Estudio de emisiones, combustión y rendimiento de un motor de camión dual-fuel con e-diesel y gasolina

Abstract

[ES] Los métodos de combustión alternativos buscan mejorar problemas presentes en los métodos convencionales. El método dual-mode dual-fuel (DMDF), desarrollado en el instituto CMT, se centra en la reducción de emisiones de NOx y hollín a niveles que cumplen con normativas como la EURO VI, mediante el empleo de una combustión dual de un combustible de alta y baja reactividad. Adicionalmente, los combustibles sintéticos de bajo impacto ambiental son una forma rápida de alcanzar la neutralidad neta en CO2. En este proyecto se ha empleado un motor de camión multicilíndrico de 7,7 litros, modificado para funcionar bajo el esquema DMDF. A diferencia de otras investigaciones, se ha trabajado con un combustible de alta reactividad sintético, para sustituir el diésel, acompañado de gasolina. Se realizaron dos estudios bien diferenciados: el primero, un análisis paramétrico en puntos de funcionamiento específicos, para entender cómo afecta cada parámetro del motor a la combustión, las emisiones y el consumo; el segundo, un análisis de drop-in, manteniendo la calibración original del DMDF y modificando únicamente el combustible empleado por el sintético, para comprender su implementación sin modificaciones en la configuración del motor. Los resultados mostraron una reducción significativa en emisiones de hidrocarburos sin quemar y monóxido de carbono, problemas típicos del DMDF. Sin embargo, surgieron desafíos en la calibración, como el aumento de NOx debido a una combustión más adelantada por el cambio de combustible. Utilizando los resultados del estudio paramétrico y las observaciones del análisis drop-in, se proponen soluciones para optimizar la calibración del motor con el nuevo combustible. En resumen, este proyecto demuestra el potencial de los combustibles sintéticos en combinación con métodos de combustión alternativos como el DMDF, para reducir emisiones contaminantes y avanzar hacia una movilidad más sostenible.

[CA] Els mètodes de combustió alternatius busquen millorar els problemes presents en els mètodes convencionals. El mètode dual-mode dual-fuel (DMDF), desenvolupat a l'institut CMT, es centra en la reducció d'emissions de NOx i sutja a nivells que compleixen amb normatives com la EURO VI, mitjançant l'ús d'una combustió dual d'un combustible d'alta i baixa reactivitat. A més, els combustibles sintètics de baix impacte ambiental són una forma ràpida d'assolir la neutralitat neta en CO2. En aquest projecte, s'ha utilitzat un motor de camió multicilíndric de 7,7 litres, modificat per a funcionar sota l'esquema DMDF. A diferència d'altres investigacions, s'ha treballat amb un combustible d'alta reactivitat sintètic, per a substituir el dièsel, acompanyat de gasolina. Es van realitzar dos estudis ben diferenciats: el primer, una anàlisi paramètrica en punts de funcionament específics, per a entendre com afecta cada paràmetre del motor a la combustió, les emissions i el consum; el segon, una anàlisi de drop-in, mantenint la calibració original del DMDF i modificant únicament el combustible utilitzat pel sintètic, per a comprendre la seua implementació sense modificacions en la configuració del motor. Els resultats van mostrar una reducció significativa en emissions d'hidrocarburs sense cremar i monòxid de carboni, problemes típics del DMDF. No obstant això, van sorgir desafiaments en la calibració, com l'augment de NOx a causa d'una combustió més avançada pel canvi de combustible. Utilitzant els resultats de l'estudi paramètric i les observacions de l'anàlisi dropin, es proposen solucions per a optimitzar la calibració del motor amb el nou combustible. En resum, aquest projecte demostra el potencial dels combustibles sintètics en combinació amb mètodes de combustió alternatius com el DMDF, per a reduir emissions contaminants i avançar cap a una mobilitat més sostenible

[EN] Alternative combustion methods aim to address issues present in conventional methods. The dual-mode dual-fuel (DMDF) method, developed at the CMT institute, focuses on reducing NOx and soot emissions to levels that comply with regulations such as EURO VI by employing dual combustion of a high-reactivity and a low-reactivity fuel. Additionally, low environmental impact synthetic fuels are a rapid way to achieve net CO2 neutrality. In this project, a multicylinder 7.7-liter truck engine, modified to operate under the DMDF scheme, was used. Unlike other research, a synthetic high-reactivity fuel was used to replace diesel, accompanied by gasoline. Two distinct studies were conducted: the first, a parametric analysis at specific operating points, to understand how each engine parameter affects combustion, emissions, and consumption; the second, a drop-in analysis, maintaining the original DMDF calibration and only changing the fuel used to the synthetic one, to understand its implementation without modifications in the engine configuration. The results showed a significant reduction in unburned hydrocarbon and carbon monoxide emissions, typical problems of DMDF. However, calibration challenges arose, such as increased NOx due to earlier combustion timing caused by the fuel change. Using the results from the parametric study and observations from the drop-in analysis, solutions are proposed to optimize the engine calibration with the new fuel. In summary, this project demonstrates the potential of synthetic fuels in combination with alternative combustion methods like DMDF to reduce pollutant emissions and advance towards more sustainable mobility.