Användningen av biobränslen har ökat för att minska utsläppen från fossila bränslen. Biobränslen kan dock leda till beläggningar inuti injektorn, vilka påverkar fordonets körbarhet. Den mest trodda hypotesen bakom beläggningsbildningen är att förorening av motorolja i bränslesystemet leder till bildning av kalciumsulfatkristaller som mjuka partiklar fäster till. Dessutom påstås det att temperaturen har en signifikant påverkan på beläggningsbildningen. För att ställa om till mer förnyelsebara bränslen krävs mer förståelse bakom beläggningarnas mekanism. Därför var syftet med denna studie att undersöka mekanismen bakom interna injektorbeläggningar med en nydesignad rigg i laboratorieskala för att få en djupare förståelse av mekanismen, och i synnerhet rollen av kalciumsulfat och temperatur. Syftet uppnåddes genom att dela upp det experimentella arbetet i två delar:a) Köra riggen med testbränslen följt av analyser av de körda proverna med huvudsakligen SEM-EDX och FTIR, för att förstå rollen av temperatur och motorolja för beläggningarnas mekanism. b) Löslighetsstudier av kalciumsulfat för att förstå rollen av kalciumsulfat för beläggningarnas mekanism. Resultaten visade att den nydesignade testriggen fungerade bra med resultat som överensstämde med litteratur och erbjöd repeterbarhet. Därmed rekommenderas riggen för framtida studier av interna injektorbeläggningar. En djupare förståelse av mekanismen bakom interna injektorbeläggningar uppnåddes framgångsrikt. För första gången utfördes en FTIR och SEM-EDX studie över en temperaturgradient, vilket gjorde det möjligt att se starttemperaturen för olika reaktioner och identifiera beläggningar i olika temperaturintervall. Det visades att beläggningsbildningen var temperaturberoende med olika typer av beläggningar i olika temperaturintervall. Vid temperaturer under 100°C var zinksulfat och oreagerat metallkarboxylat de dominanta ämnena. Över 100°C ändrade metallkarboxylatet form och blev mer koncentrerat medan koncentrationen av zinksulfat minskade. Dessutom visades det att kalciumsulfat bildades i stor utsträckning när temperaturen översteg 100°C. Temperaturstudien och resultaten är unika och okända i litteraturen. Ostwald-mognad har föreslagits som en möjlig mekanism i litteraturen men visade sig vara osannolik. Upplösningen av kalciumsulfat av motoroljans additiv följt av utfällning i bränslet visade sig vara en mer sannolik mekanism. Det visades också att tvålbeläggningar främjade beläggningsbildning av kalciumsulfatkristaller, vilket överensstämmer med fältobservationer då de vanligtvis samexisterar. / The use of biofuels has increased to reduce the emissions from fossil fuels. However, the use of biofuels results in deposit formation inside the injector, which leads to issues with the drivability of the vehicle. The most believed hypothesis behind the deposit formation is that engine oil contamination in the fuel system leads to formation of calcium sulphate crystals that soft particles adhere to. Moreover, temperature is claimed to have a significant effect on the deposit formation. To ease the shift towards more renewable fuels, more understanding behind the deposit mechanism is needed. Therefore, this study aimed to investigate the mechanism behind internal injector deposits with a newly designed lab scale rig to get a deeper understanding of the mechanism, and especially the role of calcium sulphate and temperature. The aim was achieved by dividing the experimental work into two parts:a) Running the test-rig with test fuels followed by analyses of the samples with mainly SEM-EDX and FTIR, to understand the role of temperature, and engine oil for the deposit mechanism. b) Solubility studies of calcium sulphate to understand the role of calcium sulphate for the deposit mechanism. The results showed that the newly designed test rig worked well, where the results were consistent with literatureand offered repeatability. Thereby, the rig is recommended for future studies of internal injector deposits. A deeper understanding of the mechanism behind the internal injector deposits was successfully achieved. For the first time, a FTIR and SEM-EDX study was performed over a temperature gradient, which made it possible to see the onset temperature for different reactions and to identify deposits in different temperature ranges. It was showed that the deposit formation was temperature dependent with different types of deposits in different temperature ranges. At temperatures below 100°C, zinc sulphate and unreacted metal carboxylates were the dominant species. Above 100°C, the metal carboxylates changed form and became more concentrated while the concentration of zinc sulphate decreased. Moreover, calcium sulphate showed to be formed to a large extent when the temperature exceeded 100°C. The temperature study and results are unique and unknown in the literature. Ostwald ripening has been proposed as a possible mechanism in the literature but turned out to be unlikely. The dissolution of calcium sulphate by engine oil additives followed by precipitation in the fuel showed to be a more likely mechanism. It was also shown that soap deposits promoted the deposit formation of calcium sulphate crystals, which is in line with the field observations since they normally coexist.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-329360 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Blomberg, Jenny |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| 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-CBH-GRU ; 2023:175 |
Page generated in 0.0027 seconds