NUEVOS CONCEPTOS DE COMBUSTION PARA REDUCCION DE CONSUMO, CO2 Y EMISIONES CONTAMINANTES EN MOTORES DE GASOLINA PARA AUTOMOCION

2016

MINISTERIO DE ECONOMIA Y COMPETITIVIDAD

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Benajes Calvo Jesus Vicente

Hoy en día existen dos grandes escenarios en los que tienen protagonismo los motores que operan con gasolina: por un lado, el escenario constituido por aquellas aplicaciones en las que prima el bajo coste, en las cuales los motores de encendido provocado (MEP) siempre han gozado de una clara ventaja frente a los de encendido por compresión (MEC) en términos económicos, a pesar de poseer intrínsecamente una notable desventaja en términos de rendimiento; y, por otro lado, el escenario conformado por aquellas aplicaciones en las que prima el consumo, donde los MEC siempre han tenido la primacía, pero en las que el uso del gasóleo (combustible de alta reactividad) se está cuestionando en favor de la gasolina (de menor reactividad). El proyecto aquí presentado pretende abordar el estudio de procesos de combustión avanzados que pueden suponer avances en ambos escenarios. En referencia al primer escenario, un hito clave en la evolución de los MEP ha sido la introducción de la inyección directa. A baja carga, ésta permite mejorar el rendimiento del motor gracias a la estratificación de la mezcla, lo que permite eliminar la clásica mariposa de regulación de la carga, que incrementa fuertemente las pérdidas por bombeo, perjudicando el rendimiento. No obstante, esa estratificación de la mezcla conduce a la aparición de emisiones de partículas, constituyendo un serio problema. Una alternativa, que no es nueva pero que no ha sido lo suficientemente explorada, es provocar una combustión por autoencendido controlado (denominado CAI), que se puede conseguir utilizando altas cantidades de gases residuales. Una combustión de estas características permite conseguir a la vez elevadas velocidades de combustión (i.e. buen rendimiento) y bajos niveles de emisiones contaminantes. El análisis del potencial de este concepto de combustión es uno de los objetivos del proyecto. En referencia al segundo escenario, el MEC clásico siempre se ha caracterizado por unas emisiones de hollín elevadas, inherentes al propio proceso de combustión por difusión. Para reducirlas se han ideado toda una serie de nuevos modos de combustión que potencian la combustión premezclada a expensas de la de difusión. Estos modos funcionan muy bien a bajas cargas, pero no a cargas elevadas, puesto que la reactividad del gasóleo es excesiva y las cantidades de EGR necesarias para reducir dicha reactividad son prohibitivas. En este escenario tiene sentido utilizar gasolina como combustible, y aquí radica otro de los objetivos del proyecto: explorar el potencial que tiene la gasolina como combustible en MEC para la mejora del rendimiento y las emisiones contaminantes. En ambos escenarios el estudio se llevará a cabo de forma experimental en motores monocilíndricos, con apoyo del modelado CFD. Los motores que se utilizarán dispondrán de un sistema de inyección directa completamente flexible y de distribución variable, por la mayor versatilidad que ofrecen a la hora de controlar las condiciones termoquímicas de la carga del cilindro, aspecto que es clave en ambos escenarios. Por último, como ambos escenarios someten a la gasolina a condiciones de operación no convencionales (bajas concentraciones de oxígeno en el primero, y altas temperaturas y presiones en el segundo), otro de los objetivos del proyecto es el análisis del proceso de autoencendido en estas condiciones extremas, tanto a nivel experimental (con una máquina de compresión rápida) como de modelado cinético químico (Chemkin).