Estudio experimental acerca del autoencendido en chorros de aceite lubricante y su potencial relación con el fenómeno de low-speed pre-ignition (LSPI)

Abstract

[ES] El problema de low-speed pre-ignition (LSPI) sigue siendo uno de los principales desafíos de los motores de inyección directa (DI) y encendido provocado (SI) debido a su potencial capacidad para dañarlos por detonación. En la literatura se han identificado muchos mecanismos como causas posibles para el LSPI, y en gran parte de ellos se dice que las propiedades físicas y químicas de los aceites lubricantes juegan un papel importante. Con el objetivo de conseguir un procedimiento independiente para determinar lo propensos que son los aceites lubricantes a la ignición, se ha determinado experimentalmente el ignition delay (ID) de varias formulaciones de aceite en una instalación de flujo a presión constante mediante dos técnicas ópticas diferentes: estrioscopía (Schlieren imaging) y quemiluminiscencia de radicales OH* con un filtro de interferencias, así como la medición de la presión a través de sensores en el interior de la cámara. Esta investigación explora el efecto sobre la reactividad para diferentes condiciones termodinámicas que tienen las distintas formulaciones de aceite dependiendo de las bases clasificadas según el American Petroleum Institute (API), los paquetes de aditivos y modificadores utilizados, el envejecimiento y la oxidación. Se observan diferencias entre el uso de bases de acuerdo al número de grupo al que pertenecen. Sin embargo, las diferencias entre paquetes aditivos típicamente usados y los supuestos reductores de LSPI no son significativas, por lo que la reactividad del aceite no parece ser un factor determinante en este complejo fenómeno. De la misma manera, los aditivos modificadores, el envejecimiento y la oxidación no parecen modificar el ID de manera significativa.

[EN] Low-speed pre-ignition (LSPI) keeps being one of the main challenges of Direct Injection (DI) and Spark Ignition (SI) engines, due to its potential capability of damaging them through detonation. The literature has identified several mechanisms as possible causes for LSPI. Most researchers agree on the fact that the physical and chemical properties of the lubricant oils play an important role. With the aim of developing an independent procedure to determine the proneness of lubricant oils to ignition, the ignition delay (ID) of several oil formulations is experimentally determined in this work in a constant-pressure flow chamber. Two different optical techniques are used, namely Schlieren imaging and OH* radical chemiluminiscence with an interference filter, together with the pressure measurement through in-chamber measurements. This research explores the effect of different oil formulations on reactivity for different thermodynamic conditions. Thus, the effects of the base formulations (classified according to the American Petroleum Institute, API), the additive packages, their modifiers, aging and oxidation are explored. Differences are seen among base formulations, according to the group number they belong to. However, the differences among typical additive packages and the supposedly LSPI reductors are not significant. Hence, oil reactivity does not seem to be a determining factor in this complex phenomenon. Similarly, additive modifiers, aging and oxidation do not seem to significantly influence ID.