Att förutsäga nyckfulla förtändningsförbränningshändelser kan göra det möjligt för biltillverkare att bygga kraftfulla men effektivare motorer.

Ett förbränningsproblem som har besvärat motortillverkarna sedan industrin började plågar fortfarande konstruktörerna av bränslesnåla motorer. Ett team på KAUSTs Clean Combustion Research Center, ledd av Robert Dibble, fokuserar på att förstå förtändning.

En enstaka förekomst av förtändning – när bränslet antänds för tidigt i motorcylindern för att frigöra en felaktig energikick – kan orsaka stora skador. Förtändning är sporadisk och oförutsägbar. Det är mer utbrett i nedskärningar, turboladdade motorer som biltillverkarna nu tillverkar för förbättrad bränsleeffektivitet med bibehållen effekt.

"Förtändning är fortfarande en flaskhals för att ytterligare minska och förbättra motoreffektiviteten, " förklarar Eshan Singh, en Ph.D. elev i Dibbles lag.

Teamet ändrade systematiskt motorparametrar, inklusive luftintagstemperatur och avgasmottryck, därigenom fastställs de mest sannolika förutsättningarna för förtändning. Till exempel, teamet observerade fler förtändningshändelser med ett högre avgasmottryck:detta inträffar när motorcylindern har mindre effektiv tömning av bränt bränsle mellan förbränningscyklerna.

Forskarna kombinerade alla sina observationer för att bygga en bild av fenomenet förtändning. "Vårt arbete reder ut förtändningshändelsen är uppdelad i flera steg, " säger Singh.

En förtändning inträffar under den föregående bränsleförbränningscykeln, när bränsle som sprutas in i cylindern interagerar med olja på cylinderfodret och bildar en olje-bränsledroppe. I slutet av varje förbränningscykel, olje-bränsledroppen drivs vanligtvis ut från cylindern; dock, då och då, olje-bränsledroppen finns kvar och kan utlösa förtändning i följande cykel, laget visade. "Biltillverkarna måste bryta denna kedja av händelser för att undertrycka förtändning, " säger Singh.

stoppa bränslet och oljan från att interagera, eller helt uttömma all bränd blandning från motorn, är två punkter där händelsekedjan kan brytas. Att förhindra att det insprutade bränslet träffar det oljebelagda cylinderfodret är ett tillvägagångssätt. "Vi tittar på praktiska metoder för att minska förtändning genom att ändra injektionsstrategin, " säger Singh. "Vi har lämnat in ett patent som använder insprutningsstrategier för att ge förtändningsfri drift utan att kompromissa med motorkraften."

Andra vägar för att bryta händelsekedjan kräver djupare förståelse för förtändning, tillägger Singh. "Våra spännande upptäckter är glädjande. Framöver, vi är motiverade att avslöja ytterligare styrande variabler som möjliggör mer exakta förtändningsförutsägelser."

På grund av att ta examen från KAUST hösten 2019, Eshan är för närvarande praktikant vid Combustion Research Facility i Sandia National Laboratories, Kalifornien. Där, han utforskar blandad förbränning för framtida förbränningsmotorer. "Denna erfarenhet har redan exponerat mig för en uppsjö av verktyg som ofta används i motorförbränningsdiagnostik. Flera nya vägar har nu öppnats för min forskarkarriär, som har till uppgift att ta itu med lösningar för att bekämpa klimatförändringar."