Un 20% más eficiente - Biotech Spain

El proyecto europeo de investigación EAGLE (Efficient Additivated Gasoline Lean Engine), en el que la Universitat Politècnica de València (UPV) participa a través del Instituto CMT-Motores Térmicos y cuyo objetivo es la obtención de un motor de gasolina hasta un 20% más eficiente que los actuales, ha superado con éxito su fase intermedia.

Liderado por el Centro de Investigación IFP Energies Nouvelles (IPFEN), EAGLE cuenta a su vez con otros 7 socios: las empresas Renault, Continental, FEV Europe GmbH y Saint-Gobain Centre de Recherche et d¿Études Européen; junto a la Universita degli Studi di Napoli Federico II (UNINA), el Institute for Combustion Engines of Technical University RWTH Aachen y el CMT-Motores Térmicos de la UPV.

50g de CO2/km como meta

El proyecto, financiado por la Unión Europea, evalúa diferentes tecnologías avanzadas con el fin de desarrollar un innovador motor capaz de aumentar su eficiencia máxima desde el actual 40% hasta un 50% y, de este modo, alcanzar el objetivo de emisiones de 50g de CO2/km.

Para ello, se está trabajando en tres tipos de tecnologías diferentes: un aislamiento térmico en algunas partes del motor para reducir las pérdidas de calor, la inyección de hidrógeno junto al desarrollo de un sistema de ignición altamente eficiente en mezcla ultrapobre que mejore la combustión, y la utilización de nuevos materiales para dispositivos de postratamiento de NOx.

En primer lugar, se definió la arquitectura del vehículo híbrido, así como los ciclos de conducción que debían usarse para el proyecto EAGLE, basándose en un estudio realizado por Renault. A continuación, la UNINA desarrolló un modelo adaptado de arquitecturas híbridas para simular las condiciones de conducción más extremas en términos de emisiones de CO2, y concluyó que un vehículo híbrido con un motor de combustión interna altamente eficiente podría alcanzar el objetivo de reducción de CO2 perseguido.

Intervención del CMT-UPV

Así mismo, mediante un sistema inteligente de aislamiento térmico en varias partes del motor, es posible reducir la diferencia de temperatura entre el gas de la cámara de combustión y las paredes del motor durante un ciclo completo del mismo, minimizando así la pérdida de calor.

En el CMT de la UPV se han desarrollado estudios paramétricos para definir las características principales del revestimiento necesario y evaluar la posible ganancia en calor perdido. A partir de los resultados obtenidos, el centro de Saint-Gobain ha elaborado un nuevo tipo de revestimiento con un material reforzado y una estructura basada en la técnica de inyección por plasma. La relevancia y la eficiencia de este revestimiento se están evaluando en un motor de investigación de IFPEN, usando las técnicas más novedosas para medir la temperatura de la superficie de la cámara de combustión.

Por otro lado, teniendo en cuenta que los motores modernos de gasolina funcionan con una combustión pobre para reducir las emisiones de CO2 y que, sin embargo, incrementar la cantidad de aire requiere un enriquecimiento de la mezcla de reacción para evitar fallos en el encendido, el IFPEN ha dedicado parte de la investigación a estudiar qué efectos tiene mezclar pequeñas cantidades de hidrógeno con el flujo de entrada de aire y a realizar mediciones experimentales en un motor monocilíndrico para definir su eficiencia y las emisiones.

Producir hidrógeno a bordo, reto adicional

Como reto adicional en el marco de EAGLE, Renault se plantea de qué manera se puede producir hidrógeno a bordo. Las condiciones de una combustión pobre requieren de un sistema nuevo de encendido y combustión.

En este sentido, los estudios preliminares presentados por el Instituto VKA de la universidad RWTH Aachen y la empresa de ingeniería FEV proporcionaron el diseño de una pequeña precámara integrada en la culata en la que una pequeña cantidad de una mezcla de aire y combustible se enciende y el frente de llama turbulenta se inyecta en la cámara principal a través de unos pequeños orificios.

El prototipo de esta precámara para la investigación experimental fue fabricado por FEV y se probó con éxito en el motor monocilíndrico del VKA. El sistema de inyección necesario tanto para la precámara como para la cámara principal fue diseñado y fabricado por Continental.

Teniendo en cuenta el reto que supone este nuevo sistema de combustión, RWTH Aachen está desarrollando un novedoso catalizador de almacenamiento de NOx, comenzando por un estudio experimental de varios materiales de base.

La idea es optimizar el rendimiento de la reducción de NOx en las fases de regeneración y, a su vez, bajar la capacidad de almacenamiento de oxígeno para así disminuir la producción de CO2 adicional. En 2019 se preparará y testará una unidad de demostración con el motor final multicilindro de demostración de Renault. Además, el IFPEN está estudiando soluciones alternativas para calcular el potencial del catalizador de gases para la mejora del sistema de reducción de NOx a baja temperatura.

Integración de las tecnologías desarrolladas

Recientemente, el proyecto EAGLE ha superado con éxito su evaluación intermedia y las tecnologías desarrolladas por los socios hasta la fecha se han integrado en la investigación de un motor monocilíndrico fabricado por Renault y testado en el IFPEN, con la intención de calcular las mejoras previstas en términos de eficiencia y emisión de partículas. Paralelamente, en 2018 ha comenzado el diseño de un motor de demostración multicilindro de Renault.

Este proyecto ha sido financiado por el programa de investigación e innovación de la Unión Europea Horizon 2020 según el acuerdo de subvención número 724084.