El transporte por carretera enfrenta el reto de satisfacer las necesidades crecientes de movilidad disminuyendo cada vez más su impacto sobre el medio ambiente. Para esto se vislumbra en el futuro un panorama en el que se conseguirán niveles de cero emisiones con los vehículos eléctricos (sin tomar en cuenta las emisiones de la producción). Sin embargo, aún quedan cabos por atar para conseguir la venta masiva y uso extendido de este tipo de vehículos. Por una parte la tecnología ha de seguir desarrollándose para aumentar la fiabilidad y reducir los costes de adquisición. Y por otra parte las ciudades, las regulaciones y los mismos usuarios tienen que prepararse para hacer un uso correcto de dichos vehículos. En la actualidad y en el futuro a corto y medio plazo se vivirá la transición que va del motor de combustión interna hacia el vehículo íntegramente eléctrico. En esta transición el motor diesel seguirá teniendo un uso extendido, que incluso se incrementará, por su capacidad de cumplir con los límites de emisiones teniendo un bajo consumo de combustible. Para esto, la tecnología del motor diesel necesita seguir evolucionando para ir a la par con las demandas actuales de mercado y de protección al medio ambiente.

Uno de los campos de mejora para el motor diesel es la fase de arranque y calentamiento. Durante esta fase se producen en el motor una cantidad importante de contaminantes debido a combustiones incompletas por las temperaturas de motor relativamente bajas. A esto se une que los sistemas de pos-tratamiento no funcionan de forma eficiente por no alcanzar sus temperaturas mínimas. Y se le sumaría, si las temperaturas ambiente están por debajo de 0ºC, la posibilidad de que no se consiga arrancar el motor. Es esta la fase de la combustión en la que se centra la presente tesis. Distintos autores han realizado esfuerzos con anterioridad para dar directrices de cara a la optimización del arranque. Pero los estudios son escasos y se echa en falta un entendimiento básico de cómo es la combustión diesel en estas condiciones. Al saber esto, se ha planteado como objetivo de la presente tesis contribuir al entendimiento del proceso de combustión en motores diesel de inyección directa para automóviles. Este entendimiento va dirigido a comprender los procesos físicos y químicos que controlan el encendido y la influencia de los distintos parámetros de motor.

En pro de conseguir el objetivo planteado, el primer paso ha sido poner a punto una instalación experimental que permita reproducir de forma fiable, repetitiva y sistemática condiciones críticas de arranque en frío. Dicha instalación aloja un motor óptico de investigación que operando a temperatura ambiente permite reproducir las condiciones de presión y temperatura representativas de esas que alcanzaría, en el primer ciclo de arranque, un motor real a -20ºC. Además, la presión en cilindro y las principales variables de admisión y escape son debidamente monitorizadas y se utilizan como variables de entrada para un modelo termodinámico que calcula la ley de liberación de calor. La medida en el motor se sincroniza con la grabación de imágenes con una alta resolución espacial y temporal que permite "ver" cómo se desarrolla la combustión dentro del cilindro. Esta información experimental se ha complementado con la caracterización experimental del sistema de inyección y herramientas teóricas de cálculo multidimensional.

El planteamiento anterior, la novedosa instalación experimental y los diferentes estudios paramétricos llevados a cabo han permitido profundizar en los conocimientos que se tienen de la combustión en condiciones de arranque en frío. En primer lugar se ha logrado construir una descripción fenomenológica de cómo se desarrolla la combustión diesel en estas condiciones. También se ha puesto en evidencia, con una muestra experimental importante, la influencia de los distintos parámetros de motor tienen sobre el encendido y el desarrollo de la combustión. Y como uno de los aportes principales del trabajo, se ha desarrollado una explicación detallada de cómo interactúan los procesos físicos y químicos que llevan al autoencendido.