Fuel quality sensors for HD engines

Under de senaste åren har de globala utsläpps standarder blivit mer stringenta när vi talar om Heavy Duty (HD) Dieselmotorer. Dessutom har varje region, eller land, sina egna regler med egna utsläppsnivåer för de huvudsakliga föroreningarna: CO, kolväten (HC), kväveoxider och partiklar (PM). Också, den verkliga användning, skiljer sig alltid från laboratorieförhållanden där motorerna testas för att klara lagkraven. För ett företag som Scania, som utvecklar och använder HD dieselmotorer och har ett intresse av att sälja sina produkter över hela världen, har olika utsläpps regler en direkt inverkan på den framtida produktutvecklingen. Dieselmotor utrustade HD lastbilar eller bussar kontinuerligt förbättras ständigt i syfte att uppfylla dessa lagkrav, antingen genom nya och komplexa motorkonstruktioner, förbränningskontrollstrategier eller avgasefterbehandlingssystem (t.ex. Catalyst, SCR, EGR, UDS, etc.). Men ingenting kan anpassa en dieselmotor för olika de bränsletyper som den kan träffa på under en resa från norra Sverige till södra Italien. Det är därför bränslekvalitet och bränslets egenskaper är viktiga aspekter när man talar om motorutveckling och utsläpp.Denna avhandling föreslår en rad svar om bränslekvalitets mätningar. Först föreslås definitioner för de viktigaste bränsleegenskaperna. Deras påverkan på drift och utsläpp diskuteras också. För det andra presenteras en översyn av de för närvarande tillgängliga teknikerna på marknaden för mätning ombord. Dessa tekniker kan mäta och upptäcka dessa bränsleegenskaper. De inbyggda teknikerna är tänkta att införliva samma mätteknik som ett laboratoriet som används för analys av bränsleparametrar, erbjuda jämförbara resultat, större rörlighet och fordonsanpassningsförmåga. Till sist, föreslår avhandlingen tre sensorer som innehåller två innovative ombord mätnings tekniker, som kan upptäcka bränslets egenskaper. Dessa sensorer är testade med olika typer av bränslen, bränsleblandningar och förorenade bränslen. Testresultat är mer än överraskande och intressant, då varje sensor erbjuder annat än väntad prestanda och användbarhet. Stämgaffel teknik till exempel har två sensorer representerade och den minst lovande sensorn visade sig vara lite mer exakt än den andra. NIR-sensor som utvärderas i detta arbete, har jämförbara resultat med stämgaffelgivare, när vi talar om väldefinierade bränsletdensitets mätningar. Trots detta, andra mätningar som är specifika för denna typ av NIR-teknik, erbjuder den inte resultat på den förväntade nivån.In recent years global emissions standards have become more in more stringent when we refer to Heavy Duty (HD) Diesel engines. Moreover, every region or country has its own regulations with own levels of emissions for the main pollutants: CO, hydrocarbons (HC), NOx and particulate matter (PM). Also, the real life usage, always differ from the laboratory conditions in which the engines are tested in order to pass regulations. For a company like Scania, that is developing and using HD diesel engines and has an interest in selling its products world-wide, different emissions standards have a direct impact on the future of product development. Diesel engines equipping HD trucks or busses are continuously being improved in order to align to these standards, either by new and complex engine designs, combustion control strategies or exhaust after treatment systems (e.g. Catalyst, SCR, EGR, UDS, etc.). However, nothing can adapt a diesel engine for different fuel types that it can meet on a trip from Northern Sweden to southern part of Italy. That is why fuel quality and fuel properties are important aspects to account for when talking about engine development and emissions.This Thesis is proposing a series of answers regarding fuel quality measurements. First, definitions for some of the most important fuel properties are proposed. The impact on engine operation and emissions is also discussed. Secondly, a review of the current available on the market on board technologies is presented. These technologies are able to measure and detect these fuel properties. The onboard technologies are supposed to incorporate all laboratory measurement techniques capabilities used for analyzing fuel parameters, offer comparable results, a larger mobility and vehicle adaptability. At last, the thesis proposes three sensors that are incorporating two innovative measurement on board technologies, which are able to detect fuel properties. These sensors are tested with various type of fuels, fuel blends and contaminated fuels. Test results are more than surprising and interesting, with every sensor offering other than expected performance and applicability. Tuning fork technology for example has two representative sensors that are tested and the less expected sensor proves to be little more accurate than the other one. The NIR sensor that is evaluated in this work, has comparable results with tuning fork sensors, when we refer to well defined fuel density measurements. Nonetheless, other measurements specific to this type of NIR technology, do not offer at this level the expected results