Evaluación del desempeño y emisiones del motor Mercedes-Benz OM366LA durante la inyección acuosa de nanopartículas de cobre

Abstract

El presente trabajo evalúa el efecto de inyectar una suspensión acuosa de nanopartículas de cobre metálico (nCu) en el conducto de admisión de aire, posterior al intercooler, sobre el desempeño, las emisiones y las características de combustión de un motor diésel Mercedes-Benz OM366LA. Tras comprobar que las nanopartículas presentaban mayor estabilidad en agua destilada que en diésel, se seleccionó este medio como fluido portador. Se diseñó e implementó un sistema de inyección con regulación de caudal y se realizaron ensayos a 2000 rpm bajo dos condiciones de carga, 60 % y 100 %. Se evaluaron tres niveles de concentración equivalente de nCu en diésel mediante un diseño completamente aleatorizado. A plena carga, con una relación agua/combustible aproximada de 13 %, la concentración de nCu mostró efectos estadísticamente significativos sobre la presión máxima en el cilindro, su ángulo de ocurrencia, la tasa máxima de liberación de calor, la duración de la combustión (CA10-90) y el centro de combustión (CA50). Se evidenció, además, una tendencia a la reducción del consumo específico de combustible (BSFC) con el aumento de la dosificación. En cambio, a 60 % de carga, con una relación agua/combustible aproximada de 40 %, no se detectaron efectos significativos, probablemente porque el mayor caudal de agua intensificó el efecto refrigerante y opacó el posible rol catalítico de las nanopartículas.

This thesis evaluates the effect of injecting an aqueous suspension of metallic copper nanoparticles (nCu) into the intake air duct (downstream of the intercooler) on the performance, emissions, and combustion characteristics of a Mercedes-Benz OM366LA diesel engine. Water was selected as the carrier fluid after confirming greater stability of the nanoparticles compared to diesel. Tests were conducted at 2000 rpm under 60 % and 100 % load conditions using a completely randomized design with three equivalent nCu concentration levels. At full load (water/fuel ratio ≈ 13 %), nCu concentration had statistically significant effects on maximum in-cylinder pressure (Pmax), its crank angle (θPmax), maximum heat release rate (HRRmax), combustion duration (CA10-90), and combustion phasing (CA50). A decreasing trend in brake specific fuel consumption (BSFC) was also observed with increasing nanoparticle dosage. At 60 % load (water/fuel ratio ≈ 40 %), no significant effects were detected, likely due to the stronger cooling effect of the higher water flow rate overshadowing the potential catalytic action of the nanoparticles.