Resumen
La normativa de emisiones aplicada al sector del transporte plantea límites muy restrictivos a las emisiones contaminantes y al consumo de combustible, es decir, a la emisión de CO2. En Europa, los límites actuales de emisión de CO2 se reducirán en un 15% en 2025 y un 37.5% en 2030. Como respuesta a este marco normativo, la industria y el mercado se están dirigiendo hacia una mayor penetración de sistemas propulsivos basados en la electrificación. El 50% del mercado de automoción se espera que esté representado por vehículos híbridos en 2030, en su gran mayoría vehículos híbridos enchufables (PHEV) equipados con un motor de combustión interna (ICE).
Sin embargo, la tecnología actual tiene todavía por delante grandes desafíos. El análisis de las tecnologías de reducción de CO2 aplicadas en los nuevos ICE plantea un escenario complejo, ya que conducen a la reducción de la temperatura de escape y a efectos negativos sobre las emisiones brutas. Estas condiciones de contorno endurecen los requisitos del sistema de post-tratamiento de gases de escape (ATS). Además, aunque los PHEV emiten menos contaminantes localmente, la electrificación también afecta negativamente a las capacidades del ATS. A la menor temperatura de escape causada por el aumento de la eficiencia del motor se une el enfriamiento producido por las sucesivas paradas del ICE, lo que afecta muy negativamente durante el arranque en frío posterior, normalmente de alta demanda de potencia. Cuando esto sucede, el ATS puede encontrarse por debajo de su temperatura de activación, provocando picos de emisiones.
Ante la perspectiva de que los PHEVs aumenten su cuota de mercado, el impacto negativo sobre las emisiones del ICE cobra mayor importancia. Por tanto, el control de emisiones en estos vehículos debe abordarse en varias direcciones. En paralelo a la mejora de la plataforma eléctrica, es necesario optimizar la eficiencia del ATS, dada la certeza de que la tendencia es una temperatura más baja de los gases de escape y una mayor concentración de emisiones brutas.
De acuerdo con el contexto tecnológico y social, este proyecto propone el desarrollo de herramientas experimentales y computacionales capaces de proporcionar una caracterización integral de los reactores catalíticos multifuncionales que se emplearán en la próxima generación de ICE para vehículos híbridos. La combinación de un enfoque experimental y computacional debe garantizar diseños viables y robustos, así como una comprensión exhaustiva de los fenómenos físicos y químicos que gobiernan estos sistemas. Se desarrollarán modelos computacionales para el análisis de reactores con recubrimiento catalítico multi-capa y de monolitos de flujo de pared catalizados para minimizar la emisión de gases contaminantes y material particulado conjuntamente. Las tareas teóricas se apoyarán en experimentos en banco de gases sintéticos y en motor, especialmente bajo condiciones reales de conducción. El impacto de la integración de ATS multifuncionales en el motor se explorará en dos casos de estudio. Por una parte, se abordará el problema de la activación del catalizador en TWCf. Se considerarán también los efectos de la naturaleza del combustible (gasolina-gas) y diferentes tipos de EGR. Por otra parte, en motores de encendido por compresión, el trabajo se centrará en el desarrollo de técnicas de diagnóstico a bordo para sistemas de post-tratamiento deNOx multifuncionales (SCRf+ASC) aplicando estrategias de control basadas en modelos.
