Desarrollo de una herramienta de diagnóstico de la combustión para motores alternativos de hidrógeno.

Abstract

[ES] La gran preocupación por mejorar la calidad del aire en las ciudades, reduciendo las emisiones locales de gases y otras sustancias nocivas (CO, HC, NOx y partículas), ha sido superada en los últimos años por la preocupación por las emisiones de CO2, que se ha convertido en el principal reto global. En este contexto, el H2 surge como un vector energético clave para la nueva generación de sistemas propulsivos de bajas o nulas emisiones. Además de evitar la producción de CO2, el uso de H2 en motores de combustión interna tiene algunas ventajas sobre otros combustibles, como su alta velocidad de combustión, resistencia al autoencendido y su potencial para operar con mezclas de aire-H2 altamente diluidas, gracias a sus amplios límites de inflamabilidad. Esto permite al motor de H2 reducir drásticamente las emisiones de NOx al reducir la temperatura de la llama. Para afrontar la investigación sobre este tema en el marco de un proyecto desarrollado en CMT Motores Térmicos, se empleará una metodología que combina herramientas experimentales y de modelado.

En el proceso de estudio del comportamiento del motor de hidrógeno, la medida de la evolución de la presión en la cámara del motor es una fuente inestimable de información para comprender los fenómenos asociados a la combustión y la conversión de energía térmica en trabajo mecánico en los futuros motores de hidrógeno. Para dicho análisis se aplica el primer principio de la termodinámica en la cámara en cuyo cálculo se utilizan diferentes submodelos. Para la mejora de dicho proceso de diagnóstico de la combustión, y con el fin de utilizar dicha información tanto para el análisis de su funcionamiento como para la puesta a punto de otras herramientas de simulación, se va a desarrollar un modelo termodinámico de 2 zonas que permitirá caracterizar el proceso de combustión a partir de la señal de presión en el cilindro y algunas otras variables experimentales (temperaturas, gastos, etc.).

[EN] The great concern about improving air quality in cities, reducing local emissions of gases and other harmful substances (CO, HC, NOx and particles), has been surpassed in recent years by concern about CO2 emissions, which has become the main global challenge. In this context, H2 emerges as a key energy vector for the new generation of low or zero emissions propulsion systems. In addition to avoiding the production of CO2, the use of H2 in internal combustion engines has some advantages over other fuels, such as its high combustion rate, resistance to autoignition and its potential to operate with highly diluted air-H2 mixtures, thanks to its wide flammability limits. This allows the H2 engine to dramatically reduce NOx emissions by reducing flame temperature. To undertake research on this topic within the framework of a project developed at CMT Motores Térmicos, a methodology that combines experimental and modeling tools will be used. In the process of studying the behavior of the hydrogen engine, the measurement of the pressure evolution in the engine chamber is an invaluable source of information to understand the phenomena associated with combustion and the conversion of thermal energy into mechanical work in the future hydrogen engines. For this analysis, the first principle of thermodynamics is applied in the chamber, in whose calculation different submodels are used. To improve said combustion diagnostic process, and in order to use said information both for the analysis of its operation and for the development of other simulation tools, a 2-zone thermodynamic model will be developed that It will allow the combustion process to be characterized based on the pressure signal in the cylinder and some other experimental variables (temperatures, expenses, etc.).

[CAT] La gran preocupació per millorar la qualitat de l'aire a les ciutats, reduint les emissions locals de gasos i altres substàncies nocives (CO, HC, NOx i partícules), ha sigut superada en els últims anys per la preocupació per les emissions de CO₂, que s'ha convertit en el principal repte global. En aquest context, l'H2 sorgeix com un vector energètic clau per a la nova generació de sistemes propulsius de baixes o nul·les emissions. A més d'evitar la producció de CO₂, l'ús d'H2 en motors de combustió interna té alguns avantatges sobre altres combustibles, com la seua alta velocitat de combustió, resistència a l'autoencesa i el seu potencial per a operar amb mescles d'aire-H2 altament diluïdes, gràcies als seus amplis límits d'inflamabilitat. Això permet al motor d'H2 reduir dràsticament les emissions de NOx en reduir la temperatura de la flama. Per a afrontar la investigació sobre aquest tema en el marc d'un projecte desenvolupat en CMT Motors Tèrmics, s'emprarà una metodologia que combina eines experimentals i de modelatge. En el procés d'estudi del comportament del motor d'hidrogen, la mesura de l'evolució de la pressió en la cambra del motor és una font inestimable d'informació per a comprendre els fenòmens associats a la combustió i la conversió d'energia tèrmica en treball mecànic en els futurs motors d'hidrogen. Per a aquesta anàlisi s'aplica el primer principi de la termodinàmica en la cambra en el càlcul de la qual s'utilitzen diferents submodelos. Per a la millora d'aquest procés de diagnòstic de la combustió, i amb la finalitat d'utilitzar aquesta informació tant per a l'anàlisi del seu funcionament com per a la posada a punt d'altres eines de simulació, es desenvoluparà un model termodinàmic de 2 zones que permetrà caracteritzar el procés de combustió a partir del senyal de pressió en el cilindre i algunes altres variables experimentals (temperatures, despeses, etc.).