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 no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111950 / TESIS

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.

[ES] Hoy en día, las regulaciones sobre emisiones de los automóviles se están haciendo más estrictas. Además de los ciclos de homologación estándar, actualmente se están empezando a considerar nuevos métodos de homologación que tienen en cuenta las condiciones reales que se dan en la carretera. Los sistemas de Recirculación de Gases de Escape (EGR) son estrategias que han demostrado ser efectivas durante estacionarios y que también pueden ser usadas en ese tipo de ciclos dinámicos que corresponden a condiciones reales de conducción. Esta tesis se centra en la implementación de diferentes sistemas EGR para su uso en condiciones dinámicas en motores diésel turbosobrealimentados. En primer lugar, se lleva a cabo un análisis del ciclo de conducción para identificar las operaciones específicas de tipo transitorio más frecuentes en los ciclos dinámicos como WLTC y RDE. Los resultados muestran que la frecuencia en la que se producen fuertes transitorios en carga es mayor que en la que se producen transitorios de velocidad. Entre ellos, el número de operaciones de tipo Tip-out es superior a las de tipo Tip-Ins, especialmente en el rango de 1250-2000 rpm. Estos fuertes transitorios se repiten en el banco de ensayos de motor equipado con analizadores de gas de alta frecuencia, de forma que se registran la concentración instantánea de CO2 y NOx. También se ha realizado un estudio paramétrico de la actuación de la válvula de EGR durante la operación de varios transitorios fuertes, cuantificando el retraso en el transporte, la concentración de NOx y las partículas. El lazo de EGR de baja presión, LPEGR, ha resultado ser más efectivo cuando se operaba a plena carga, así como durante los transitorios, comparado con el lazo de EGR de alta presión, HPEGR. De esta forma, se propone la válvula de control más adecuada para LPEGR, lo que puede ser útil para la calibración de los transitorios de los motores diésel turbosobrealimentados. Además de ello, se señala el compromiso entre rendimiento y emisiones durante los transitorios de EGR. Al implementar la recirculación de los gases de escape a lo largo de todo el mapa del motor se minimiza la aparición de picos inesperados de emisión de NOx. Concretamente, las estrategias LPEGR consiguen reducir alrededor de un 20-60% los NOx emitidos durante los primeros pocos segundos con menos de un 5% de penalización en el rendimiento. Adicionalmente, en el documento también se presentan las simulaciones que se han realizado de los modelos unidimensionales de los transitorios. El control de la turbina de geometría variable juega un papel importante a la hora de calibrar el modelo para transitorios de EGR. Además de ello, se lleva a cabo una optimización de la separación de EGR para varios puntos estacionarios por medio de simulaciones que están basadas en el compromiso entre rendimiento y emisiones. Además, se propone un algoritmo para optimizar la separación de EGR, reduciendo en alrededor de un 80% el tiempo de cálculo de un DOE o un método de algoritmo genético. Finalmente, se crea un modelo simple de NOx 3D cuasi-estacionario para predecir las emisiones durante el transitorio en condiciones de conducción reales. La tasa de EGR, como tercera entrada del modelo, muestra una mejora significativa a la hora de predecir el transitorio de NOx con respecto al modelo 2D. / [EN] The automotive emission regulations are getting more stringent these days. New methods of homologation are being considered other than standard cycles considering the real driving behavior on road. The EGR system is one of the proven and well tested strategies in steady state which can be used on those dynamic real driving conditions too. This dissertation focuses on implementation of different EGR systems during dynamic operations of turbocharged diesel engine. Firstly, a driving cycle analysis is carried out to identify the specific and frequent transient operations on dynamic cycles like WLTC and RDE. The results show that, the frequency of harsh load transients is higher than speed transients. Among them, the number of Tip-Out operations outnumber the Tip-Ins with higher density in 1250-2000 RPM range. Therefore, these harsh transients are repeated separately on the dynamic engine test bench equipped with high frequency gas analyzers to track the instantaneous CO2 and NOx concentration. A parametric study is carried out with EGR valve actuation during various severe load transients, quantifying the transportation delays, NOx concentration and particulate matter. The LPEGR is found to be more effective at the full load as well as during transient operations compared to HPEGR. The best suited LPEGR valve control is proposed, which can be helpful for transient calibration of a turbocharged diesel engine. Moreover, the trade-off between the performance and emission during EGR transients is also pointed out. The implementation of EGR all over the engine map minimizes the unexpected NOx peaks during transients. Specifically, LPEGR strategies manages to reduce around 20-60% of NOx in first few seconds with less than 5% of penalty in performance. Additionally, 1D model simulation results of load transient operations are presented in the document. The VGT control plays important role to calibrate the model for transient operations with EGR. Apart from this, the EGR split optimization on various steady points is carried out by simulations following the trade-off between performance and emissions. Furthermore, an algorithm to search the optimum split is proposed, reducing around 80% of the calculation time consumed by DOE or genetic algorithm method. Finally, a simple 3D quasi steady NOx model is created to predict the transient emissions in real driving conditions. EGR rate, as 3rd input in model shows significant improvement in prediction of transient NOx over the 2D model. / [CA] En els darrers temps, les regulacions sobre emissions contaminants dels vehicles s'han fet més estrictes. A més dels cicles d'homologació estàndards, actualment s'estan començant a considerar nous mètodes d'homologació que tinguen en compte les condicions reals que es donen en la carretera. Els sistemes de Recirculació de Gasos d'Escapament (EGR) són estratègies que s'han demostrat com a efectives durant condicions estacionàries i que també poden ser emprades en aquest tipus de cicles dinàmics, que corresponen a condicions reals de conducció. Aquesta tesi està centrada en la implementació de diferents sistemes EGR per al seu ús en condicions dinàmiques en motors dièsel turbosobrealimentats. En primer lloc, es du a terme un anàlisi del cicle de conducció per a identificar les operacions específiques de tipus transitori més freqüents en els cicles dinàmics WLTC i RDE. Els resultats mostren que la freqüència a la que s'obtenen forts transitoris de càrrega és major que en aquella en la que es produeixen transitoris de velocitat. Entre aquestos, el nombre d'operacions de tipus Tip-out és superior a les del tipus Tip-ins, especialment en l'interval de 1250-2000 rpm. Aquestos forts transitoris es repeteixen en el banc d'assajos de motor equipat amb analitzadors de gasos d'alta freqüència, de manera que es registren les concentracions de CO2 i NOx. També s'ha realitzat un estudi paramètric de l'actuació de la vàlvula d'EGR durant l'operació de diversos transitoris forts, quantificant el retard en el transport, la concentració de NOx i les partícules. El llaç d'EGR de baixa pressió, LPEGR, ha resultat ser més efectiu quan s'operava a plena càrrega, així com durant els transitoris, comparat amb el llaç d'EGR d'alta pressió, HPEGR. D'aquesta forma, es proposa la vàlvula de control més adequada per a LPEGR, el que pot resultar útil per a la calibratge dels transitoris dels motors dièsel turbosobrealimentats. A banda d'això, s'ha assenyalat el compromís entre rendiment i emissions durant els transitoris d'EGR. Al implementar la recirculació dels gasos d'escapament a tot arreu del mapa del motor es minimitza l'aparició de pics inesperats d'emissió de NOx. Més concretament, les estratègies LPEGR aconsegueixen reduir al voltant d'un 20-60% els NOx emesos durant els primers pocs segons amb menys d'un 5% de penalització en el rendiment. Addicionalment, en el document també es presenten les simulacions que s'han realitzat dels models unidimensionals dels transitoris. El control de la turbina de geometria variable juga un paper important a l'hora de calibrar el model per a transitoris d'EGR. A més d'això, s'ha dut a terme una optimització de la separació d'EGR en diversos punts estacionaris per mitjà de simulacions que estan basades en el compromís entre rendiment i emissions. També es proposa un algoritme per a optimitzar la separació d'EGR, reduint al voltant d'un 80\% el temps de càlcul d'un DOE o un mètode d'algoritme genètic. Finalment, es crea un model simple de NOx 3D quasi-estacionari per a predir les emissions durant el transitori en condicions de conducció real. La taxa d'EGR, com a tercera entrada del model, mostra una millora significativa a l'hora de predir el transitori de NOx respecte al model 2D. / Patil, CY. (2020). Effects of EGR transient operation on emissions and performance of automotive engines during RDE cycles [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149498 / TESIS

En el pasado, la investigación de los motores de combustión interna se ha centrado en la reducción del combustible y las emisiones, manteniendo constante el rendimiento. Además, en los últimos años la presión está aumentando aún más para los fabricantes de motores. La nueva homologación es un gran desafío, principalmente debido a la introducción de los ciclos de emisiones de conducción reales (RDE), lo que obligará a homologar los coches en condiciones reales de conducción, más dinámicas y con un amplio rango de condiciones ambientales, donde la altitud ambiente puede llevar a los 1300 metros sobre el nivel del mar. Hoy en día, los fabricantes tienen diferentes formas de ensayar los motores y los automóviles en condiciones de altitud. Pruebas en altitud real, donde el automóvil, los ingenieros y los sistemas de medida y ensayo deben desplazarse a un lugar en altitud durante largos períodos de tiempo. La otra solución es ensayar el automóvil en una cámara hipobárica, donde se puede controlar la presión. Sin embargo, estas cámaras son costosas, difíciles de operar e intensivas en espacio y recursos. En la presente tesis, se desarrolla un simulador de altitud, que presentará otra alternativa para el ensayo de motores en altitud. En este simulador de altitud, el motor está a presión ambiente y solo sus conductos de admisión y escape están a la altitud del ensayo. En la tesis, se describe el principio de operación del simulador de altitud, sus diferentes elementos y su efecto sobre el rendimiento del simulador de altitud, así como las estrategias de control aplicadas para controlar las diferentes variables y elementos. Para estudiar el potencial del simulador de altitud, un motor diésel turboalimentado se ha ensayado a diferentes altitudes y su rendimiento y emisiones se han comparado con los obtenidos en una cámara hipobárica. Además, el motor se ha ensayado a diferentes altitudes en ciclos dinámicos y se ha analizado su rendimiento y emisiones, cuyos resultados muestran que la estrategia de control del motor cuando está operando en altitud se centra en la protección de los diferentes elementos sin tener en cuenta las emisiones. Por estas razones, es importante estudiar diferentes estrategias para reducir las emisiones de los motores en altitud. Finalmente, se han realizado diferentes estudios paramétricos cambiando la geometría de las válvulas del motor y colector de escape para analizar su efecto sobre la temperatura de entrada de los sistemas de postratamiendo y el consumo especifico de combustible, como una forma de reducir el tiempo que tardan dichos sistemas en alcanzar la temperatura objetivo con mayor eficiencia de trabajo. / In the last decades, the internal combustion engines research has been focused in the reduction of the fuel consumption and emissions while keeping constant the performance. Besides, in the last years the pressure is increasing even more to the engine manufacturers. The new homologation is a big challenge, mainly because of the introduction of the real driving emissions cycles, which will force to homologate the cars under real driving conditions, more dynamic and with an extended range of ambient conditions. The ambient altitude can reach up to 1300 meters above sea level. Nowadays, the manufacturers have different ways to test the engines and cars in altitude conditions. Real altitude tests, where the car, engineers and testing systems have to be displaced to an altitude place during long periods of time. The other solution is to test the car in a hypobaric chamber, where the pressure can be controlled. However, these chambers are expensive, difficult to operate and intensive in space and resources. In the present thesis, an altitude simulator is developed, which will introduce another alternative to test engines in altitude. In this altitude simulator, the engine or car is at room pressure and only its intake and exhaust pipes are at the tested altitude. In the thesis, it is described the altitude simulator operation principle, its different elements and their effect on the altitude simulator performance, as well as the control strategies applied to control the different variables and elements. In order to proof the potential of the altitude simulator, a turbocharged diesel engine is tested at different altitudes and its performance and emissions results are compared with those obtained in a hypobaric chamber. Also the engine is tested at the different altitudes in dynamic cycles and its performance and emissions are analyzed, showing that the engine control strategy when it is operating in altitude is focused in the protection of the different elements without taking into account the emissions. For these reason, it is important to study different strategies to reduce engine emissions in altitude. Finally, different parametric studies changing different geometries of the engine valves and exhaust manifold in order to analyze its effect on the aftertreatment inlet temperature and the specific fuel consumption, as a way to reduce the time that it takes to the aftertreatment to reach the target conversion efficiency temperature. / En el passat, la investigació dels motors de combustió interna s'ha centrat en la reducció del combustible i les emissions, mantenint constant el rendiment. A més, en els últims anys la pressió està augmentant encara més per als fabricants de motors. La nova homologació és un gran desafiament, principalment a causa de la introducció dels cicles d'emissions de conducció reals (RDE), el que obligarà a homologar els cotxes en condicions reals de conducció, més dinàmiques i amb un ampli rang de condicions ambientals, on l'altitud ambient pot portar els 1300 metres sobre el nivell del mar. Avui dia, els fabricants tenen diferents formes d'assajar els motors i els automòbils en condicions d'altitud. Proves en altitud real, on l'automòbil, els enginyers i els sistemes de mesura i assaig han de desplaçar-se a un lloc en altitud durant llargs períodes de temps. L'altra solució és assajar l'automòbil en una cambra hipobàrica, on es pot controlar la pressió. No obstant això, aquestes càmeres són costoses, difícils d'operar i intensives en espai i recursos. En la present tesi, es desenvolupa un simulador d'altitud, que presentarà una altra alternativa per a l'assaig de motors en altitud. En aquest simulador d'altitud, el motor està a pressió ambient i només els seus conductes d'admissió i escapament estan a l'altitud de l'assaig. A la tesi, es descriu el principi d'operació del simulador d'altitud, els seus diferents elements i el seu efecte sobre el rendiment del simulador d'altitud, així com les estratègies de control aplicades per controlar les diferents variables i elements. Per estudiar el potencial del simulador d'altitud, un motor dièsel turboalimentat s'ha assajat a diferents altituds i el seu rendiment i emissions s'han comparat amb els obtinguts en una cambra hipobàrica. A més, el motor s'ha assajat a diferents altituds en cicles dinàmics i s'ha analitzat el seu rendiment i emissions, els resultats mostren que l'estratègia de control del motor quan està operant en altitud se centra en la protecció dels diferents elements sense tenir en compte les emissions. Per aquestes raons, és important estudiar diferents estratègies per reduir les emissions dels motors en altitud. Finalment, s'han realitzat diferents estudis paramètrics canviant la geometria de les vàlvules del motor i col·lector d'escapament per analitzar el seu efecte sobre la temperatura d'entrada dels sistemes de postratamiendo i el consum especäifico de combustible, com una forma de reduir el temps que triguen aquests sistemes en arribar a la temperatura objectiu amb major eficiència de treball. / Gómez Gil, J. (2018). Development of an altitude simulator and analysis of the performance and emissions of turbocharged Diesel engines at different altitudes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/101284 / TESIS

Táto diplomová práca je zameraná na preukazovanie vplyvov rôznych architektúr spätnej recirkulácie spalín na preplňované benzínové motory. Simulácie boli vytvorené v termodynamickom simulačnom programme GT-Power. Práca začína porovnávaním vplyvov spätnej recirkulácie na ustálené stavy motora, najmä z hľadiska spotreby, ktoré sú následne implementované do tranzientných modelov, simulujúc emisné testovacie cykly. Na konci práce sa venujem vplyvom spätnej recirkulácie na funkciu oxidačno-redukčného katalyzátora a na funkciu turbodúchadla.

[ES] Las nuevas regulaciones en materia de emisiones de efecto invernadero y calidad del aire han conducido la evolución tecnológica de los motores de combustión interna durante los últimos años. Las mejoras en el proceso de la combustión, la sobrealimentación, la gestión térmica, los sistemas de post tratamiento y técnicas como la recirculación de gases de escape, han permitido que los motores de combustión interna de hoy en día sean cada vez más limpios. La adopción en Europa del nuevo ciclo de homologación WLTP, que considera un ciclo de conducción más realista que su predecesor el NEDC, así como la necesidad de evaluar las emisiones contaminantes en diferentes escenarios de temperatura ambiente y de altitud, suponen un desafío para los fabricantes a la hora de diseñar y optimizar sus motores. En este contexto, el modelado unidimensional del motor ofrece la posibilidad de desarrollar y probar diferentes soluciones con la suficiente precisión,a la vez que permite agilizar el proceso de diseño del motor y reducir los costes de éste. El objetivo de esta tesis es el de desarrollar un modelo completo de motor virtual que permita simular condiciones transitorias de régimen de giro y grado de carga, así como diferentes condiciones ambientales de presión y temperatura. Con este modelo de motor se pretende predecir las principales variables termo-fluidodinámicas en diferentes puntos del motor y las emisiones contaminantes liberadas en el escape. Por otra parte, el arranque en frío y el funcionamiento a bajas temperaturas están asociados a un mayor consumo, mayores emisiones de hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO), así como mayores emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) debido a la desactivación de los sistemas de recirculación de gases de escape. Para paliar estos efectos adversos, una opción es lograr que el sistema de postratamiento alcance su temperatura de activación lo más pronto posible. En este trabajo se aborda este objetivo mediante dos soluciones. Por un lado, se ha explorado la posibilidad de elevar la temperatura de los gases en el escape mediante un sistema de distribución variable. Con este método se pueden reducir las emisiones de CO y HC en torno a un 40-50 % y las emisiones de NOx hasta un 15 % durante la primera fase del ciclo WLTC, a costa de una penalización en el consumo de combustible. Por otro lado, también se ha estudiado la posibilidad de aislar térmicamente el sistema de escape. En este caso, es posible reducir las emisiones de CO y HC en torno a un 30 % sin mejorar las de NOx. / [CA] Les noves regulacions en matèria d'emissions d'efecte d'hivernacle i qualitat de l'aire han conduït la evolució tecnològica dels motors de combustió interna durant els darrers anys. Les millores en el procés de la combustió, la sobrealimentació, la gestió tèrmica, els sistemes de postractament i tècniques com la recirculació de gasos d'escapament, han permès que els motors de combustió interna d'avui dia siguen cada vegada més nets. L'adopció a Europa del nou cicle d'homologació WLTP, que considera un cicle de conducció més realista que el seu predecessor el NEDC, així com la necessitat d'avaluar les emissions de gasos contaminants en diferents escenaris de temperatura ambient i humitat, suposen un repte per als fabricants a l'hora de dissenyar i optimitzar els seus motors. En aquest context, el modelatge unidimensional del motor ofereix la possibilitat de desenvolupar i provar diferents solucions amb la suficient precisió, al mateix temps que agilitza el procés de disseny del motor i reduïx els costos derivats d'aquest. L'objectiu d'aquesta tesi és el de desenvolupar un model complete de motor virtual que permeta simular condicions transitòries de règim de gir i grau de càrrega, així com diferents condicions ambientals de pressió i temperatura. Amb aquest model de motor es pretén predir les principals variables termo-fluidodinàmiques en diferents punts del motor i les emissions contaminants alliberades en l'escapament. Per altra banda, l'arrancada en fred i el funcionament a baixes temperatures están associats a un major consum, majors emissions d'hidrocarburs (HC) i monòxid de carboni (CO), així com majors emissions d'òxids de nitrògen (NOx) degudes a la desactivació dels sistemes de recirculació de gasos d'escapament. Per a pal·liar aquestos efectes indesitjats, una opció és aconseguir que el sistema de postractament arribe a la seua temperatura d'activació el més prompte possible. En aquest treball, aquest objectiu s'aborda mitjançant dues solucions. Per una banda, s'ha investigat la possibilitat d'augmentar la temperatura dels gasos en l'escapament per mitjà d'un sistema de distribució variable. Amb aquest mètode s'ha aconseguit reduïr les emissions de CO i HC al voltant d'un 40-50 % i les emissions de NOx fins a un 15 % durant la primera fase del cicle WLTC, acosta d'una penalització en el consum de combustible. Per altra banda, també s'ha estudiat la possibilitat d'aïllar tèrmicament el sistema d'escapament. En aquest cas, és possible reduir les emissions de CO i HC vora un 30 % sense millorar les de NOx . / [EN] The new regulations regarding greenhouse emissions and air quality have led the technological progress of the internal combustion engines during the recent years. Improvements in the combustion process, turbocharging, thermal management, after-treatment systems and techniques such as the exhaust gases recirculation, have resulted in cleaner internal combustion engines. The adoption of the new type approval test in Europe, so-called WLTP, which represents a more realistic driving cycle than its forerunner the NEDC, as well as the need to evaluate pollutant emissions at different conditions of ambient temperature and altitude, represent a challenge for manufacturers when it comes to design and optimise their engines. In this context, one-dimensional engine models offer the possibility to develop and test different solutions with enough accuracy, while hastening the engine design process and reducing its costs. The main objective of this thesis is to develop a complete virtual engine model able to simulate transient conditions of engine speed and load, as well as different ambient conditions of pressure and temperature. The engine model is used to predict the main thermo-and fluid dynamic variables at different engine locations and the tailpipe pollutant emissions. Furthermore, engine cold start and its operation at low temperature is associated to a greater fuel consumption, hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions; as well as more nitrogen oxide (NOx) emissions due to the deactivation of the exhaust gases recirculation systems. A solution to mitigate these negative effects is to heat up the after-treatment system so as to achieve its activation temperature as soon as possible. In the work presented, this goal is addressed through two different standpoints. On the one hand, variable valve timing systems have been studied as a way to increase the exhaust gases temperature. With this option it is possible to reduce CO and HC emissions by 40-50 % and NOx emissions by 15 % during the first stage of the WLTC cycle, at the expense of a penalty in the fuel consumption. On the other hand, the thermal insulation of the exhaust system has also been studied with the same objective. In this case, it is possible to reduce CO and HC emissions by 30 %, while not improving NOx ones. / The author wishes to acknowledge the financial support received through the FPI S2 2018 1048 grant of Programa de Apoyo para la Investigación y Desarrollo (PAID) of Universitat Politècnica de València. / Auñón García, Á. (2021). Development and validation of a virtual engine model for simulating standard testing cycles [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168906 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] El objetivo principal de esta tesis es establecer una metodología para predecir el consumo de combustible y las emisiones de un motor de encendido por compresión en condiciones transitorias. Además, su objetivo es explorar cómo las diferentes configuraciones del motor y los factores ambientales impactan el comportamiento del motor utilizando un enfoque de modelado 0D/1D. Además, el estudio pretende extender esta metodología a los motores duales, analizando específicamente las características de combustión de metano-diésel e hidrógeno-diésel. Para lograrlo, la herramienta de modelado 0D/1D se ajustó y validó meticulosamente utilizando un motor diésel de cuatro cilindros. Esta alineación entre la simulación y datos experimentales se centró especialmente en factores cruciales como la presión, la liberación de calor, las temperaturas en los fluidos del motor y el par. Se realizó un análisis exhaustivo del Balance Energético Global (GEB) utilizando VEMOD (Virtual Engine Model). Este análisis proporcionó información detallada sobre el consumo del motor y su reacción en diversas condiciones de funcionamiento, particularmente durante el Ciclo de ensayo mundial armonizado de vehículos ligeros (WLTC). La comparación de términos energéticos entre diferentes condiciones ambientales y de motor destacó aspectos como la fricción, la transferencia de calor y la acumulación de calor. Además, el análisis GEB permitió explorar cómo se distribuía la energía con diferentes temperaturas y altitudes ambientes. El estudio también evaluó las emisiones de NOx, revelando patrones influenciados por factores como las tasas de recirculación de gases de escape (EGR) y la temperatura de admisión. En el ámbito de los motores de combustible dual, se elaboró y validó un modelo de combustión utilizando la herramienta de simulación 0D/1D. La atención inicial se centró en la combustión de metano-Diesel, validada con datos experimentales. Posteriormente, el alcance de este modelo se amplió para simular la combustión de hidrógeno-Diesel. Esta tesis ha introducido con éxito una metodología que utiliza VEMOD para predecir el consumo y las emisiones del motor en distintos escenarios. El análisis exhaustivo arrojó luz sobre cómo funcionan los mecanismos de distribución de energía y cómo diferentes factores influyen en el comportamiento del motor. La aplicación de esta metodología a motores de encendido por compresión ha demostrado su versatilidad y capacidad de predicción, lo que la convierte en una herramienta valiosa para investigar escenarios futuros, también con combustiones duales. / [CA] L'objectiu principal d'aquesta tesi és establir una metodologia per predir el consum de combustible i les emissions d'un motor d'encesa per compressió en condicions transitòries. A més, pretén explorar com diferents configuracions de motors i factors ambientals afecten el comportament del motor mitjançant un enfocament de modelització 0D/1D. A més, l'estudi s'esforça a estendre aquesta metodologia als motors de doble combustible (duals), analitzant específicament les característiques de combustió de metà-dièsel i hidrogendièsel. Per aconseguir-ho, l'eina de modelització 0D/1D es va ajustar minuciosament i es va validar mitjançant un motor dièsel de quatre cilindres. Aquesta alineació entre dades de simulació i món real es va centrar especialment en factors crucials com la pressió, l'alliberament de calor, les temperatures dels fluids del motor i el parell. Es va realitzar una anàlisi completa del Balanç Global d'Energia (GEB) mitjançant VEMOD (Virtual Engine Model). Aquesta anàlisi va proporcionar una visió profunda sobre el consum del motor i la seua reacció en diverses condicions de funcionament, especialment durant el Cicle mundial d'assaig de vehicles lleugers harmonitzats (WLTC). La comparació de termes energètics entre diferents condicions ambientals i del motor van posar de manifest aspectes com la fricció, la transferència de calor i l'acumulació de calor. A més, l'anàlisi GEB va explorar com es va distribuir l'energia amb diferents temperatures i altituds ambientals. L'estudi també va valorar les emissions de NOx, revelant patrons influenciats per factors com la recirculació de gasos d'escapament (EGR) i la temperatura d'admissió. En l'àmbit dels motors duals, es va elaborar i validar un model de combustió mitjançant l'eina de simulació 0D/1D. El focus inicial es va centrar en la combustió metà-Diesel, validada amb dades experimentals. Posteriorment, l'abast d'aquest model es va ampliar per simular la combustió hidrogen-Diesel. Aquesta tesi ha introduït amb èxit una metodologia que utilitza VEMOD per predir el consum i les emissions del motor en diferents escenaris. L'anàlisi completa va donar llum a com funcionen els mecanismes de distribució d'energia i com diferents factors influeixen en el comportament del motor. L'aplicació d'aquesta metodologia als motors d'encesa per compressió va demostrar la seva versatilitat i capacitats de predicció, convertint-la en una valuosa eina per investigar els futurs escenaris, fins i tot amb combustions duals. / [EN] The main aim of this thesis is to establish a methodology for predicting fuel consumption and emissions of a compression ignition engine in transient conditions. Additionally, it aims to explore how different engine setups and environmental factors impact the engine's performance using a 0D/1D modelling approach. Moreover, the study strives to extend this methodology to dual fuel engines, specifically analysing methane-Diesel and hydrogen- Diesel combustion characteristics. The 0D/1D modelling tool was meticulously fine-tuned and validated using a four-cylinder Diesel engine to achieve this. This alignment between simulation and experimental data focused on crucial factors such as pressure, heat release, engine fluid temperatures and torque. A comprehensive Global Energy Balance (GEB) analysis was conducted using VEMOD (Virtual Engine Model). This analysis provided insights into the engine consumption and performance under diverse operating conditions, particularly during the Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle (WLTC). The comparison of energy terms across different engine and boundary conditions highlighted aspects such as friction, heat rejection, and heat accumulation. Additionally, the GEB analysis allowed exploration of how energy was split across varying ambient temperatures and altitudes. The study also assessed NOx emissions, revealing patterns influenced by factors such as Exhaust Gas Recirculation (EGR) rates and intake temperature. A combustion model was developed and validated using the 0D/1D simulation tool in the scope of dual fuel engines. The initial focus was on methane-Diesel combustion, validated against experimental data. Subsequently, this model scope was expanded to simulate hydrogen-Diesel combustion. This thesis has successfully introduced a methodology based on VEMOD to predict engine consumption and emissions across varying scenarios. The comprehensive analysis illuminated how energy distribution mechanisms operate and how factors influence engine performances. The application of this methodology to compression ignition engines demonstrated its versatility and prediction capabilities, making it a valuable tool for investigating future combustion scenarios, including dual fuel operation. / This research has been partially funded by the European Union’s Horizon 2020 Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement 723976 (“DiePeR”) and by the Spanish government under the grant agreement TRA2017-89894-R (”MECOEM”) and I was supported by FPI grant with reference PRE2018-084411. / Artham, S. (2023). Contribution to the simulation of new standard testing cycles by means of a 0D/1D tool [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201238 / Compendio

[ES] El futuro de los Motores de Combustión Interna en el sector de la automoción parece incierto, en cierta medida, debido a los cambios recientes en las normativas de homologación. Las regulaciones actuales han reducido considerablemente los límites de emisiones contaminantes , así como también han introducido pruebas más exigentes. La introducción de ciclos de conducción reales supuso un reto para los fabricantes de automóviles a la hora de homologar sus vehículos, ya que el tradicional y poco exigente ciclo de certificación del New European Driving Cycle (NEDC) ha sido sustituido por ciclos más severos como el World Light-Duty Test Cycle (WLTC) y Real Driving Emissions (RDE). Este estudio, en primer lugar, presenta una metodología para implementar ciclos RDE en un banco de ensayos de motores. Aun sabiendo que la esencia de la regulación RDE es evaluar las condiciones reales de conducción, reproducir los ciclos RDE en un banco de pruebas es de gran interés ya que las condiciones controladas y reproducibles que se pueden lograr en un laboratorio aportan información valiosa para entender el comportamiento del motor en conducción real, y por lo tanto contribuyen al desarrollo del motor. Este documento aplica la normativa más reciente de la Comunidad Europea y establece los pasos imprescindibles para realizar un ciclo RDE en un banco de pruebas de motores. En segundo lugar, gracias a que se ha demostrado la viabilidad de una sala de pruebas para realizar ciclos RDE, se han realizado diferentes ciclos RDE bajo diferentes solicitaciones dinámicas y condiciones externas como tempera- tura ambiente o temperatura del aire de admisión. Posteriormente, se analizó la emisión de contaminantes y el consumo de combustible con el fin de caracterizar los ciclos y condiciones de RDE. Además, se ha llevado a cabo una comparación de las emisiones y el consumo de combustible de las pruebas RDE frente a las obtenidas en las pruebas de estado estacionario, donde se encontraron discrepancias bastante bajas / [CA] El futur dels Motors de Combustió Interna al sector de l'automoció sembla incert, en certa mesura, a causa dels canvis recents a les normatives d'homologació. Les regulacions actuals han reduït considerablement els límits d'emissions contaminants i també han introduït proves més exigents. La introducció de cicles de conducció reals va suposar un repte per als fabricants d'automòbils a l'hora d'homologar els seus vehicles, ja que el tradicional i poc exigent cicle de certificació del New European Driving Cycle (NEDC) ha estat substituït per cicles més severs com el World Light-Duty Test Cycle (WLTC) i Real Driving Emissions (RDE). Aquest estudi, en primer lloc, presenta una metodologia per implemen- tar cicles RDE a un banc d'assajos de motors. Tot i saber que l'essència de la regulació RDE és avaluar les condicions reals de conducció, reproduir els cicles RDE en un banc de proves és de gran interès ja que les condicions controlades i reproduïbles que es poden aconseguir en un laboratori aporten informació valuosa per entendre el comportament del motor en conducció real, i per tant contribueixen al desenvolupament del motor. Aquest document aplica la normativa més recent de la Comunitat Europea i estableix els passos imprescindibles per fer un cicle RDE en un banc de proves de motors. En segon lloc, gràcies al fet que s'ha demostrat la viabilitat d'una sala de proves per fer cicles RDE, s'han realitzat diferents cicles RDE sota diferents sol·licitacions dinàmiques i condicions externes com ara temperatura ambient o temperatura de l'aire d'admissió. Posteriorment, es va analitzar l'emissió de contaminants i el consum de combustible per tal de caracteritzar els cicles i les condicions de RDE. A més, s'ha dut a terme una comparació de les emissions i el consum de combustible de les proves RDE davant de les obtingudes a les proves d’estat estacionari, on es van trobar discrepàncies força baixes- / [EN] The future of Internal Combustion Engines in the automotive sector seems uncertain, to some extent, due to the recent changes in type approval regulations. Current regulations have considerably reduced the engine pollutant emissions limits, as well as introduced more demanding testing conditions. The introduction of real driving cycles presented a challenging issue for car manufacturers when homologating their vehicles, since the traditional and undemanding New European Driving Cycle (NEDC) certification cycle has been replaced by more severe cycles such as World Light-Duty Test Cycle (WLTC) and Real Driving Emissions (RDE). This study, in the first place, presents a methodology for implementing RDE cycles in an engine test bench. Even knowing that the essence of RDE regulation is to assess actual driving conditions, reproducing RDE cycles in a test bench is of great interest since, the controlled and reproducible conditions that can be achieved in a laboratory lead to valuable information to understand engine behaviour in real driving conditions, and therefore contribute to engine development. This document applies the most recent European Community regulation and sets the essential steps to carry out an RDE cycle in an engine test bench. Secondly, as the feasibility of a test bench to perform RDE cycles has been proven, different RDE cycles have been performed under different dynamic solicitations and external conditions such as ambient or intake air temperatures. After that, the pollutant's emission and fuel mass consumption were analysed with the aim of characterising RDE cycles and conditions. Furthermore, a comparison of RDE test emissions and fuel consumption versus those obtained from steady-state tests has been carried out, where very small discrepancies were found. / Redondo Puelles, F. (2023). Experimental Characterisation of Real Driving Cycles in Diesel Passenger Vehicles under Different Environmental Conditions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196653