Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Concept investigation for misfire detection in spark-ignited gas engines
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Konceptundersökning för misständningsdetektering i gnisttända gasmotorer (Swedish)
Abstract [en]

As a supplier of sustainable transport solutions, Scania manufactures gas engines. Fueled with biogas, they offer a significant decrease in carbon dioxide emissions compared to standard diesel. The gas engines are fitted with a three-way catalytic converter, which converts hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides from the combustion process to substances with less adverse effects.

A misfire is an undesired lack of combustion. They are typically caused by faults in the ignition system, fuel system or by an unsuitable air/fuel ratio. If a misfire occurs, fuel may enter the catalytic converter where it combusts. This increases the temperature in the catalyst to above its design limit, permanently damaging it. The excess fuel also causes increased hydrocarbon emissions. Emission legislation mandates that malfunctions causing excess emissions must be continuously monitored by the vehicle.

The misfire detection on engines sold in the North American market must comply with the stringent CARB legislation. It may also be assumed that upcoming European legislation will be stricter. Furthermore, current production engines use dedicated hardware to detect misfires. A misfire detection method that uses signals from sensors already fitted to the engine could result in cost savings.

A literature study was performed, after which suitable methods to proceed with were chosen. Data was collected in an engine test cell, and was analyzed offline.

Misfire detection methods based on exhaust pressure sensors and knock sensors were evaluated. A detection algorithm developed for Scania’s diesel engines was evaluated. With some modifications, it appears suitable for gas engines. Simplified variants of this method were developed with promising results. A method based on Fourier transform of a low-order frequency showed excellent results, perhaps at the expense of processor load.

A knock sensor based method also showed some promise in detecting misfires. However, the position of the knock sensors appears critical, and further investigation is required.

Classified parts of this thesis are replaced by the symbol □. Some plot axes are erased for the same reason.

Abstract [sv]

Som en leverantör av hållbara transportlösningar tillverkar Scania gasmotorer. Tankade med biogas minskar dessa utsläppen av koldioxid avsevärt jämfört med standarddiesel. Gasmotorerna är utrustade med en trevägskatalysator som omvandlar kolväten, kolmonoxid och kväveoxider till mindre skadliga ämnen.

En misständning innebär utebliven förbränning. Detta beror typiskt sett antingen på fel i tändsystemet, fel i bränslesystemet eller felaktigt luft/bränsleförhållande i cylindern. Om en misständning sker kan oförbränt bränsle ta sig till katalysatorn, där bränslet förbränns. Detta ökar temperaturen i katalysatorn, vilket kan försämra dess prestanda. Det kan även leda till ökade utsläpp av kolväten. Fel som kan påverka utsläpp måste enligt lagstiftning kontinuerligt övervakas av fordonet.

Scanias gasmotorer kan komma att säljas på den nordamerikanska marknaden, där kraven på misständningsdetektering är striktare än i övriga världen. Det kan även förväntas att kommande europeisk lagstiftning kommer att vara strängare än tidigare. Tekniken för misständningsdetektering på nuvarande gasmotorer använder dedikerad hårdvara. En misständningsdetekteringsmetod som använder signalen från befintliga givare kan leda till kostnadsbesparingar.

Efter en litteraturstudie valdes lämpliga detekteringsmetoder ut för vidare undersökning. Data inhämtades från körningar i provcell och analyserades offline.

Metoder baserade på avgasmottryck och på knacksensordata utvärderades. En algoritm utvecklad för misständningsdetektering på Scanias dieselmotorer utvärderades. Med vissa modifieringar verkar den gå att tillämpa på gasmotorer. Förenklade varianter av denna metod utvärderades, även dessa med lovande resultat. En metod baserad på Fouriertransform av lägre ordningens frekvenser i avgastrycksignalen visade utmärkta resultat, eventuellt på bekostnad av processorlast.

En knacksensorbaserad metod uppvisade lovande resultat. Dock verkar placeringen av knacksensorerna vara kritisk, och vidare utvärdering krävs.

Hemligstämplade delar i denna rapport har ersatts av symbolen □. Axelvärden i vissa figurer har raderats av samma skäl.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 60
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:180
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-263929OAI: oai:DiVA.org:kth-263929DiVA, id: diva2:1371205
External cooperation
Scania CV AB
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-11-21 Created: 2019-11-19 Last updated: 2019-11-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(6209 kB)6 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 6209 kBChecksum SHA-512
a3f69ed47b8bfd8c9c746f80c84dedf78e11d78120fad61a580cab3de618d8ea34188b84dc688b131185737e558e67ba8e976f9a77e82b5a63d3eb3e1a22371b
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Industrial Engineering and Management (ITM)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 6 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 3 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf