Análisis de motores con tecnologías de relación de compresión variable

Abstract

La relación de compresión es un parámetro con gran relevancia en el diseño de un motor de combustión interna. Sin embargo, en un motor convencional, dicho parámetro tiene un valor fijo. Debido a que un motor funciona en múltiples puntos de trabajo, resulta lógico pensar que para cada uno de ellos existe una relación de compresión idónea, en vez de una única para todos ellos. Es aquí donde surge el concepto de relación de compresión variable. Esta idea ha sido uno de los grandes retos de la Ingeniería Mecánica durante finales del siglo XX y principios del XXI. Muchas firmas automovilísticas han intentado desarrollar un motor con la capacidad de variar su relación de compresión en plena marcha, algunas de ellas con éxito. El objeto de este Proyecto será, por tanto, reproducir el funcionamiento de un motor con esta tecnología para verificar las mejoras en su comportamiento que promete. La reproducción del comportamiento del motor se realizará mediante la modelización de su ciclo termodinámico a través de un programa de simulación llamado “Cyclepad”. Los resultados obtenidos permiten concluir que la relación de compresión variable tiene un efecto muy significativo sobre el ciclo termodinámico y sobre su potencia y rendimiento. Lo que permite modificar su comportamiento de forma considerable en plena marcha. En definitiva, la relación de compresión variable genera un considerable ahorro de combustible mientras aporta la potencia necesaria en cada momento. Comportándose con la eficiencia de un motor de Ciclo Diésel en ciudad y con la potencia de un motor de Ciclo Otto con turbo en carretera, mientras minimiza las emisiones de NOx.

The compression ratio is a very important parameter in the design of an internal combustion engine. However, in a conventional engine, this parameter has a fixed value. Due to an engine operates at multiple duty points, it is logical to think that there is an ideal compression ratio for each of them, rather than a single compression ratio for all of them. This is where the concept of variable compression ratio arises. This idea has been one of the greatest challenges of Mechanical Engineering during the late twentieth and early twenty-first century. Many automobile brands have tried to develop an engine with the ability to vary its compression ratio, some of them successfully. The object of this Project will be, therefore, to reproduce the operation of the engine developed by Infiniti to verify the improvements promised in its behavior. The behavior of the engine will be reproduced by modelling its thermodynamic cycle through a simulation program called "Cyclepad". The results obtained allow to conclude that the variable compression ratio has a very significant effect on the thermodynamic cycle and on its power and efficiency. This makes it possible to modify its behavior considerably in during operation. To conclude, the variable compression ratio generates a considerable amount of fuel saving while providing the necessary power at all times. Combining the efficiency of a Diesel Cycle engine in the city and the power of an Otto Cycle engine with turbo on the road, while minimizing NOx emissions.