De nouvelles conceptions de moteurs à haut rendement énergétique pourraient réduire considérablement l'impact environnemental des véhicules, surtout si les moteurs fonctionnent avec des carburants renouvelables non dérivés du pétrole. S'assurer que ces carburants non conventionnels sont compatibles avec les moteurs de nouvelle génération était l'objectif d'une nouvelle étude informatique sur le comportement d'allumage des carburants à KAUST.

L'équipe, dirigé par Hong Im au KAUST Clean Combustion Center, ont étudié l'inflammation de formulations de carburant à base de méthanol. « Le méthanol est considéré comme un carburant prometteur d'un point de vue économique et environnemental, " dit Wonsik Song, un doctorat étudiant dans l'équipe d'Im. Le méthanol peut être produit de manière renouvelable en tant que biocarburant ou par une réaction électrochimique solaire qui produit du méthanol à partir de dioxyde de carbone. Cependant, le carburant méthanol pur est mal adapté aux dernières conceptions de moteurs.

Les moteurs à essence conventionnels utilisent une étincelle pour enflammer le carburant. Certains moteurs à essence modernes peuvent passer en mode d'allumage par compression, fonctionnant comme un moteur diesel dans certaines conditions pour maximiser le rendement énergétique. Mais le méthanol n'est pas assez réactif pour l'allumage par compression, dit Chanson. "Notre approche est de mélanger un carburant plus réactif, éther diméthylique (DME), avec du méthanol pour créer un mélange de carburant utilisable dans les moteurs à allumage par compression qui offrent une meilleure efficacité de combustion que l'homologue à allumage commandé.

L'équipe a utilisé une analyse informatique pour étudier la chimie de combustion du méthanol-DME. Parce que la combustion est trop complexe pour être simulée efficacement dans son intégralité, les chercheurs ont d'abord généré un modèle squelettique du processus dans lequel les réactions périphériques ont été supprimées.

"En partant du modèle détaillé, dont 253 espèces chimiques et 1542 réactions, nous avons généré un modèle squelettique comprenant 43 espèces et 168 réactions qui décrivent avec précision les caractéristiques d'allumage et de combustion du méthanol et du DME, " explique Efstathios Tingas, un membre postdoctoral de l'équipe d'Im.

Les chercheurs ont montré que le DME dominait les voies de réaction pendant la phase initiale d'allumage et était un promoteur d'allumage très efficace. Ils ont également examiné l'effet de l'augmentation de la température initiale de l'air pour simuler les points chauds qui pourraient se développer à l'intérieur du moteur. "A haute température, Le DME retarde légèrement l'allumage, parce que la chimie DME repose sur la formation de certaines molécules hautement oxygénées, qui sont intrinsèquement instables à des températures plus élevées, " dit Tingas. Cependant, à haute température, le méthanol lui-même devient très réactif. Ils ont également étudié les effets du DME sur le calage de l'allumage.

"Cette étude sert de ligne directrice de base pour étudier l'allumage des mélanges de méthanol et de DME dans les moteurs à combustion avec des modes d'allumage par compression, ", explique Song. La prochaine étape consistera à effectuer des simulations plus complexes qui intègrent les effets de la turbulence sur l'allumage du carburant, il ajoute.