Diseño de un método de análisis del proceso de combustión en un MCIA a través de la medida del régimen instantáneo del cigüeñal

Abstract

[ES] El grupo Renault-Francia Automóviles en colaboración con CMT-Motores Térmicos ha desarrollado un revolucionario concepto de motor dos tiempos gasolina para automoción de bajo coste denominado ULCGE, del inglés Ultra Low Cost/Consumption Gasoline Engine. Este motor cuenta con la particularidad de funcionar con dos modos de combustión diferentes dependiendo del grado de carga, para cargas altas funciona mediante encendido provocado, como es usual en motores gasolina. Sin embargo, para cargas medias-bajas el motor opera en un modo de combustión más avanzado, autoignición controlada (CAI). El principal desafío de este tipo de combustión es su control, pues no puede utilizarse el avance de encendido para esto. Por suerte hay otros parámetros capaces de controlar la combustión, pero requieren de conocer la posición de la combustión con el fin de decidir si es necesario avanzarla o retrasarla. Tradicionalmente este control se ha realizado mediante captadores de presión, pero debido a su alto coste esta opción choca con el concepto de este motor. Sin embargo, la medida del régimen instantáneo es un dato que ya se encuentra instalado en la mayoría de los sistemas de control y su implementación es económica, ahorrando así importantes cantidades económicas.

De este modo el proyecto se embarca en la estimación de la posición y calidad de la combustión a través de las variaciones del régimen instantáneo debidas a la compresión-combustión que se produce dentro del cilindro. Para ello, en primera instancia se realizará un estudio puramente teórico, en el que se simularán ciclos en arrastre y combustión, siendo la combustión impuesta y, por tanto, de parámetros conocidos. Sobre esta información, totalmente controlada, se definirán métodos para determinar el CA50 a partir del análisis del régimen instantáneo. Posteriormente, todo lo aprendido se aplicará a los datos experimentales para tratar de demostrar la utilidad del método en motores comerciales de más de un cilindro.

[EN] The Renault-France Automobiles group in collaboration with CMT-Thermal Engines has developed a revolutionary two-stroke gasoline engine concept for low-cost automotive called ULCGE (Ultra Low Cost/Consumption Gasoline Engine). This engine has the peculiarity of operating two different combustion modes depending on the load degree, for high loads it works as a spark-ignition (SI), usual in gasoline engines. However, for medium and low loads the engine operates in a more advanced combustion way, controlled autoignition (CAI). The main challenge of this type of combustion is its control, since the ignition advance can not be used for this. Fortunately, there are other parameters capable to control combustion, but it is needed to know the combustion position in order to decide if it is necessary to advance or delay it. Traditionally this control has been made by pressure sensors, but due to its high cost this option conflicts with the concept of this engine. However, the measurement of the instantaneous speed is already installed in most of the control systems and its implementation is economical, thus saving big economic amounts.

In this way, the goal of the project is the estimation of the position and quality of the combustion through the analysis of the instantaneous speed fluctuations due to the compression-combustion taking place inside the cylinder. To do this, in first place a purely theoretical study will be carried out, in which cases with and without combustion will be simulated, where all the parameters will be imposed and, therefore, known. With this fully controlled information, the methods to determinate the CA50 will be defined from the instantaneous speed analysis. Subsequently, everything learned will be applied to the experimental data in order to demonstrate the utility of the method in commercial engines with more than one cylinder.