Superfícies anisotrópicas lisas e rugosas foram usadas para avaliar o efeito da rugosidade e da direção de acabamento na formação de MoS2 a partir de MoDTC em ensaios tribologicos lubrificados com óleos de motor completamente formulados. Igualmente foi avaliada a resposta de atrito de lubrificantes de motor usados em carros de passageiros e em testes de dinamômetro abastecidos com etanol (E100) e gasolina (E22). Encontrou-se que tanto a direção de acabamento quanto a rugosidade foram fundamentais na reação MoDTC - MoS2. A direção de acabamento influenciou na medida que carregamentos tangenciais geram respostas diferentes nos ensaios quando são realizados paralelos e perpendiculares às linhas de acabamento, dado que para os últimos apresenta-se maior deformação plástica das asperezas, o qual favorece a obtenção de superfícies livres de óxidos, que tem sido indicada como uma condição necessário para que aconteça a reação MoDTC - MoS2. Por esta razão os valores de coeficiente de atrito próprios da formação de MoS2 foram obtidos somente nas superfícies rugosas ensaiadas perpendiculares às marcas de acabamento. Para superfícies com valores de índice de plasticidade superiores a 1 e nos quais não são formados filmes com boas capacidades redutoras de atrito, como é o caso de ensaios realizados com óleos base (livres de aditivos), o coeficiente de atrito não depende da rugosidade e da direção de acabamento. Nos ensaios lubrificados com óleos usado, encontraram-se valores de coeficiente de atrito similares aos obtidos nas condições de lubrificação com óleo livres de aditivos, devido provavelmente à redução do MoDTC no lubrificante como tem sido identificado por diferentes autores. Quando foram comparados os óleos usados contaminados com etanol com os óleos usados contaminados com gasolina, encontrou-se maior oxidação nestes últimos. Mesmo que estas diferenças de oxidação dos óleos não significaram diferenças em termos de atrito, estas podem ser importantes na medida em que óleos mais oxidados podem favorecer o desgaste oxidativo. / Smooth and rough anisotropic surfaces were used to evaluate the influence of surface roughnesss and lay direction on the in-situ formation of MoS2 from MoDTC in tribological tests. Also, this work evaluated the friction response of engine lubricants which were used in passenger cars and dynamometer tests fueled both with ethanol (E100) and gasoline (E22). It was found that both the lay direction as the surface roughness were critical for the MoDTC -MoS2 reaction. The lay direction influence due to tangential loads generate different responses when tests were conducted along and across the lay, since the latter showed higher asperities plastic deformation , which favors free oxides surfaces, which has been indicated as a condition for the sequence by MoDTC formed MoS2. For this reason the friction coefficient values related to MoS2 were obtained only for tests conducted on rough surfaces and across the lay. For surfaces with plasticity index values greater than 1 and which are not formed films with good friction-reducing capabilities, such as the tests lubricated with base oil (free aditives), the friction coefficient does not depends on the surface roughness and lay direction. For the tests conducted with used engine oils, the friction coefficient values were similar to those obtained on tests lubricated with free additives oils, this could be related by MoDTC depletion in the lubricants as have been identified by different authors. Comparing the used oils contaminated with ethanol with the used oils contaminated with gasoline, higher oxidation was founded in the latter. Even if these differences in oil oxidation not meant differences friction, these may be important as more oxidesed oils can promote oxidative wear.

Starting an engine in low temperatures creates unnecessary wear on components due to the insufficient lubrication of cold engine oil. A cold engine produces more emissions and consumes more fuel. Not all cars are equipped with engine heaters and installing an aftermarket heater is both expensive and time consuming. The aim with this project is to develop a universal engine heater with the ability to heat engine oil efficiently. Installing the engine heater should not require any special tools or expertise. To create a universal engine heater the construction is flexible similar to an electric cable and the length can be modified. The lower part, in contact with the engine oil, contains a resistor with an outside cover of steel to efficiently transfer heat. The challenge is to create an engine heater that is efficient in heating the engine oil while being small enough to fit in most cars. The surface area of the heater plays a large role when it comes to transfer heat efficiently. To heat 6 liters of engine oil from - 20 ° to -6° C takes roughly 2 hours with conventional surface area. By doubling the area by using another design, the same temperature can be reached in about 30 minutes. / Att starta en motor i minusgrader sliter mycket på invändiga komponenter. Detta då motoroljan på grund av högre viskositet inte smörjer lika bra, vilket i sin tur leder till att oljan inte kan cirkulera i motorn. Dessutom släpper en kall motor ut större mängder föroreningar i luften och förbrukar mer bränsle. Alla bilar är inte utrustade med motorvärmare och att eftermontera är både kostsamt och tidskrävande. Målet med projektet är att ta fram en universell motorvärmare med kapacitet att värma upp motoroljan i en personbil på ett effektivt sätt. Motorvärmaren ska inte kräva några speciella verktyg för att monteras och den ska vara lika lätt att montera som den ordinarie oljestickan. Motorvärmaren är konstruerad av ett elastiskt material likt en elsladd för att vara universellt passande. Den nedre delen i kontakt med motoroljan omsluter en resistor och har ett yttre hölje av stål för att ha god värmeöverföringsförmåga. Utmaningen är att konstruera en sticka som kan värma motoroljan tillräckligt snabbt och som är tunn nog att föras in i oljetråget utan hinder. En stor påverkande faktor gällande motorvärmarens prestanda är kontaktytan mellan motorvärmare och motorolja. Att värma upp 6 liter motorolja från -20 till -6° C tar drygt två timmar med oljestickans geometri. Med dubbla kontaktytan kan samma temperatur nås på drygt 30 minuter och denna areaändring kan ske genom att ändra motorvärmarens design.

<p>Computer simulation is widely used to predict the fatigue life of engine oil coolers that fail under pressure cycles. The objective of this study is to develop a practical simulation methodology to accurately predict the fatigue life of an engine oil cooler undergoing pressure cycle testing. The study focuses on two key areas of the simulation process. First, it investigates the effect of using linear and nonlinear FEA to provide stress or strain results for subsequent fatigue analysis. Second, due to lack of fatigue material properties for the aluminum coreplate material, approximate material models derived from tensile properties are used in fatigue life calculation. The study has attempted to find out the material model that gives the best correlation in life prediction. The life prediction correlation based on the Seeger, the Modified Universal Slopes and the Modified Mitchell models, together with the Modified Universal Slopes-Al model, are evaluated.</p> <p>It is concluded that the Modified Universal Slopes-Al model, which is a re-assessment of the Modified Universal Slopes model based on the fatigue data of 16 wrought aluminum alloys, gives the best life prediction for simulations using either linear or nonlinear approaches. Life prediction using nonlinear finite element results together with this approximate material model is recommended to be the best approach. On the other hand, a simple and quick linear analysis, followed by fatigue life calculation using this material model still gives life estimates with an acceptable level of confidence.</p> <p>In the last part of the study, the life prediction performance using different strain-life criteria, together with either Morrow or Smith-Watson-Topper (SWT) mean stress correction, are evaluated. It is found that SWT mean stress correction method is worse than that of Morrow in EOC fatigue life prediction in both linear and nonlinear approaches. Using the principal strain criterion with SWT mean stress correction gives conservative life prediction in both approaches. On the other hand, there are no significant differences in life prediction correlations using the principal strain, the Brown-Miller combined strain and the maximum shear strain strain-life criteria, with Morrow mean stress correction. As such, the Brown-Miller combined strain criterion with Morrow mean stress correction is the recommended strain-life model used in fatigue life calculation.</p> / Master of Applied Science (MASc)

Användningen av biobränslen har ökat för att minska utsläppen från fossila bränslen. Biobränslen kan dock leda till beläggningar inuti injektorn, vilka påverkar fordonets  körbarhet. Den mest trodda hypotesen bakom beläggningsbildningen är att förorening av motorolja i bränslesystemet leder till bildning av kalciumsulfatkristaller som mjuka partiklar fäster till. Dessutom påstås det att temperaturen har en signifikant påverkan på beläggningsbildningen. För att ställa om till mer förnyelsebara bränslen krävs mer förståelse bakom beläggningarnas mekanism. Därför var syftet med denna studie att undersöka mekanismen bakom interna injektorbeläggningar med en nydesignad rigg i laboratorieskala för att få en djupare förståelse av mekanismen, och i synnerhet rollen av kalciumsulfat och temperatur. Syftet uppnåddes genom att dela upp det experimentella arbetet i två delar:a) Köra riggen med testbränslen följt av analyser av de körda proverna med huvudsakligen SEM-EDX och FTIR, för att förstå rollen av temperatur och motorolja för beläggningarnas mekanism. b) Löslighetsstudier av kalciumsulfat för att förstå rollen av kalciumsulfat för beläggningarnas mekanism. Resultaten visade att den nydesignade testriggen fungerade bra med resultat som överensstämde med litteratur och erbjöd repeterbarhet. Därmed rekommenderas riggen för framtida studier av interna injektorbeläggningar. En djupare förståelse av mekanismen bakom interna injektorbeläggningar uppnåddes framgångsrikt. För första gången utfördes en FTIR och SEM-EDX studie över en temperaturgradient, vilket gjorde det möjligt att se starttemperaturen för olika reaktioner och identifiera beläggningar i olika temperaturintervall. Det visades att beläggningsbildningen var temperaturberoende med olika typer av beläggningar i olika temperaturintervall. Vid temperaturer under 100°C var zinksulfat och oreagerat metallkarboxylat de dominanta ämnena. Över 100°C ändrade metallkarboxylatet form och blev mer koncentrerat medan koncentrationen av zinksulfat minskade. Dessutom visades det att kalciumsulfat bildades i stor utsträckning när temperaturen översteg 100°C. Temperaturstudien och resultaten är unika och okända i litteraturen. Ostwald-mognad har föreslagits som en möjlig mekanism i litteraturen men visade sig vara osannolik. Upplösningen av kalciumsulfat av motoroljans additiv följt av utfällning i bränslet visade sig vara en mer sannolik mekanism. Det visades också att tvålbeläggningar främjade beläggningsbildning av kalciumsulfatkristaller, vilket överensstämmer med fältobservationer då de vanligtvis samexisterar. / The use of biofuels has increased to reduce the emissions from fossil fuels. However, the use of biofuels results in deposit formation inside the injector, which leads to issues with the drivability of the vehicle. The most believed hypothesis behind the deposit formation is that engine oil contamination in the fuel system leads to formation of calcium sulphate crystals that soft particles adhere to. Moreover, temperature is claimed to have a significant effect on the deposit formation. To ease the shift towards more renewable fuels, more understanding behind the deposit mechanism is needed. Therefore, this study aimed to investigate the mechanism behind internal injector deposits with a newly designed lab scale rig to get a deeper understanding of the mechanism, and especially the role of calcium sulphate and temperature. The aim was achieved by dividing the experimental work into two parts:a) Running the test-rig with test fuels followed by analyses of the samples with mainly SEM-EDX and FTIR, to understand the role of temperature, and engine oil for the deposit mechanism. b) Solubility studies of calcium sulphate to understand the role of calcium sulphate for the deposit mechanism. The results showed that the newly designed test rig worked well, where the results were consistent with literatureand offered repeatability. Thereby, the rig is recommended for future studies of internal injector deposits. A deeper understanding of the mechanism behind the internal injector deposits was successfully achieved. For the first time, a FTIR and SEM-EDX study was performed over a temperature gradient, which made it possible to see the onset temperature for different reactions and to identify deposits in different temperature ranges. It was showed that the deposit formation was temperature dependent with different types of deposits in different temperature ranges. At temperatures below 100°C, zinc sulphate and unreacted metal carboxylates were the dominant species. Above 100°C, the metal carboxylates changed form and became more concentrated while the concentration of zinc sulphate decreased. Moreover, calcium sulphate showed to be formed to a large extent when the temperature exceeded 100°C. The temperature study and results are unique and unknown in the literature. Ostwald ripening has been proposed as a possible mechanism in the literature but turned out to be unlikely. The dissolution of calcium sulphate by engine oil additives followed by precipitation in the fuel showed to be a more likely mechanism. It was also shown that soap deposits promoted the deposit formation of calcium sulphate crystals, which is in line with the field observations since they normally coexist.

No description available.

[ES] El análisis de los aceites lubricantes de motor, englobado dentro de las tareas realizadas en el Oil Condition Monitoring (OCM), resulta ser una herramienta poderosa con la cual se es capaz de extraer información de utilidad. Por este motivo, en esta Tesis se decidió explotar este campo realizando un estudio en profundidad centrado en tres aspectos: mejorar las técnicas y protocolos ya existentes, desarrollar procedimientos propios acorde con las necesidades y requisitos del momento y, para terminar, poner en valor la información obtenida del análisis de los lubricantes mediante el uso de tratamientos estadísticos y quimiométricos. Bajo estas tres premisas, se ha desarrollado toda la tarea de investigación de esta Tesis. En primer lugar, en relación con el análisis de los aceites lubricantes, se realizó un estudio acerca de la degradación de cuatro formulaciones de aceites lubricantes. En este estudio se analizaron aspectos propios de los aceites como: su viscosidad cinemática, oxidación, nitración, caída de los aditivos antioxidantes, etc. así como parámetros de desgaste de motor (monitorizando la presencia de metales). Como resultado de este estudio fue posible encontrar limitaciones en las técnicas actuales, lo cual condujo a realizar mejoras y/o adaptaciones de estas técnicas para conseguir obtener la información deseada. El siguiente aspecto tratado en esta Tesis es una consecuencia de la necesidad de, en ciertas situaciones, disponer de información acerca de uno o varios parámetros de una determinada forma y con un grado de precisión elevado. El caso en cuestión analizado en la Tesis está relacionado con la cuantificación de hollín en el aceite lubricante. Respecto a la cuantificación del hollín se requirió encontrar una técnica que fuera capaz de aportar información de una forma rápida y, además, poder detectar pequeños cambios. Esta técnica fue la espectroscopia Ultravioleta-Visible, con la cual se diseñó un protocolo analítico que permitiera trabajar con muestras de aceites lubricante con muy poco uso y, por ende, poca cantidad de hollín disuelta, consiguiendo resultados muy satisfactorios en periodos de tiempo cortos. Por último, debido a la disponibilidad de una cantidad de datos considerable fruto del trabajo realizado durante todo el tiempo de duración de la Tesis, se decidió emplear toda ella para conseguir extraer la máxima información posible gracias al uso de tratamientos estadísticos y quimiométricos. Este trabajo, nuevo en la línea, se dividió en dos vertientes: la primera focalizada en el conjunto de datos de los aceites ya caracterizados (procedentes del estudio de la degradación de los aceites) y la otra parte en encontrar sinergias entre las técnicas espectroscópicas (FT-IR y NIR) y los ensayos de caracterización de los lubricantes. Como resultado de ello, se obtuvieron relaciones entre parámetros que anteriormente no se tenían presentes, así como modelos predictivos de propiedades de los lubricantes a partir del análisis de sus espectros. El presente documento de Tesis se encuentra redactado en dos idiomas: en español y en inglés. Principalmente el documento se encuentra redactado en inglés para hacer especial énfasis en aquellas labores de investigación desarrolladas en esta etapa, así como los resultados derivados de los diferentes estudios realzados. Mientras que, la parte confeccionada en español hace referencia a aquellos aspectos más descriptivos del documento de Tesis. / [CA] L'anàlisi dels olis lubrificants de motor, englobat dins de les tasques realitzades en el Oil Condition Monitoring (OCM), resulta ser una eina poderosa amb la qual s'és capaç d'extraure informació d'utilitat. Per aquest motiu, en aquesta Tesi es va decidir explotar aquest camp realitzant un estudi en profunditat centrat en tres aspectes: millorar les tècniques i protocols ja existents, desenvolupar procediments propis d'acord amb les necessitats i requisits del moment i, per a acabar, posar en valor la informació obtinguda de l'anàlisi dels lubrificants mitjançant l'ús de tractaments estadístics i quimiomètrics. Sota aquestes tres premisses, s'ha desenvolupat tota la tasca d'investigació d'aquesta Tesi. En primer lloc, en relació a l'anàlisi dels olis lubrificants, es va realitzar un estudi sobre la degradació de quatre formulacions d'olis lubrificants. En aquest estudi es van analitzar aspectes propis dels olis com: la seua viscositat cinemàtica, oxidació, nitració, caiguda dels additius antioxidants, etc. així com paràmetres de desgast de motor (monitorant la presència de metalls). Com a resultat d'aquest estudi va ser possible trobar limitacions en les tècniques actuals, la qual cosa va conduir a realitzar millores i/o adaptacions d'aquestes tècniques per a aconseguir obtindre la informació desitjada. El següent aspecte tractat en aquesta Tesi és una conseqüència de la necessitat de, en unes certes situacions, disposar d'informació sobre un o diversos paràmetres d'una determinada forma i amb un grau de precisió elevat. El cas en qüestió analitzat en la Tesi està relacionat amb la quantificació de sutge (soot en anglès). Respecte a la quantificació del soot es va requerir trobar una tècnica que fora capaç d'aportar informació d'una forma ràpida i, a més, poder detectar xicotets canvis. Aquesta tècnica va ser l'espectroscòpia Ultravioleta-Visible, amb la qual es va dissenyar un protocol analític que permetera treballar amb mostres d'oli lubrificant amb molt poc ús i, per tant, poca quantitat de soot dissolta, aconseguint resultats molt satisfactoris en períodes de temps curts. Finalment, a causa de la disponibilitat d'una quantitat de dades considerable fruit del treball realitzat durant tot el temps de duració de la Tesi, es va decidir emprar tota ella per a aconseguir extraure la màxima informació possible gràcies a l'ús de tractaments estadístics i quimiomètrics. Aquest treball, nou en la línia, es va dividir en dos vessants: la primera focalitzada en el conjunt de dades dels olis ja caracteritzats (procedents de l'estudi de la degradació dels olis) i l'altra part a trobar sinergies entre les tècniques espectroscòpiques (FT-IR i NIR) i els assajos de caracterització dels lubrificants. Com a resultat d'això, es van obtindre relacions entre paràmetres que anteriorment no es tenien presents així com models predictius de propietats dels lubrificants a partir de l'anàlisi dels seus espectres. El present document de Tesi es troba redactat en dos idiomes: en espanyol i en anglès. Principalment el document es troba redactat en anglès per a fer especial èmfasi en aquelles labors d'investigació desenvolupades en aquesta etapa així com els resultats derivats dels diferents estudis realitzats. Mentre que, la part confeccionada en espanyol, fa referència a aquells aspectes més descriptius del document de Tesi. / [EN] The analysis of engine lubricating oils, encompassed within the tasks carried out in Oil Condition Monitoring (OCM), is a powerful tool with which it is possible to extract useful information. For this reason, in this Thesis it has been decided to exploit this field by carrying out an in-depth study focusing on three aspects: improving existing techniques and protocols, developing our own procedures in accordance with current needs and requirements and finally, adding value to the information obtained from the analysis of lubricants through the use of statistical and chemometric treatments. All the research work in this Thesis has been carried out under these three premises. Firstly, in relation to the analysis of lubricating oils, a study was carried out on the degradation of four lubricating oil formulations. This study analysed aspects of the oils, such as their kinematic viscosity, oxidation, nitration, antioxidant additives depletion, etc. as well as engine wear parameters (monitoring the presence of metals). Using this study, it was possible to find limitations in the current techniques, which led to improvements and/or adaptations of these techniques in order to obtain the desired information. The next aspect dealt with in this Thesis is a consequence of the need, in certain situations, to have information about one or more parameters in a certain form and with a high degree of accuracy. The case in question analysed in the Thesis is related to the quantification of soot. With regard to soot quantification, it was necessary to find a technique that was capable of providing information quickly and, in addition, being able to detect small changes. This technique was Ultraviolet-Visible spectroscopy, with which an analytical protocol was designed to work with samples of lubricating oils with very little use and therefore, with a small amount of dissolved soot, achieving very satisfactory results in short periods of time. Finally, due to the availability of a considerable amount of information resulting from the work carried out throughout the duration of the Thesis, it was decided to use all of these data to extract as much information as possible, thanks to the use of statistical and chemometric treatments. This work, new in the research line, was divided into two parts: the first focused on the dataset of oils already characterised (from the study of oil degradation) and the other on finding synergies between spectroscopic techniques (FT-IR and NIR) and lubricant characterisation tests. As a result, relationships between previously unknown parameters were obtained, as well as predictive models of lubricant properties based on the analysis of their spectra. This Thesis document is written in two languages: Spanish and English. The document is mainly written in English in order to place special emphasis on the research work carried out at this stage, as well as the results derived from the different studies carried out. The part written in Spanish refers to the more descriptive aspects of the Thesis document. / García Barberá, A. (2022). Study of the Degradation of New Lubricant Oil Formulations with the Design and Demands of Current and Future Engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181668

[ES] En la actualidad, el ambito del transporte mediante el uso de vehículo ligero sufre un gran cambio hacia la descarbonización. Cada vez más, las autoridades europeas restrigen las emisiones de gases de efectos invernaderos hacia la atmósfera emitidos por estos vehículos. Soluciones alternativas a la propulsión con energía fósil, como la implementación de vehículos eléctricos o híbridos, no está lo suficientemente desarrollada para sustituir a los motores de combustión interna alternativos (MCIA), debido a su todavía alto coste de producción y baja infrastructura para abastecer la demanda de energ ́ıa eléctrica. En este contexto, la transición hacia una movilidad sostenible y renovable sigue pasando por el aumento de la eficiencia y la reducción del consumo de combustible en motores de combustión interna. Una alternativa a la mejora de la eficiencia es la reducción de las pérdidas mecánicas por fricción, o en otras palabras, optimización de la tribología. La tribología en un MCIA lleva asociada aspectos mecánicos como la optimización de los acabados superficiales de los distintos componentes que conforman el motor y la optimización de propiedades física, químicas y reológicas del aceite que lo compone. Esta última solución presenta un alto ratio beneficio/coste, ya que su implementación no lleva asociada ninguna modificiación en el hardware y su implementación es directa. Uno de los objetivos de la Tesis Doctoral, es desarrollar un modelo 1D que contenga la información tribológica de un motor de combustión interna que no se puede obtener experimentalmente, que contribuya al entendimiento y optimización de las pérdidas mecánicas por fricción y que ahorre el coste experimental asociado a entender la tribología desde el punto de vista empírico. Estos parámetros van desde el espesor de película de aceite entre los componentes de un par rozante hasta la contribucción a la fricción de las componentes hidrodinámicas y de asperezas de cada elemento rozante. Adem ́as, se ha desarrollado un modelo cuasi estacionario para cuantificar la energ ́ıa disipada por fricción en un ciclo de conducción real y el consumo de combustible asociado al mismo. As ́ı pues, a través de este modelo, se implementan soluciones que pasan desde aceites optimizados reológicamente hasta acabados superficiales de baja rugosidad, entendiendo la fenomenología asociada a cada tecnología y aportando parámetros claves para la optimización de dicha solución. Finalmente, se estima el ahorro en términos de consumo de combustible que se puede alcanzar con estas soluciones implementadas mediante el modelo cuasi estacionario en condiciones de conducción real / [EN] Currently, the field of light-duty vehicle transport is undergoing a major shift towards decarbonisation. Increasingly, European authorities are restricting emissions of greenhouse gases into the atmosphere from these vehicles. Alternative solutions to fossil fuel propulsion, such as the implementation of electric or hybrid vehicles, are not sufficiently developed to replace internal combustion engine alternatives (ICEs), due to their still high production cost and low infrastructure to meet the demand for electric power. In this context, the transition towards sustainable and renewable mobility continues to be based on increasing efficiency and reducing fuel consumption in internal combustion engines. An alternative to improving efficiency is the reduction of mechanical frictional losses, or in other words, optimisation of tribology. Tribology in an MCIA is associated with mechanical aspects such as the optimisation of the surface finishes of the different components that make up the engine and the optimisation of the physical, chemical and rheological properties of the oil that makes up the engine. This last solution presents a high benefit/cost ratio, as its implementation does not involve any hardware modification and its implementation is straightforward. One of the objectives of the Doctoral Thesis is to develop a 1D model that contains the tribological information of an internal combustion engine that cannot be obtained experimentally, which contributes to the understanding and optimisation of mechanical friction losses and saves the experimental cost associated with understanding tribology from an empirical point of view. These parameters range from the oil film thickness between two tribological components to the contribution to friction of the hydrodynamic and roughness components of each friction element. In addition, a quasi-stationary model has been developed to quantify the energy dissipated by friction in a real driving cycle and the associated fuel consumption. Thus, through this model, solutions ranging from rheologically optimised oils to low roughness surface finishes are implemented, understanding the phenomenology associated with each technology and providing key parameters for the optimisation of the solution. Finally, the savings in terms of fuel consumption that can be achieved with these solutions implemented using the quasi-stationary model in real driving conditions are estimated. / [CA] Actualment, l’àmbit del transport mitjan ̧cant l’us de vehicles lleugers pateix un gran canvi cap a la descarbonització. Cada vegada m ́es, les autoritats europees restringeixen les emissions de gasos d’efecte hivernacle cap a l’atmosfera emesos per aquests vehicles. Les solucions alternatives a la propulsió amb energia fòssil, com la implementació de vehicles elèctrics o híbrids, no està prou desenvolupada per substituir els motors de combustió interna alternatius (MCIA), a causa del seu encara alt cost de producció i baixa infraestructura per abastir la demanda d’energia elèctrica. En aquest context, la transició cap a una mobilitat sostenible i renovable continua passant per l’augment de l’eficiència i la reducció del consum de combustible en motors de combustió interna. Una alternativa per a la millora de l’eficiència es la reducció de les pèrdues mecàniques per fricció, o en altres paraules, la optimització del comportament tribològic del motor. La tribologia en un MCIA porta associada aspectes mecànics com ara l’optimització dels acabats superficials dels diferents components que conformen el motor i l’optimització de propietats física, químiques i reològiques de l’oli que va a emprar. Aquesta ́ultima solució presenta una alta ratio benefici/cost, ja que la seva implementació no porta associada cap modificació de la màquina i la seva implementació ́es directa. Un dels objectius de la Tesi Doctoral es desenvolupar un model 1D que permet obtindré la informació tribològica d’un motor de combustió interna que no es pot obtenir experimentalment, que contribueixi a l’enteniment i l’optimització de les pèrdues mecàniques per fricció i que estalvi ̈ı el cost experimental associat a entendre la tribologia des del punt de vista empíric. Aquests paràmetres van des de l’espessor de pel·lícula d’oli entre els components d’un parell tribològic fins a la contribució a la fricció dels components amb regim hidrodinàmic i de la rugositat de cada element. A més, s’ha desenvolupat un model gairebé estacionari per quantificar l’energia dissipada per fricció en un cicle de conducció real i el consum de combustible associat. Així, a traves d’aquest model, s’implementen solucions que passen des d’olis optimitzats reològicament fins a acabats superficials de baixa rugositat, entenent la fenomenologia associada a cada tecnologia i aportant paràmetres clau per optimitzar aquesta solució. Finalment, s’estima l’estalvi en termes de consum de combustible que es pot assolir amb aquestes solucions implementades mitjan ̧cant el model quasi estacionari en condicions de conducció real. / Agradezco al programa de Formación de Profesorado Universitario del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades por soportar financieramiente mis estudios doctorales (FPU18/02116) y la estancia de investigación que contribuyó a aumentar los conocimientos desarrollados en la presente tesis doctoral (EST21/00451). / Jiménez Reyes, AJ. (2022). Assessment and Optimization of Friction Losses and Mechanical Efficiency in Internal Combustion Engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/188986

I dagsläget finns det ingen standardiserad metod för att mäta en enhets tillstånd medhjälp av dofter. Vid tillståndsövervakning av rullningslager är vibrationsmätning denmest dominanta metoden. I samband med vibrationsmätning används i vissa falltemperaturövervakning för att få en bättre insikt på rullningslagrets tillstånd. I det härarbetet undersöks de om en elektronisk näsa kan avgöra ett rullningslagers tillstånd.Innan några mätningar påbörjas monterades en elektronisk näsa ihop i ett hölje sombestår av ett kretskort, metalloxid-sensorer och en fläkt för att styra dofter med ettkonstant flöde mot sensorerna. Den elektroniska näsan styrs av en Arduino Nanomikrokontroller. Utöver e-näsan sättes en enhet ihop tillhörande två temperaturgivareoch en luftfuktighetsgivare som styrs av en Arduino UNO. Enhetens syfte är att kunnakontrollera de rådande förhållandena vid mätningar och för att leta någon form avkorrelation mot e-näsan vid eventuella utslag. Förstörande prover av kullager utfördesför att se om e-näsan reagerar innan ett lagerhaveri. Testerna gjordes i en öppen samtsluten miljö och tre stycken olika oljor används för att smörja lagret. Detta för att seom e-näsan reagerar olika beroende på vilken olja som används. En undersökningutförs ifall den elektroniska näsan kan separera på de tre oljorna som används ilagertesterna. För att utvärdera mätresultaten används Excel och Minitab, därprincipalkomponentanalyser genomförs på all mätdata. Efter att alla lagerprover harverkställts utfördes en uppföljning av rullningslagrena för att studera deras tillstånd,detta genom ett optiskt mikroskop.Det framgår i rapporten att med hjälp av analysmetoden PCA syns det att denelektroniska näsan kunde skilja på hydraulolja, motorolja och växellådsolja. Utslag iPCA för de olika mätserierna blev inte identiska men det blev tydligaklusterindelningar hos samtliga mätserier. Genomförd studie visade att med delagerhaveri samt temperaturer går det inte att avgöra ett kullagers tillstånd med hjälpav en elektronisk näsa. Eftersom att de specifika gas-sensorerna som användes till enäsaninte gav någon form av utslag vid mätningarna. Den elektroniska näsanreagerade däremot vid totalhaveri av kullager, vilket är för sent i ett förebyggandeunderhållsperspektiv. Detta medförde att den elektroniska näsan inte kan användas förtillståndsövervakning av det specifika kullagret som användes vid denna studie. / At present, there is no standardized method of measuring a device's condition with thehelp of odors. In condition monitoring of rolling bearings, vibration measurement isthe most dominant method. In case of vibration measurement, temperature monitoringis used in some cases to get a better insight into the condition of the bearing. In thiswork, it is investigated whether an electronic nose can determine the condition of arolling bearing.Before any measurements began, an electronic nose is assembled in a housingconsisting of a circuit board, metal oxide sensors and a fan for stearing odors with aconstant flow towards the sensors. The electronic nose is controlled by an ArduinoNano which is a microcontroller. In addition to the e-nose, a unit is connected to twotemperature sensors and a humidity sensor controlled by an Arduino UNO. The unit'spurpose is to monitor the status and to look for any kind of correlation with the e-nosein case of any possible findings. Destructive specimens of ball bearings are performedto see if the e-nose responds prior to a bearing failure. Tests are conducted in an openand closed environment and three different oils are used to lubricate the bearings.This to see if the e-nose acts differently depending on the oil that is used. Aninvestigation is conducted if the electronic nose can separate the three different typesof oils that is used in the destructive bearing tests. To evaluate the measurementresults, Excel and Minitab are used, where principal component analysis is performedon all measurement data. After all bearing tests have been performed, a follow-up ofthe rolling bearings condition is performed, this through an optical microscope.The report shows that using the PCA analysis method, it appears that the electronicnose could distinguish between hydraulic oil, engine oil and gear oil. In the PCA forthe different measurement series the results did not become identical, but clusterdivisions became clear in all measurement series. Completed study showed that withthese bearing failures and temperatures, it is not possible to determine the condition ofthis ball bearer using an electronic nose. Because the specific gas sensors used for thee-nose did not give any kind of impact during the measurements. On the other hand,the electronic nose responded to a total failure of a ball bearing, which is too late in apreventative maintenance perspective. Therefore, the electronic nose cannot be usedfor condition monitoring of the specific ball bearing used in this study.

This study assessed the use of indigenous acaricides in Tsholotsho, Zimbabwe. An observational study design plus laboratory analysis were used in this study. Data on demographic profiles and tick control practices in 21 villages was collected using a questionnaire. Seven hundred and fifty nine (n=759) ticks were collected from cattle using systematic sampling at 15 dip tanks. Marula efficacy was assessed using pregnancy, repellence and mortality tests. Farmers used several tick control remedies (physical removal, chemicals, and plant and animal extracts), some of which have potential to harm the health of the public. Marula caused significant decrease in mass among pregnant ticks (p<0.05), had a significant kill percentage (p< 0.05), and also repelled, killed and hindered egg laying. The active ingredients in marula formulations should be investigated. The extra-label use of conventional acaricide, and the use of compounds with potential to harm the public health needs to be regulated. / Environmental Sciences / M. Sc. (Agriculture)

[ES] Con el aumento de la demanda de soluciones más amigables con el medio ambiente en la industria de la automoción, el motor de combustión interna alternativo (MCIA) enfrenta actualmente grandes desafíos para minimizar su consumo de recursos no renovables y especialmente, para reducir sus emisiones contaminantes. Debido a que el aporte de los MCIAs es fundamental para cubrir las necesidades de movilidad y de generación de energía alrededor de todo el mundo, y el hecho de que diferentes alternativas, como los motores eléctricos e hibrido, están y continuaran enfrentado múltiples obstáculos para su implementación masiva en el futuro cercano, la investigación continua en MCIA es fundamental para cumplir con los propósitos de reducción de emisiones. En este aspecto, una aproximación para el aumento de la eficiencia del motor y la reducción del consumo de combustible es mediante la implementación de alternativas dirigidas a reducir las pérdidas mecánicas por fricción. Estas alternativas tribológicas incluyen aquellas que requieren modificaciones en los componentes del motor, como materiales y acabados superficiales, y el uso de formulaciones de aceite lubricante de menor viscosidad o aditivos que mejoren las condiciones de lubricación del motor. Con la contante evolución y mejoras en el MCIA y las condiciones de trabajo cada vez más severas, también surgen nuevas alternativas tribológicas para enfrentar los nuevos desafíos del motor, y por tanto se requiere de investigaciones adicionales en este tema. Durante el desarrollo de esta Tesis, uno de los objetivos consistió en contribuir a la investigación del uso de aceites de baja viscosidad para el ahorro de combustible como un efecto conjunto con las condiciones de conducción del vehículo. Para llevar a cabo este objetivo, se desarrollaron ensayos experimentales bajo condiciones estacionarias en un banco de motor con formulaciones de aceite de diferente viscosidad HTHS, algunas de ellos con aditivo modificador de fricción para expandir el rango de reducción de fricción a condiciones de lubricación más severas. Los mapas de consumo de combustible resultantes de estos ensayos fueron utilizados en un modelo de simulación del vehículo para estimar su consumo de combustible como función del aceite y las condiciones de trabajo de tres ciclos de conducción. Con el objetivo de expandir los conocimientos en los fundamentos de lubricación de los MCIAs y tener la capacidad de evaluar otras alternativas para reducir las pérdidas por fricción, se consideró necesario enfocar la investigación en el conjunto pistón-camisa, que es el par tribológico con mayor aporte a las perdidas por fricción. Para conseguir este objetivo, durante esta Tesis se desarrolló una maqueta específica para el ensamble pistón-camisa, y un modelo teórico para simular la lubricación del segmento de compresión. Para la primera parte, la maqueta se desarrolló basada en el método de camisa flotante, en el cual la camisa fue aislada del resto del motor y la fuerza de fricción generada en la interfaz pistón-camisa pudo ser medida mediante sensores de fuerza. En esta instalación se desarrollaron diferentes ensayos los cuales permitieron llevar a cabo un análisis exhaustivo de los fundamentos de lubricación de este par tribológico como función de diferentes parámetros que tiene impacto en las condiciones de lubricación. Este estudio se complementó con el desarrollo de un modelo de lubricación para el segmento de compresión basado en el método de diferencias finitas. Finalmente, se llevó a cabo una comparativa de resultados experimentales y teóricos para el segmento de compresión, lo cual permitió validar los ensayos experimentales en la maqueta de camisa flotante, así como el modelo de simulación desde el punto de vista de datos de entrada, condiciones de contorno y supuestos. / [CA] Amb l'augment de la demanda de solucions més amigables amb el medi ambient en la indústria de l'automoció, el motor de combustió interna alternatiu (MCIA) s'enfronta actualment a grans desafiaments per minimitzar el seu consum de recursos no renovables i especialment, per reduir les seves emissions contaminants . Tenint en compte que l'aportació dels MCIA és fonamental per a cobrir les necessitats de mobilitat i generació d'energia arreu de tot el món, i el fet que diferents alternatives, com els motors elèctrics i híbrids, estan i continuaran enfrontat múltiples obstacles per a la seva implementació massiva al proper futur, la investigació contínua en MCIA és fonamental per complir amb els propòsits de reducció d'emissions. En aquest aspecte, una aproximació per a l'augment de l'eficiència del motor i la reducció de consum de combustible és mitjançant la implementació d'alternatives dirigides a reduir les pèrdues mecàniques per fricció. Aquestes alternatives tribològiques inclouen aquelles que requereixen modificacions de components del motor, com materials i acabats superficials, i l'ús de formulacions d'oli lubricant de menor viscositat o additius que milloren les condicions de lubricació del motor. Amb la constant evolució i millores en el MCIA i les condicions de treball cada vegada més severes, també sorgeixen noves alternatives tribològiques per enfrontar els nous desafiaments del motor, i per tant es requereix d'investigacions addicionals en aquest tema. Durant el desenvolupament d'aquesta Tesi, un dels objectius va consistir a contribuir a la investigació de l'ús d'olis de baixa viscositat per a l'estalvi de combustible com un efecte conjunt amb les condicions de conducció de vehicle. Per dur a terme aquest objectiu, es van desenvolupar assajos experimentals sota condicions estacionàries en un banc de motor amb formulacions d'oli de diferent viscositat HTHS, algunes d'elles amb additiu modificador de fricció per expandir el rang de reducció de fricció a condicions de lubricació més severes . Els mapes de consum de combustible resultants d'aquests assajos van ser utilitzats en un model de simulació del vehicle per estimar el seu consum de combustible com a funció de l'oli i les condicions de treball de tres cicles de conducció. Amb l'objectiu d'expandir els coneixements en els fonaments de lubricació dels MCIAs i tenir la capacitat d'avaluar altres alternatives per reduir les pèrdues per fricció, es va considerar necessari enfocar la recerca al conjunt pistó-camisa, que és el parell tribològic amb major aportació a les perdudes per fricció. Per aconseguir aquest objectiu, durant aquesta Tesi es va desenvolupar una maqueta específica per al acoblament pistó-camisa, i un model teòric per simular la lubricació del segment de compressió. Per a la primera part, la maqueta es va desenvolupar basada en el mètode de camisa flotant, en el qual la camisa va ser aïllada de la resta del motor i la força de fricció generada en la interfície pistó-camisa va poder ser mesurada mitjançant sensors de força. En aquesta instal·lació es van desenvolupar diferents assajos els quals van permetre dur a terme una anàlisi exhaustiva dels fonaments de lubricació d'aquest parell tribològic com a funció de diferents paràmetres que tenen impacte en les condicions de lubricació. Aquest estudi es va complementar amb el desenvolupament d'un model de lubricació per al segment de compressió basat en el mètode de diferències finites. Finalment, es va dur a terme una comparativa de resultats experimentals i teòrics per al segment de compressió, la qual cosa va permetre validar els assajos experimentals a la maqueta de camisa flotant, així com el model de simulació des del punt de vista de dades d'entrada, condicions de contorn i hipòtesis. / [EN] With the increasing demand for greener solutions in the automotive industry, the ICE is currently facing great challenges to minimize the consumption of nonrenewable resources and specially to reduce its harmful emissions. Given that the contribution of the ICE is fundamental to cover the actual mobility and power generation needs worldwide, and the fact that different power-train alternatives, such as electric and hybrid vehicles, are and will continue facing multiple obstacles for their large-scale implementation in the near future, the continuous research on the ICE is fundamental in order to meet the emissions reduction targets. In this regard, one approach to increase the engine efficiency and reduce the fuel consumption, is through the implementation of alternatives aimed to reduce the friction mechanical losses. These tribological alternatives include those that require modifications to the engine components, such as materials and surface finishes, and the use of lubricant oil formulation of lower viscosity or additives that improve the lubrication performance of the engine. With the ongoing evolution and improvement of the ICE and the increasingly severe working conditions, new tribological solutions also emerge to face the new challenges in the ICE, and therefore further research is required on this subject. During the development of this Thesis, one of the objectives was to contribute to the research on low viscosity engine oils for fuel economy as a joint effect with the driving conditions of the vehicle. To accomplish this, experimental tests were performed under stationary conditions in an engine bench test for oil formulations of different HTHS viscosity, some of them with friction modifier additive to expand the friction reduction effect to more severe lubrication conditions. The resultant fuel consumption maps were then employed in a vehicle model to estimate the fuel consumption of the vehicle as function of the oil formulation and the working conditions of the three driving cycles. With the aim of expanding the knowledge on the lubrication fundamentals of the engine and to have the capability to assess other alternatives to further reduce the friction mechanical losses, it was deemed necessary to focus the research on the piston-cylinder liner assembly, the tribo-pair of major friction share. In order to achieve this objective, a test rig was developed in this Thesis specific for the piston-liner assembly, and a theoretical model to estimate the lubrication of the piston compression ring. For the first part, the test rig was designed based on the floating liner method, where the cylinder liner was isolated from the rest of the engine and the friction force generated in the piston-liner conjunction could be measured by means of force sensors. Different tests were developed in this test rig which allowed a comprehensive analysis of the piston lubrication fundamentals as function of different parameters having an impact on the lubrication performance of this assembly. This study was complemented with the development of a piston compression ring lubrication model based on the finite differences method. A comparison of experimental and theoretical results was performed for the piston compression ring that helped to validate both the experimental tests in the floating liner and the simulation model from the point of view of input data, boundary conditions and assumptions. / Bastidas Moncayo, KS. (2021). Experimental and analytical study of the mechanical friction losses in the piston-cylinder liner tribological pair in internal combustion engines (ICE) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172188