Door grillige verbrandingsgebeurtenissen vóór de ontsteking te voorspellen, kunnen autofabrikanten krachtige maar efficiëntere motoren bouwen.

Een verbrandingsprobleem dat motorfabrikanten sinds het begin van de industrie in de problemen heeft gebracht, plaagt nog steeds de ontwerpers van zuinige motoren. Een team van het Clean Combustion Research Center van KAUST, onder leiding van Robert Dibble, richt zich op het begrijpen van voorontsteking.

Een enkele voorontsteking - wanneer brandstof voortijdig ontbrandt in de motorcilinder om een ​​verkeerd getimede energiestoot vrij te geven - kan grote schade veroorzaken. Voorontsteking is sporadisch en onvoorspelbaar. Het komt vaker voor in de verkleinde, turbomotoren die autofabrikanten nu produceren voor een lager brandstofverbruik met behoud van het vermogen.

"Voorontsteking blijft een knelpunt voor verdere inkrimping en verbetering van de motorefficiëntie, " legt Eshan Singh uit, een doctoraat student in het team van Dibble.

Het team veranderde systematisch de motorparameters, inclusief luchtinlaattemperatuur en uitlaattegendruk, waardoor de meest waarschijnlijke omstandigheden voor voorontsteking worden vastgesteld. Bijvoorbeeld, het team observeerde meer voorontstekingsgebeurtenissen met een hogere uitlaattegendruk:dit gebeurt wanneer de motorcilinder minder effectief de verbrande brandstof leegt tussen de verbrandingscycli.

De onderzoekers combineerden al hun waarnemingen om een ​​beeld te vormen van het fenomeen van voorontsteking. "Ons werk ontrafelt de pre-ignition gebeurtenis is verdeeld in verschillende stappen, ' zegt Singh.

Een voorontsteking vindt plaats tijdens de vorige brandstofverbrandingscyclus, wanneer brandstof die in de cilinder wordt geïnjecteerd, in wisselwerking staat met olie op de cilindervoering en een olie-brandstofdruppel vormt. Aan het einde van elke verbrandingscyclus, de olie-brandstofdruppel wordt gewoonlijk uit de cilinder verdreven; echter, van tijd tot tijd, de olie-brandstofdruppel blijft achter en kan in de volgende cyclus voorontsteking veroorzaken, het team liet zien. "Autofabrikanten moeten deze keten van gebeurtenissen doorbreken om voorontsteking te onderdrukken, ' zegt Singh.

De interactie tussen brandstof en olie stoppen, of het volledig uitputten van al het verbrande mengsel uit de motor, zijn twee punten waar de gebeurtenisketen kan worden doorbroken. Voorkomen dat de ingespoten brandstof de met olie beklede cilindervoering raakt, is één benadering. "We kijken naar praktische methoden om voorontsteking te verminderen door de injectiestrategie te veranderen, Singh zegt. "We hebben een patent ingediend dat injectiestrategieën gebruikt om een ​​voorontstekingsvrije werking te bieden zonder afbreuk te doen aan het motorvermogen."

Andere routes om de keten van gebeurtenissen te doorbreken, vereisen een dieper begrip van voorontsteking, voegt Singh toe. "Onze opwindende ontdekkingen zijn verheugend. In de toekomst, we zijn gemotiveerd om extra controlerende variabelen te ontdekken die nauwkeurigere voorspellingen van voorontsteking mogelijk maken."

Vanwege het afstuderen aan KAUST in het najaar van 2019, Eshan loopt momenteel stage bij de verbrandingsonderzoeksfaciliteit in Sandia National Laboratories, Californië. Daar, hij onderzoekt mixed-mode verbranding voor toekomstige verbrandingsmotoren. "Deze ervaring heeft me al blootgesteld aan een overvloed aan tools die vaak worden gebruikt bij de diagnose van motorverbranding. Er zijn nu verschillende nieuwe wegen geopend voor mijn onderzoekscarrière, dat is gericht op het aanpakken van oplossingen om klimaatverandering tegen te gaan."