Thesis (M.S.)--University of Wisconsin--Madison, 1915. / Typescript. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 69-71).

[pt] Os motores de combustão interna de ignição por centelha (M.C.I. - I.C.), operando no ciclo Otto, vêm sofrendo uma série de modificações e aperfeiçoamentos no sentido de melhorar sua eficiência térmica e o seu desempenho. No final dos anos 70, com a crise do petróleo e preocupação maior com o meio ambiente, muita atenção tem sido voltada para a solução desses problemas. Câmaras de queima rápida, ignição eletrônica, injeção eletrônica de combustível e outros, são modificações experimentadas nesse processo de otimização dos motores, cujo rendimento térmico ainda não passa da faixa de 33 por cento. No presente trabalho, foi pesquisado um sistema de múltipla ignição, tendo como parâmetros o número de velas de ignição, disposição das mesmas em relação à geometria da câmara, e ângulos de avanço de ignição. Foram também realizados estudos preliminares para a determinação da relação ar-combustível em função do número de velas. / [en] Spark ignition internal combustion engines, Otto cycle, have been gradually modified and improved so that higher values for thermal efficiency can be obtained. In the late seventies, due to the oil crisis much attention has been devoted to developing clean and more efficient engines. High Speed combustion chambers, electronic ignition, electronic injection among others, have been some of the components used to optimize the engine thermal efficiency, which is presently no more than about 33 percent. In the present research a multiple ignition system has been analysed. Combustion Chamber geometry, ignition advance angle, number of electric sparks and their layout in the chamber, together with the optimum air-fuel ratio are experimentally investigated.

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[ES] En los últimos años, la investigación en motores se ha centrado principalmente en la reducción de emisiones contaminantes y en el aumento de la eficiencia. Muchos de los esfuerzos de investigación actuales en este campo están dirigidos a mejorar y desarrollar nuevas estrategias activas para la reducción de emisiones, en particular centradas en los nuevos conceptos de combustión y en la obtención de un mejor control sobre ella. Su desarrollo requiere la aplicación de nuevas herramientas experimentales y teóricas. Estas herramientas deberían permitir tanto la aplicación de nuevas estrategias activas de control de contaminantes como ampliar el conocimiento básico de los fundamentos de los procesos involucrados. En este contexto es donde se encuadra el objetivo de esta Tesis: el desarrollo y optimización de un nuevo sistema de encendido no intrusivo y modulable, que permitirá el control sobre el tiempo y la ubicación del punto de encendido. Dicho sistema se aplicará para el encendido de chorros Diesel de inyección directa. En particular, se pretende evidenciar cómo las condiciones locales al encendido pueden afectar al desarrollo de la combustión posterior. Para lograr este objetivo, el trabajo de investigación se ha dividido en dos bloques principales. El primero se centra en el desarrollo y la optimización del sistema de encendido. Aprovechando las posibilidades que ofrece el proceso de inducción de plasma con láser y, una vez seleccionado el mejor método de inducción para su aplicación en un entorno especifico como el de un motor, se ha llevado a cabo un proceso de optimización y validación del sistema. Tal proceso resulta de importancia básica en el desarrollo de esta investigación, ya que la aplicación de un sistema de encendido totalmente fiable resulta ser fundamental, tanto en términos de su posible aplicación para control de combustión como en términos de las posibilidades de estudios que pueda ofrecer. Al principio, a partir de un extenso estudio de la literatura sobre el proceso de inducción de plasma con láser, se han obtenido los parámetros fundamentales a tener en cuenta para la aplicación del sistema al encendido de chorros de combustible de inyección directa. A partir de estos parámetros, se ha diseñado un primer sistema de encendido. Luego su fiabilidad en la inducción de plasma ha sido estudiada experimentalmente en condiciones ambientales y de motor, aplicando una metodología de optimización desarrollada en este mismo trabajo experimental. Como resultado principal de este primer bloque de trabajo, se ha podido obtener un sistema de encendido por plasma inducido con láser completamente optimizado y fiable, así como un método novedoso para su validación y optimización. El segundo bloque de trabajo corresponde a la aplicación del sistema al encendido de un chorro Diesel de inyección directa en condiciones reales del motor. El objetivo de este bloque era lograr dos hitos principales: la determinación de las capacidades y los límites del sistema en su aplicación, y el desarrollo de un primer estudio experimental sobre la influencia de las condiciones locales de la zona de encendido sobre una combustión Diesel. Para lograrlo, primero se ha validado la capacidad de encendido del sistema bajo un conjunto adecuado de condiciones termodinámicas, previamente seleccionadas para mantener la máxima efectividad. Los resultados de este estudio, en comparación con los típicos parámetros de autoencendido en las mismas condiciones, han permitido demostrar la capacidad de encendido del sistema. Posteriormente, se ha llevado a cabo una variación paramétrica de tiempos y posiciones en las que inducir el plasma, con el fin de determinar el efecto de las condiciones locales sobre el desarrollo de la combustión Diesel. En este caso, al comparar los resultados obtenidos con los parámetros estándar de autoencendido, se han podido obtener tendencias interesantes, que subra / [CA] En els últims anys, la investigació en motors s'ha centrat principalment en la reducció d'emissions contaminants i en l'augment de l'eficiència. Molts dels esforços d'investigació actuals en aquest camp estan dirigits a millorar i desenvolupar noves estratègies actives per a la reducció d'emissions, en particular centrades en els nous conceptes de combustió i en l'obtenció d'un millor control sobre ella. El seu desenvolupament requereix l'aplicació de noves eines experimentals i teòriques. Aquestes eines haurien de permetre tant el desenvolupament i aplicació de noves estratègies actives de control de contaminants com ampliar el coneixement bàsic dels fonaments dels principals processos involucrats. En aquest context és on s'enquadra l'objectiu principal d'aquesta Tesi: el desenvolupament i l'optimització d'un nou sistema d'encés no intrusiu i modulable, que permetrà el control sobre el temps i la ubicació del punt d'encés. Aquest sistema s'aplicarà per a l'encesa de dolls Diesel d'injecció directa. En particular, es pretén evidenciar com les condicions locals a l'encesa poden afectar el desenvolupament de la combustió posterior. Per a aconseguir aquest objectiu, el treball de recerca s'ha dividit en dos blocs principals. El primer se centra en el desenvolupament i l'optimització del sistema d'encesa. Aprofitant les possibilitats que ofereix el procés d'inducció de plasma amb làser i, una vegada seleccionat el millor mètode d'inducció per a la seua aplicació en un entorn especifique com el d'un motor, s'ha dut a terme un procés d'optimització i validació del sistema. Tal procés resulta d'importància bàsica en el desenvolupament d'aquesta investigació, ja que l'aplicació d'un sistema d'encesa totalment fiable resulta ser fonamental, tant en termes de la seua possible aplicació per a control de combustió com en termes de les possibilitats d'estudis que puga oferir. Al principi, a partir d'un extens estudi de la literatura sobre el procés d'inducció de plasma amb làser, s'han obtingut els paràmetres fonamentals a tindre en compte per a l'aplicació del sistema a l'encesa de dolls de combustible d'injecció directa. A partir d'aquests paràmetres, s'ha dissenyat un primer sistema d'encesa. Després la seua fiabilitat en la inducció de plasma ha sigut estudiada experimentalment en condicions ambientals i de motor, aplicant una metodologia d'optimització desenvolupada en aquest mateix treball experimental. Com a resultat principal d'aquest primer bloc de treball, s'ha pogut obtindre un sistema d'encés per plasma induït amb làser completament optimitzat i fiable, així com un mètode nou per a la seua validació i optimització. El segon bloc de treball correspon a l'aplicació del sistema a l'encesa d'un doll Dièsel d'injecció directa en condicions reals del motor. L'objectiu d'aquest bloc era aconseguir dues fites principals: la determinació de les capacitats i els límits del sistema en la seua aplicació a l'encesa de dolls d'injecció directa, i el desenvolupament d'un primer estudi experimental sobre la influència de les condicions locals de la zona d'encesa sobre el desenvolupament posterior d'una combustió Diesel. Per a aconseguir-ho, primer s'ha validat la capacitat d'encesa del sistema sota un conjunt adequat de condicions termodinàmiques, prèviament determinades per a mantindre la màxima efectivitat. Els resultats d'aquest estudi, en comparació amb els típics paràmetres d'autoencesa en les mateixes condicions, han permés demostrar la capacitat d'encesa del sistema. Posteriorment, s'ha dut a terme una variació paramètrica de temps i posicions en les quals induir el plasma per a forçar l'encesa, amb la finalitat de determinar l'efecte de les condicions locals sobre el desenvolupament de la combustió Diesel. En aquest cas, en comparar els resultats obtinguts amb els paràmetres estàndard d'autoencesa, s'han pogut obtindre tendències interessants, que subratl / [EN] In the recent years the engine research has been mainly focused on the pollutant emissions reduction and on increasing the efficiency. Many of the actual research efforts in the field of the Internal Combustion Engines are aimed to improve and develop new active strategies for emission reduction, particularly centered on new combustion concepts and a general improved combustion control. Their development requires the application of new experimental and theoretical tools, allowing both to be directly applied as an active pollutant control strategy and to permit to expand the basic knowledge of the governing processes' fundamentals. This is the concept where the main objective of this Thesis is framed: the development and optimization of a new, non-intrusive and modulable ignition system that will allow the control on the position and timing of the ignition spot. Such system will be applied to the ignition of direct injection diesel sprays in order to expand the knowledge of the ignition process, particularly considering how the local conditions at the ignition are affecting the subsequent combustion development. In order to accomplish the proposed objective, the research work has been divided in two main blocks. The first one is focused on the development and optimization of the ignition system. Taking advantage of the possibilities granted by the laser plasma induction process and, once selected the best induction method for its application in an internal combustion engine environment, a process of optimization of the ignition system has been carried out. Such optimization process results to be of basic importance for this research development. In fact, the application of fully reliable ignition system is fundamental both in terms of its possible direct application for combustion modulation purposes and in terms of the new study possibilities that is able to deliver. At first, from an extensive literature survey upon the plasma laser induction process, the fundamental parameters to focus on for the application of the system to the ignition of direct injection fuel sprays have been obtained. Starting from these parameters, a first ignition system has been designed, and then its reliability in the plasma induction has been experimentally tested under ambient and engine-like conditions, applying an original optimization methodology. As a main result of this first work block, a fully optimized and completely reliable laser induced plasma ignition system has been obtained, and an original system validation and optimization method has been developed. The second work block corresponds to the application of the ignition system to a direct injection diesel spray under real engine conditions. This block aimed to accomplish two main goals: the determination of the system capabilities and limits for the spray ignition application and the development of a first experimental study regarding the influence of the local conditions at the ignition location on the subsequent development of diesel combustion. In order to do so, first the system ignition capability has been tested on a diesel spray, under an adequate set of thermodynamic conditions determined to maintain the maximum possible system feasibility. The results of this study, compared with the standard combustion diagnostics parameters for the autoignition event at the same conditions, proved its ignition capabilities. Then a parametric variation of the local timing and position of the induced plasma generation region has been carried out, in order to determine the effect of the local condition on the combustion development. By comparing the obtained results with standard autoignition parameters at the same conditions, interesting trends have been obtained, that underline the system ability to control and modulate the combustion event / Pinotti, M. (2019). COMBUSTION CONTROL OF DIESEL SPRAYS BY MEANS OF LASER INDUCED PLASMA IGNITION [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130205

O objetivo do presente trabalho de pesquisa é o desenvolvimento de uma metodologia de monitoramento e detecção de defeitos esporádicos e de difícil diagnóstico, bem como o estudo de caso de sistemas de ignição de motores de combustão interna do ciclo Otto. O estudo visa aumentar a robustez do sistema perante falhas esporádicas de difícil detecção, reduzindo drasticamente o tempo de determinação da origem da falha. Através de testes acelerados e simulados em bancadas, a metodologia indica o estado atual dos componentes do sistema de ignição no tocante ao potencial de ocorrência de falhas esporádicas que afetam a combustão e também a confiabilidade do veículo. Os componentes e sistemas objetos da pesquisa são identificados por meio de um processo de análise de risco e de fatores como: ocorrência de muitos anos de histórico de campo, indicadores de reparos repetitivos, falhas esporádicas e de difícil diagnóstico, quebras de qualidade e do comportamento do sistema de diagnóstico OBD Br-2 (On-Board Diagnostic versão 2) diante de falhas intermitentes. A metodologia também proporciona uma ferramenta de análise de interfaces de componentes, que são fontes de falhas potenciais nem sempre consideradas nos processos de análise. Por meio de testes acelerados desses componentes críticos, é proposta metodologia para análise e correção imediata do processo produtivo de tais componentes, culminando na melhoria da confiabilidade dos processos críticos. A metodologia visa a aumentar a robustez do sistema de ignição, detectando rapidamente potenciais falhas esporádicas de difícil diagnóstico oriundas dos processos de fabricação e corrigindo-as imediatamente, introduzindo, assim, um fator de confiabilidade a um componente ou a um processo crítico cuja criticidade era até então desconhecida. Tal criticidade passa a ser gerenciada com impacto positivo nas emissões de poluentes e na confiabilidade global do conjunto. / The objective of this research work is the development of a methodology to monitor and identify sporadic and difficult to detect failures as well as present a case study on the ignition system of internal combustion engines. Such study aims to increase the system reliability. It also helps to reduce dramatically the time to define the failure root cause. Using accelerated test benches, the methodology will indicate the current situation of the components related to the potential of intermittent failure occurrence which affect the combustion and vehicle reliability. The components and systems of this study are identified by a process risk analysis as well as factors like: occurrence time history, repetitive repair index, sporadic and difficult to detect failures, quality breakdown index, and the behavior of the OBD-2 diagnostic system (On-Board Diagnostic version 2) The methodology will also provide a tool to analyze the components interfaces. Such interfaces are a source of potential failures but are not considered in the analysis process. By means of accelerated tests of such critical parts it will be proposed an analysis methodology and a prompt interference at the production process, increasing the reliability of the critical processes. The methodology aims the system robustness increase of the ignition system detecting very fast the sporadic failure potential on the manufacturing process. By introducing a reliability degree of a component or process it will be managed with a benefic impact on emissions and overall reliability of the ignition system.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A âCombustÃo de FiltraÃÃoâ à uma tecnologia que tem sido empregada no desenvolvimento de aquecedores e caldeiras de alta eficiÃncia e baixa emissÃo de poluentes. No entanto, o processo de igniÃÃo da combustÃo nesses equipamentos, constituÃdos de queimadores porosos volumÃtricos, tem sido ainda uma questÃo nÃo resolvida. Os sistemas convencionais desenvolvidos para esses queimadores apresentam algum inconveniente operacional que prejudica a eficiÃncia de combustÃo. EntÃo, este trabalho tem como objetivo principal apresentar um projeto robusto e econÃmico de sistema de igniÃÃo por lanÃa-chamas destinado a queimadores porosos volumÃtricos, em que a CombustÃo de FiltraÃÃo està sendo aplicada como tecnologia de base para desenvolvimento de um novo modelo de aquecedor de Ãgua. Um protÃtipo do aquecedor equipado com o sistema de igniÃÃo foi desenvolvido, em escala de laboratÃrio, realizando-se estudos experimental e teÃrico quanto à queima com gÃs natural e com biogÃs. A anÃlise teÃrica envolve a caracterizaÃÃo do escoamento dos gases ao longo do corpo do sistema de igniÃÃo atravÃs da simulaÃÃo com o software âANSYS-CFXâ, como tambÃm, dos fenÃmenos relacionados à onda de combustÃo propagando-se no queimador do aquecedor, para o qual foi utilizado um modelo numÃrico de simulaÃÃo em FORTRAN. Neste contexto, à utilizado o software PREMIX no cÃlculo de equilÃbrio quÃmico, aplicÃvel à combustÃo prÃ-misturada em um meio poroso, tomando como referÃncia os dois parÃmetros principais de operaÃÃo: a razÃo de equivalÃncia e a velocidade do escoamento da mistura ar-combustÃvel. Como resultado: o sistema de igniÃÃo proposto mostrou-se adequado aos queimadores porosos, provendo estabilidade e facilidade de operaÃÃo, e reduzindo significativamente o tempo necessÃrio ao prÃ-aquecimento do meio poroso. O modelamento do escoamento e da combustÃo serviu de suporte para interpretaÃÃo adequada dos fenÃmenos presentes nos processos. A CombustÃo de FiltraÃÃo possibilitou a operaÃÃo estÃvel do aquecedor em ampla faixa de razÃo de equivalÃncia (de 0.30 a 1). / "Filtration Combustion" is a technology that has been used in the development of heaters and boilers with high efficiency and low pollutant emissions. However, the ignition process of combustion in such equipments, constituted of volumetric porous burners, have been an issue still unresolved. Conventional systems developed for these burners present some operational drawback that affects the combustion efficiency. So, this work aims mainly to present a robust and economical design of flame-thrower ignition system aimed at volumetric porous burners, in which Filtration Combustion is being applied as a basis technology for the developing a new model of water heater. A prototype of the heater equipped with the ignition system has been developed in laboratory scale, carrying out experimental and theoretical studies on the burning natural gas and biogas. The theoretical analysis involves the characterization of gas flow along the body of the ignition system through simulation with the software "ANSYS-CFX," as well as of the phenomena related to the combustion wave propagating itself through the heaterâs burner, for which a numerical simulation in FORTRAN has been used. In this context, a software âPREMIXâ was used in the chemical equilibrium calculation, applicable to premixed combustion in a porous medium, taking as reference the two main parameters of operation: the equivalence ratio and flow velocity of the air-fuel mixture. As a result, the ignition system proposed has been adequate to the porous burner, providing stability and ease of operation, and significantly reducing the time required for preheating the porous medium. The modeling of flow and combustion has served as a support for proper interpretation of the phenomena present in the processes. Filtration Combustion has allowed stable operation of the heater in a wide range of equivalence ratio (from 0.30 to 1).

[EN] In the current work, the characterization of the combustion process inside a stratified pre-chamber spark ignition (PCSI) system is performed. An extensive bibliographical review about the pre-chamber systems developed from the second half of the 20th century until modern times is presented. The review shows that the latest generation systems have the potential to accomplish the emissions limits while providing high performance and low fuel consumption. Nevertheless, many efforts of the scientific community are still needed to allow the large-scale application of the technology. Indeed, based on the outstanding challenges observed, the investigation plan is developed including both experimental and numerical parts. All experiments were performed by means of the rapid compressionexpansion machine (RCEM) in the CMT-Motores Térmicos laboratory. The original cylinder head layout was modified to allow the housing of the prechamber itself, fuel injectors, spark plug, pressure transducers in both chamber, and a thermocouple. The test methodology involved the acquisition of the pressure evolution in both main chamber and pre-chamber, the piston position (used to compute the instantaneous cylinder volume), the duration of the auxiliary injection, and the spark ignition point. These are used as input for the zero-dimensional thermodynamic model which simulates the fundamental parameters aims to characterize the PCSI system working cycle. Therefore, a deeper knowledge of the mass interchanged process, induced turbulence field, heat release rate, combustion speed, and flame regime is generated. Subsequently, to calibrate the zero-dimensional model coefficients under motoring conditions, several 3D CFD simulations were carried out by means of Converge software. Hence, the results of the simulations in terms of interchanged mass and pre-chamber turbulent kinetic energy have been used to calibrate the nozzle discharge coefficient and the turbulence sub-model coefficients for all the pre-chamber geometries. Furthermore, the 3D CFD simulations outputs are analysed to fully understand the flow field structure and the local effect induced by the different nozzles at the spark activation time. The turbulent kinetic energy in terms of intensity and orientation is investigated over several relevant pre-chamber sections. The results reveal a clear relationship between the turbulence developed within the pre-chamber and the orifices structure. Straight orifices or perpendicular jets impact, promote more intense local turbulence due to direct collision while tilted orifices guarantee more homogeneity due to the swirling motion. Additionally, increase the orifice numbers shows benefits on the fluid dynamic homogeneity. Thus, preceding the experimental campaign several fundamental aspects of the system are evaluated. The cycle-to-cycle dispersion is explored by means of the statistical assessment showing low pressure peak deviation. The auxiliary injection pressure and timing are optimized for avoiding wall wetting phenomena while ensuring proper air/fuel mixing. Finally, the spark activation point is chosen as a function of the theoretically maximum turbulent flame speed. Thereby, the experimental campaign is carried out according to tests matrix, in order to evaluate the effect of the equivalence ratio of both chambers, and how the orifices diameter, number, and distribution affect the combustion process. Moreover, chemiluminescence visualization tests, performed by means of the available optical access of the RCEM, are combined with zerodimensional and 3D CFD results to shed light on the work cycle. Conclusions suggest a slightly rich mixture inside the pre-chamber combined with the highest number of tilted orifices as the better configuration for improving combustion efficiency under lean and ultra-lean main chamber mixture conditions. Nevertheless, axial orifices should be considered for further investigations. Finally, the author proposes a series of developments considered interesting in both the experimental and numerical fields. / [ES] En el presente trabajo se realiza la caracterización del proceso de combustión dentro de un sistema de encendido por pre-cámara bajo carga estratificada. Por lo tanto, se presenta una extensa revisión bibliográfica sobre los sistemas de pre-cámara desarrollados desde la segunda mitad del siglo XX hasta los tiempos modernos. El resumen muestra que los sistemas de última generación tienen el potencial de cumplir con los límites de las emisiones, al tiempo que proporcionan un alto rendimiento y un bajo consumo de combustible. No obstante, todavía se necesitan muchos esfuerzos de la comunidad científica para permitir la difusión a gran escala de la tecnología. De hecho, sobre la base de los desafíos abiertos observados, se desarrolla el plan de investigación incluyendo tanto una parte experimental como numérica. Todos los experimentos se realizan mediante la máquina de compresión-expansión rápida (RCEM) de que dispone el laboratorio CMT-Motores Térmicos . La disposición original de la culata se modificó para permitir el alojamiento de la propia pre-cámara, los inyectores , la bujía, los sensores de presión y un termopar. La metodología de ensayo implica la adquisición de la evolución de la presión tanto en cámara principal como en pre-cámara, el volumen del cilindro, la duración de la inyección auxiliar y el punto de ignición de la bujía. Estos se utilizan como parámetros de entrada para el modelo termodinámico cero-dimensional que devuelve los parámetros fundamentales que caracterizan ciclo de trabajo del sistema PCSI. Por lo tanto, se genera un conocimiento más profundo del proceso de intercambio de masas, del campo de turbulencias inducidas, de la tasa de liberación de calor, de la velocidad de combustión y del régimen de la llama. Posteriormente, para calibrar los coeficientes del modelo cero-dimensional bajo condiciones de arrastre, se llevaron a cabo varias simulaciones CFD en 3D mediante el software Converge. Por lo tanto, los resultados de las simulaciones en términos de masa intercambiada y energía cinética turbulenta de la precámara se han utilizado para calibrar el coeficiente de descarga de la tobera y los coeficientes del sub-modelo de turbulencia para todas las geometrías de la pre-cámara. Además, se analizan los resultados de las simulaciones CFD para comprender plenamente la estructura del campo de flujo y el efecto local inducido por las diferentes geometriás en el tiempo de activación de la chispa. La energía cinética turbulenta en términos de intensidad y orientación se investiga en varias secciones relevantes de la pre-cámara. Los resultados revelan una clara relación entre la turbulencia desarrollada dentro de la pre-cámara y la estructura de los orificios. Los orificios rectos o los chorros perpendiculares, promueven una turbulencia local más intensa debido a la colisión directa mientras que los orificios inclinados del campo fluido y del dosado. Precedentemente al desarrollo de la campaña experimental se evalúan varios aspectos fundamentales del sistema. La dispersión ciclo a ciclo se explora por medio de la evaluación estadística que muestra una baja desviación de los picos de presión. La presión y el punto de inyección auxiliar se optimizan para evitar los fenómenos de mojado de las paredes, asegurando al mismo tiempo una mezcla adecuada de aire/combustible. Finalmente, el punto de activación de la chispa se elige en función de la velocidad máxima teórica de la llama turbulenta. De este modo, la campaña experimental se lleva a cabo de acuerdo con la matriz de pruebas, con el fin de evaluar el efecto del dosado equivalente de ambas cámaras, y cómo el diámetro, el número y la distribución de los orificios afectan al proceso de combustión. Además, las pruebas de visualización de quimioluminiscencia, realizadas mediante el acceso óptico disponible de la RCEM, se combinan con resultados de CFD y resultados del modelo cerodimen para arrojar luz sobre el ciclo de trabajo. Las conclusiones sugieren que una mezcla ligeramente rica dentro de la pre-cámaracombinadaconelmayornúmerodeorificiosdesfasadoseslamejor configuración para garantizar un elevada eficiencia de la combustión en condiciones de mezcla pobre y ultra-pobre de la cámara principal. No obstante, los orificios axiales deben ser considerados para investigaciones futuras. Por último, el autor propone una serie de desarrollos considerados interesantes tanto en el campo experimental como en el numérico. / [CA] En el present treball es realitza la caracterització del procés de combustió dins d'un sistema d'encesa de pre-cambra soto càrrega estratifi-cada. Per tant, es presenta una extensa revisió bibliogràfica sobre els sistemes de precambra desenvolupats des de la segona meitat del segle XX fins als temps moderns. El resum mostra que els sistemes d'última generació tenen el potencial de complir amb els límits de les emissions, al mateix temps que proporcionen un alt rendiment i un baix consum de combustible. No obstant això, encara es necessiten molts esforços de la comunitat científica per a permetre la difusió a gran escala de la tecnologia. De fet, sobre la base dels desafiaments oberts observats, es desenvolupa el pla d'investigació incloent tant una part experimental com numèrica. Tots els experiments es realitzen mitjançant la màquina de compressió-expansió ràpida (RCEM) de què disposa el laboratori CMT-Motors Tèrmics. La disposició original de la culata es va modificar per a permetre l'allotjament de la pròpia pre-cambra, els injectors , la bugia, els sensors de pressió i un termoparell. La metodologia d'assaig implica l'adquisició de l'evolució de la pressió tant en cambra principal com en pre-cambra, el volum del cilindre, la duració de la injecció auxiliar i el punt d'ignició de l'espurna. Aquests s'utilitzen com a paràmetres d'entrada per al model termodinàic zero-dimensional que retorna els paràmetres fonamen-tals que caracteritzen cicle de treball del sistema PCSI. Per tant, es genera un coneixement més profund del procés d'intercanvi de masses, del camp de turbulències induïdes, de la taxa d'alliberament de calor, de la velocitat de combustió i del règim de la flama. Posteriorment, per a calibrar els coefi-cients del model zerodimensional sota condicions d'arrossegament, es van dur a terme diverses simulacions CFD en 3D mitjançant el programari Converge. Per tant, els resultats de les simulacions en termes de massa intercanviada i energia cinètica turbulenta de la pre-cambra s'han utilitzat per a calibrar el coeficient de descàrrega de la tovera i els coeficients del sub-model de turbulència per a totes les geometries de la pre-cambra. A més, s'analitzen els resultats de les simulacions CFD per a comprendre plenament l'estructura del camp de flux i l'efecte local induït per les diferents geometries en el temps d'activació de l'espurna. L'energia cinètica turbulenta en termes d'intensitat i orientació s'investiga en diverses seccions rellevants de la pre-cambra. Els resultats revelen una clara relació entre la turbulència desenvolupada dins de la pre-cambra i l'estructura dels orificis. Els orificis rectes o els dolls perpendiculars, promouen una turbulència local més intensa a causa de la col·lisió directa mentre que els orificis inclinats garanteixen una major homogeneïtat a causa de la generació d'un macro-remolì. A més, l'augment del nombre d'orificis mostra beneficis en l'homogeneïtat fluid-dinàmica. Llavors, abans de la campanya experimental s'avaluen diversos aspectes fonamentals del sistema. La dispersió cicle a cicle s'explora per mitjà de l'avaluació estadística que mostra una baixa desviació dels pics de pressió. La pressió i el punt d'injecció auxiliar s'optimitzen per a evitar els fenòmens de mullat de les parets, assegurant al mateix temps una mescla adequada d'aire/combustible. Finalment, el punt d'activació de l'espurna es tria en funció de la velocitat màxima teòrica de la flama turbulenta. D'aquesta manera, la campanya experimental es duu a terme d'acord amb la matriu de proves, amb la finalitat d'avaluar l'efecte del dosatge equivalent de totes dues cambres, i com el diàmetre, el numero i la distribució dels orificis afecten el procés de combustió. A més, les proves de visualització de quimioluminescència, realitzades mitjançant l’accés òptic disponible de la RCEM, es combinen amb resultats de CFD i resultats del model zero-dimensional per a llançar llum sobre el cicle de treball. Les conclusions suggereixen que una mescla lleugerament rica dins de la pre-cambra combinada amb el major nombre d’orificis desfasats és la millor configuració per a garantir un elevada eficiència de la combustió en condicions de mescla pobra i ultra-pobre de la cambra principal. No obstant això, els orificis axials han de ser considerats per a investigacions futures. Finalment, l’autor proposa una sèrie de desenvolupaments considerats interessants tant en el camp experimental com en el numèric. / Pagano, V. (2020). Analysis of a stratified pre-chamber spark ignition system under lean mixture conditions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/152486