METODOLOGIA PARA LA PREDICCION DE EMISIONES DE CO2 Y CONTAMINANTES DE UN MOTOR ALTERNATIVO

2018

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Martín Díaz Jaime

En las últimas décadas, una parte de la investigación en motores alternativos ha estado fundamentalmente enfocada a la reducción de sus emisiones. Actuar sobre el proceso de combustión para reducir los contaminantes generados y/o incorporar sistemas de postratamiento (filtros de partículas, catalizadores) para reducir los ya generados, han sido las técnicas más utilizadas. Sin embargo dichas soluciones no han sido inocuas para el consumo sino que en general lo han perjudicado. Por ello, la generalización de los sistemas de postratamiento para poder cumplir las normativas de homologación, ha venido de la mano de una revitalización del interés en el otro tema fundamental de este tipo de motores: la reducción de las emisiones de CO2. La creciente concienciación respecto al cambio climático y las cada vez más restrictivas normativas, que han incorporado el consumo como restricción obligatoria, hacen que a día de hoy el diseño de motores sea un reto para los fabricantes y para la sociedad. La combinación de requerimientos (bajas emisiones contaminantes y de CO2) junto con los nuevos ciclos de homologación donde se cubrirá un amplio rango de condiciones transitorias, incluyendo baja temperatura, más proximas a la conducción real, hacen que el diseño y calibración de los nuevos motores necesite apoyarse cada vez más en herramientas predictivas para superar las limitaciones de las medidas en banco, necesarias pero insuficientes. En efecto, los nuevos ciclos de homologación que entrarán en vigor en breve, exigen no solo la medida del ciclo WLTP sino el funcionamiento del vehículo en la calle (RDE) de modo que las emisiones reales y el consumo cuando el usuario final lo use, se ajuste lo mejor posible a los valores homologados. En este marco, se hace esta propuesta que va encaminada al desarrollo de una metodología que, de forma integral, permita predecir tanto las emisiones como las prestaciones en motores alternativos funcionando en condiciones transitorias. Para ello, el proyecto tiene como elemento principal el desarrollo de una herramienta predictiva que permita evaluar el comportamiento global de un motor ante cambios en su arquitectura, estrategias de control (gestión térmica, del aire e inyección) y condiciones ambientales (operación a baja temperatura y presión). Para ello se seguirá un enfoque esencialmente físico en el desarrollo del modelo, ya que los modelos empíricos o basados en tablas presentan una gran precisión en las condiciones en las que se ajustan, pero una limitada capacidad de extrapolación. Por otro lado, el modelo deberá ser bastante rápido para permitir el cambio de configuraciones / estrategias de forma flexible, siendo objetivo que funcione casi en tiempo real. La metodología se completa con otras dos etapas: una primera orientada a establecer los pasos para la caracterización experimental del motor en transitorio, imprescindible para comprender las interacciones existente entre los diferentes procesos físicos y químicos cambiantes con el tiempo, así como para realizar la puesta a punto de la herramienta. Dicho análisis se basa tanto el diagnóstico basado en la señal de presión como el balance global de energía del motor. El proyecto culminará con la fase final donde se aplicará la metodología poniendo a punto la herramienta en un motor policilindrico y mostrando su potencial para estudiar el efecto de la estrategia de control ante cambios ambientales en condiciones transitorias a baja temperatura y presión.