Common rail -suuttimien kulumisen vaikutus polttoaineenkulutukseen

Abstract

Insinöörityössä tutkittiin common rail -suuttimien kulumisen vaikutusta polttoaineenkulutukseen Helsingin Bussiliikenteen Volvon 8700LE -tyyppimerkkisissä linja-autoissa. Yrityksessä oli aikaisemmin havaittu, etteivät moottorin suuttimet kestä autoissa niiden koko elinikää. Työn tavoitteena oli selvittää, onko mahdollista vähentää polttoaineenkulutusta uusimalla suuttimet ennen niiden rikkoutumista sekä milloin uusiminen tulisi tehdä. Lisäksi etsittiin syitä suuttimien kulumiseen. Siksi tässä työssä käsitellään tarkasti common rail -polttoainejärjestelmän toimintaa.

Tutkimuskohteiksi valittiin kolmekymmentäyksi linja-autoa, joista suuttimien kulumisen vaikutusta polttoaineenkulutukseen oli määrä selvittää. Työ aloitettiin uusimalla kahteen paljon ajettuun autoon kaikki ruiskutussuuttimet ja tutkimusta jatkettiin seuraamalla vaihdon vaikutusta polttoaineenkulutukseen. Näiden kahden auton kuluneita suuttimia tutkittiin Atoy Dieselhuollossa sekä Metropolia AMK:n materiaalitekniikan laboratoriossa sekä mitattiin polttoaineenkulutusta autoihin asennetulla tiedonkeruujärjestelmällä. Myös tutkimukseen osallistuneiden muiden autojen suuttimien uusimisien vaikutusta polttoaineenkulutukseen selvitettiin tiedonkeruujärjestelmään tallentuneiden aineistojen avulla.

Työn tuloksena saatiin selville, että suuttimien kuluminen nosti polttoaineenkulutusta noin 2 l / 100 km. Autojen koko elinkaarenaikaista polttoaineenkulutusta olisi tulosten perusteella mahdollista laskea noin yksi prosentti. Tarkkaa kilometrimäärää sille, milloin suutin tai suuttimet autoihin olisi yleisesti syytä vaihtaa, tutkimuksen mukaan ei ole mahdollista määrittää, vaan ajankohdat ovat autokohtaisia. Kuitenkin selväksi tuli se, että autojen moottorit tarvitsevat keskimäärin kahdet vaihtosuuttimet elinaikanaan sekä että vaihdoille voidaan määrittää suuntaa antavat vaihtoajankohdat.

Suuttimien kulumisen syyt saatiin selville tarkasti. Lisäksi havaittiin ensiasennussuuttimien ja myöhemmin vaihdettujen suuttimien kestoikien välillä suuria eroja. Työn tuloksena yritys sai yhden keinon lisää vähentää polttoaineenkulutusta sekä kehitysideoita suuttimien kestoiän parantamiseksi linja-autoissaan. Tämä puolestaan helpottaa yrityksen pyrkimystä vähentää ympäristöpäästöjä.

The objective of this Bachelor´s thesis was to study how the wear of common rail injectors affect fuel consumption in Volvo 8700LE buses. This thesis was commissioned by Helsingin Bussiliikenne Oy. The company has noticed that one set of injectors does not last the whole life cycle of the buses. The main objective was to find out if it is possible to save fuel by renewing injectors before they break down and when they should be replaced. In addition, the reasons that cause the breakdown of the injectors were studied. Therefore, the operation of the common rail fuel system was studied closely.

31 buses were chosen as target for this thesis. Firstly, all the injectors of the engine were replaced in two high mileage buses. Secondly, the study was continued by following the fuel consumption of these two buses. The worn injectors of these two buses were analyzed in Atoy Dieselhuolto and in the laboratory of Materials Technology of Helsinki Metropolia University of Applied Sciences. The fuel consumption of the buses was measured by using the vehicles´ own surveillance system. Also the data stored in the surveillance system of the other 29 buses participating in the study were examined in order to find out how the replacement of the injectors affect fuel consumption.

The test results indicate that a worn injector increased fuel consumption with about 2 l / 100 km. Also based on the results it was found out that it would be possible to reduce the fuel consumption of the buses during their whole lifecycle with about one percent. It is not possible to define the exact mileage when the injectors should be replaced, but the wear of the injectors has to be checked in each bus separately. However, it became clear that buses need two sets of injectors during their life cycle, and it is possible to define indicative change dates for replacing the injectors.

The reasons that lead to the wear and breakdown of the injectors were found out in this study. In addition, big differences between the lifetimes of first installation injectors and exchanged injectors were found. As a result of the study, the company received one more way to reduce fuel consumption and development ideas for how to improve the lifetime of injectors in their buses. This, in turn, facilitates the company's effort to reduce environmental emissions.