Estudio de un sistema de combustión por pre-cámara en una máquina de compresión-expansión

Abstract

[ES] Ante la creciente necesidad de reducir la emisión de contaminantes producidos durante la combustión en los motores de combustión interna que se encuentran de forma masi cada en las calles, existen numerosas vías de investigación con el objetivo de hacer la nueva generación de motores más comprometida con el medio ambiente. Una de estas vías de investigación es el motor TJI (Turbulent Jet Ignition ), un tipo de motor basado en el uso de una pre-cámara de combustión, que a día de hoy solo se puede encontrar en funcionamiento en motores experimentales de altas prestaciones. Esta tecnología es capaz de funcionar con una cantidad de combustible mucho menor sin afectar a los niveles de prestaciones en comparación con lo que se puede encontrar en la calle. En este trabajo se pretende estudiar como funciona este tipo de motor más a fondo y establecer las bases para la optimización del motor TJI con el ahorro de consumo como objetivo. Para ello se ha utilizado una RCEM (Rapid Compression Expansion Machine) y se ha realizado una serie de ensayos con los que ver y estudiar el comportamiento del ujo en el interior del motor. Para poder analizar de forma cuantitativa los resultados se ha desarrollado un código en el que se han incluido numerosos modelos físicos para tratar de modelar de forma precisa los fenómenos termodinámicos y uidodinámicos que intervienen, analizar de forma crítica el rendimiento del proceso, y comparar y complementar con las imágenes obtenidas de la combustión en el interior de la máquina. Con los resultados obtenidos se ha podido comprobar que las prestaciones del motor TJI, incluso sin una optimización de la geometría o las condiciones de trabajo, es capaz de desarrollar potencias que compiten con motores de altas prestaciones con rendimientos térmicos iguales o ligeramente superiores a los que se encuentran en motores convencionales. También se ha podido describir la fenomenología envuelta en el funcionamiento del motor bajo las condiciones de ensayo y se ha podido observar el efecto de la pre-cámara.

[EN] Given the growing need to reduce the emission of pollutants produced during combustion in internal combustion engines that are overcrowded in the streets, there are several research routes with the aim of making the new generation of engines more enviromentally friendly. One of this research routes is the TJI (Turbulent Jet Ignition ) engine, a type of engine based in the use of a combustion prechamber, that can only be found in operation in experimental high-performance engines. Ths tchnollogy es able to operate the engine with a much smaller amount of fuel without a ecting performance levels in comparisson with what can be found in the streets. The intention of this work is to study how this engine works in a more thoroughly and stablish the bases for the optimization of the TJI engine with the fuel saving as objective. For this, an RCEM (Rapid Compression Expansion Machine ) has been used and a series of tests has been carried out to see and study the behavior of the ow inside the engine. In order to quantitatively analyze the results, a code has been developed in which numerous physical models have been included to try to accurately model the thermodynamic and uid-dynamic phenomena that take place, critically analyze the performance of the process, and compare and complement with the images obtained from the combustion inside the machine. With the results obtained, it has been possible to verify that the performance of the TJI engine, even without an optimization of geometry or working conditions, is capable of developing powers that compete with high performance engines,and with thermal outputs equal or slightly higher than those found in conventional engines. It has also been possible to describe the phenomenology involved in the operation of the engine under the test conditions and it has been possible to observe the e ect of the prechamber.