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Resumen. El trabajo de investigación presentado en esta tesis doctoral está enmarcado en el desarrollo y optimización del sistema de combustión de un novedoso motor de dos tiempos de encendido por compresión, que presenta una arquitectura de barrido por válvulas en culata, y que ha sido diseñado para aplicaciones de automoción dentro de la gama de coches compactos. El objetivo principal de esta investigación ha consistido en mejorar el conocimiento existente sobre los motores dos tiempos con arquitectura de barrido por válvulas, y a la vez identificar los principales vínculos entre los procesos de renovación de la carga y de combustión, con el fin de cuantificar su impacto sobre la formación de emisiones contaminantes y el rendimiento térmico del motor. Adicionalmente, se desea optimizar las prestaciones de este motor de dos tiempos operando con el proceso de combustión diésel convencional controlada por mezcla, así como evaluar el potencial de distintos conceptos avanzados de combustión de baja temperatura con fase de premezcla extendida, con el fin de reducir los niveles de emisiones contaminantes y mejorar el consumo específico de combustible del motor.La metodología utilizada en esta tesis ha sido concebida combinando un enfoque teórico-experimental, que permite maximizar la información que se puede obtener acerca de los fenómenos físicos involucrados en los diferentes procesos objeto de estudio, y a la vez conservar un enfoque de optimización eficiente reduciendo en la medida de lo posible el número de ensayos experimentales requeridos. Con la finalidad de analizar en detalle la relación que existe entre las condiciones en el cilindro (como lo es la concentración de oxígeno, la temperatura de combustión y el dosado local) y el proceso de formación de emisiones contaminantes, especialmente de N O x y hollín, se desarrollaron y utilizaron distintas herramientas teóricas para complementar y sustentar los comportamientos y tendencias observadas mediante los ensayos experimentales, tanto para el modo de combustión diésel convencional como para los conceptos avanzados de combustión. Para la consecución de dichos objetivos se ha seguido una estructura secuencial en la cual el trabajo de investigación ha sido desarrollado en dos grandes bloques: primero, se analizó y optimizó el proceso de combustión diésel convencional, mediante la combinación adecuada de parámetros de operación del motor que modifican apreciablemente las características del proceso de combustión controlada por mezcla; y segundo, se logró implementar y evaluar el desempeño de dos conceptos avanzados de combustión, específicamente el modo combustión altamente premezclado de tipo HPC utilizando diésel como combustible (acrónimo de "Highly-Premixed Combustion") y el modo de combustión parcialmente premezclada de tipo PPC ("Partially Premixed Combustion") utilizando un combustible con mayor resistencia a la auto-ignición (en este caso se utilizó gasolina de octanaje 95). En esta segunda fase, se hizoénfasis en el análisis del concepto de combustión PP...

Nerva, J.; Genzale, CL.; Kook, S.; García Oliver, JM.; Pickett, LM. (2013) soy methyl-ester biodiesel is injected into a constant-volume combustion facility. A range of optical diagnostics is performed, comparing biodiesel to a conventional #2 diesel at the same injection and ambient conditions. Schlieren imaging shows virtually the same vapor-phase penetration for the two fuels, while simultaneous Mie-scatter imaging shows that the maximum liquid-phase penetration of biodiesel is higher than diesel due to their different boiling-point temperatures. But the different liquid-phase penetration does not affect overall mixing rate and downstream vapor-phase penetration because each fuel spray has similar momentum and spreading angle. The ignition delay and lift-off length are only slightly less for biodiesel compared to diesel, consistent with the CN. Because of the similarity in lift-off length, the differences in equivalence ratio distribution at the lift-off length are mainly affected by the fuels oxygen content. For biodiesel, the equivalence ratio is reduced, which, along with the fuel molecular structure and oxygen content, significantly affects soot formation downstream. Spatially-resolved soot volume fraction measurements obtained by combining laser extinction measurements with planar laser-induced incandescence imaging show that the soot concentration can be reduced by an order of magnitude for biodiesel. These integrated measurements of spray mixing, combustion, and quantitative soot concentration provide new validation data for the development of CFD spray, combustion, and soot formation models suitable for the latest biofuels. AbstractThough biodiesel has begun to penetrate the fuel market, its effect on injection processes, combustion, and emissions formation under diesel engine conditions remains somewhat unclear. Typical tailpipe measurements from engines running biodiesel indicate that PM, CO and UHC are decreased, whereas NO X emissions tend to be increased. However, these observations are the result of complex interactions between physical and chemical processes occurring in the combustion chamber, for which understanding is still needed.To characterize and decouple the physical and chemical influences of biodiesel on spray mixing, ignition, combustion and soot formation, a soy methyl-ester biodiesel is injected into a constant-volume combustion facility under diesel-like operating conditions. A range of optical diagnostics is performed, comparing biodiesel to a conventional #2 diesel at the same injection and ambient conditions.Schlieren high-speed imaging shows virtually the same vapor-phase penetration for the two fuels, while simultaneous Mie-scatter imaging shows that the maximum liquid-phase penetration of biodiesel is higher than diesel. Differences in the liquid-phase penetration are expected because of the different boiling-point temperatures of the two fuels. But the different liquid-phase penetration does not affect overall mixing rate and downstream vapor-phase penetration because each...

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