I denna rapport har verkningsgraden och förluster för elbilars växellådor analyserats. Med hjälp av en programvara för beräkning och analys av växellådor (Romax) skapades en verkningsgradsmatris för en elbils växellåda. I analysen användes standardkörcykeln WLTP (World harmonized light vehicle test procedure) som delades in i tre körcykler: stadskörning, blandad körning och motorvägskörning. Verkningsgradmatrisen beskriver växellådans verkningsgrad i förhållande till varvtal och moment. Därefter mappades varje sekunds varvtal och moment för respektive körcykel mot den framtagna matrisen för att erhålla en verkningsgrad för respektive tidpunkt. Slutligen summerades energiförbrukningen både för ideal körning, dvs inga förluster i växellådan, och simulerad körning med inräknade förluster i växellådan. Utgående från erhållen data togs en verkningsgrad för hela körcyklarna fram där summeringen av den ideala körningen divideras med summeringen för den simulerade körningen. Resultatet för stadskörning med ideal växellåda var att den krävde 0.307 kWh på en sträcka som var 3.09 km vilket resulterade i en snittförbrukning på 0.992 kWh/mil till skillnad från körningen med simulerad växellåda som krävde 0.318 kWh på samma sträcka, som i sin tur resulterade i snittförbrukningen 1.03 kWh/mil samt en verkningsgrad på 0.965 och förluster på 0.011 kWh/mil. För blandad körning blev energiförbrukningen för ideala fallet 1.39 kWh på en 11.9 km långsträcka, vilket resulterade i en snittförbrukning på 1.17 kWh/mil. För körningen med simulerad växellåda blev den beräknade energiförbrukningen på 1.45 kWh vilket blir en snittförbrukning på 1.22 kWh/mil därav en verkningsgrad på 0.957 och förluster på 0.0526 kWh/mil. För motorvägskörningen blev energiförbrukning 1.45 kWh på en 8.25 km lång sträcka, vilket resulterade i 1.76 kWh/mil i snittförbrukning för det ideala fallet. Med simulerad växellåda blev energiförbrukningen 1.50 kWh och snittförbrukningen 1.82 kWh/mil samt en verkningsgrad på 0.967. Med detta erhålls förluster på 0.0604 kWh/mil. Avslutningsvis visar resultatet från arbetet att verkningsgraden hos växellådan var som högst för körning på motorväg, följt av stadskörning och blandad körning. För alla körfall var verkningsgraden hög och låg mellan 95-97 %. / The project goal was to analyse the efficiency and energy losses for electric car gearboxes. This was done through creating an efficiency matrix for a simulated gearbox in Romax. The efficiency matrix plots the efficiency against revolutions per minute and torque. For further analysis the standardised driving cycle WLTP (World harmonized light vehicle test procedure) was divided into three separate driving cycles: city-, mixed- and highway driving. The time interval for these three driving cycles were one second and had their respective RPM and torque mapped onto the efficiency matrix obtaining that moment’s efficiency according to our analysis. Furthermore, the energy consumption for both ideal and simulated driving, meaning whether the gearbox has losses or not according to our efficiency matrix, were summed up. This enabled calculating the efficiency of the gearbox for any of the diving cycles, including the complete cycle, through dividing the ideal and simulated energy consumption. Firstly, the result for city driving was that the ideal driving required 0.307 kWh for a 3.09 kmstretch resulting in an average consumption of 0.992 kWh/10 km. The simulated driving required1.03 kWh for the same stretch resulting in an average energy consumption of 1.18 kWh/10 km,hence an efficiency of 0.965 and an energy loss of 0.0112 kWh/10 km. Secondly, the result from mixed driving was that ideal driving required 1.39 kWh for a 8.25 km stretch resulting in an average consumption of 1.17 kWh/10 km. For the simulated driving the required energy was 1.45 kWh resulting in an average energy consumption of 1.22 kWh/10 km, hence an efficiency of 0.957 and an energy loss of 0.0526 kWh/10 km. Lastly, the result from highway driving was that ideal driving requirement of 1.45 kWh for a 8.25 km stretch, resulting in an average energy consumption of 1.82 kWh/10 km. Meanwhile, the simulated energy requirement was 1.50 kWh resulting in an efficiency of 0.967 and energy loss of0.0604 kWh/10 km. A conclusion that could be drawn from the project was that the gearbox efficiency was highest for highway driving followed by city driving and mixed driving in that order. Furthermore, the efficiency for all types of driving were high with values between 95-97%.

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.

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.

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