Europa pretende reducir las emisiones de CO2 hasta los 47,5 g/km en los sedanes para 2030, lo que supondría el adiós de los motores de combustión e incluso híbridos convencionales. Sin embargo un grupo de investigadores europeos se han dado a la tarea de buscar una solución a mediano plazo que evite la desaparición de dichos motores, teniendo en cuenta que las nuevas tecnologías de electromovilidad de momento no están al alcance de todos.
Se trata de un proyecto Coordinado y liderado por la organización francesa de investigación IFP Energies Nouvelles (IFPEN) y por los socios europeos de la industria Renault, Vitesco Technologies GmbH, FEV Europe GmbH y Saint-Gobain Research Provence junto con la Universidad degli Studi di Napoli Federico II, el Instituto de Motores de Combustión (VKA) de la Universidad Técnica RWTH Aachen y el Instituto CMT-Motores Térmicos de la Universitat Politècnica de València (UPV). El nombre adoptado para el proyecto es EAGLE (Efficient Additivated Gasoline Lean Engine) y tiene como objetivo mejorar la eficiencia energética de los vehículos de transporte por carretera mediante el desarrollo de un motor de gasolina de encendido por chispa ultrapobre, adaptado a futuros trenes de potencia electrificados.
En el marco de la llamada H2020 Green Vehicles GV-02-2016, el proyecto evaluó diferentes tecnologías avanzadas para mejorar significativamente la eficiencia de un innovador motor de gasolina para trenes motrices electrificados con el fin de apoyar un objetivo de flota a largo plazo de menos de 50g CO2/km según el ciclo WLTP. La disminución de las emisiones de CO2 y partículas es uno de los principales desafíos del sector de la automoción, y como sabemos la eficiencia de los motores de gasolina suele estar en un 40% debido a diversas pérdidas de energía, lo cual no ayuda en nada a conseguir estos nuevos objetivos de emisiones planteados en las nuevas normativas de la UE.
Este nuevo concepto del proyecto EAGLE pretende demostrar una eficiencia térmica del 50% utilizando una arquitectura de motor combustión convencional, al mismo tiempo que reduce las emisiones. Una alternativa viable que puede ayudar a la industria automovilística europea a alcanzar el objetivo de reducir las emisiones de carbono a los 50g CO2/km cumpliendo al mismo tiempo las normativas de partículas y emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx).
EAGLE abordará cinco objetivos principales centrados en:
Desarrollar un concepto de motor de encendido de chispa de combustión interna ultrapobre para futuros trenes motrices electrificados.
Investigar y proponer una solución para controlar la estabilidad de combustión: control de combustión de bucle cerrado para la estabilización de límites magros extremos y optimización de la eficiencia termodinámica con adición de hidrógeno.
Abordar e investigar las tecnologías de reducción de emisiones de NOx basadas en el desarrollo de un catalizador de almacenamiento de NOx a medida optimizado para motores de encendido por chispa de funcionamiento magro, y además de investigar el beneficio del hidrógeno como componente reductor en los catalizadores SCR de amoniaco (NH3)convencional.
Simular el proceso de combustión y cuantificar la eficiencia del motor (consumo de combustible) y las emisiones (CO2 y NOx) a través de modelos cuasi dimensionales o Deficientes.
Demostrar los beneficios de nuestro enfoque en un motor multi-cilindro.
Para mejorar la eficiencia térmica del motor, se investigaron el uso de materiales avanzados de recubrimiento aislante y mezclas con un alto exceso de aire ultra pobre (ultra-lean) que permiten reducir las pérdidas de calor en la cámara de combustión. La CMT-UPV realizó estudios paramétricos y cálculos avanzados para definir las características térmicas de los nuevos recubrimientos inteligentes. Basándose en ellos, Saint-Gobain desarrolló un robusto recubrimiento con pulverización térmica, que luego se aplicó en partes de dos prototipos de motores de investigación en IFPEN. En algunas condiciones de funcionamiento, se midieron pequeñas ganancias en la eficiencia térmica sin inconvenientes de rotura en otros parámetros de combustión
Por otra parte VKA-RWTH desarrolló un nuevo e innovador catalizador para el almacenamiento de NOx y cumplir con las condiciones de postratamiento requeridas. Se probaron varios materiales, y el resultado fue un catalizador comparable a bajas temperaturas y menor capacidad de almacenamiento de oxígeno (OSC) que el catalizador serie de referencia. El OSC más bajo conduce a fases de regeneración con mejor eficiencia y, por lo tanto, a reducir el CO2.
Las tecnologías desarrolladas por los socios del proyecto (precámara, inyector, recubrimientos) se integraron en un motor de un solo cilindro fabricado por Renault y probado en IFPEN para la investigación. La evaluación experimental del concepto produjo resultados prometedores en términos de eficiencia, más del 48% para ser exactos, muy cerca del objetivo inicial, y mostró una reducción de las emisiones de NOx y partículas. Demostrando que el concepto de combustión de quemadura ultrapobre es posible y puede lograr una eficiencia muy alta. Sin embargo, la propagación de esta llama es inestable en mezclas magras, el proceso de combustión deberá ser apoyado por un alto movimiento de carga del cilindro, un avanzado sistema de encendido en volumen y el uso de hidrógeno.
Finalmente, Renault diseño y fabrico un motor multi-cilindro, teniendo en cuenta el retorno de la experiencia de las pruebas anteriores. De este modo Vitesco Technologies optimizó el sistema de inyección para la precámara y desarrolló una funcionalidad de control de combustión de bucle cerrado individual en los cilindros. La Universidad degli Studi di Napoli contribuyó a la calibración y optimización del motor en el banco de pruebas mediante el desarrollo de una estrategia eficiente de gestión energética para vehículos híbridos centrada en la minimización de las emisiones CO2 y el consumo de combustible.
Las investigaciones experimentales sobre el motor multi-cilindro validaron el innovador sistema electrificado de refuerzo de doble etapa y proporcionaron una clara comprensión del sistema de post-tratamiento necesario para alcanzar muy bajas emisiones de NOx y partículas de hasta 10nm. Según las simulaciones realizadas por la Universidad Federico II, la aplicación EAGLE PHEV que utiliza el tren motriz Renault E-Tech podría alcanzar 50 gCO2/km, una reducción del 80% de las emisiones. Cabe mencionar que el proyecto ha recibido la financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la UE en virtud del acuerdo de subvención no. 724084.
Comments