I jämförelse med sina föregångare, har moderna lastbilsmotorer genomgått en betydandeutveckling och har utvecklats till effektiva kraftmaskiner med låga utsläpp genom införandet avavancerade avgasbehandlingssystem. Trots att de framsteg som gjorts under utvecklingen av lastbilsmotorer har varit betydande, så framhäver de framtida förväntningarna vad gällerprestanda, bränsleförbrukning och emissioner behovet av snabba samt storskaliga förbättringar av dessa parametrar för att förbränningsmotorn ska fortsätta att vara konkurrenskraftig och hållbar. Utmaningen i att uppfylla dessa till synes enkla krav är den invecklade, ogynnsammabalansgång som måste göras mellan parametrarna. Förbränningsmotorns kärna är förbränningsprocessen, som i sin tur är kopplad till motorns luftbehandlings- och bränsleregleringssystem. I denna studie undersöks Millercykeln som en potentiell lösning till att nå de motstridiga kraven för framtida lastbilsmotorer, framförallt med fokus på potentialen att förbättra prestandan samtidigt som NOx-emissionerna hålls på konstantnivå. Traditionellt har utvärderingen av Millercykeln utförts på encylindriga forskningsmotorer, vilket också har utgjort utgångspunkten i denna studie. Även om studier på flercylindriga simuleringsmodeller och forskningsmotorer har gjorts med konstanta inställningar för Millercykeln, så utförs de inte i samband med undersökningar av encylindriga motorer. Dessutom så möts inte kraven från insugssystemet på samma sätt mellan de olika motorkonfigurationerna. Denna studie undersöker och jämför potentialen för ökad prestanda med Miller-cykeln mellan encylindrig och flercylindrig motorkonfiguration för en lastbilsmotor med ett tvåstegs turboladdningssystem, som representerar ett realistiskt insugssystem som möjliggör implementeringen av Millercykeln. För att undersöka motorprestationen så används i denna studie den kommersiella mjukvaran GT-Power. Ytterligare resultat från studien innefattar kvantifiering av prestandakraven för ett högeffektivt tvåstegs turboladdningssystem och dess inverkan på temperaturen i inloppet till avgasbehandlings-systemet. En kvalitativ förståelse av betydelsen av interaktionen mellan cylindrar och effekten på cylinder-cylinder variationer med Millercykel utfördes också i simuleringar med flercylindrig motorkonfiguration. Studien utvärderade Millertiming inom ett intervall på -90 till +90 graders vev vinkel från utgångsvinkeln för stängning av insugsventilen. Utvärderingen utfördes vid systemjämvikt vid en fullastpunkt (1000RPM), där basfallet för både encylindrig och flercylindrig motor för utvärdering av Millercykeln var det välkända fallet med konstant specifik NOx. Ett ytterligare fall framhäver NOx-reduktionspotentialen med Miller vid konstant EGR-flöde på en encylindrig konfiguration. Fallen med ökad prestation realiserades genom att öka lufttillförseln, bränslemängden och det geometriska kompressionsförhållandet. Maximal prestandaökning observerades i fallet med ökad bränslemängd, och endast i detta fall utvärderades även konfigurationen med fler cylindrar för jämförelse av prestationsförbättringen med en encylindrig motsvarighet med Millertiming. Den flercylindriga motorn innefattade EGR som en lågtryckskrets, och medan detta antagande förenklade i avseende på modellering och kontroll, så var det till fördel för konfigurationen meden flercylindrig motor (jämfört med encylindrig) på grund av reducerade pumpförluster. Som påföljd gjordes en jämförande undersökning med encylinder-modellen med motsvarande mottryck för flercylinder-modellen inställt som gränsvärde. Resultaten visar att encylindermodellen representerar medelvärdet för cylindrarna i flercylinder-motorn när lämpligagränsvillkor tillämpas som kontrollparametrar. Studien ger en grund för jämförelse av Millertiming på encylindrig samt flercylindriga konfigurationer, samtidigt som kraven på insugssystemet fastställs och utgör en utgångspunkt föratt utvärdera Millercykeln och bestämma insugssystemets krav för hela motorns arbetsområde. / Modern heavy-duty engines have undergone considerable development over their predecessors and have evolved into efficient performance machines with a reducing emission footprint through the incorporation of advanced aftertreatment systems. Although, the progress achieved in heavy-duty engine development has been significant, the future expectation from heavy-duty engines in terms of performance, fuel consumption and emissions stresses the need for rapid large-scale improvements of these metrics to keep the combustion engine competitive and sustainable. The challenges in resolving these apparently straightforward demands are the intricate unfavourable trade-off that exists among the target metrics. The core of the combustion engine lies in the combustion process which is inherently linked to the air handling and fuel regulating systems of the engine. This study explores adopting the Miller cycle as a potential solution to the conflicting demands placed on future heavy-duty engines with an emphasis on the performance enhancement potential while keeping the specific NOX emission consistent. Traditionally, evaluation of the Miller cycle is performed on single-cylinder research engines and formed the starting point in this study. While studies on full-engine simulation models and test engines with fixed Miller timing have been evaluated, they appear to be performed in isolation of the favoured single-cylinder approach. Additionally, the charging system requirements are not consistently addressed between the two approaches. This study investigates and contrasts the performance enhancement potential of the Miller cycle on single-cylinder and serial enginemodels of a heavy-duty engine along with a two-stage turbocharging system to represent a realistic charging system that enables implementation of Miller timing. The commercial engine performance prediction tool GT-Power was used in this study. Additional outcomes of the study included quantifying the performance demands of a high efficiency two-stage turbocharging system and its impact on the inlet temperature of the exhaust aftertreatment system. A qualitative understanding of the significance of cylinder interaction effects on cylinder-cylinder variations with Miller timing was also performed on the serial engine cases. The study evaluated Miller timing within a range of -90 to +90 CAD from the baseline intake valve close angle. The evaluation was performed at steady-state operation of the engine at one full load point (1000RPM) wherein both the single-cylinder and serial engine Miller evaluation included a base case which characterises the Miller effect for constant specific NOX. An additional case highlights the NOX reduction potential with Miller for a constant EGR rate on the single-cylinder configuration. The performance enhancement cases were realised by increasingthe air mass, fuel mass and the geometric compression ratio. Maximum performance increase was observed in the increased fuel mass case and only this case was evaluated on the serial engine for contrasting single-cylinder and serial engine performance enhancement with Miller timing. The serial engine incorporated EGR as a low-pressure circuit and while this simplified modelling and controller considerations, it led to biasing of results in favour of the serial engine configuration (over the single-cylinder) due to reduced pumping loss. A subsequent comparison case was evaluated on the single-cylinder model with backpressure settings from the serial engine model. The results show that the single-cylinder model is representative of the cylinder averaged responses of the serial engine when appropriate boundary conditions are imposed as controller targets. The study provides a basis for contrasting Miller timing on single-cylinder and serial configurations while determining the charging system requirements and presents a starting point to evaluate Miller timing and determine air system demands over the entire engine operating range.

The diploma thesis deals with the selection of an eligible supercharger for cooperation with the internal combustion SI engine Honda K20A2. The first part is dedicated to the research referring to an issue of charging and a brief description of particular supercharger types. However, the main part of the thesis consists in the formation of proposal calculation and the tentative choice of the eligible type of supercharger. The part of the work is also the description of the assigned engine and the measurement of its parameters. The most extensive part of the thesis deals with the making of computational model of the atmospheric and supercharged version of the engine and the consecutive simulations in the GT-Power software. Finally, gained results are evaluated and the computational study of the cooperation of the selected supercharger with assigned combustion engine is made in the last part of the diploma thesis.

This diploma thesis is focused on performance options for turbocharged 1.2 litre spark ignition engine. First of all, couple of engine variants are compared and the most suitable one is chosen. Production turbocharger is determined upon the calculation of compressor parameters. Simulation in Lotus Engine Simulation and GT-Power is done to confirm co-operation of turbocharger with engine. Two stage serial turbochargers are also compared and the most effective pair is chosen for simulation. Research through the possibilities for increase the power output and the detail focus on turbochargers is also part of this thesis.

No description available.

The noise produced by any new vehicles is tightly regulated by the European Union which have developed a standardised method for measuring the emitted noise of new vehicles. The method involves a vehicle driving past carefully positioned microphones at a specific range of engine speeds. Doing actual tests is time consuming and cost inefficient, thus, it would be beneficial to minimise the number of tests performed during development. There are multiple different noise sources contributing to the total noise levels emitted by a truck such as, aerodynamic noise, road noise, exhaust noise etc. In this project solely the exhaust noise will be investigated. There are existing models that can simulate the exhaust noise by using the source characteristics of the engine. The accuracy of the models that can calculate the source data is uncertain and they are often computationally heavy. Therefore, the purpose of this project is to verify the accuracy of the source acoustics of the engine for one such model and try to minimise the calculation times. To verify the accuracy of existing models a test is constructed that will be performed both by measurements and simulations in GT-Power. The aim is to use both methods to predict the source pressure and impedance, then compare the results and analyse any similarities. The test setup works as the guide for how to design the simulation model. This is mainly due to the difficulty to procure the necessary equipment needed to perform the test. Thus, the simulation models had to be adapted to match the layout of the test to the extent it is possible. The data obtained through testing needs to be post processed by performing an averaging to reduce the noise and use the two microphone method to calculate the source pressure. The data from simulation is also processed through a Multi-Load method to estimate the source pressure. The sound pressure level is then cal- culated for each method and the total SPL for each method is compared over the entire rev range. However, the resulting total SPL from each of the two approaches are different to each other. This suggests that the simulations should be used with caution when analysing acoustics. To try and reduce the computational time, one method is to reduce the size of the input data. This can be done in two different ways, either by reducing the number of engine speeds investigated or by reducing the number of frequencies analysed for each engine speed. Reducing speeds might not always be possible, thus, reducing the number of frequencies for each speed will be investigated. Analysing the pressure signal in the frequency domain show that the frequencies linked to the engine orders contain significantly larger pressures than the rest of the frequencies. Thus, solely these frequencies could be used to reduce the computational time but still give a representative result. In order to analyse the affect of removing frequencies the total acoustic energy is calculated for each engine speed and is compared with the acoustic energy of the frequencies belonging to the five first engine orders for the same speeds. These calculations of the sound energy show that the five first engine orders contain above 95% of the total sound energy for each engine speed. This suggests that it might be viable to use solely the pressure produced by the engine orders and still produce representative simulations. Thus, reduce the calculation time without affecting the results substantially. / Det bullernivåer som nyproducerade fordon avger är något som är strikt reglerat av Europeiska unionen som har tagit fram en standardiserad metod för att mäta det buller som avges från nya fordon. Metoden innefattar att ett fordon kör förbi ett antal noga utplacerade mikrofoner under en specifik del av varvtalsområdet. Att utföra dessa tester är både tidkrävande och kostsamt. Därför skulle det vara förmånligt att minimera antalet tester som behöver utföras under utvecklingsprocessen. Det är flera olika ljudkällor som bidrar till det totala ljudet som avges från ett fordon, bland annat, vindljud, vägljud och avgasljud. I detta projekt kommer endast avgasljudet analyseras. Det finns modeller som kan simulera avgasljudet genom att beräkna källdata från motorn. Noggrannheten hos dessa tester är dock fortfarande en osäkerhet och de är ofta beräkningstunga. Syftet med detta projekt är att undersöka noggrannheten hos dessa modeller samt att försöka minska tiden simuleringarna tar utan att påverka resultatet märkbart. För att undersöka noggrannheten kommer ett fysiskt test att utföras som sedan kommer att imiteras i GT-Power. Målet är att använda båda metoderna för att beräkna källtryck samt källimpedans för att sedan jämföra dessa resultat och analysera eventuella likheter. Testets utformning får agera som riktmärke för hur modellerna ska utformas. Detta är främst på grund av begränsade valmöjligheter när det kommer till de komponenter som behövs för att utföra testet. Därför är det smidigast att anpassa modellerna efter de komponenter som finns att tillgå för testet i den utsträckning det är möjligt. Den rådata som insamlas under testets gång behöver efterbehandlas genom att utföra en medelvärdesbildning för att minska bruset på signalerna. Samt att två mikrofonsmetoden behöver användas för att beräkna källtrycket. Data från simuleringarna behöver också behandlas för att beräkna källtrycket, men genom Multi-Load metoden. För båda metoderna beräknas sedan den totala ljudtrycksnivån för varje utvalt varvtal. Dessa ljudtrycksnivåer jämförs sedan med varandra över hela varvtalsområdet. Dock finns det en väsentlig skillnad mellan dessa två resultat. Detta tyder på att simuleringarna skall användas med försiktighet när det gäller akustiska analyser. För att minimera modellernas beräkningstid kan en metod vara att reducera mängden indata som använda. Detta kan göras på två olika sätt, antingen minskas antalet varvtal som tas i beaktning eller så minskas antalet frekvenser som ingår i varje varvtal. Att minska antalet undersökta varvtal är inte alltid ett alternativ, därför passar det bättre att undersöka möjligheten att minska antalet frekvenser som ingår i varje varvtal. När trycksignalerna för varje varvtal analyseras i frekvensplanet visar det sig att de frekvenser som är knutna till motorordningarna innehåller betydligt högre tryck än de resterande. Därför borde beräkningar men endast frekvenser knutna till motorordningarna kunna reducera beräkningstiden och fortfarande bibehålla ett representativt resultat. För att analysera påverkan av att reducera antalet frekvenser beräknas den totala akustiska energin för varje varvtal med samtliga frekvenser och denna jämförs med energin beräknad med endast trycken från de fem första motorordningarna inkluderade. Dessa energiberäkningar visar att den akustiska energi som finns i de fem första motorordningarna motsvarar mer än 95% av den totala akustiska energin i signalen. Detta tyder på att det är möjligt att endast ta dessa frekvenser i beaktning och ändå bibehålla en representativ simulering. Således minska beräkningstiden utan att påverka resultatet väsentligt.

No description available.

This diploma thesis describes the design of a suitable filling turbocharger for gasoline engine Honda 1.98L. Includes professional research existing systems used for charged gasoline engines. Another part is a calculation to determine the correct parameters of the compressor and turbine. At the end is a simulation of selected turbocharger and engine work together using GT Power software simulation.

[ES] The automotive industry represents one of the most important sectors in the world. Given its socio-economic influence, research is aimed at reducing fuel consumption and emissions. Turbochargers provide several benefits including increased power for a given engine size, improved fuel economy and reduced emissions. The turbocharger is an important piece for the new generation of engines that must comply with the Euro 6 or in the U.S. Tier 3 vehicle emissions and fuel standard program. As more effort is made to increase efficiencies and reduce emissions, the complexity of the system increases. The high rotational speeds, pulsating flow conditions and high temperature differences between working fluids (exhaust gases, compressed air, lubricating oil, coolant fluids) make the turbo-charging a challenging task. Numerical simulation opens a range of possibilities to study the performance, efficiency and design of components in the turbocharger, but requires continued accuracy refinements. In this thesis, a great effort has been made to improve the overall understanding of the different physical phenomena that occur inside the turbocharger. Both, experimental and modelling efforts have been made to understand the thermal behaviour of the turbocharger under engine start/stop conditions. After state-of-the-art review of thermal studies and heat transfer simulation codes, this work presents an extensive experimental testing campaign that includes a thermal characterization of the turbocharger in stationary and transient conditions. Subsequently, several turbochargers were measured to assess the consequences that degraded oils can generate in the bearing system during endurance tests of oil-coking. To minimize the possibilities of coke formation, some theoretical studies were done. First, a 1D turbocharger model was used in GT-PowerTM for a detailed study of the temperature rise in the central housing during an engine hot-stop. The simulated cooling strategies aims to find an optimal in terms of minimizing extra energy consumption per K housing temperature reduction. After, a 2D radial model is proposed as improvement of an existing one-dimensional model developed at CMT - Universitat Politècnica de València. Aiming for a low computational cost, the radial model was developed to be compatible with fast one-dimensional engine simulations. Later, a detailed solution of heat fluxes was made by means of CFD using a 3D design of the turbocharger's central housing. The 3D model improved the results when temperature of the bearings/shaft is required. Additionally, thermal properties within the turbocharger can be obtained and therefore a reduction of the experimental tasks in the thermohydraulic test bench. Both 2D and 3D models were validated using experimental data, demonstrating predictive accuracy improvements on the results of previous models. / [CAT] La industria automotriz representa uno de los sectores más importantes del mundo. Dada su influencia socioeconómica, la investigación está destinada a reducir el consumo de combustible y las emisiones. Los turbocompresores ofrecen varios beneficios, entre ellos, mayor potencia para un tamaño de motor determinado, mejor economía de combustible y reducción de emisiones. El turbocompresor es una pieza importante para la nueva generación de motores que deben cumplir con la normativa Euro 6 o en el programa estándar de emisiones y combustible de los EE. UU. Tier 3. A medida que se hacen más esfuerzos para aumentar la eficiencia y reducir las emisiones, la complejidad del sistema aumenta. Las altas velocidades de rotación, las condiciones de flujo pulsante y las altas diferencias de temperatura entre los fluidos de trabajo (gases de escape, aire comprimido, aceite lubricante, fluidos refrigerantes) hacen que la turbocarga sea una tarea desafiante. La simulación numérica abre un rango de posibilidades para estudiar el rendimiento, la eficiencia y el diseño de los componentes en el turbocompresor, pero requiere continuos refinamientos de precisión. En esta tesis, se ha hecho un gran esfuerzo para mejorar la comprensión global de los diferentes fenómenos físicos que ocurren al interior del turbocompresor. Se han hecho esfuerzos experimentales y de modelado para comprender el comportamiento térmico del turbocompresor en condiciones de arranque/parada del motor. Luego de una revisión de los estudios térmicos y de los códigos de simulación de transferencia de calor, éste trabajo presenta una extensa campaña de pruebas experimentales que incluye una caracterización térmica del turbocompresor en condiciones estacionarias y transitorias. Posteriormente, se midieron varios turbocompresores para evaluar las consecuencias que los aceites degradados pueden generar en el sistema de rodamientos durante pruebas de resistencia de coque de aceite. Para minimizar las posibilidades de formación de coque, se realizaron algunos estudios teóricos. En primer lugar, se usó un modelo de turbocompresor 1D en GT-PowerTM para un estudio detallado del aumento de temperatura de la carcasa central del turbocompresor durante un paro en caliente del motor. Las estrategias de enfriamiento simuladas apuntan a encontrar un óptimo en términos de minimizae el consumo de energía extra por reducción de la temperatura de la carcasa en Kelvin. Posteriormente, se propone un modelo radial 2D como mejora de un modelo unidimensional existente desarrollado en la CMT - Universitat Politècnica de València. Con el objetivo de conseguir un bajo costo computacional, el modelo radial 2D se desarrolló para ser compatible con simulaciones unidimensionales rápidas de motor. Después, se realizó una solución detallada de los flujos de calor mediante CFD utilizando un diseño 3D de la carcasa central del turbocompresor. El modelo 3D mejora los resultados cuando se requiere la temperatura de los cojinetes/eje. Además, con ésta campaña de CFD se pueden obtener propiedades térmicas dentro del turbocompresor y, por lo tanto, una reducción de las tareas experimentales en el banco de pruebas termohidráulico. Ambos modelos 2D y 3D fueron validados utilizando datos experimentales, demostrando mejoras de precisión de predicción sobre los resultados de modelos anteriores. / [EN] La indústria automotriu representa un dels sectors més importants del món. Donada la seua influència socioeconòmica, la investigació està destinada a reduir el consum de combustible i les emissions. Els turbocompressors oferixen diversos beneficis, entre ells, major potència per a una grandària de motor determinat, millor economia de combustible i reducció d'emissions. El turbocompressor és una peça important per a la nova generació de motors que han de complir amb la normativa Euro 6 o en el programa estàndard d'emissions i combustible dels EE. UU. Tier 3. A mesura que es fan més esforços per a augmentar l'eficiència i reduir les emissions, la complexitat del sistema augmenta. Les altes velocitats de rotació, les condicions de flux polsen-te i les altes diferències de temperatura entre els fluids de treball (gasos de fuga, aire comprimit, oli lubricant, fluids refrigerants) fan que la turbocarga siga una tasca desafiador. La simulació numèrica obri un rang de possibilitats per a estudiar el rendiment, l'eficiència i el disseny dels components en el turbocompressor, però requerix continus refinaments de precisión. En aquesta tesi, s'ha fet un gran esforç per a millorar la comprensió global dels diferents fenòmens físics que ocorren a l'interior del turbocompressor. S'han fet esforços experimentals i de modelatge per a comprendre el comportament tèrmic del turbocompressor en condicions d'arranque/parada del motor. Després d'una revisió dels estudis tèrmics i dels codis de simulació de transferència de calor, este treball presenta una extensa campanya de proves experimentals que inclou una caracterització tèrmica del turbocompressor en condicions estacionàries i transitòries. Posteriorment, es van mesurar uns quants turbocompressors per a avaluar les conseqüències que els olis degradats poden generar en el sistema de rodaments durant proves de resistència de coc d'aceite. Per a minimitzar les possibilitats de formació de coc, es van realitzar alguns estudis teòrics. En primer lloc, es va usar un model de turbocompressor 1D en GT- Power \textsuperscript{TM} per a un estudi detallat de l'augment de temperatura de la carcassa central del turbocompressor durant una desocupació en calent del motor. Les estratègies de refredament simulades apunten a trobar un òptim en termes de minimizae el consum d'energia extra per reducció de la temperatura de la carcassa en Kelvin. Posteriorment, es proposa un model radial 2D com a millora d'un model unidimensional existent desenrotllat en la CMT - Universitat Politècnica de València. Amb l'objectiu d'aconseguir un baix cost computacional, el model radial 2D es va desenrotllar per a ser compatible amb simulacions unidimensionals ràpides de motor. Después, es va realitzar una solució detallada dels fluxos de calor per mitjà de CFD utilitzant un disseny 3D de la carcassa central del turbocompressor. El model 3D millora els resultats quan es requerix la temperatura dels cojinetes/eje. A més, amb esta campanya de CFD es poden obtindre propietats tèrmiques dins del turbocompressor i, per tant, una reducció de les tasques experimentals en el banc de proves termohidráulico. Ambdós models 2D i 3D van ser validats utilitzant dades experimentals, demostrant millores de precisió de predicció sobre els resultats de models anteriores. / Rodriguez Usaquén, YT. (2019). Experimental study of oil coking problem and contribution to the modelling of heat transfer in turbochargers [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/117314 / TESIS

This diploma thesis deals with the analysis of the intake system of a turbocharged Formu-la Student combustion engine. The thesis contains a brief description of the intake system of a passenger vehicle and the intake system of a Formula Student vehicle. Part of the work is the design of an electronic throttle. The type of throttle valve was selected based on a research of individual types used nowadays. Furthermore, simulations of the flow of the air through the intake system are performed and the results are used in the design cal-culations.

The work deals with the analysis of various possibilities of increasing the efficiency of a small internal combustion engine potentially usable for use in the field of autonomous devices of smaller dimensions. It contains an outline of the problems of modern smaller autonomous means and an analysis of available drives designed for them, especially an analysis of propulsion by internal combustion engines. In his next part of the work he provides information about the created mathematical model of the demonstration internal combustion engine in the GT-Power program and an analysis of places where and in what ways its efficiency can be increased. The design of two such components together with the evaluation of the achieved results offers the conclusion of this work.