Advancements in dual-fuel engines: achieving the transient dynamic response under homologation cycles for ultra-low emissions and lower CO2 impact utilizing alternative fuels

[ES] La creciente preocupación mundial por el cambio climático, junto con el hecho de que el sector del transporte es uno de los principales contribuyentes a las emisiones de gases de efecto invernadero, ha intensificado los esfuerzos por identificar alternativas para reducir la huella de carbono. El transporte, como componente vital de la actividad socioeconómica, desempeña un papel clave en estos esfuerzos. Esta necesidad es especialmente urgente en el sector del transporte de carga de media y gran capacidad, que continúa enfrentando desafíos significativos para su transición hacia la electrificación. La creciente presión por descarbonizar el sector del transporte ha impulsado esfuerzos significativos orientados a reducir su impacto ambiental, al tiempo que se busca mantener niveles de eficiencia que garanticen la viabilidad del transporte de carga mediante motores de combustión interna. En este sentido, conceptos de combustión alternativos como la combustión a baja temperatura han surgido como vías prometedoras para lograr bajas emisiones con eficiencias similares o superiores a las de los motores tradicionales. Además, el estudio de combustibles alternativos de bajo carbono también se ha propuesto como solución para continuar reduciendo el impacto ambiental mediante el uso de motores. Esta investigación conecta ambos enfoques mediante el desarrollo de una evaluación experimental de un motor dual calibrado para lograr una respuesta dinámica transitoria bajo ciclos de homologación. Estudios previos han identificado el concepto Dual-Mode Dual-Fuel, basado en la ignición por compresión controlada por reactividad, como una estrategia prometedora para lograr bajas emisiones en todo el rango operativo del motor, combinando combustibles de baja y alta reactividad. Sin embargo, la mayoría de las investigaciones se han centrado en el rendimiento en estado estacionario, prestando poca atención a la operación transitoria debido a las limitaciones del hardware original. El objetivo principal de esta investigación fue lograr una respuesta transitoria estable del motor bajo ciclos de prueba de homologación. Para ello, se equipó un motor dual de 7.7 litros con un turbocompresor prototipo y se calibró experimentalmente para operar bajo el enfoque Dual-Mode Dual-Fuel. Luego se evaluaron las transiciones del motor, con especial atención al cambio de la combustión altamente premezclada a una más controlada por difusión en modo dual. Este proceso llevó al desarrollo de una estrategia modificada denominada Multi-Mode Dual-Fuel, que permitió transiciones más suaves en diversas condiciones operativas. El nuevo concepto fue validado evaluando la respuesta bajo el World Harmonized Stationary Cycle y el World Harmonized Transient Cycle. Finalmente, para apoyar la descarbonización del transporte de mercancías, se adaptó la calibración para funcionar con un e-diesel sintético como sustituto del combustible de alta reactividad convencional. Los principales hallazgos demuestran que el enfoque Multi-Mode Dual-Fuel permite transiciones más suaves entre diferentes niveles de carga al mitigar los cambios bruscos de modo de combustión observados en la estrategia convencional. Al facilitar cambios controlados entre combustión premezclada y controlada por difusión, esta estrategia reduce las tasas de aumento de presión y mejora la estabilidad de la combustión en condiciones dinámicas. La instalación del turbocompresor prototipo mejoró significativamente el manejo del aire y la recirculación de gases de escape a bajas velocidades del motor, favoreciendo una combustión a baja temperatura más estable. Bajo el ciclo WHSC, el motor mostró una respuesta consistente del sistema de gestión de aire y una mayor estabilidad entre los diferentes modos de combustión.