Miguel Ángel Serrano García

MEP, MEC y HCCI

Tres motores con la misma cilindrada (2,0 L) y tres formas de quemar el combustible. Cambia la carga y el régimen y compara presión, rendimiento y NOx. En el HCCI no hay chispa ni inyección que marquen el encendido: lo decide la química de la mezcla, y aquí puedes ver lo estrecha que es la ventana para controlarlo.

Control del HCCI
Relaciones de compresión y pérdidas

Resultados en este punto

NOx: índice cinético relativo al MEP a plena carga y al mismo régimen; compara tendencias, no da ppm. Las filas destacadas son las que mejor resumen cada concepto.

Barrido de carga

Ventana de control del HCCI

Cómo funciona

Cada motor se simula con un modelo cero-dimensional de una zona: entre el cierre de admisión y la apertura de escape el cilindro es un sistema cerrado de gas ideal y la presión sale del primer principio:

dp/dθ = (γ−1)/V · (dQc/dθ − dQw/dθ) − γ · p/V · dV/dθ,   γ = γ(T)

La liberación de calor dQc sigue una ley de Wiebe, xb = 1 − exp[−a((θ−θ0)/Δθ)m+1]. El diésel usa dos (Watson): una fase premezclada corta y una fase de difusión larga. Las pérdidas a pared dQw usan la correlación de Woschni.

Qué distingue a cada motor

El encendido del HCCI

El inicio de la combustión se calcula con la integral de Livengood-Wu: la mezcla se autoinflama cuando el tiempo acumulado, ponderado por el retraso de autoignición τ(p, T), llega a uno.

∫ dt / τ = 1,   τ = 1,3·10⁻⁴ · p−1,05 · φ−0,77 · χO₂−1,41 · exp(33 700 / RuT)  [ms]

La correlación de τ es la de He et al. (2005) para iso-octano. En modo CA50 objetivo, el simulador busca la temperatura de cierre de admisión que coloca el 50 % del combustible quemado en el ángulo pedido. Un motor real lo consigue reteniendo gases calientes del ciclo anterior o recirculando EGR. En modo T de admisión fija eliges tú esa temperatura y ves qué hace la combustión: unos 20 a 30 K separan el fallo de encendido de una combustión tan adelantada que empieza antes del PMS y frena al pistón.

El ringing depende sobre todo de la energía liberada por ciclo. Por eso fija el λ mínimo, es decir, la carga máxima del modo HCCI. Prueba a bajar el λ mínimo a 1,6 y subir la carga al 60 %: el gradiente de presión supera los 5 bar/°.

Hipótesis

El mismo modelo está escrito en Python y en MATLAB. Esta página usa un port en JavaScript (modelo.js) que da los mismos resultados con cuatro cifras significativas.

Informe técnico completo · Código en GitHub (Python, MATLAB y tests) · Descargar el script de MATLAB