La previsione di eventi di combustione pre-accensione capricciosi potrebbe consentire alle case automobilistiche di costruire motori potenti ma più efficienti.

Un problema di combustione che ha afflitto i produttori di motori sin dall'inizio dell'industria affligge ancora i progettisti di motori a basso consumo di carburante. Un team del Centro di ricerca sulla combustione pulita di KAUST, guidato da Robert Dibble, si concentra sulla comprensione della pre-accensione.

Una singola occorrenza di pre-accensione, quando il carburante si accende prematuramente nel cilindro del motore per rilasciare un calcio di energia fuori tempo, può causare gravi danni. La preaccensione è sporadica e imprevedibile. È più diffuso nel ridimensionamento, motori turbocompressi che le case automobilistiche stanno ora producendo per migliorare l'efficienza del carburante mantenendo la potenza.

"La pre-accensione rimane un collo di bottiglia per un ulteriore ridimensionamento e miglioramento dell'efficienza del motore, " spiega Eshan Singh, un dottorato di ricerca studente nella squadra di Dibble.

Il team ha sistematicamente modificato i parametri del motore, compresa la temperatura dell'aria in ingresso e la contropressione allo scarico, stabilendo così le condizioni più probabili per la preaccensione. Per esempio, il team ha osservato più eventi di pre-accensione con una maggiore contropressione allo scarico:ciò si verifica quando il cilindro del motore ha uno svuotamento meno efficace del combustibile bruciato tra i cicli di combustione.

I ricercatori hanno combinato tutte le loro osservazioni per costruire un quadro del fenomeno della preaccensione. "Il nostro lavoro dipana l'evento di preaccensione è suddiviso in più fasi, " Dice Singh.

Un evento di pre-accensione si origina durante il precedente ciclo di combustione del carburante, quando il carburante iniettato nel cilindro interagisce con l'olio sulla canna del cilindro formando una gocciolina olio-carburante. Alla fine di ogni ciclo di combustione, la goccia di olio combustibile viene solitamente espulsa dal cilindro; però, di volta in volta, la goccia olio-carburante rimane e può innescare la preaccensione nel ciclo successivo, la squadra ha mostrato. "I produttori di automobili devono interrompere questa catena di eventi per sopprimere la preaccensione, " Dice Singh.

Interrompere l'interazione tra carburante e olio, o esaurire completamente tutta la miscela bruciata dal motore, sono due punti in cui la catena di eventi può essere interrotta. Un approccio è evitare che il carburante iniettato colpisca la canna del cilindro rivestita di olio. "Stiamo esaminando metodi pratici per ridurre la preaccensione modificando la strategia di iniezione, " Afferma Singh. "Abbiamo depositato un brevetto che utilizza strategie di iniezione per fornire un funzionamento senza pre-accensione senza compromettere la potenza del motore".

Altre vie per spezzare la catena degli eventi richiedono una comprensione più profonda della pre-accensione, Singh aggiunge. "Le nostre entusiasmanti scoperte sono gratificanti. Andando avanti, siamo motivati ​​a scoprire ulteriori variabili di controllo che consentano previsioni di preaccensione più accurate".

A causa della laurea presso KAUST nell'autunno del 2019, Eshan è attualmente stagista presso il Combustion Research Facility nei Sandia National Laboratories, California. Là, sta esplorando la combustione in modalità mista per i futuri motori a combustione interna. "Questa esperienza mi ha già esposto a una pletora di strumenti che vengono frequentemente utilizzati nella diagnostica della combustione del motore. Diverse nuove strade si sono aperte per la mia carriera di ricerca, che è investito nell'affrontare soluzioni per combattere il cambiamento climatico".