No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

[ES] A pesar de la tendencia actual hacia la electrificación del transporte por carretera, los motores de combustión interna alternativos han sido esenciales en este sector y se espera que sigan siendo una tecnología con notable presencia durante las próximas décadas. Los vehículos de pasajeros actuales basados en motores de combustión interna son más ecológicos que los utilizados hace años, aunque todavía queda trabajo por hacer. Los sistemas de postratamiento están enfocados a minimizar tanto como sea posible el impacto de los motores de combustión interna en términos de emisiones contaminantes. En el caso de los motores de encendido provocado, los catalizadores de tres vías representan la tecnología más extendida en las últimas décadas, debido a su compacidad y buena relación precio-prestaciones. Estos convertidores son capaces de oxidar hidrocarburos y monóxido de carbono al mismo tiempo que reducen los óxidos de nitrógeno. No obstante, para lograr su mejor eficiencia, el dosado debe controlarse con precisión en torno a condiciones estequiométricas. En este sentido, los sistemas electrónicos de gestión del motor son esenciales para aprovechar las características de estos convertidores. En particular, las estrategias de control y diagnóstico desempeñan un papel clave para lograr una reducción efectiva de las emisiones en el amplio rango de condiciones de operación que se dan en condiciones de funcionamiento reales. El desarrollo de estas estrategias es fundamental, especialmente teniendo en cuenta el bajo nivel de emisiones permitido por las normativas de emisiones actuales y la tendencia hacia cero emisiones. El propósito de esta tesis doctoral es analizar el comportamiento del sistema de postratamiento en condiciones específicas pero a la vez muy comunes en conducción real, y desarrollar estrategias que proporcionen una reducción adicional de las emisiones en sistemas basados en catalizador de tres vías. Con la popularización de pequeños motores turboalimentados de encendido provocado, ha aumentado el uso de estrategias de barrido de la cámara de combustión para mitigar los típicos problemas de falta de par a bajo régimen. Esta tesis analiza el impacto de los pulsos de cortocircuito en el catalizador y en las sondas ¿. El proceso de cortocircuito de aire fresco al escape tiene un impacto importante en la dinámica intraciclo de la composición de los gases de escape. En particular, los pulsos de monóxido de carbono e hidrógeno seguidos por los pulsos de aire fresco perturban el normal funcionamiento del sensor de oxígeno. Por lo tanto, se ha propuesto un nuevo método para estimar la tasa de cortocircuito abordo. Este método permite corregir la desviación sufrida por el sensor y, por lo tanto, ayuda a reducir la penalización en emisiones de este tipo de estrategias. Para mejorar la eficiencia del catalizador en condiciones transitorias, no solo se requiere un control preciso del dosado aguas arriba del catalizador, sino que también resulta imprescindible considerar el comportamiento dinámico del convertidor en sí mismo. Por ejemplo, el almacenamiento de oxígeno es un buen indicador del estado del catalizador, pero no se puede medir directamente mediante sensores. Por lo tanto, el desarrollo de modelos es clave en las estrategias de control actuales, para poder estimar abordo diferentes parámetros relacionados con el estado del catalizador. Varios modelos de catalizador se han desarrollado en esta tesis doctoral para lidiar con diferentes cuestiones, desde la predicción de los efectos de la condensación de agua en la evolución de la temperatura del catalizador justo después del arranque en frío, a la cuantificación del nivel de envejecimiento, pasando por el control óptimo de purga del catalizador. / [CA] Malgrat la tendència actual cap a l'electrificació del transport per carretera, els motors de combustió interna alternatius han sigut essencials en aquest sector i s'espera que continuen sent una tecnologia amb notable presència durant les pròximes dècades. Els vehicles de passatgers actuals basats en motors de combustió interna són més ecològics que els utilitzats fa anys, encara que hi ha treball per fer. Els sistemes de post-tractament estan enfocats a minimitzar tant com siga possible l'impacte dels motors de combustió interna en termes d'emissions contaminants. En el cas dels motors d'encés provocat, els catalitzadors de tres vies representen la tecnologia més estesa en les últimes dècades, pel fet que són compactes i posseeixen bona relació preu-prestacions. Aquests convertidors són capaços d'oxidar hidrocarburs i monòxid de carboni al mateix temps que redueixen els òxids de nitrogen. No obstant això, per a aconseguir la seua millor eficiència, el dosatge ha de controlar-se amb precisió entorn de condicions estequiomètriques. En aquest sentit, els sistemes electrònics de gestió del motor són essencials per a aprofitar les característiques d'aquests convertidors. En particular, les estratègies de control i diagnòstic exerceixen un paper clau per aconseguir una reducció efectiva de les emissions en l'ampli rang de condicions d'operació que es donen en condicions de funcionament reals. El desenvolupament d'aquestes estratègies és fonamental, especialment tenint en compte el baix nivell d'emissions permès per les normatives actuals i la tendència cap a zero emissions. El propòsit d'aquesta tesi doctoral és analitzar el comportament del sistema de post-tractament en condicions específiques però alhora molt comunes en conducció real, i desenvolupar estratègies que proporcionen una reducció addicional de les emissions en sistemes basats en catalitzador de tres vies. Amb la popularització de xicotets motors amb sobrealimentació d'encés provocat, ha augmentat l'ús d'estratègies de curtcircuit per a mitigar els típics problemes de falta de parell a baix règim. Aquesta tesi analitza l'impacte dels polsos de curtcircuit en el catalitzador i en les sondes ¿. El procés de curtcircuit d'aire fresc té un impacte important en la dinàmica intra-cicle de la composició dels gasos. En particular, els polsos de monòxid de carboni i hidrogen seguits pels polsos d'aire fresc pertorben el normal funcionament del sensor d'oxigen. Per tant, s'ha proposat un nou mètode per a estimar la taxa de curtcircuit del motor. Aquest mètode permet corregir la desviació patida pel sensor i, per tant, ajuda a reduir la penalització en emissions d'aquest tipus d'estratègies. Per a millorar l'eficiència del catalitzador en condicions transitòries, no solament es requereix un control precís del dosatge aigües amunt del catalitzador, sinó que també resulta imprescindible considerar el comportament dinàmic del convertidor en si mateix. Per exemple, l'emmagatzematge d'oxigen és un bon indicador de l'estat del catalitzador, però no es pot mesurar directament mitjançant sensors. Per tant, el desenvolupament de models és clau en les estratègies de control actuals, per poder estimar els diferents paràmetres relacionats amb l'estat del catalitzador. Diversos models de catalitzador s'han desenvolupat en aquesta tesi doctoral per a tractar diferents qüestions, des de la predicció dels efectes de la condensació d'aigua en l'evolució de la temperatura del catalitzador just després de l'arrencada en fred, a la quantificació del nivell d'envelliment, passant pel control òptim de porga del catalitzador. / [EN] In spite of the current tendency towards the electrification of the road transport, internal combustion engines have been essential in this sector and it is expected to continue being a technology with a noticeable presence during next decades. Current passenger cars based on internal combustion engines are greener than those used years ago, although it is still a developing process. Aftertreatment systems are aimed to minimize as much a possible the impact of internal combustion engines in terms of pollutant emissions. In case of spark-ignited engines, three-way catalytic converters represent the most widespread technology during last decades, due to their compactness and cost-performance. These converters are capable to oxidise hydrocarbons and carbon monoxide while simultaneously reducing nitrogen oxide. Nonetheless, to achieve their best efficiency, the air-to-fuel ratio must be accurately controlled close to stoichiometric conditions. In this sense, electronic engine management systems are essential to take advantage of the features of these converters. In particular, control and diagnosis strategies play a key role to achieve an effective emissions reduction under the wide range of operating conditions that arise in real driving conditions. The further development of this strategies is fundamental, especially taking into account the low emissions level allowed by current regulatory procedures and the trend towards zero emissions. The purpose of this dissertation is to analyse the behaviour of the aftertreatment system under very specific but at the same time very common conditions, and developing strategies that provide a further emissions reduction for systems based on three-way catalyst. With the popularization of small turbocharged spark-ignited engines, the use of scavenging strategies to solve the typical low-end torque issues has increased. This dissertation analyses the impact of the short-circuit pulses on both three-way catalyst and ¿ sensors. The short-circuit process has an important effect on the in-cycle dynamics of the exhaust gas composition. In particular, the carbon monoxide and hydrogen pulses followed by fresh air pulses cause a sensor bias. Thus a new method to on-line estimate the short-circuit rate has been proposed. This method allows to correct the sensor bias and, therefore, help to reduce the emissions penalty. To improve the TWC efficiency under transient conditions, not only an accurate air-to-fuel ratio control upstream of the converter is required, but also to consider the dynamic behaviour of the converter itself. For example, the oxygen storage is the main responsible for the converter dynamics, and thus, a good indicator of the catalyst state, but it cannot be directly measured. Hence the development of models is key in current control strategies, to on-line track different parameters related with the state of the converter. Several models have been derived in this dissertation in order to fulfil different requirements, from the prediction of water condensation effects on the temperature evolution inside the converter just after cold-start, to the quantification of the ageing level, through the optimal catalyst purge control, or the air-to-fuel ratio disturbances rejection. / Real Minuesa, M. (2020). Modelling, control and diagnosis of aftertreatment systems based on three-way catalyst in spark-ignited engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/137040

The transportation sector continues to be a primary source of greenhouse gas (GHG) emissions, contributing more than any other sector in the United States in 2017. Medium-duty and heavy-duty trucks trail only passenger cars as the largest GHG contributor in this sector [1]. The intense operating requirements of these vehicles create a reliance on the diesel engine that is projected to last for many decades. Therefore, it is vital that the efficiency and environmental sustainability of diesel engines continue to be advanced.<br><br>Cylinder deactivation (CDA) is a promising technology to improve diesel engine fuel efficiency and aftertreatment thermal management for emissions reduction. This work presents original experimental results demonstrating fuel efficiency improvements of CDA implemented on a modern engine at idle operating conditions through testing of various CDA configurations. Idle calibration optimizations result in up to 28% fuel consumption reduction at steady-state unloaded idle operation and 0.7% fuel consumption reduction over HD-FTP drive cycles at equivalent emissions levels. The low-load thermal management performance of CDA is also investigated through creep and extended idle transient cycles, during which CDA is shown to reduce fuel consumption by up to 40% with similar thermal management performance and reduced NOx and soot emissions. <br><br>Variants of CDA implementation are explored through an experimental comparison of deactivation strategies. The effort described here compares charge trapping strategies through examination of in-cylinder pressures following deactivation because: (1) choice of trapping strategy dictates the in-cylinder pressure characteristics of the deactivated cylinders, and (2) deactivated cylinders can affect torque, oil consumption, and emissions upon reactivation. Results discussed here suggest no significant differences between the strategies. As an example, the in-cylinder pressures of both trapping strategies are shown to converge as quickly as 0.8 seconds after deactivation.<br><br>Finally, the NVH effects of CDA are characterized through studies of torsional vibration, linear vibration, and acoustics. CDA causes frequency content at reduced frequencies compared to conventional operation, which has effects on all aspects of NVH. This creates possible constraints on achievable fuel efficiency and thermal management performance by restricting CDA usage. An alternate form of CDA, dynamic cylinder activation (DCA), is explored as a possible option of avoiding undesirable frequency output while maintaining the desired engine performance. <br>

<p>The NOx conversion efficiency of a combined Selective Catalytic Reduction and</p> <p>Ammonia Slip Catalyst (SCR-ASC) in a Diesel Aftertreatment (AT) system degrades with</p> <p>time. A novel model-informed data-driven On-Board Diagnostic (OBD) binary classification</p> <p>strategy is proposed in this paper to distinguish an End of Useful Life (EUL) SCR-ASC catalyst</p> <p>from Degreened (DG) ones. An optimized supervised machine learning model was used for the</p> <p>classification with a calibrated single-cell 3-state Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)</p> <p>observer used for state estimation. The method resulted in 87.5% classification accuracy when</p> <p>tested on 8 day-files from 4 trucks (2 day-files per truck; 1 DG and 1 EUL) operating in realworld on-road conditions.</p>

yes / This paper presents a methodology for fault detection, fault prediction and fault isolation based on the integration of hidden Markov modelling (HMM) and Bayesian networks (BN). This addresses the nonlinear and non-Gaussian data characteristics to support fault detection and prediction, within an explainable hybrid framework that captures causality in the complex engineered system. The proposed methodology is based on the analysis of the pattern of similarity in the log-likelihood (LL) sequences against the training data for the mixture of Gaussians HMM (MoG-HMM). The BN model identifies the root cause of detected/predicted faults, using the information propagated from the HMM model as empirical evidence. The feasibility and effectiveness of the presented approach are discussed in conjunction with the application to a real-world case study of an automotive exhaust gas Aftertreatment system. The paper details the implementation of the methodology to this case study, with data available from real-world usage of the system. The results show that the proposed methodology identifies the fault faster and attributes the fault to the correct root cause. While the proposed methodology is illustrated with an automotive case study, its applicability is much wider to the fault detection and prediction problem of any similar complex engineered system.

The complexity of engineered systems has increased remarkably to meet customer needs. In the continuously growing global market, it is essential for engineered systems to keep their productivities which can be achieved by higher reliability and availability. Integrated health management based on diagnostics and prognostics provides significant benefits, which includes increasing system safety and operational reliability, with a significant impact on the life-cycle costs, reducing operating costs and increasing revenues. Characteristics of complex systems such as nonlinearity, dynamicity, non-stationarity, and non-Gaussianity make diagnostics and prognostics more challenging tasks and decrease the application of classic reliability methods remarkably – as they cannot address the dynamic behaviour of these systems. This research has focused on detecting, predicting and isolating faults in engineered systems, using operational data with multifarious data characteristics. Complexities in the data, including non-Gaussianity and high nonlinearity, impose stringent challenges on fault analysis. To deal with these challenges, this research proposed an integrated data-driven methodology in which hidden Markov modelling (HMM) and Bayesian network (BN) were employed to detect, predict and isolate faults in a system. The fault detection and prediction were based on comparing and exploiting pattern similarity in the data via the loglikelihood values generated through HMM training. To identify the root cause of the faults, the probability values obtained from updating the BN were used which were based on the virtual evidence provided by HMM training and log-likelihood values. To set up a more accurate data-driven model – particularly BN structure – engineering analyses were employed in a structured way to explore the causal relationships in the system which is essential for reliability analysis of complex engineered systems. The automotive exhaust gas Aftertreatment system is a complex engineered system consisting of several subsystems working interdependently to meet emission legislations. The Aftertreatment system is a highly nonlinear, dynamic and non-stationary system. Consequently, it has multifarious data characteristics, where these characteristics raise the challenges of diagnostics and prognostics for this system, compared to some of the references systems, such as the Tennessee Eastman process or rolling bearings. The feasibility and effectiveness of the presented framework were discussed in conjunction with the application to a real-world case study of an exhaust gas Aftertreatment system which provided good validation of the methodology, proving feasibility to detect, predict, and isolate unidentified faults in dynamic processes.

[ES] Las normativas sobre emisiones contaminantes y sonoras, cada vez más estrictas, han sido la principal motivación para la investigación, el desarrollo y la optimización de los motores de combustión y demás tecnologías relacionadas. Esta tendencia ha dado lugar a la introducción paulatina de sistemas de postratamiento para reducir las emisiones contaminantes provenientes de la automoción. Se emplearon diferentes enfoques experimentales y de modelado computacional para estudiar y caracterizar el comportamiento acústico y fluidodinámico de un conjunto diverso de sistemas de postratamiento, abarcando así una amplia gama de elementos y características representativos de las aplicaciones de postratamiento más avanzadas de uso comercial. La pérdida por transmisión y la caída de presión fueron seleccionadas como parámetros clave de estudio para cuantificar la atenuación acústica y la contrapresión generada por cada dispositivo. Para la caracterización experimental se utilizaron procedimientos de medición bien establecidos. Por su parte, para el modelado computacional se emplearon distintos enfoques de simulación, tales como el unidimensional, el CFD e incluso la co-simulación 1D-3D, siguiendo en la medida lo posible el concepto o principio "gemelos digitales", en programas comerciales con el objetivo de replicar los resultados experimentales, a fin de obtener información complementaria y ayudar a profundizar en la comprensión de los fenómenos internos, los efectos tridimensionales del flujo y los efectos acústicos. Previo a la caracterización minuciosa de los dispositivos, se verificó la validez y significancia de las medidas acústicas en condiciones frías como las que se iban a tomar, para representar los dispositivos respecto a sus condiciones reales de funcionamiento, es decir, expuestos a flujo caliente y pulsante como en el extremo caliente de las líneas de escape donde habitualmente se sitúan los sistemas de postratamiento. Una vez realizada esta validación. Comenzó se dio paso a la caracterización experimental, para cada sistema o dispositivo se registraron mediciones de caída de presión para un rango de caudales násicos, normalmente entre 0 y 800 kg/h. Del mismo modo, se efectuaron mediciones de pérdida de transmisión en condiciones de ausencia de flujo y con tres caudales masicos diferentes superpuestos, por lo general 100, 200 y 300 kg/h. La información producida, tras cierto post-procesamiento, análisis por descomposición y comparativo, sumado al uso del razonamiento inductivo fueron empleados para cuantificar y relacionar cada elemento con sus efectos. Adicionalmente otros temas fueron evaluados, como el cumplimiento de la propiedad aditiva en los resultados de caída de presión y pérdida por transmisión cuando varios dispositivos de postratamiento se disponen juntos formando un sistema, la importancia real de los dispositivos auxiliares que a menudo son pasados por alto , los cambios en los inicios de la vida útil de un dispositivo con filtro de partículas tipo GPF, las ventajas de realizar análisis por descomposición en los resultados de pérdida por transmisión, las capacidades de 1D y 3D CFD para producir información útil y los beneficios eventuales de la co-simulación 1D-3D. En conjunto, se elaboró una base de datos exhaustiva sobre la caída de presión y la pérdida de transmisión de los dispositivos y sistemas de postratamiento más avanzados. Las metodologías experimentales utilizadas, con su correspondiente posprocesado, demostraron ser adecuadas y producir información significativa. Especialmente tras la validación realizada con las mediciones acústicas en condiciones ambientales relativas a condiciones similares a las reales en el motor. / [CA] Les normatives sobre emissions contaminants i sonores, cada vegada més estrictes, han sigut la principal motivació per a la investigació, el desenvolupament i l'optimització dels motors de combustió i altres tecnologies relacionades. Aquesta tendència ha donat lloc a la introducció gradual de sistemes de post-tractament per a reduir les emissions contaminants provinents de l'automoció. Es van emprar diferents enfocaments experimentals i de modelatge computacional per a estudiar i caracteritzar el comportament acústic i fluidodinàmic d'un conjunt variat de sistemes i dispositius de post-tractament, abastant així una àmplia gamma d'elements i característiques representatius de les aplicacions de post-tractament més avançades d'ús comercial. La pèrdua per transmissió i la caiguda de pressió van ser seleccionades com a paràmetres clau d'estudi per a quantificar l'atenuació acústica i la contrapressió generada per cada dispositiu. Per a la caracterització experimental es van utilitzar instal·lacions i procediments de mesura ben establits. Per part seua, per al modelatge computacional es van emprar diferents enfocaments de simulació, com ara l'unidimensional, el CFD (tridimensional) i fins i tot la co-simulació 1D-3D, seguint en la mesura del possible el concepte o principi ``bessons digitals'' (virtual twinning), en programes comercials amb l'objectiu de replicar els resultats experimentals, a fi d'obtindre informació complementària i ajudar a aprofundir en la comprensió dels fenòmens interns, els efectes tridimensionals del flux i els efectes acústics. Previ a la caracterització minuciosa dels dispositius, es va verificar la validesa i significança de les mesures acústiques en condicions fredes (ambient), com les que s'anaven a prendre, per a representar els dispositius respecte a les seues condicions reals de funcionament, és a dir, exposats a flux calent i periòdic com en l'extrem calent de les línies de escapament on habitualment se situen els sistemes de post-tractament. Una vegada realitzada aquesta validació, per a cada sistema o dispositiu es van registrar mesures de caiguda de pressió per a un rang de cabals màssics, normalment entre 0 i 800 kg/h. De la mateixa manera, es van efectuar mesures de pèrdua de transmissió en condicions d'absència de flux i amb tres cabals màssics diferents superposats, en general 100, 200 i 300 kg/h. La informació produïda, després d'un cert post-processament, anàlisi per descomposició i comparatiu, sumat a l'ús del raonament inductiu van ser emprats per a quantificar i relacionar cada element amb els seus efectes. Addicionalment altres temes van ser avaluats, com el compliment de la propietat additiva en els resultats de caiguda de pressió i pèrdua per transmissió quan diversos dispositius de post-tractament es disposen junts formant un sistema, la importància real dels dispositius auxiliars que sovint són passats per alt, els canvis en els inicis de la vida útil d'un dispositiu amb filtre de partícules tipus GPF, els avantatges de realitzar anàlisis per descomposició en els resultats de pèrdua per transmissió, les capacitats dels models 1D i 3D CFD per a produir informació útil, i els beneficis eventuals de la co-simulació 1D-3D. En conjunt, es va elaborar una base de dades exhaustiva sobre la caiguda de pressió i la pèrdua de transmissió dels dispositius i sistemes de post-tractament més avançats. Les metodologies experimentals utilitzades, amb el seu corresponent post-processament, van demostrar ser adequades i produir informació significativa. Especialment després de la validació realitzada amb les mesures acústiques en condicions ambientals relatives a condicions similars a les reals en el motor. / [EN] Continuously tightening pollutant and noise emission regulations have been the key motivation for engine -and engine related technology- research, development and optimization. Such trend gave rise to the gradual introduction of after-treatment systems to reduce pollutant emissions in automotive applications. Experimental and modelling approaches were used to study and characterize the acoustic and fluid-dynamic behavior of a diverse set of state-of-the-art after-treatment systems and devices, covering a wide range of elements and characteristics representative of after-treatment applications of commercial use. Transmission loss and pressure drop were selected as the key parameters to account for the sound attenuation and back-pressure generated by each device. Well established measurement facilities and procedures were used for the experimental characterization. In parallel, 1D, 3D CFD and even coupled 1D-3D simulation approaches on the basis of the "virtual twinning" concept were implemented on commercial software, aiming to replicate the experimental results in order to provide additional information and help deepen the understanding of internal phenomena, three-dimensional flow and acoustic effects. Prior to the thorough characterization of the devices, the validity and significance of acoustic cold (ambient) condition measurements, as those to be taken, to represent the devices in their actual operating condition, i.e. hot and pulsating-flow as in the hot-end of exhaust lines were after-treatment systems are usually placed, was verified. Once such validation was done, for each system or device pressure drop measurements were performed for a range of mass flow rates, usually between 0 to 800 kg/h. Similarly, transmission loss measurements were performed at no-flow condition and with three different superimposed mean mas flow rates, commonly 100, 200 and 300 kg/h. The information produced, with some post-processing, decomposition and comparative analysis, and the use of inductive reasoning were used to account and relate each element with their effects. Additionally, some other topics were assessed, such as the compliance of the additivity property of pressure drop and the transmission loss when several after-treatment devices are arranged together as an after-treatment system, the actual importance of auxiliary devices often overlooked, the changes in the early service life of a device with a GPF monolith, the benefits of performing decomposition analysis to the transmission loss, the capabilities of 1D and 3D CFD to produce useful information and the eventual benefits of 1D-3D co-simulation. Overall, a comprehensive database on the pressure drop and transmission loss of state-of-the-art after-treatment devices and systems was produced. The experimental methodologies used, with their corresponding post processing, proved to be adequate and to produce significant information, especially after the validation of ambient condition acoustic measurements regarding engine-like conditions. / This research has been funded by the Programa de Ayudas de Investigación y Desarrollo PAID-01-19, from Universitat Politècnica de València (UPV), which granted my pre-doctoral contract. / Redondo Navarro, ÁR. (2023). Acoustic and Fluid-Dynamic Characterization of State-of-the-Art Exhaust After-Treatment Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194539