Estudio de un nuevo sistema de encendido para motores de gasolina homogéneos y mezclas pobres, en una máquina de compresión-expansión rápida.

Abstract

Debido a la preocupación presente hoy en día alrededor de todos los ámbitos sociales en materia medioambiental, tanto en la eliminación de los gases contaminantes emitidos a la atmósfera como para la reducción en la huella de carbono, aparece la obligación de evolucionar las tecnologías, que tan buenos resultados han dado a lo largo de los años respondiendo a las necesidades para las que fueron diseñadas, pero que actualmente comienzan a quedarse obsoletas recibiendo cada vez más presiones en forma de concienciación sobre la producción de energía verde y la emisión sistemática de leyes más restrictivas año tras año. Especialmente se ha fijado el punto de mira sobre el sector de los motores de combustión interna utilizados de forma masiva en los vehículos de tipo turismo, por lo que es importante continuar con el desarrollo de los mismos para adaptar las características que tan populares los han hecho durante años a las exigencias presentes hoy en día. En el presente Trabajo Fin de Grado se relacionará esta evolución en los motores de combustión interna con las tecnologías de encendido propias de este tipo de máquinas, comprendiendo así mejor el problema que se plantea y dotándolo de soluciones ingeniosas y con muchas perspectivas de futuro. Además de una revisión sobre la situación actual en materia de encendido de los motores de combustión interna, se realizará el estudio pormenorizado de una de las tecnologías todavía en fase de desarrollo, aplicable sobre los motores de gasolina, el Turbulent Jet Ignition, TJI. Los fundamentos que hacen el TJI tan interesante son la capacidad teórica que tiene para aumentar el rendimiento en el motor de combustión, y las “reducidas” temperaturas de combustión que se alcanzan, lo cual ofrece una serie de ventajas en lo relativo a la producción de gases de escape. El estudio del sistema Turbulent Jet Ignition realizado en este TFG se basará en el desarrollo de una metodología experimental para la caracterización de la combustión de mezclas ultra-pobres en el interior de una máquina de compresión-expansión rápida. Para llevar a cabo dicha caracterización se utilizará un modelo de diagnóstico de dos zonas capaz de calcular las variables termodinámicas (presión, temperatura, densidad, etc.) a lo largo de un ciclo de combustión, a la par de cuantificar y relacionar los parámetros característicos del sistema TJI (transferencia de masa, velocidad del jet, transferencia de energía, etc.).

Due to the concern present nowadays around the society in environmental matters, both in the elimination of polluting gases emitted into the atmosphere and for the reduction in the carbon footprint, there is an obligation to develop the technologies which have given good results over the years, responding to the needs for which they were designed. These technologies are currently becoming obsolete, receiving more and more pressure in the form of awareness about the production of green energy and the systematic issuance of more restrictive laws year after year. The focus has been especially set on the internal combustion engine sector, used on a massive scale in tourismtype vehicles. On this way it is important to continue with their development to adapt the characteristics that have made them so popular for years to the demands present today. In this Degree Final Project, this evolution in internal combustion engines will be related to the ignition technologies, typical of this type of machine. Thus understand better the problem that arises, and providing it with ingenious solutions with many future perspectives. In addition to a review of the current situation regarding the ignition of internal combustion engines, a detailed study will be carried out of one of the more hopeful technologies applicable to gasoline engines, still in the development phase, the Turbulent Jet Ignition, TJI. The fundamentals that make the TJI so interesting are the theoretical capacity that it has to increase the performance in the combustion engine, and the “reduced” combustion temperatures that are reached, which offers different advantages in the production of the exhaust gases. The study of the Turbulent Jet Ignition system carried out in this Project will be based on the development of an experimental methodology for the characterization of the combustion of ultralean mixtures, inside a rapid compression-expansion machine. To carry out this characterization, a two-zone diagnostic model will be used capable of calculating the thermodynamic variables (pressure, temperature, density, etc.) throughout a combustion cycle, while quantifying and relating the characteristic parameters of the TJI system (mass transfer, jet velocity, energy transfer, etc.).