mescla dels gasos de fuita en el corrent principal. / [EN] Considering the amount of internal combustion engines (ICEs) existing nowadays, and the pollutants that they could potentially emit, it is no surprise that international standards are getting increasingly severe regarding the allowed limits of pollutants that can be released by such engines. For this reason, different techniques have been developed in order to diminish pollutants, as downsizing in which the engine size is reduced to decrease the consumption, the hybridation of engines and the exhaust gases recirculation (EGR). This recirculation technique can be addressed by 2 different paths: Low Pressure EGR (LP-EGR) which reintroduce the exhaust gases before the compressor, while High Pressure EGR (HP-EGR) injects exhaust gases after the compressor in the intake manifold. Since both configurations deal with a direct injection of the recirculated flow in the main stream, in the present work a numerical study of the mixing between air and EGR flows is proposed, using a commercial code of computational fluid dynamics (STAR-CCM+). In LP-EGR configuration has been proposed the study of the influence of a heterogeneous inlet (composed by air and exhaust gases) on the main performance of a centrifugal compressor. To do that, 9 different operating points have been analyzed, trying to cover the whole map of the compressor with a constant injection rate. It has been demonstrated the necessity of a transient scheme for obtaining reliable results in the complete domain of the compressor. On the other hand, it has been proved that, with standard penetration rates of the flow, EGR do not have a remarkable impact in the performance of the compressor, besides the surge zone. In LP-EGR scheme, a numerical design of experiments has been developed with the aim to find correlations between the generated volume condensation (which can appear under some operating points of the engine) and the mixing between air and exhaust gases. It has been proved that the penetration of the EGR in the main stream is a key factor in volume condensation, increasing the amount of mixing between the streams. In HP-EGR configuration, different studies of numerical configuration have been conducted trying to find the influence of factors like mesh, time-step size, and turbulence models in the final distribution of exhaust gases between the cylinders of the engine. RANS submodels have demonstrated that can predict most of the operating points both average and instantaneous variables in comparison with experimental measurements. After that, fixing a numerical setup, different mixers in 4 and 6 cylinder manifolds have been calculated, showing the applicability of the developed mixing indexes, and quantifying the influence of the different physical effects that can influence in the mixing and distribution between air and exhaust gases streams. / García Olivas, G. (2021). Numerical study of EGR mixing and distribution in a piston engine intake line [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179406 / TESIS