Caracterización y optimización de un motor monocilíndrico de investigación de 2,2 l operando con hidrógeno.

Abstract

[ES] La creciente preocupación por luchar contra el cambio climático, mediante la reducción de emisiones locales de gases y otras sustancias nocivas (CO, HC, NOX y partículas), ha sido superada en los últimos años por la urgencia de mitigar las emisiones de CO2, que se ha con-vertido en el principal desafío global. En este contexto, el hidrógeno (H2) emerge como un vector energético clave para la nueva generación de sistemas de propulsión con emisiones bajas o nulas. Además de evitar la producción de CO2, el uso de H2 en motores de combus-tión interna ofrece ventajas significativas sobre otros combustibles, como su alta velocidad de combustión, resistencia a la autoignición y su capacidad para operar con mezclas de aire-H2 altamente diluidas, gracias a sus amplios límites de inflamabilidad. Estas características permiten que el H2 reduzca drásticamente las emisiones de NOx al bajar las temperaturas de la llama.

Para abordar estos aspectos, se está llevando a cabo una investigación dentro del marco de un proyecto europeo en el CMT - Clean Mobility & Thermofluids. En este centro, se dispone de un motor monocilíndrico de 2.2 litros alimentado por hidrógeno. El objetivo del proyecto es optimizar los parámetros operativos y los componentes del motor para alcanzar la mejor combinación en términos de rendimiento y emisiones.

El trabajo experimental se llevará a cabo en una sala de ensayos, donde se realizarán diversos estudios con el motor de hidrógeno antes mencionado. Estos estudios incluirán la varia-ción de componentes del motor, como pistones con distintas relaciones de compresión, y la comparación entre inyección en puerto e inyección directa. Se realizarán barridos de aire-combustible (lambda) para buscar una combustión limpia que minimice la producción de NOX, barridos de avance de encendido para identificar la combustión más eficiente, y final-mente, barridos de presión media efectiva (BMEP) para encontrar el límite de carga del mo-tor sin que se produzcan fenómenos de combustión anormal.

Estos ensayos permitirán identificar la configuración óptima en términos de emisiones y prestaciones para el motor de hidrógeno, contribuyendo así a un avance significativo en la tecnología de motores con bajas emisiones y mejorando la sostenibilidad ambiental.

[EN] The growing concern about combating climate change by reducing local emissions of gases and other harmful substances (CO, HC, NOX, and particulates) has been surpassed in recent years by the urgency to mitigate CO2 emissions, which has become the main global chal-lenge. In this context, hydrogen (H2) emerges as a key energy vector for the new generation of low or zero-emission propulsion systems. Besides preventing CO2 production, the use of H2 in internal combustion engines offers significant advantages over other fuels, such as its high combustion speed, resistance to autoignition, and its ability to operate with highly di-luted air-H2 mixtures, thanks to its wide flammability limits. These characteristics allow H2 to drastically reduce NOX emissions by lowering flame temperatures.

To address these aspects, research is being conducted within the framework of a European project at CMT - Clean Mobility & Thermofluids. At this center, there is a 2.2-liter single-cylinder engine powered by hydrogen. The project's objective is to optimize the engine's operating parameters and components to achieve the best combination in terms of perfor-mance and emissions.

The experimental work will be carried out in a test cell, where various studies will be con-ducted with the hydrogen engine. These studies will include varying engine components, such as pistons with different compression ratios, and comparing port injection to direct in-jection. Air-fuel sweeps (lambda) will be conducted to find clean combustion that minimizes NOX production, ignition timing sweeps to identify the most efficient combustion, and final-ly, brake mean effective pressure (BMEP) sweeps to find the engine's load limit without ab-normal combustion phenomena.

These tests will help identify the optimal configuration in terms of emissions and perfor-mance for the hydrogen engine, thus contributing to a significant advancement in low-emission engine technology and improving environmental sustainability.