The strive to minimize emissions in the automotive industry keeps gaining momentum. Continuous improvement of engine designs and development of more efficient fuel systems in diesel vehicles is a solution to be applauded. More importantly is the growing shift to use of renewable fuels in internal combustion engines. With countries implementing tighter regulations on emissions, and markets have witnessed a rise in the use of biofuels. Subsequently, the fuel quality varies from market to market. Blending of different fuels changes the properties of fuel as solubility of some compounds reduce. Consequently, soft particles which are precipitated in the process have been linked to deposit formation of internal diesel injector deposits (IDIDs). This project aims at investigating IDIDs and possible conditions that enhance their formation in the injector. An injector test rig operating at actual engine pressures (>2000 bars) has been constructed for this purpose. Test fuel for use in the rig is prepared at Scania by introducing soft particles into B10 fuel. Start of the test rig was performed by checking component functionality and pressure test. Due to leakage problem, a redesign of fuel collection cup was done. Evaluation of test fuel was carried to determine the suitability for deposit formation in the injector. Two screening tests were carried to investigate sticky deposit formation using the test fuel. Autoclave test was carried out at temperature of 150 0C over a period of up to four days. Frying pan test was performed to evaluate formation of deposits with increase in temperature between 90 0C to 230 0C. Analysis was carried out using SEM-EDX, GC-MS and FTIR instruments. The test fuel prepared at Scania for replication of deposits in the injector yielded positive results. Sticky deposits formed during the frying pan test evidenced by stretchy and sticky residue on the pan. FTIR analysis showed that the presence of metal carboxylate which is as a result of the metal ion soft particles. Autoclave tests showed formation of brown deposits on the vessel. SEM-EDX analysis of the brown deposits gave great insights on the morphology of the deposit contrasted to the structure of soft particles initially present in the test fuel. Soft particles are small and smeary with a regular shape while the deposits are large, irregular, agglomerated and rough in texture. This is important in understanding the transformation mechanism of soft particles to deposits. A combination of calcium and sodium soft particles in the test fuel showed better ability to form deposits during the autoclave test. GC-MS analysis showed huge decrease in the concentration of soft particles in test fuel after autoclave tests compared to initial test fuel. In conclusion, the test fuel prepared works as expected and thus can be scaled up for running the injector test rig. Additionally, test fuel containing calcium and sodium soft particles have a higher probability to form deposits. Deposits were indeed proven to be metal carboxylates as expected. / Strävan efter att minimera utsläppen inom fordonsindustrin fortsätter att ta fart. Kontinuerlig förbättring av motorkonstruktioner och utveckling av effektivare bränslesystem i dieselfordon är en lösning som bör applåderas. Ännu viktigare är den ökande övergången till användning av förnybara bränslen i förbränningsmotorer. Med länder som inför strängare utsläppsregler har marknaderna sett en ökad användning av biobränslen. Därefter varierar bränslekvaliteten från marknad till marknad. Blandning av olika bränslen förändrar bränslets egenskaper när lösligheten hos vissa föreningar minskar. Följaktligen har mjuka partiklar som fälls ut i processen kopplats till avlagringsbildning av interna dieselinjektoravlagringar (IDID). Detta projekt syftar till att undersöka IDID:s och möjliga förhållanden som förbättrar deras bildande i injektorn. En injektortestrigg som arbetar vid faktiska motortryck (>2000-bar) har konstruerats för detta ändamål. Testbränsle för användning i riggen bereds på Scania genom att mjuka partiklar förs in i B10- bränsle. Testriggens start utfördes genom kontroll av komponentens funktionalitet och trycktest. På grund av läckageproblem gjordes en omdesign av bränsleuppsamlingskoppen. En värdering av testbränslet genomfördes för att fastställa lämpligheten för deponeringsbildning i injektorn. Två screeningtester utfördes för att undersöka klibbig avlagringsbildning med hjälp av testbränslet. Autoklavtest utfördes vid en temperatur av 150 C under en period av upp till fyra dagar. Autoklavtest utfördes för att utvärdera bildandet av avlagringar med temperaturökning mellan 90 0C till 230 C. Analysen utfördes med hjälp av SEM-EDX, GC-MS och FTIR instrument. Testbränslet som förbereddes i Scania för replikering av avlagringar i injektorn gav positiva resultat. Klibbiga avlagringar som bildas under stekpannans test framgår av stretchiga och klibbiga rester på pannan. FTIR-analys visade att förekomsten av metallkarboxylat som är ett resultat av metalljonens mjuka partiklar. Autoklavtester visade bildandet av bruna avlagringar på fartyget. SEM-EDX-analysen av de bruna avlagringarna gav stora insikter om depositionens morfologi i motsats till strukturen hos mjuka partiklar som ursprungligen fanns i testbränslet. Mjuka partiklar är små och utsmetade med en regelbunden form medan avlagringarna är stora, oregelbundna, agglomererade och grova i konsistensen. Detta är viktigt för att förstå omvandlingsmekanismen för mjuka partiklar till avlagringar. En kombination av kalcium- och natriummjuka partiklar i testbränslet visade bättre förmåga att bilda avlagringar under autoklavtestet. GC-MS-analysen visade en enorm minskning av koncentrationen av mjuka partiklar i testbränsle efter autoklavtester jämfört med det ursprungliga testbränslet. Sammanfattningsvis fungerar testbränslet som förväntat och kan därför skalas upp för att driva injektortestriggen. Dessutom har testbränsle som innehåller mjuka kalcium- och natrium partiklar större sannolikhet att bilda avlagringar. Avlagringarna visade sig faktiskt vara metallkarboxylater som förväntat.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-299199 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Korir, Patrick Kiprotich |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:460 |
Page generated in 0.0027 seconds