Fault detection in common rail diesel injection systems

Abstract

This thesis investigates fault detection methods for common rail type diesel injection system, an increasingly popular fuel injection method which allows for reduced emissions and better optimization of fuel economy in combustion engines. The working principles and primary components of the common rail system are introduced and certain formulae are presented in order to give perspective on the equations governing the system. The different concepts related to faults are discussed and different mathematical representations for the analysis of faults are given.

The data treated in the application examples is acquired from an actual common rail test bench. Two main classes of fault detection methods are applied to the common rail system and their effectiveness is shown through simulations and examples. The results are presented along with remarks on the practical aspects of applying the fault detection methods. The methods discussed are found to be feasible for detecting the presented faults, given that the assumptions regarding the models and the system hold.

Opinnäytetyössä tutkitaan dieselmoottoreissa käytettyjen common rail -yhteispaineruiskutusjärjestelmien vikaantumista ja vikojen havaitsemista. Yhteispaineruiskutus on suosittu ruiskutusmenetelmä, joka mahdollistaa päästöjen vähentämisen ja polttoaineenkulutuksen optimoinnin polttomoottoreissa. Työssä esitellään yhteispaineruiskutusjärjestelmän toimintaperiaate sekä sen keskeisimmät komponentit ja yhtälöt, jotka kuvaavat järjestelmää ja sen toimintaa. Vikaantumiseen liittyvät konseptit sekä vikoja kuvaavat matemaattiset yhtälöt käydään läpi vikojen analysointia varten.

Työssä käytettävä data on kerätty yhteispaineruiskutusjärjestelmän testikokoonpanosta. Common rail -yhteispaineruiskutusjärjestelmän vikojen havaitsemiseen käytetään kahta eri menetelmää, joiden tehokkuutta tarkastellaan simulaatioiden ja esimerkkien avulla. Tulosten yhteydessä esitetään huomioita käytettyjen menetelmien käytännön soveltamisesta. Esitetyt menetelmät osoitetaan toimiviksi tiettyjen malleja ja järjestelmää koskevien oletusten täyttyessä.