Mycket bränslesnåla nya motorkonstruktioner kan avsevärt minska fordonens miljöpåverkan, speciellt om motorerna körs på förnybara icke-petroleumbaserade bränslen. Att säkerställa att dessa okonventionella bränslen är kompatibla med nästa generations motorer var syftet med en ny beräkningsstudie om bränsletändningsbeteende vid KAUST.

Laget, leds av Hong Im på KAUST Clean Combustion Center, undersökte antändning av metanolbaserade bränsleformuleringar. "Metanol anses vara ett lovande bränsle ur både ekonomisk och miljömässig synvinkel, " säger Wonsik Song, en Ph.D. student i Ims team. Metanol kan framställas förnybart som biobränsle eller genom en soldriven elektrokemisk reaktion som gör metanol från koldioxid. Dock, rent metanolbränsle är dåligt lämpat för de senaste motorkonstruktionerna.

Konventionella bensinmotorer använder en gnista för att antända bränslet. Vissa moderna bensinmotorer kan byta till kompressionständningsläge, fungerar som en dieselmotor under vissa förhållanden för att maximera bränsleeffektiviteten. Men metanol är inte tillräckligt reaktivt för kompressionständning, säger Song. "Vår metod är att blanda ett mer reaktivt bränsle, dimetyleter (DME), med metanol för att göra en bränsleblandning användbar i kompressionständningsmotorer som ger bättre förbränningseffektivitet än motsvarigheten med gnisttändning."

Teamet använde beräkningsanalys för att undersöka metanol-DME förbränningskemi. Eftersom förbränning är för komplex för att effektivt simulera i sin helhet, forskarna skapade först en skelettmodell av processen där perifera reaktioner har tagits bort.

"Från den detaljerade modellen, inklusive 253 kemiska arter och 1542 reaktioner, vi genererade en skelettmodell som omfattar 43 arter och 168 reaktioner som exakt beskriver antändnings- och förbränningsegenskaperna hos metanol och DME, " förklarar Efstathios Tingas, en postdoktor i Ims team.

Forskarna visade att DME dominerade reaktionsvägar under den inledande fasen av antändningen och var en mycket effektiv antändningsfrämjare. De undersökte också effekten av att öka den initiala lufttemperaturen för att simulera de hot spots som kan utvecklas inuti motorn. "Vid höga temperaturer, DME fördröjer faktiskt tändningen något, eftersom DME-kemi är beroende av bildandet av vissa mycket syresatta molekyler, som i sig är instabila vid högre temperaturer, säger Tingas. Men, vid höga temperaturer blir metanolen i sig mycket reaktiv. De studerade också DME:s effekter på tändningstider.

"Denna studie fungerar som en grundläggande riktlinje för att studera antändningen av metanol och DME-blandningar i förbränningsmotorer med kompressionständningslägen, " säger Song. Nästa steg blir att utföra mer komplexa simuleringar som inkluderar effekterna av turbulens på bränsletändning, han lägger till.