Development of an experimental method to mitigate fuel filtration quality issues of heavy-duty engines

In order to meet the emission levels set by stringent emission regulations, the fuel injection pressure of diesel powertrains have regularly increased in the recent years. Consequently, the injector and the injector moving parts have become more sensitive to fuel particulate contamination. In this context, fuel filtration assumes a major role, as it is crucial to ensure that the fuel supplied to the common rail system is always at an appropriate cleanliness level. Starting from 2014, several engine manufacturers and fuel injection equipment suppliers have reported an increasing number of injector warranty claims in Northern Germany and in the South-East of the United Kingdom. Investigations clearly showed that the injectors of affected vehicles had suffered from severe abrasive wear caused by hard particles in the fuel. This document describes the work carried out throughout a 9-months internship within Volvo Group focused on these abrasive wear and fuel filtration issues. The main objective of the internship is to develop an experimental method to assess the performances of the filtration modules installed on Volvo engine platforms. Starting from an experimental campaign carried out with the aim to acquire basic knowledge in liquid particle counting technology, a first filtration efficiency test-rig has been developed. This test-rig, despite not being representative of an actual fuel circuit, allowed to qualitatively evaluate the filtration efficiency of a given main-filter. After having tested a great number of filters coming from vehicles reporting injector failure, several weaknesses of the fuel filtration module installed on Volvo engine platforms have been brought to light. Under such circumstances, technical and legal discussions with the current filter supplier have been initiated. The results of the tests carried out on this filtration efficiency test-rig will be exploited to strengthen the position of Volvo Group on this matter. During the last weeks of the internship, some technical improvements have been introduced to the filtration efficiency test-rig. These will allow to perform internally more advanced filtration efficiency tests in the near future and to enhance the Group expertise in the filtration domain.

Al fine di rispettare gli stringenti limiti posti dalle normative sulle emissioni, la pressione di iniezione dei veicoli diesel è aumentata regolarmente negli ultimi anni. Di conseguenza, l’iniettore e le sue parti mobili sono diventati estremamente sensibili alla contaminazione particellare del carburante. Per garantire una buona durabilità ed affidabilità dei moderni sistemi di iniezione, il carburante all'ingresso del common rail deve rispettare dei rigidi standard di pulizia. In questo contesto, il sistema di filtrazione del carburante assume un ruolo fondamentale e di crescente importanza. A partire dal 2014, diversi costruttori di autoveicoli e fornitori di sistemi di iniezione hanno riscontrato un numero crescente di guasti o malfunzionamenti a livello degli iniettori nel Nord della Germania e nel Sud-Est del Regno Unito. A seguito di alcuni approfondimenti, sono stati individuati dei gravi problemi di usura abrasiva nei sistemi di iniezione dei veicoli considerati. La presenza eccessiva ed anomala di particelle dure nel carburante distribuito localmente è stata identificata come la causa principale di tali fenomeni di usura abrasiva. Questa tesi descrive il lavoro svolto presso il Gruppo Volvo nell'ambito di un tirocinio di 9 mesi, focalizzato sulla contaminazione particellare e sulla filtrazione di carburante. Lo scopo principale del tirocinio ha avuto come oggetto lo sviluppo di un metodo sperimentale finalizzato a valutare, in maniera qualitativa, le prestazioni dei sistemi di filtrazione attualmente in uso nei veicoli Volvo. A seguito di una campagna sperimentale svolta con lo scopo di acquisire le conoscenze di base riguardo la tecnologia di conteggio particellare in fase liquida, un primo banco prova di filtrazione è stato sviluppato. Tale banco, sebbene non rappresentativo di un vero sistema di circuito carburante, ha permesso di determinare qualitativamente l’efficienza di filtrazione di un determinato filtro a carburante. Numerosi test di efficienza di filtrazione sono stati effettuati su filtri usati, provenienti da veicoli soggetti a guasti a livello del sistema di iniezione. I risultati ottenuti hanno permesso di identificare diverse modalità di guasto degli attuali sistemi filtranti installati sui veicoli Volvo. Alla luce di quanto evidenziato, sono stati avviati approfondimenti tecnici e legali con l’attuale fornitore di filtri. Nel corso delle ultime settimane del tirocinio sono state inoltre apportate delle migliorie tecniche al banco prova, grazie alle quali sarà possibile effettuare dei test di filtrazione più avanzati e rigorosi.