Open this publication in new window or tab >>2022 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
This thesis covers some of the environmental impacts of internalcombustion engines running on alternative fuels. The focus of thestudies conveyed is the reduction of greenhouse gases and particleemissions, as these two factors are of great importance for the pathsthat road transportation is facing. The main area covered is heavyduty engines for truck applications, but a study on methane fuel andhow gaseous methane can be used to reduce CO2 emissions in lightduty engines is also included. The literature studies executed inrelation to the different studies and publications are based on aholistic perspective of the difficulties of implementing alternativefuels for a heavy duty application, mainly in the perspective ofgaseous fuels.The experimental studies have been performed as studies in singlecylinder engine test cell setups. The areas of investigation were:- Accelerated testing of Biodiesel injector fouling, whichcould increase the particle and CO2 emissions from theengine- Using methane to potentially reduce CO2 by up to 50%compared to gasoline in a light duty application- In-cylinder flow optimisation to improve combustionstability in a heavy duty engine and thereby lowering theCO2-emissions.- Particle emissions originating from the entrainment oflubricating oil in the combustion chamber and how reducedoil ash content can affect the particle emissions from theengine.The outcome of these studies showed that it was possible to createan accelerated test procedure capable of fouling the injector in justone day. The reduction in CO2 for the light duty engine running onmethane was possible to reach close to 50%. This was done byincreasing the compression ratio, advancing the spark anddownsizing the engine.IIThe heavy duty methane engine study indicates that there is anoptimum combination between the design parameters in thecombustion chamber in order to be able to control the combustionspeed. The relation between particle emission and engine oil ashcontent showed that the entrainment of oil into the combustionchamber made the largest impact, before the ash content causedfurther impact on particle emissions.This work is to be seen as insights into areas in which the alternativefuels may contribute to reduce the environmental impact, mainly ofCO2, of the internal combustion engine. The vision is that it will helpto provide for a greener tomorrow and a better future for many.
Abstract [sv]
Denna avhandling behandlar delar av den miljöpåverkan somförbränningsmotorer drivna med alternativa bränslen kan orsaka.Fokus på de genomförda studierna är minskandet av utsläpp avväxthusgaser och partikelemissioner, då dessa två faktorer har storpåverkan för den riktning vägtransporter står inför. Huvudområdetför denna avhandling är tunga motorer för lastbilsapplikationer,men en studie av hur metangas användas för att minskaCO2-utsläpp från personbilsmotorer ingår också. Litteraturstudiensom utförts till bilagda rapporter och publikationer är baserade påett holistiskt perspektiv över utmaningarna kopplade tillimplementeringen av alternativa bränslen på tunga applikationer,med ett huvudperspektiv mot gasformiga metanbränslen.De experimentella studierna är utförda som studier påsingelcylindermotorer i motorprovcell. De undersökta områdena är:- Accelererad provning av kontaminering av dieselinjektorerfrån Biodiesel, vilken annars kan leda till ökade partikel- ochCO2-utsläpp- Användande av metan för att potentiellt sänka CO2-utsläppmed upp till 50% jämfört med bensin i enpersonbilsapplikation- Flödesoptimering i cylindern för att förbättra förbränningeni en tung motorapplikation och därmed sänka CO2 utsläppen- Partikelemissioner uppkommer genom oljeinträngning iförbränningsrummet, samt hur en reduktion av askhalten ioljan kan påverka de totala partikelemissionerna frånmotorn.Resultaten från dessa studier visar att det är möjligt att skapa enaccelererad provmetod för att skapa kontamineringar efter endasten dags motorprov. Minskningen av CO2 från personbilsmotorn påmetan visade att det var möjligt att minska utsläppen med upptill 50% genom att öka kompressionsförhållandet, avanceratändningstillfället och downsizea motorn.IVStudierna på den tunga motorapplikationen indikerar att det finnsen optimerad kombination mellan designparametrarna iförbränningsrummet för att kontrollera förbränningshastighetenför metanförbränning. Relationen mellan partikelemissioner ochaskhalten visar att oljeinträngningen i förbränningsrummet hadestörst inverkan och att askhalten bidrog ytterligare tillpartikelemissionerna.Detta arbete ska ses som insikter i området där alternativa bränslenkan bidra till att minska miljöpåverkan från förbränningsmotorn.Visionen är att detta arbete kan bidra till en grönare morgondag ochen bättre framtid för många.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2022. p. 201
Series
TRITA-ITM-AVL ; 2022:36
Keywords
Gaseous methane combustion, spark ignition, single cylinder research engine, particle number, particle emissions, oil ash content, CO2, Green House Gases, engine testing, engine development, emissions, combustion chamber design, injector fouling, environmental impact, road transportation
National Category
Mechanical Engineering
Research subject
Machine Design
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-321526 (URN)978-91-8040-414-3 (ISBN)
Public defence
2022-12-09, F3 https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_nVuf7vvmSCCLwWgEgIPqag, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Swedish Energy Agency, 35716-1Swedish Energy Agency, 39976-1Swedish Energy Agency, P44933-1
2022-11-182022-11-172022-12-08Bibliographically approved