Det här projektet handlar om att utveckla en metod för real driving emission (RDE). RDE är ett komplement till Worldwide Light Duty Test Procedure (WLTP) som kommer att ersätta New European Driving Cycle (NEDC). Dessa cykler och metoder används för att mäta personbilars avgaser. Huvudanledningen till varför NEDC ska bytas ut är för att körcyklerna inte längre är realistiska och reflekterar inte hur en bil presterar egentligen. Detta har lett till att bilar har högre bränsleförbrukning och högre avgasutsläpp när dom körs i trafiken jämfört med resultaten från NEDC.Metoden utvecklades genom hänvisningar till den officiella WLTP rapporten. Tillsammans med Vehicle Emission gruppen från AVL fastställdes en komplett steg för steg metod.Utrustningen som användes förseddes av AVL och flera tester av varje steg av metoden genomfördes för att förfina metoden så mycket som möjligt. Bilen som användes var en SAAB 9-5 2.0l bensin.Resultaten visade att både bilen och testet inte mötte kriterierna för RDE och godkändes inte av programmet som användes för att utvärdera testet. Detta var delvis för att kriterierna för RDE är strikta och delvis för att ingen pre och post test genomfördes eftersom det tar mycket tid för att dom testerna ska bli godkända.I överlag ger WLTP och RDE potentiella bilköpare en bättre detaljerad sammanfattning av hur bra bilen presterar i trafiken jämfört med NEDC. / This project is about developing a method for real driving emission (RDE). RDE is a complement to Worldwide Light Duty Test Procedure (WLTP) which will replace the New European Driving Cycle (NEDC). These cycles and procedures are used for measuring emissions for light duty vehicles. The main reason why NEDC is being replaced is because the driving cycles does not reflect how vehicles are normally driven. This has resulted in vehicles having higher fuel consumption and emitting more poisonous gases when driven on actual roads compared to the results from the NEDC.The method was developed by referring to the laws of the official WLTP report written by EU. Together with the Vehicle Emissions team at AVL a complete step by step method was established.All the equipment and instruments were provided by AVL and several tests of each step of the method was made to perfect the method as much as possible. The vehicle that was used was a 2005 SAAB 9-5 2.0l petrol.The results displayed that the car and the test did not meet the criteria for RDE and was not passed by the evaluating software. This was partly because the driving criteria for RDE are strict and can be difficult to achieve and partly because no pre and post test was made since it can take several tries before those tests are passed.Overall, WLTP and RDE give buyers a more detailed and better conclusion of how a car performs on the road compared to NEDC.

Particulate number (PN) standards in current and future emissions legislation pose a challenge for designers and calibrators during the warm-up phases of cold direct injection spark ignition (DISI) engines. To achieve catalyst light-off conditions in the shortest time, engine strategies are often employed that inherently use more fuel to attain higher exhaust temperatures. These can lead to the generation of locally fuel-rich regions within the combustion chamber and hence the formation and emission of particulates. To meet these emissions requirements, further understanding of the DISI in-cylinder processes during cold-start are required. This thesis investigates the effect of cooling an optical research engine to temperatures as low as -7°C, one of the legislative test conditions. A high-speed 9 kHz optical investigation of the in-cylinder combustion and fuel spray along with in-cylinder pressure measurements was completed with the engine motored and fired at 1500 rpm during combustion conditions that were essentially homogeneous and stoichiometric. Results showed significant differences between the flame growth structures at various operating temperature conditions with the notable presence of fuel-rich regions, which are understood to be prominent areas of particulate formation. Measured engine performance parameters such as indicated mean effective pressure (IMEP) and mass fraction burned (MFB) times correlated with the observed differences in combustion characteristics and flame growth speed. It was shown that flash boiling of the fuel spray was present in the fully heated engine case and significantly reduced the penetration of the spray plume and the likelihood of piston crown and cylinder liner impingement. The flow and combustion processes of a transient production cold start-up strategy were analysed using high-speed particle image velocimetry (HSPIV). Results highlighted a broad range of flame structures and contrasting flame stoichiometry occurring at different times in the start-up process. Turbulent flow structures were identified that have an effect on the fuel spray development and combustion process as well as providing a path for cold-start emissions reduction. PN and transient hydrocarbon (HC) emissions were measured at cold conditions to further elucidate the effect of operating temperature and correlate emissions data with in-cylinder measurements. A clear link between the quantity and size range of particulate and HC emissions and operating temperature was shown and the precise in-cylinder location of HC emissions, caused by fuel impingement, was inferred from the HC emissions data.

After significant efforts from many parties, the World-wide harmonized Light duty Test Procedure (WLTP) has seen its light first as the UNECE Global Technical Regulation and then as the procedure adopted in the type-approval of light-duty vehicles in Europe. The paper focuses its attention on the main procedural differences between the WLTP and the New European Driving Cycle (NEDC), which is the test-procedure currently used in Europe. In general terms the WLTP appears to be a significant improvement compared to the NEDC. The main differences between two test procedures are identified and their impact on CO2 emissions quantified using the in-house built simulation software CO2MPAS. On the basis of each of these differences, the paper assesses the potential total impact on the final reported type-approval CO2 emissions. The biggest impact on CO2 emissions is coming from the changes in the road load determination procedure (∼10% increase). Procedural changes concerning the test in the laboratory will bring another 8% and post-processing and declaration of results will result in difference of approximately 5% (each). Overall, the WLTP is likely to increase the type-approval CO2 emissions by approximately 25%. Therefore, the WLTP will be able to reduce more than half of the gap identified between the type-approval and real-life figures in Europe. This should be seen as a considerable improvement given the ontological limitations of a laboratory-based test procedure.

La regulación mundial de emisiones contaminantes en el sector de la automoción está siendo cada día más estricta. La implantación de nuevos procedimientos está presionando la industria hacia la búsqueda de nuevas tecnologías que cumplan los objetivos de reducción de emisiones contaminantes. En el medio plazo se espera que las pruebas de emisiones a baja temperatura ambiente sean obligatorias en el proceso de homologación. La combustión a bajas temperaturas influye de forma importante en la velocidad de la reacción conllevando un aumento de las emisiones y finalmente al apagado de llama. Bajo estas condiciones, se produce un aumento de las emisiones de hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO) así como un aumento del consumo de combustible. Además, en condiciones de baja temperatura ambiente las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) pueden aumentar debido a la desactivación de los sistemas de recirculación de gases de escape. En la presente tesis, se ha analizado el efecto de la baja temperatura ambiente en un motor diesel HSDI. Los ensayos fueron realizados en ciclos de conducción NEDC y WLTC. La influencia directa de las bajas temperaturas en las emisiones se analizó por medio de las medida bruta de contaminantes, aguas arriba de los sistemas de postratamiento. El funcionamiento de los sistemas de postratamiento también fue evaluado a bajas temperaturas mediante la eficiencia de la oxidación catalítica de HC y CO. Los resultados de este estudio mostraron un deterioro de las emisiones y del rendimiento efectivo a bajas temperaturas. El efecto de las bajas temperaturas varió dependiendo de condiciones de carga. El ciclo NEDC se consolida como el peor escenario de conducción, para la realización de pruebas a baja temperatura, con un incremento del 270% en HC, 250% en NOx, 125% en CO y 20% en consumo específico. El mayor grado de carga junto con el carácter más transitorio del ciclo WLTC mostraron un efecto menor de las bajas temperaturas ambiente con un aumento del 150% en HC y 250% en NOx. A diferencia del ciclo NEDC, las emisiones de CO se redujeron en un 20% y no se detectó un aumento del consumo de combustible. Además del aumento de la formación de contaminates, el análisis del catalizador de oxidación mostró una reducción de la eficiencia en ambos ciclos de conducción NEDC y WLTC. El presente trabajo tiene por objetivo comparar dos sistemas de gestión térmica para la mejora del funcionamiento de MCIA a bajas temperaturas. El primer sistema estaba basado en la gestión del flujo de refrigerante para evitar subenfriamiento en condiciones de funcionamiento en frío. Por un lado, se propusieron estrategias de bajo y nulo flujo en el circuito de refrigerante motor. Por otro lado, se realizaron ensayos con 0 flujo en el circuito de refrigerante del WCAC para evitar el subenfriamiento del aire de admisión durante puntos de baja carga en condiciones de funcionamiento en frío. El otro sistema incluía la recuperación de energía térmica del escape (EGHR). El refrigerante del WCAC se empleó como fluido de recuperación conectándose con un intercambiador de escape. La primera parte de los resultados de la gestión térmica están centrados en el análisis individual de los distintos sistemas de gestión. En las conclusiones se comparan todos los sistemas propuestas explicando las diferencias entre ellos. Mediante el uso del EGHR las emisiones de HC fueron reducidas, durante los puntos de baja carga, en comparación con el resto de estrategias térmicas planteadas. El análisis energético del EGHR se centró en la eficiencia y en el estudio la recuperación por cambio de fase. El papel que la entalpia de cambio de fase juega en la recuperación de calor residual fue estudiado por medio de la medición de concentración de vapor de agua en el gas de escape en la entrada y salida del intercambiador del EGHR. La condensación del vapor de agua de escape representó el 25% de toda la / Automotive world-wide pollutant emissions regulations are getting more stringent every day. New testing procedures are pushing the automotive industry towards researching new technologies to accomplish the emissions targets. In the mid-term future is expected that low ambient temperature emissions testing will become mandatory for any engine model type approval. Low ignition temperature greatly influences on combustion rate leading to emissions increase and eventually to misfiring events. In these conditions, high emissions of unburned hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) are released along with fuel consumption penalties. In addition, nitrogen oxides (NOx) emissions may rise under cold conditions owing to the disabling of Exhaust Gas Recirculation (EGR) systems at cold conditions. In this thesis the effect of low ambient temperature in a High Speed Direct Injection (HSDI) Light Duty (LD) engine is analysed. Tests were performed in New European Driving Cycles (NEDC) and Worldwide harmonized Light vehicles Tests (WLTC). Direct influence of low temperature on engine emissions was addressed by engine out pollutants sampling. The effect on aftertreatment systems was also evaluated by the CO and HC oxidation efficiency. The results of this survey indicated a general detriment of pollutant emissions and brake thermal efficiency at low ambient temperatures. The effect of low temperature varied depending on the engine load test conditions. NEDC comes up as the worst scenario for low temperature testing with an increase of 270% in HC, 250% in NOx, 125% in CO and 20% in Brake Specific Fuel Consumption (BSFC). Running at higher engine loads and transient conditions, as it's performed in WLTC tests, showed a lower effect of ambient temperature with an increase of 150% in HC and 250% in NOx. In contrast to NEDC, CO emissions were reduced in 20% and no engine efficiency penalty was spotted. In addition to the pollutant emission formation increase, the aftertreatment analysis showed a significant reduction of the Diesel Oxidative Catalyst (DOC) efficiency in both NEDC and WLTC. This work is aimed to analyse and compare two different thermal management approaches for engine enhancement running at low ambient temperature. The first approach relied on coolant management aimed to avoid overcooling when running at cold conditions. On one hand, low flow and 0 flow engine coolant strategies were performed while Water Charge Air Cooled (WCAC) coolant is recirculated. On the other hand, WCAC 0 flow was applied for avoiding overcooling at low ambient temperatures. The other layout was based on an exhaust gas heat recovery system (EGHR). WCAC coolant was directed to an exhaust tail pipe heat exchanger for waste heat recovery. Recovered heat was released in the WCAC for speeding up the intake air temperature increase. The first part of the thermal management results is focused on the analysis by thermal layout. Comparison of both thermal management is discussed in the conclusions section of that chapter. By enabling an EGHR system, HC emissions were reduced during low load driving phases in comparison with the other of layouts. EGHR energy analysis was also conducted, focusing on energy efficiency and phase change recovery analysis. The role that latent enthalpy plays on waste heat recovery was addressed by measuring the water vapour concentration in the exhaust stream at both EGHR heat exchanger inlet and outlet. Water vapour condensation represented the 25% of the total recovered energy. / La regulació mundial d'emissions contaminants en el sector de l'automoció està sent cada vegada més estricta. La implantació de nous procediments està pressionant la indústria cap a la cerca de noves tecnologies que complisquen els objectius de reducció d'emissions contaminants. En el mig termini s'espera que les proves d'emissions a baixa temperatura ambient siguen obligatòries en el procés d'homologació. La combustió a baixes temperatures influeix de forma important en la velocitat de la reacció comportant un augment de les emissions i finalment a l'apagat de flama. Sota aquestes condicions, es produeix un augment de les emissions d'hidrocarburs (HC) i monòxid de carboni (CO) així com un augment del consum de combustible. A més, en condicions de baixa temperatura ambiente les emissions d'òxids de nitrogen (NOx) poden augmentar a causa de la desactivació dels sistemes de recirculació de gasos d'escapament. En la present tesi, s'ha analitzat l'efecte de la baixa temperatura ambiente en un motor dièsel HSDI. Els assajos van ser realitzats en cicles de conducció NEDC i WLTC. La influència directa de les baixes temperatures en les emissions es va analitzar per mitjà de la mesura bruta de contaminants, aigües a dalt dels sistemes de postractament. El funcionament dels sistemes de postractament també va ser avaluat a baixes temperatures mitjançant l'eficiència de la oxidació catalítica de HC i CO. Els resultats d'aquest estudi van mostrar una deterioració de les emissions i del rendiment efectiu a baixes temperatures. L'efecte de les baixes temperatures variava depenent de les condicions de càrrega. El cicle NEDC es consolida com el pitjor escenari de conducció, per a la realització de proves a baixa temperatura, amb un increment del 270% en HC, 250% en NOx, 125% en CO i 20% en consum específic. El major grau de càrrega juntament amb el caràcter més transitori del cicle WLTC van mostrar un efecte menor de les baixes temperatures ambient amb un augment del 150% en HC i 250% en NOx. A diferència del cicle NEDC, les emissions de CO es van reduir en un 20% i no es va detectar un augment del consum de combustible. A més de l'augment de la formació de contaminants, l'anàlisi del catalitzador d' oxidació va mostrar una reducció de l'eficiència en tots dos cicles de conducció NEDC i WLTC. El present treball té per objectiu comparar dos sistemes de gestió tèrmica per a la millora del funcionament dels MCIA a baixes temperatures. El primer sistema estava basat en la gestió del flux de refrigerant per a evitar subrefredament en condicions de funcionament en fred. D'una banda, es van proposar estratègies de baix i nul flux en el circuit de refrigerant motor. D'altra banda, es van realitzar assajos amb 0 flux en el circuit de refrigerant del WCAC per a evitar el subrefredament de l'aire d'admissió durant punts de baixa càrrega en condicions de funcionament en fred. L'altre sistema incloïa la recuperació d'energia tèrmica de l'escapament (EGHR). El refrigerant del WCAC es va emprar com fluït de recuperació connectant-se amb un bescanviador d'escapament. La primera part dels resultats de la gestió tèrmica estan centrats en l'anàlisi individual dels diferents sistemes de gestió. En les conclusions es comparen tots els sistemes proposats explicant les diferències entre ells. Mitjançant l'ús del EGHR les emissions de HC van ser reduïdes, durant els punts de baixa càrrega, en comparació de la resta d'estratègies tèrmiques plantejades. L'anàlisi energètic del EGHR es va centrar en l'eficiència i en l'estudi de la recuperació per canvi de fase. El paper que l'entalpia de canvi de fase juga en la recuperació de calor residual va ser estudiat per mitjà del mesurament de concentració de vapor d'aigua en el gas d'escapament en l'entrada i eixida del bescanviador del EGHR. La condensació del vapor d'aigua de l'escapament va representar el 25% de tota l'energia recuperada. / Moratal Martínez, AA. (2018). EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THERMAL MANAGEMENT INFLUENCE ON PERFORMANCE AND EMISSIONS IN DIESEL ENGINES AT LOW AMBIENT TEMPERATURE [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111950

[EN] The automotive industry is currently experiencing one of its most rapidly changing periods in recent decades, driven by a growing interest in reducing the negative environmental impacts caused by fossil fuels consumption and the resulting carbon dioxide (CO2) emissions generated during the operation of the internal combustion engine (ICE) which have proven to contribute significantly to Global Warming. Given the fact that a total replacement of the current fleet, dependent of fossil fuels, is unlikely to happen in the immediate future and the urgency to reducing CO2 emissions from transportation in order to tackle Global Warming, it is possible to say that optimizing current ICE technologies and conventional vehicles and engines is a first order priority. Among the technical solutions developed to improve the efficiency of ICE, low viscosity engine oils (LVEO) have emerged as an effective and low-cost method that provides reductions in fuel consumption between 0.5% and 5%. During the development of this thesis, a test plan focused on determining fuel consumption reduction when low viscosity oils are used in light duty vehicles (LDV) and heavy duty vehicles (HDV) were carried out. The test plan has been divided in three parts; the first part was focused on the study of light-duty vehicles (LDV) using one diesel engine representative of the European market. During this part three testing modes were used: comparative motored, fired stationary points and transient homologation cycle tests. All test were performed in the engine test bed. The second part of the study consisted of another comparative test, this time using a different engine oils in a HDV fleet. The study was conducted using the urban buses fleet of the city of Valencia, including 3 buses models , with 2 different powertrain technologies. The third part of the study was focused on the friction coefficient behavior within the engine tribological pairs making comparative tests in two specialized tribometers; one of reciprocating action to simulate the lubrication conditions in the piston ring-cylinder liner contact and a "ball-on-disk" tribometer to simulate the lubrication in the distribution system. The various comparative studies have served to analyze how the friction and fuel consumption responded when LVEO were used both in the ICE and the complete vehicle contexts. The fuel consumption benefit found during the test was used to calculate the carbon footprint reduction when LVEO were used. / [ES] Actualmente la industria de la automoción vive uno de los periodos de cambio más vertiginosos de las últimas décadas, marcado por un creciente interés en reducir los impactos medioambientales negativos generados por el consumo de combustibles fósiles y sus consecuentes emisiones nocivas de dioxido de carbono (CO2) generados durante el funcionamiento del motor de combustión interna alternativo (MCIA). Teniendo en cuenta que el proceso de sustitución de la flota actual por una totalmente independiente de los combustibles fósiles puede tomar varias décadas, y ante la urgencia inmediata de reducir las emisiones de CO2, se puede decir que actualmente es más urgente hacer una optimización de los vehículos con motorizaciones convencionales. Entre las soluciones técnicas que se han desarrollado para mejorar la eficiencia del MCIA destaca la utilización de aceites de baja viscosidad como un método efectivo y de bajo coste de implementación que brinda reducciones del consumo entre el 0.5% y el 5%. Durante el desarrollo de esta tesis se ha llevado a cabo un plan de ensayos enfocado en determinar valores concretos de ahorro de combustible esperados cuando se utilizan aceites de baja viscosidad en vehículos de trabajo ligero y pesado. El plan de estudios se dividió en tres partes; la primera se centró en el estudio de MCIA de vehículos de trabajo ligero, utilizando un motor Diesel representativo del mercado Europeo y llevando a cabo pruebas comparativas en arrastre, puntos de funcionamiento estacionarios y ciclos transitorios de homologación. La segunda parte del estudio consta de otro ensayo comparativo, esta vez utilizando una flota de vehículos de trabajo pesado. El estudio se realizó con la flota de autobuses urbanos de la ciudad de Valencia, incluyéndose 3 modelos de autobuses, con 2 tipos de motorización diferente. La tercera parte del estudio se centró en el comportamiento del coeficiente de friction en los pares tribológicos del motor haciendo ensayos comparativos con tribómetros especializados; uno de movimiento alternativo para simular las condiciones de la interfaz piston-camisa y un "bola y disco" para simular la lubricación en el sistema de distribución, específicamente en la interfaz leva-taqué. Los diversos estudios comparativos han servido para analizar como es la respuesta general de la fricción y el consumo de combustible cuando se usan aceites de baja viscosidad, tanto a nivel de motor como para la totalidad del vehículo, encontrando diferencias de par en los ensayos de arrastre, de consumo específico de combustible en los ensayos de motor en estado estacionario y diferencias totales de consumo de combustible en los ensayos en régimen transitorio y en flota, que a su vez han permitido estimar la reducción esperada en la huella de carbono. / [CA] Actualment la indústria de l'automoció viu un dels períodes de canvi més vertiginoses de les últimes dècades, marcat per un creixent interès en reduir els impactes mediambientals negatius generats pel consum de combustibles fòssils i els seus conseqüents emissions nocives de diòxid de carboni (CO2) generats durant el funcionament del motor de combustió interna alternatiu (MCIA). Tenint en compte que el procés de substitució de la flota actual per una totalment independent dels combustibles fòssils pot prendre diverses dècades, i davant la urgència immediata de reduir les emissions de CO2, es pot dir que actualment és més urgent fer una optimització dels vehicles amb motoritzacions convencionals. Entre les solucions tècniques que s'han desenvolupat per millorar l'eficiència del MCIA destaca la utilització d'olis de baixa viscositat com un mètode efectiu i de baix cost d'implementació que brinda reduccions del consum entre el 0.5% i el 5%. Durant el desenvolupament d'aquesta tesi s'ha dut a terme un pla d'assajos enfocat a determinar valors concrets d'estalvi de combustible esperats quan s'utilitzen olis de baixa viscositat en vehicles de treball lleuger i pesat. El pla d'estudis es va dividir en tres parts; la primera es va centrar en l'estudi de MCIA de vehicles de treball lleuger, utilitzant un motor dièsel representatiu del mercat Europeu i portant a terme proves comparatives en arrossegament, punts de funcionament estacionaris i cicles transitoris d'homologació. la segona part de l'estudi consta d'un altre assaig comparatiu, aquest cop utilitzant una flota de vehicles de treball pesat. L'estudi es va realitzar amb la flota d'autobusos urbans de la ciutat de València, incloent-se 3 models d'autobusos, amb 2 tipus de motorització diferent. La tercera part de l'estudi es va centrar en el comportament del coeficient de friction en els parells tribològics del motor fent assajos comparatius amb tribómetros especialitzats; Un acció reciprocante per simular les condicions del piston camisa i un bola i disc per simular la lubricació en el sistema de distribució. Els diversos estudis comparatius han servit per analitzar com és la resposta general de la fricció i el consum de combustible quan es fan servir olis de baixa viscositat, tant a nivell de motor com la totalitat del vehicle, trobant diferències de bat a els assajos d'arrossegament, de consum específic de combustible en els assajos de motor en estat estacionari i diferències totals de consum de combustible en els assajos en règim transitori i en flota, que al seu torn han permès calcular la reducció en la petjada de carbono. / Ramírez Roa, LA. (2016). Contribution to the Assessment of the Potential of Low Viscosity Engine Oils to Reduce ICE Fuel Consumption and CO2 Emissions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/73068