The demands on heavy duty vehicles is constantly raising with government legislations on CO2 emissions becoming stricter and increasing customer demands. A continuous search for new methods and tools is a crucial element in finding more performance and lower emissions, which are prerequisites for heavy duty vehicles of the future. This thesis is conducted at Scania CV AB and aims at proposing a co-simulation setup which implements the engine management system, EMS, for turbocharger control, into engine simulation models that the company uses to simulate the behaviour of their combustion engines. The EMS software for turbocharger control is modelled in a MATLAB Simulink model and the engine simulation model is modelled in GT-SUITE. The thesis is also suggesting improvements to a turbine model that is modelled within the given EMS software. The results suggest a co-simulation setup that enables the engine simulation models to utilize the EMS software for turbocharger control which thereby enhances their ability to predict engine behaviour. The setup can also be used as a tool during the development process for other part of the EMS and could ease the need for physical engine tests in test cell. The suggested improvements to the turbine model revolves around building a model capturing the aspects of a so called twin scroll turbine and also to implement a better estimation of the turbine efficiency. The improvements to the turbine model ultimately leads to improving the response behaviour of the EMS turbocharger control system.

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

The goal is to measure the temperature of the turbocharger after engine shutdown.Measurements wants to show the need to keep a car engine to cool after a heavier burden on the idle speed. It would also prevent possible disruptions turbocharger. The paper also deals with the problems, construction and basic principles of operation of the turbocharger

The aim of the master’s thesis is analysis of practical application limits of waste-gate TwinScroll turbocharger located in BMW X6 M vehicle by using DFSS (Design For Six Sigma) tools. The goal is to create a special measurement device for a measurement of waste gate leakage with chance of testing all sorts of characteristics having impact on key parameters of turbocharger.

The master’s thesis deals with the question of petrol engine boosting by rotary turbochargers. The objective of the thesis is to project suitable turbocharger for defined single-cylinder petrol engine. After selecting the suitable turbocharger type it will follow the construction of the computational model of the single-cylinder turbocharged petrol engine in the Lotus Engine Simulation software. In the computational model is boost pressure regulated by the turbine waste gate valve. The result will be the boost pressure values scheme for the highest possible torque so that the maximum combustion pressures will not exceed the value of 9,5 MPa. There are summarized findings and results in the conclusion of the thesis.

[ES] A pesar de la importancia de las turbinas radiales de doble entrada y doble voluta en el flujo para motores turboalimentados, sus mapas característicos y su modelado totalmente predictivo utilizando códigos dinámicos de gas 1D aún no están bien establecidos. La complejidad del flujo no estacionario y la admisión desigual de estas turbinas, cuando funcionan con pulsos de gases de escape del motor, las convierte en un sistema desafiante. Principalmente debido a la admisión de flujo desigual, se introduce un grado adicional de libertad con respecto a las turbinas conocidas como de una sola entrada con o sin álabes en el estator. Además, la adición de la segunda entrada a la voluta de la turbina aporta una complejidad adicional para determinar los parámetros de rendimiento de la turbina en estacionario estable y en condiciones de admisión desiguales.Esta tesis tiene como novedad principal un procedimiento simple para caracterizar experimentalmente y elaborar mapas característicos de estas turbinas con condiciones de flujo desiguales. Este método de análisis permite interpolar fácilmente dentro de los mapas distintivos propuestos o ajustar modelos simples y convincentes para calcular y extrapolar parámetros de rendimiento completo de turbinas de doble entrada y doble voluta. También hemos descrito aquí, dos modelos innovadores de línea media 0D que requieren una cantidad mínima de datos experimentales para calibrar ambos: es decir, el modelo de parámetros de flujo másico y el modelo de eficiencia isentrópica. Ambos modelos son predictivos en condiciones de admisión de flujo parcial o desigual utilizando como entradas: la relación de flujo másico entre ramas; la relación de temperatura total entre ramas; la relación de velocidad de álabe a chorro en cada rama y la relación de presión en cada rama. Estas cinco entradas generalmente son proporcionadas instantáneamente por códigos de dinámica de gas 1D. Por lo tanto, la novedad del modelo es su capacidad de ser utilizado de manera casi constante para la predicción del rendimiento de las turbinas de doble entrada y de doble voluta. Esto se puede lograr instantáneamente ya que las turbinas se calculan en condiciones de flujo pulsante y desigual en motores turbo alimentados. Además, se muestra una metodología para caracterizar el coeficiente de descarga de una válvula de alivio de presión. Para estimar el flujo de gas por la válvula de alivio en modelos unidimensionales, se correlaciona y valida un modelo empírico. Finalmente, se ha elaborado un mapa óptimo del coeficiente de descarga a través del método de interpolación, que puede integrarse en el sistema de modelo de motor turboalimentado completo unidimensional, para calcular el flujo másico real a través de la válvula de descarga y las válvulas de conexión de desplazamiento. Finalmente, los modelos han sido completamente validados al acoplarlos con un software de modelado unidimensional que simula tanto el banco de gas como el motor completo. Por un lado, los resultados de las validaciones del banco de gas muestran que el modelo puede predecir bien todas las variables de flujo estacionario. Por otro lado, los resultados de la validación de todo el motor muestran que el modelo es capaz de producir todas las variables del motor a plena carga como el flujo de masa de aire y el par de frenado con un buen grado de acuerdo con los datos experimentales. / [EN] Despite the importance of radial in-flow twin-entry and dual-volute turbines for turbocharged engines, their characteristic maps and fully predictive modelling using 1D gas dynamic codes are not well established yet. The complexity of the un-steady flow and the unequal admission of these turbines, when operating with pulses of engine exhaust gas, make them a challenging system. Mainly due to the unequal flow admission, an additional degree of freedom is introduced to well-known single entry vanned or vaneless turbines. Moreover, the addition of the second inlet to the turbine volute brings extra complexity in determining the steady-state turbine performance parameters under unequal admission conditions. This thesis has a main novelty, which is a simple procedure for characterizing experimentally and elaborating characteristic maps of these turbines with unequal flow conditions. This method of analysis allows easy interpolating within the proposed distinctive maps or simple convincing models for calculating and extrapolating full performance parameters of twin-entry and dual-volute turbines. Here are also described two innovative 0D mean-line models that require a minimum quantity of experimental data for calibrating both: i.e. the mass flow parameter model and the isentropic efficiency model. Both models are predictive either in partial or unequal flow admission conditions using as inputs: the mass flow ratio and the total temperature ratio between the branches; the blade speed ratio and expansion ratio in each branch. These six inputs are generally instantaneously provided by 1D gas-dynamics codes.} Therefore, the novelty of the model is its ability to be used in a quasi-steady way for twin and dual-volute turbines performance prediction. This can be achieved instantaneously as turbines are calculated under pulsating and uneven flow conditions at turbocharged engines. Furthermore, a methodology for characterizing the discharge coefficient of a wastegate and scroll connection valve in a gas stand is shown. For estimating the gas flow over the same in one-dimensional models, an empirical model is correlated and validated. Finally, an optimal map of discharge coefficient has been drawn out through the interpolation method. This map can be integrated into the full one-dimensional turbocharged engine model system, in order to calculate the actual mass flow through the wastegate and scroll connection valves. Finally, the models have been fully validated by coupling them with one-dimensional modelling software and simulated both the gas stand and the whole engine measured points. On the one hand, the validation results from the gas stand simulation show that the model can predict well all steady flow variables. On the other hand, the validation results from the whole engine simulation show that the model is able to produce all the full load engine variables like air mass flow and brake torque in a reasonable degree of agreement with the experimental data. / [CA] Malgrat la importància de les turbines radials amb doble entrada i de doble voluta per als motors turboalimentats, els seus mapes característics i el seu model completament predictiu mitjançant codis dinàmics de gas 1D encara no estan ben establerts. La complexitat del flux constant i l'admissió desigual d'aquestes turbines, quan funcionen amb polsos de gas d'escapament del motor, les converteixen en un sistema difícil. Principalment a causa de la admissió de flux desigual, s'introdueix un grau addicional de llibertat a les conegudes turbines vendes o d'entrada d'una sola entrada. A més, l'addició de la segona entrada a la voluta de la turbina aporta una complexitat addicional per determinar els paràmetres de rendiment de la turbina en estat estacionari en condicions d'admissió desigual. Aquesta tesi té com a novetat principal un procediment senzill per caracteritzar experimentalment i elaborar mapes característics d'aquestes turbines amb condicions de cabal desigual. Aquest mètode d'anàlisi permet interpolar fàcilment dins dels mapes distintius proposats o models senzills convincents per calcular i extrapolar paràmetres de rendiment complet de les turbines d'entrada doble i de doble voluta. Aquí també hem descrit dos models innovadors de línia mitjana 0D que requereixen una quantitat mínima de dades experimentals per calibrar tots dos: és a dir, el model de paràmetre de flux massiu i el model d'eficiència isentròpica. Els dos models són predictius en condicions d'admissió de flux parcial o desigual utilitzant com a entrada: la proporció de flux entre les branques; la relació total de la temperatura entre les branques; la relació velocitat fulla-raig a cada branca i la proporció de pressió a cada branca. Aquests cinc inputs generalment es proporcionen de manera instantània mitjançant codis de dinàmica de gas 1D. Per tant, la novetat del model és la seva capacitat d'utilitzar-se d'una manera quasi constant per a la predicció del rendiment de les turbines bessones i de doble voluta. Es pot aconseguir de forma instantània, ja que les turbines es calculen en condicions de flux pulsatòries i desiguals en motors turboalimentats. A més, es mostra una metodologia per a caracteritzar el coeficient de descàrrega d'una vàlvula de connexió per canals i desplaçaments en un suport de gas. Per estimar el flux de gas sobre el mateix en models unidimensionals, es correlaciona i valida un model empíric. Finalment, s'ha elaborat un mapa òptim de coeficient de descàrrega mitjançant el mètode d'interpolació, que pot integrar-se al sistema de model turboalimentat complet del motor turbo, per calcular el cabal de massa real a través de les vàlvules de connexió de desguàs i desplaçament. Finalment, els models s'han validat completament combinant-los amb un programari de modelatge unidimensional que simula tant el suport de gas com el motor sencer. D'una banda, els resultats de les validacions de l'estand de gas demostren que el model és capaç de predir bé totes les variables de flux constant. D'altra banda, els resultats de validació del motor complet demostren que el model és capaç de produir totes les variables del motor de càrrega completa, com ara el flux de massa d'aire i el pare de fre d'una bona manera amb les dades experimentals. / Samala, V. (2020). Experimental characterization and mean line modelling of twin-entry and dual-volute turbines working under different admission conditions with steady flow [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153475

[ES] Se espera que la nueva generación de motores de encendido provocado represente la mayor parte del mercado en el contexto de la propulsión de vehículos con o sin hibridación. Sin embargo, la tecnología actual todavía tiene desafíos críticos por delante para cumplir con los nuevos estándares de emisiones de CO2 y contaminantes. Consecuentemente están surgiendo nuevas tecnologías para mejorar la eficiencia de los motores y que estos cumplan con las nuevas normativas anti-contaminación. Entre otras, una de las tendencias más seguidas en la actualidad es la reducción de tamaño de los motores, concepto conocido como "downsizing", bajo la técnica de la turbosobrealimentación. Las nuevas tecnologías de turbocompresores, como las turbinas de geometría variable (TGV), se empiezan a considerar para su aplicación en las exigentes condiciones de funcionamiento de los nuevos motores de encendido provocado. En este trabajo, a partir de datos experimentales obtenidos en la sala de ensayos del motor, se propone una metodología de calibración del modelo completo de motor 1-D: se realiza un análisis teórico dirigido a asegurar el control total sobre cualquier aspecto de la simulación. En otras palabras, el modelo de motor 1-D se ajustó completamente con respecto a los datos experimentales del motor. Además, se demuestra la necesidad del postprocesamiento y validación de datos experimentales relacionados con mapas de turbocompresores, ya que se requiere desacoplar fenómenos como la transferencia de calor y las pérdidas por fricción de los denominados mapas experimentales de turbocompresores. De acuerdo con esto, se presenta una metodología para la obtención de mapas de turbocompresores, basada en una campaña experimental dividida en varias tipologias de ensayos y seguida de la etapa de modelado. La etapa de modelado se lleva a cabo utilizando modelos de turbocompresores integrales ya desarrollados o disponibles en la literatura. Adicionalmente se aborda la mejora en la precisión de las simulaciones cuando se comparan mapas de turbocompresores postprocesados con mapas puramente experimentales. Aprovechando el modelo de motor 1-D altamente validado y físicamente representativo así como los mapas validados del turbocompresor, se discute cómo las incertidumbres experimentales o las variables "fuera de control" pueden afectar los resultados experimentales. Se propone una metodología para superar este punto desde la perspectiva del modelado. Lo anterior permite realizar comparativas que en las se analiza exclusivamente el impacto de diferentes tecnologías de turbina o unidades de turbinas. Además, tomando como base el modelo ya desarrollado, es posible explorar diferentes cálculos de optimización, estrategias de control y proporcionar comparaciones de tecnología de turbinas en plenas cargas y cargas parciales de motor en un amplio rango de revoluciones. También se aborda el impacto de la altitud y se evalúan los transitorios de carga para dos tecnologías de turbinas analizadas: VGT y WG. Como conclusión, se demuestra que la tecnología VGT muestra menos limitaciones en condiciones de trabajo extremas, como en la curva de plena carga, donde la tecnología WG representa una limitación en términos de máxima potencia. Las diferencias a plena carga se vuelven aún más evidentes en condiciones de trabajo en altitud. Cuando se trata de cargas parciales, las diferencias en el consumo de combustible son menores, pero potencialmente beneficiosas para los VGT. / [CA] S'espera que la nova generació de motors d'encesa per espurna representi la major part del mercat en el context de la propulsió de vehicles amb o sense hibridació. No obstant això, la tecnologia actual encara té reptes crítics per davant per complir amb els nous estàndards d'emissions de CO2 i contaminants. Conseqüentment estan sorgint noves tecnologies per millorar l'eficiència dels motors i que aquests compleixin amb les noves normatives anti-contaminació. Entre d'altres, una de les tendències més seguides en l'actualitat és la reducció de grandària dels motors, concepte conegut com "downsizing", sota la tècnica de la turbosobrealimentación. Les noves tecnologies de turbocompressors, com les VGT, es comencen a considerar per la seva aplicació en les exigents condicions de funcionament dels nous motors d'encesa per espurna. En aquest treball, a partir de dades experimentals obtingudes a la sala d'assajos de l'motor, es proposa una metodologia de calibratge del model complet de motor 1-D: es realitza una anàlisi teòrica dirigit a assegurar el control total sobre qualsevol aspecte de la simulació. En altres paraules, el model de motor 1-D es va ajustar completament respecte a les dades experimentals del motor. A més, es demostra la necessitat del posprocesamiento i validació de dades experimentals relacionats amb mapes de turbocompressors, ja que es requereix desacoblar fenòmens com la transferència de calor i les pèrdues per fricció dels denominats mapes experimentals de turbocompressors. D'acord amb això, es presenta una metodologia per a l'obtenció de mapes de turbocompressors, basada en una campanya experimental dividida en diverses tipologies d'assajos i seguida de l'etapa de modelatge. L'etapa de modelatge es porta a terme utilitzant models de turbocompressors integrals ja desenvolupats disponibles a la literatura. A més a s'aborda la millora en la precisió de les simulacions quan es comparen mapes de turbocompressors postprocessats amb mapes purament experimentals. Aprofitant el model de motor 1-D validat i físicament representatiu així com els mapes validats del turbocompressor, es discuteix com les incerteses experimentals o les variables "fora de control" poden afectar els resultats experimentals. Es proposa una metodologia per superar aquest punt des de la perspectiva de la modelització. L'anterior permet realitzar exclusivament la comparació de tecnologies / unitats de turbines. A més, prenent com a base el model ja desenvolupat, és possible explorar diferents càlculs d'optimització, estratègies de control i proporcionar comparacions de tecnologia de turbines a càrregues completes i parcials del motor en un ampli rang de revolucions del motor. També s'aborda l'impacte de l'altitud i s'avaluen els transitoris de càrrega per a dues tecnologies de turbines analitzades: VGT i WG. com a conclusió, es demostra que la tecnologia VGT mostra menys limitacions en condicions de treball extremes, com en la corba de plena càrrega, on la tecnologia WG representa una limitació en termes de màxima potència. Les diferències a plena càrrega es tornen encara més evidents en condicions de treball en altitud. Quan es tracta de càrregues parcials, les diferències en el consum de combustible són menors, però potencialment beneficioses per als VGT. / [EN] The new generation of spark ignition (SI) engines is expected to represent most of the future market share in the context of power-train with or without hybridization. Nevertheless, the current technology has still critical challenges in front to meet incoming CO2 and pollutant emissions standards. Consequently, new technologies are emerging to improve engine efficiency and meet new pollutant regulations. Among others, one of the most followed trends is engine size reduction, known as downsizing, based on the turbocharging technique. New turbocharger technologies, such as variable geometry turbines (VGT), are evaluated for their application under the demanding operating conditions of SI engines. In this work, from experimental data obtained in an engine test cell, a 1-D complete engine model calibration methodology was conducted: a theoretical analysis aimed at ensuring full control on any aspect of the simulation. In other words, the 1-D engine model was fully fitted with respect to the experimental engine data. Furthermore, it is evidenced the requirement of post-processing and validating the experimental data dealing with turbocharger maps, since phenomena such as heat transfer and friction losses are required to be decoupled from the so-called experimental turbocharger maps. Accordingly, a methodology for turbocharger maps obtention is presented, based on an experimental campaign divided into several test typologies and followed by the modelling stage. The modelling stage is carried out making usage of already developed integral turbocharger models available in the literature. Additionally, the improvement in the accuracy of the simulations when post-processed turbocharger maps are compared against purely experimental maps is addressed. Taking advantage of the highly validated and physically representative 1-D gas-dynamics engine model and turbocharger validated maps, it is discussed how experimental uncertainties or "out-of-control" variables may impact the experimental results. A methodology is proposed to overcome this point from the modelling perspective. The previous allows performing exclusively turbine technologies/units comparison. In addition, taking as a basis the already developed model, it is possible to explore different optimization calculations, control strategies and provide turbine technology comparisons at engine full and partial loads in a wide range of engine speed. Also, the altitude impact is addressed and load transients are evaluated for two analysed turbine technologies: VGT and WG. In all, it was found that VGT technology shows fewer limitations in extreme working conditions, such as full load curve, where the WG technology represents a limitation in terms of the maximum power output. Full load differences become even more evident in altitude working conditions. When it comes to partial loads, differences in fuel consumption are minor but potentially beneficial for VGTs. / Gómez Vilanova, A. (2022). Modelling and analysis methodology of SI IC engines turbocharged by VGT [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181929

A masters thesis deals with the question of deisel engine boosting by rotary turbochargers. The objective of the thesis is to propose suitable turbocharger´s concept for defined diesel combustion engine with power of 430 [kW]. The air boosting pressure is controlled by exhaust gas flow through the turbine and different EGR regimes, which are considered in the basic and corrected calculations. The final turbocharger´s concept is proposed to satisfy the defined technical requirements. Next technical recommendations are briefly summarized in the thesis conclusion for following turbocharger´s concept application.