Estudio de las prestaciones y emisiones del motor diésel de un vehículo operando en modo dual H2-Diésel

Abstract

[ES] Dado el interés en el uso del hidrógeno para permitir la descarbonización del transporte, existe la posibilidad de usarlo como combustible en los motores diésel trabajando en modo dual, aportando en el proceso de admisión hidrógeno, o una mezcla gaseosa de hidrógeno y gas natural, y manteniendo la inyección de diésel en el cilindro para producir la autoignición dentro de la cámara de combustión. El trabajo propuesto consiste en un estudio de las prestaciones y las emisiones que puede dar un motor diésel funcionando en modo dual, considerando la sustitución parcial del gasóleo. Para mayor generalidad, como combustible aportado en el colector de admisión se considera una mezcla hidrógeno-gas natural, con un factor de proporción de la mezcla de los dos gases, calculándose sus propiedades como combustibles y buscando la proporción óptima de ambos gases. Con estas propiedades se calculan las emisiones de CO2 y se comparan con el motor diésel original. Para las otras emisiones contaminantes, se ha realizado un estudio bibliográfico para estimarlas, dependiendo del factor de proporción de los gases y del factor de sustitución de diésel. En el trabajo se establecen los condicionantes que el uso de la combustión dual introduce en el motor dual, que determina los límites del factor de sustitución en función del grado de carga del motor. Tomando como referencia un motor diésel de tres litros de cilindrada, se calculan con detalle los tiempos de aporte de los combustibles gaseosos en función del factor de sustitución y de la proporción de gases, para diversos puntos de funcionamiento del motor. Finalmente, se incluye un breve resumen de la compatibilidad de materiales y la normativa aplicable al uso del hidrógeno como combustible en motores.

[EN] Given the interest in the use of hydrogen to enable the decarbonization of transport, there is the possibility of using it as a fuel in diesel engines working in dual mode, providing hydrogen in the intake process, or a gaseous mixture of hydrogen and natural gas, and maintaining the injection of diesel in the cylinder to produce self-ignition inside the combustion chamber. The proposed work consists of a study of the performance and emissions of a diesel engine operating in dual mode, considering the partial substitution of diesel fuel. For greater generality, a hydrogen-natural gas mixture is considered as fuel provided in the intake manifold, with a ratio factor of the mixture of the two gases, calculating their properties as fuels and looking for the optimum proportion of both gases. With these properties, CO2 emissions are calculated and compared with the original diesel engine. For the other pollutant emissions, a bibliographic study has been carried out to estimate them, depending on the ratio factor of the gases and the diesel substitution factor. The work establishes the constraints that the use of dual combustion introduces in the dual engine, which determines the limits of the substitution factor depending on the degree of engine load. Using a three-liter diesel engine as a reference, the gaseous fuel supply times are calculated in detail as a function of the substitution factor and the proportion of gases, for various points of engine operation. Finally, a summary of material compatibility and regulations applicable to the use of hydrogen as a fuel in engines is included.