Study of the Temperature Behavior in the Flow of Combustion Gases of a Gasoline Engine in its Exhaust System Using the PTEC-593 Driving Cycle

Abstract

This study aims to analyze the temperature behavior along the exhaust system based on the PTEC-593 conduction cycle using thermocouples. A bibliographic review has been carried out to understand the temperature distribution throughout the system; therefore, four points were chosen for the study the exhaust manifold, before the catalyst, then the catalyst, and the end of the exhaust pipe. Thus, the vehicle exhaust system is coupled with type K thermocouples and modified to include a three-way catalyst and a new system with SAE J403 1008 steel pipe of 2 1/2 inches in diameter. The tests during the driving cycle were carried out in the city of Latacunga at an altitude of 2800 meters and an average temperature of 12∘C. Other tests involved idling at different times of the day, and the last one was on the route of ”the chasqui,” so the vehicle is in several possible scenarios. As a result, the exhaust manifold temperature was higher than 417∘C, the initial system temperature after the catalyst was 310∘C, the exhaust pipe end temperature was lower than 160∘C, and the idling temperature did not exceed 230∘C. It was concluded that the best place to place a TEG is after the catalyst because at this time we do not affect the wrong readings of the lambda probe, which would lead to fuel consumption and high emissions of polluting gases.
 Keywords: thermal energy, exhaust temperatura, exhaust manifolds, catalysts, driving cycle, energy efficiency.
 Resumen
 El propósito de este estudio es analizar el comportamiento de la temperatura a lo largo del sistema de escape basado en el ciclo de conducción PTEC-593 utilizando termocuplas. Para ello se ha realizado una revisión bibliografíca donde se puede entender la distribución de temperatura a lo largo del sistema, por tanto se escogieron 4 puntos para el estudio: el colector de escape, antes del catalizador, después el catalizador y el final del tubo de escape. Así, al sistema de escape del vehículo se acoplo termocuplas tipo K, y se modificado para incluir un catalizador de tres vías y un nuevo sistema con tubería de acero SAE J403 1008 de 2 1/2 pulgadas de diámetro. Las pruebas durante el ciclo de conducción se realizaron en la ciudad de Latacunga a una altura de 2800 msnm y un clima promedio de 12∘C, otras pruebas en ralentí a diferentes horas del día y en la última fue en la ruta de “el chasqui”, por lo que el vehículo se encuentra en varios escenarios posibles. Como resultado, la temperatura del colector de escape fue superior a 417 ∘C, la temperatura inicial del sistema después del catalizador fue de 310 ∘C, la temperatura al final del tubo de escape fue inferior a 160 ∘C y la temperatura de ralentí no superó los 230 ∘C. Se concluyó que el mejor lugar para colocar un TEG es después del catalizador, debido a que en este momento no afectamos las lecturas erróneas de la sonda lambda, que conllevaría a un consumo de combustible y alta emisión de gases contaminantes.
 Palabras Clave: <ENERGÍA TÉRMICA>, <TEMPERATURA DE ESCAPE>, <MÚLTIPLES DE ESCAPE>, <CATALIZADORES>, <CICLO DE CONDUCCIÓN>, <EFICIENCIA ENERGETICA>.