Fuel-to-air ratio control under short-circuit conditions through UEGO sensor signal analysis

[EN] The impact of short-circuit pulses on the after-treatment system of a spark-ignited engine must be taken into account to keep the fuel-to-air equivalence ratio within the three-way catalyst window, thereby reducing pollutant emissions. The fuel-to-air equivalence ratio overestimation that suffers the wide-range ¿-sensor upstream three-way catalyst in the presence of short circuit is especially relevant. In this study, a novel approach to deal with the fuel-to-air equivalence ratio control under short-circuit conditions is introduced. Under this scope, this work proposes a strategy for the on-board correction of the aforementioned fuel-to-air equivalence ratio overestimation, by means of the information regarding short-circuit level that provides the frequency content of the ¿-sensor at the engine frequency. Finally, the potential of this approach to minimize pollutant emissions, in particular the NOx penalty arisen as a consequence of running the engine under leaner conditions than expected, is assessed through experimental tests.The author(s) disclosed receipt of the following financial support for the research, authorship, and/or publication of this article: The authors acknowledge the support of Spanish Ministerio de Economia, Industria y Competitividad through project TRA2016-78717-RGuardiola, C.; Pla Moreno, B.; Real, M.; Travaillard, C.; Dambricourt, F. (2020). Fuel-to-air ratio control under short-circuit conditions through UEGO sensor signal analysis. International Journal of Engine Research. 21(9):1577-1583. https://doi.org/10.1177/1468087418820747S15771583219Pagot, A., Duparchy, A., Gautrot, X., Leduc, P., & Monnier, G. (2006). Combustion Approach for Downsizing: the IFP Concept. Oil & Gas Science and Technology, 61(1), 139-153. doi:10.2516/ogst:2006009xLeduc, P., Dubar, B., Ranini, A., & Monnier, G. (2003). Downsizing of Gasoline Engine: an Efficient Way to Reduce CO2 Emissions. Oil & Gas Science and Technology, 58(1), 115-127. doi:10.2516/ogst:2003008Observer-based air fuel ratio control. (1998). IEEE Control Systems, 18(5), 72-83. doi:10.1109/37.722254Takiyama, T. (2001). Airâ fuel ratio control system using pulse width and amplitude modulation at transient state. JSAE Review, 22(4), 537-544. doi:10.1016/s0389-4304(01)00135-7Chen-Fang Chang, Fekete, N. P., Amstutz, A., & Powell, J. D. (1995). Air-fuel ratio control in spark-ignition engines using estimation theory. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 3(1), 22-31. doi:10.1109/87.370706Shafai, E., Roduner, C., & Geering, H. P. (1996). Indirect Adaptive Control of a Three-Way Catalyst. SAE Technical Paper Series. doi:10.4271/961038Yildiz, Y., Annaswamy, A. M., Yanakiev, D., & Kolmanovsky, I. (2010). Spark ignition engine fuel-to-air ratio control: An adaptive control approach. Control Engineering Practice, 18(12), 1369-1378. doi:10.1016/j.conengprac.2010.06.011Germann, H., Taglaiferri, S., & Geering, H. P. (1996). Differences in Pre- and Post-Converter Lambda Sensor Characteristics. SAE Technical Paper Series. doi:10.4271/960335Olsen, D. B., Hutcherson, G. C., Willson, B. D., & Mitchell, C. E. (2002). Development of the Tracer Gas Method for Large Bore Natural Gas Engines—Part I: Method Validation. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 124(3), 678-685. doi:10.1115/1.1454116Macian, V., Lujan, J. M., Guardiola, C., & Yuste, P. (2006). DFT-based controller for fuel injection unevenness correction in turbocharged diesel engines. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 14(5), 819-827. doi:10.1109/tcst.2006.876924Macián, V., Galindo, J., Luján, J. M., & Guardiola, C. (2005). Detection and Correction of injection failures in diesel engines on the basis of turbocharger instantaneous speed frequency analysis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 219(5), 691-701. doi:10.1243/095440705x2831

A bias correction method for fast fuel-to-air ratio estimation in diesel engines

l probes in turbocharged diesel engines are usually located downstream of the turbine, exhibiting a good dynamic response but a significant delay because of the exhaust line transport and the hardware itself. With the introduction of after-treatment systems, new sensors that can measure the exhaust concentrations are required for optimal control and diagnosis. Zirconia-based potentiometric sensors permit the measurement of nitrogen oxides and oxygen with the same hardware. However, their dynamic response is slower and more filtered than that of traditional l probes and, in addition, the sensor location downstream of the after-treatment systems increases this problem. The paper uses a Kalman filter for online dynamic estimation of the relative fuel-to-air ratio l21 in a turbocharged diesel engine. The combination of a fast drifted fuel-to-air ratio model with a slow but accurate zirconia sensor permits the model bias to be corrected. This bias is modelled with a look-up table depending on the engine operating point and is integrated online on the basis of the Kalman filter output. The calculation burden is alleviated by using the converged gain of the steady-state Kalman filter, precalculated offline. Finally, robustness conditions for stopping the bias updating are included in order to account for the sensor and model uncertainties. The proposed algorithm and sensor layout are successfully proved in a turbocharged diesel engine. Experimental and simulation results are included to support validation of the algorithm.This work was partially supported through project HIREFIRE (grant number: IPT-370000-2010-022).Guardiola, C.; Plá Moreno, B.; Blanco-Rodriguez, D.; Mazer, A.; Hayat, O. (2013). A bias correction method for fast fuel-to-air ratio estimation in diesel engines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 227(8):1099-1111. https://doi.org/10.1177/0954407012473415S109911112278Lu, X., Han, D., & Huang, Z. (2011). Fuel design and management for the control of advanced compression-ignition combustion modes. Progress in Energy and Combustion Science, 37(6), 741-783. doi:10.1016/j.pecs.2011.03.003Chiang, C.-J., Stefanopoulou, A. G., & Jankovic, M. (2007). Nonlinear Observer-Based Control of Load Transitions in Homogeneous Charge Compression Ignition Engines. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 15(3), 438-448. doi:10.1109/tcst.2007.894637Riegel, J. (2002). Exhaust gas sensors for automotive emission control. Solid State Ionics, 152-153, 783-800. doi:10.1016/s0167-2738(02)00329-6ZHUIYKOV, S., & MIURA, N. (2007). Development of zirconia-based potentiometric NOx sensors for automotive and energy industries in the early 21st century: What are the prospects for sensors? 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IEEE Transactions on Control Systems Technology, 3(1), 22-31. doi:10.1109/87.370706Wagner, J. R., Dawson, D. M., & Liu Zeyu. (2003). Nonlinear air-to-fuel ratio and engine speed control for hybrid vehicles. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 52(1), 184-195. doi:10.1109/tvt.2002.807156Muske, K. R., Jones, J. C. P., & Franceschi, E. M. (2008). Adaptive Analytical Model-Based Control for SI Engine Air–Fuel Ratio. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 16(4), 763-768. doi:10.1109/tcst.2007.912243Regitz, S., & Collings, N. (2008). Fast response air-to-fuel ratio measurements using a novel device based on a wide band lambda sensor. Measurement Science and Technology, 19(7), 075201. doi:10.1088/0957-0233/19/7/075201Galindo, J., Serrano, J. R., Guardiola, C., Blanco-Rodriguez, D., & Cuadrado, I. G. (2011). An on-engine method for dynamic characterisation of NOx concentration sensors. 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Estimation of the disturbance structure from data using semidefinite programming and optimal weighting. Automatica, 45(1), 142-148. doi:10.1016/j.automatica.2008.05.032Höckerdal, E., Frisk, E., & Eriksson, L. (2011). EKF-based adaptation of look-up tables with an air mass-flow sensor application. Control Engineering Practice, 19(5), 442-453. doi:10.1016/j.conengprac.2011.01.006Peyton Jones, J. C., & Muske, K. R. (2009). Identification and adaptation of linear look-up table parameters using an efficient recursive least-squares technique. ISA Transactions, 48(4), 476-483. doi:10.1016/j.isatra.2009.04.00

Fast estimation of diesel oxidation catalysts inlet gas temperature

With the tightening of on-board diagnostics requirements, accuracy of sensors is essential to monitor the efficiency and ensure a proper control of the after-treatment systems. Temperature sensors are commonly used in the exhaust line at the diesel oxidation catalyst-inlet of turbocharged diesel engines for control and diagnosis of the after-treatment system. In particular, negative temperature constant sensors are used for this purpose. However, due to the necessary robustness that on-board sensors must fulfil, thermal inertia causes significant differences during engine transient operating conditions in temperature measurements. A Kalman filter is proposed in this paper for the on-line dynamic estimation of the catalyst-inlet temperature, which combines a slow but accurate measurement of the on-board temperature sensor with a fast but drifted temperature model. A fast research-grade thermocouple is used as reference of the actual exhaust gas temperature as well as a frequency analysis is performed in order to calibrate the model and analyse results of the signal reconstruction. Results of the algorithm are then successfully proved in experimental transient tests and typical European approval test cyclesThis research has been partially financed by the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad, through project TRA2013-40853-R PRELIMIT.Guardiola, C.; Dolz García, VM.; Plá Moreno, B.; Mora-Pérez, J. (2016). Fast estimation of diesel oxidation catalysts inlet gas temperature. Control Engineering Practice. 56:148-156. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2016.08.020S1481565

Study of the turbocharger shaft motion by means of infrared sensors

This work describes a technique for measuring the precession movement of the shaft of small automotive turbochargers. The main novelty is that the technique is based on infrared light diode sensors. With presented technique it is possible to perform secure mounting of electronics and also to measure, with good accuracy, far enough from the turbocharger shaft. Both advantages allow applying it even in critical lubrication conditions and when blade contact occurs. The technique's main difficulties arise from the small size of the turbocharger shaft and the high precession movement in critical conditions. In order to generate the optimum albedo reflection for infrared measurement, a special cylindrical nut with larger diameter than the original one is assembled at the shaft tip in the compressor side. Following, shaft balancing, the calibration of the sensors and the compensation of errors from different sources are needed steps before the method is able to identify the main frequencies of shaft motion. Once synchronous and sub-synchronous frequencies have been obtained it is possible to reconstruct the instantaneous position of the shaft to determine its precession movement.This research has also been partially supported by the Programa de Desarrollo del Talento Humano de la Secretaria Nacional de Educacion Superior, Ciencia, Tecnologia e Innovacion del Gobierno Ecuatoriano No. 20100289.Serrano Cruz, JR.; Guardiola, C.; Dolz García, VM.; López, M.; Bouffaud, F. (2015). Study of the turbocharger shaft motion by means of infrared sensors. Mechanical Systems and Signal Processing. 56-57:246-258. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2014.11.006S24625856-5

In-cylinder pressure resonance analysis for trapped mass estimation in automotive engines

This thesis presents a new application for in-cylinder pressure sensors in internal combustion engines. The new method takes profit of the high-frequency content of the in-cylinder pressure signal to determine the speed of sound evolution during the expansion stroke and combines this estimation with the low-frequency content of the pressure signal and a volume estimation to obtain a measurement of the trapped mass. The new method is based on the studies of the resonance phenomenon in pent-roof combustion chambers and proposes three calibration procedures to determine the resonant frequency evolution when bowl-in-piston geometries are considered. The Fourier transform has been modified in order to include harmonics with frequency variations, which allows a rapid identification of the resonant modes with no need of time-frequency analysis, e.g. STFT or WD. The main limitation of the method resides in the resonance excitation, which may be insufficient in low-load conditions, such as idle. An observer is presented to overcome that problem. The observer takes into account the dynamics of the sensors, the dynamics at the intake manifold, and combines current flow sensors with intermittent measurements, such as the trapped mass obtained by the resonance method, to provide the system with accurate and robust measurements of the trapped mass, the EGR, and the composition at the exhaust. The trapped mass obtained by the resonance method has been compared with auxiliary methods in various experimental facilities: in a SI engine, where no EGR exist, the differences founded were below 1%, in a conventional CI light-duty engine the average of the differences over 808 operating conditions accounted for a 2.64 %, in a research heavy-duty RCCI engine, with EGR, port fuel gasoline, and direct diesel injections, the average difference was 2.17 %, and in a research two-strokes single cylinder engine, where significant short-circuit and residual gases exist, the differences founded were 4.36 %. In all the studied cases the differences founded with the reference estimation can be attributed to the auxiliary method employed and its expected error. In order to demonstrate the potential of the resonance method four applications for control and diagnosis of internal combustion engines have been proposed: the estimation of residuals in engines with NVO, the prediction of knock in SI engines, the estimation of the exhaust gases temperature, and a NOx model for CI engines. In the four applications the method was compared with current methodologies and with additional sensors, demonstrating the improvement in accuracy and a cycle-to-cycle resolution.Esta tesis presenta una nueva aplicación para los sensores de presión en cámara. El nuevo método utiliza el contenido de alta frecuencia de la señal de presión en cámara para estimar la evolución de la velocidad del sonido durante la expansión de los gases de escape y combina esta estimación con el contenido de baja frecuencia de la presión en cámara y el volumen instantáneo de la cámara para obtener una medida de la masa atrapada. El nuevo método está basado en los estudios de la resonancia en cámaras de combustión cilíndricas y propone tres procedimientos de calibración para estimar la evolución de la frecuencia de resonancia en cámaras de combustión con bowl. La transformada de Fourier ha sido modificada para considerar harmónicos con frecuencias que varían en el tiempo, lo que permite una rápida identificación de los modos de resonancia sin necesidad de utilizar un análisis en tiempo frecuencia, como por ejemplo STFT o WD. La principal limitación del método es la necesidad de excitación suficiente de la resonancia, que puede impedir su uso en condiciones de baja carga como el ralentí. Para solventar este problema se ha diseñado un observador. El observador incluye las dinámicas de los sensores, las dinámicas del colector de admisión, y combina los sensores actuales de flujo con medidas intermitentes (como la medida ofrecida por el nuevo método de la resonancia) para obtener medidas de la masa atrapada, del EGR y de la composición en el escape precisas y robustas. La medida de la masa atrapada obtenida por el método de la resonancia ha sido comparado con métodos auxiliares en diferentes instalaciones experimentales: en un motor SI, sin EGR, las diferencias con los sensores eran menores del 1%, en un motor convencional CI la media de las diferencias sobre 808 puntos de operación distintos ha sido de 2.64 %, en un motor de investigación con EGR, con inyección gasolina en el colector e inyección directa de diesel, las diferencias fueron de 2.17 %, y en un motor de investigación de dos tiempos, donde existían grandes cantidades de corto-circuito y gases residuales, las diferencias fueron de 4.36 %. En todos los casos estudiados las diferencias encontradas pueden ser atribuidas a los errores que caracterizan los métodos auxiliares utilizados para obtener la medida de referencia. Finalmente, para demostrar el potencial del método se han desarrollado cuatro aplicaciones para control y diagnóstico de motores de combustión interna alternativos: la estimación de gases residuales en motores con NVO, la predicción de knock en motores SI, la estimación de la temperatura de los gases de escape, y un modelo de NOx para motores CI. En las cuatro aplicaciones el método ha sido comparado con los sistemas de medidas actuales y con sensores adicionales, demostrando mejoras importantes en la precisión de la medida y una resolución de un solo ciclo.Aquesta tesi presenta una nova aplicació per als sensors de pressió en cambra. El nou mètode utilitza el contingut d'alta freqüència del senyal de pressió en cambra per estimar l'evolució de la velocitat del so durant l'expansió dels gasos d'eixida i combina aquesta estimació amb el contingut de baixa freqüència de la pressió en cambra i el volum instantani de la cambra per obtenir una mesura de la massa atrapada. El nou mètode està desenvolupat dels estudis de la ressonància en cambres de combustió cilíndriques i proposa tres procediments de calibratge per estimar l'evolució de la freqüència de ressonància en cambres de combustió amb bowl. La transformada de Fourier ha sigut modificada per considerar harmònics amb freqüències que varien en el temps, el que permet una ràpida identificació dels modes de ressonància sense necessitat d'utilitzar una anàlisi en temps-freqüència, com per exemple la STFT o la WD. La principal limitació del mètode és la necessitat d'excitació suficient de la ressonància, que pot impedir el seu ús en condicions de baixa càrrega, com al ralentí. Per solucionar aquest problema s'ha desenvolupat un observador. L'observador inclou les dinàmiques dels sensors, les dinàmiques del col·lector d'admissió, i combina els sensors actuals de flux amb mesures intermitents (com l'obtinguda pel nou mètode de la ressonància) per obtenir mesures de la massa atrapada, del EGR i de la composició d'eixida precises i robustes. La mesura de la massa atrapada obtinguda pel mètode de la ressonància ha sigut comparada en mètodes auxiliars en diferents instal·lacions experimentals: a un motor SI, sense EGR, les diferencies amb els sensors estaven per davall de l'1 %, a un motor convencional CI la mitja de les diferències sobre 808 punts d'operació diferents ha sigut de 2.64 %, a un motor d'investigació, en EGR, en injecció gasolina en el col·lector i injecció directa de dièsel, les diferències van ser de 2.17 %, i a un motor d'investigació de dos temps, on existien grans quantitats de curtcircuit i residuals, les diferencies foren de 4.36 %. En tots els casos estudiats les diferències trobades poden ser atribuïdes als errors que caracteritzen els mètodes auxiliars utilitzats per obtenir la mesura de referència. Finalment, per demostrar el potencial del mètode s'han desenvolupat quatre aplicacions per al control i diagnòstic de motors de combustió interna alternatius: l'estimació de gasos residuals en motors amb NVO, la predicció de knock en motors SI, l'estimació de la temperatura dels gasos d'eixida, i un model de NOx per a motors CI. En les quatre aplicacions el mètode ha sigut comparat amb els sistemes de mesures actuals i amb sensors addicionals, demostrant millores importants en la precisió de la mesura i una resolució de solament un cicle.Bares Moreno, P. (2017). In-cylinder pressure resonance analysis for trapped mass estimation in automotive engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9042

In-Cylinder Pressure-Based Control of Premixed Dual-Fuel Combustion

[ES] La actual crisis climática ha instado a la comunidad investigadora y a los fabricantes a brindar soluciones para hacer que el sector del transporte sea más sostenible. De entre las diversas tecnologías propuestas, la combustión a baja temperatura ha sido objeto de una extensa investigación. La combustión premezclada dual-fuel es uno de los conceptos que abordan el compromiso de NOx-hollín en motores de encendido por compresión manteniendo alta eficiencia térmica. Esta combustión hace uso de dos combustibles con diferentes reactividades para mejorar la controlabilidad de este modo de combustión en un amplio rango de funcionamiento. De manera similar a todos los modos de combustión premezclados, esta combustión es sensible a las condiciones de operación y suele estar sujeta a variabilidad cíclica con gradientes de presión significativos. En consecuencia, se requieren estrategias de control avanzadas para garantizar un funcionamiento seguro y preciso del motor. El control en bucle cerrado es una herramienta eficaz para abordar los desafíos que plantea la combustión premezclada dual-fuel. En este tipo de control, para mantener el funcionamiento deseado, las acciones de control se adaptan y corrigen a partir de una retroalimentación con las señales de salida del motor. Esta tesis presenta estrategias de control basadas en la medición de la señal de presión en el cilindro, aplicadas a motores de combustión premezclada dual-fuel. En ella se resuelven diversos aspectos del funcionamiento del motor mediante el diseño de controladores dedicados, haciéndose especial énfasis en analizar e implementar estas soluciones a los diferentes niveles de estratificación de mezcla considerados en estos motores (es decir, totalmente, altamente y parcialmente premezclada). Inicialmente, se diseñan estrategias de control basadas en el procesamiento de la señal de presión en el cilindro y se seleccionan acciones proporcionales-integrales para asegurar el rendimiento deseado del motor sin exceder las limitaciones mecánicas del motor. También se evalúa la técnica extremum seeking para realizar una supervisión de una combustión eficiente y la reducción de emisiones de NOx. Luego se analiza la resonancia de la presión en el cilindro y se implementa un controlador similar a aquel usado para el control de knock para garantizar el funcionamiento seguro del motor. Finalmente, se utilizan modelos matemáticos para diseñar un modelo orientado a control y un observador que tiene como objetivo combinar las señales medidas en el motor para mejorar las capacidades de predicción y diagnóstico en dicha configuración de motor. Los resultados de este trabajo destacan la importancia de considerar el control en bucle cerrado para abordar las limitaciones encontradas en los modos de combustión premezclada. En particular, el uso de la medición de presión en el cilindro muestra la relevancia y el potencial de esta señal para desarrollar estrategias de control complejas y precisas.[CA] L'actual crisi climàtica ha instat a la comunitat investigadora i als fabricants a brindar solucions per a fer que el sector del transport siga més sostenible. D'entre les diverses tecnologies proposades, la combustió a baixa temperatura ha sigut objecte d'una extensa investigació. La combustió premesclada dual-fuel és un dels conceptes que aborden el compromís de NOx-sutge en motors d'encesa per compressió mantenint alta eficiència tèrmica. Aquesta combustió fa ús de dos combustibles amb diferents reactivitats per a millorar la controlabilitat d'aquest tipus de combustió en un ampli rang de funcionament. De manera similar a tots els tipus de combustió premesclada, aquesta combustió és sensible a les condicions d'operació i sol estar subjecta a variabilitat cíclica amb gradients de pressió significatius. En conseqüència, es requereixen estratègies de control avançades per a garantir un funcionament segur i precís del motor. El control en bucle tancat és una eina eficaç per a abordar els desafiaments que planteja la combustió premesclada dual-fuel. En aquesta mena de control, per a mantindre el funcionament desitjat, les accions de control s'adapten i corregeixen a partir d'una retroalimentació amb els senyals d'eixida del motor. Aquesta tesi presenta estratègies de control basades en el mesurament del senyal de pressió en el cilindre, aplicades a motors de combustió premesclada dual-fuel. En ella es resolen diversos aspectes del funcionament del motor mitjançant el disseny de controladors dedicats, fent-se especial èmfasi a analitzar i implementar aquestes solucions als diferents nivells d'estratificació de mescla considerats en aquests motors (és a dir, totalment, altament i parcialment premesclada). Inicialment, es dissenyen estratègies de control basades en el processament del senyal de pressió en el cilindre i se seleccionen accions proporcionals-integrals per a assegurar el rendiment desitjat del motor sense excedir les limitacions mecàniques del motor. També s'avalua la tècnica extremum seeking per a realitzar una supervisió d'una combustió eficient i la reducció d'emissions de NOx. Després s'analitza la ressonància de la pressió en el cilindre i s'implementa un controlador similar a aquell usat per al control de knock per a garantir el funcionament segur del motor. Finalment, s'utilitzen models matemàtics per a dissenyar un model orientat a control i un observador que té com a objectiu combinar els senyals mesurats en el motor per a millorar les capacitats de predicció i diagnòstic en aquesta configuració de motor. Els resultats d'aquest treball destaquen la importància de considerar el control en bucle tancat per a abordar les limitacions trobades en la combustió premesclada. En particular, l'ús del mesurament de pressió en el cilindre mostra la rellevància i el potencial d'aquest senyal per a desenvolupar estratègies de control complexes i precises.[EN] The current climate crisis has urged the research community and manufacturers to provide solutions to make the transportation sector cleaner. Among the various technologies proposed, low temperature combustion has undergone extensive investigation. Premixed dual-fuel combustion is one of the concepts addressing the NOx-soot trade-off in compression ignited engines, while maintaining high thermal efficiency. This combustion makes use of two fuels with different reactivities in order to improve the controllability of this combustion mode over a wide range of operation. Similarly to all premixed combustion modes, this combustion is nevertheless sensitive to the operating conditions and traditionally exhibits cycle-to-cycle variability with significant pressure gradients. Consequently, advanced control strategies to ensure a safe and accurate operation of the engine are required. Feedback control is a powerful approach to address the challenges raised by the premixed dual-fuel combustion. By measuring the output signals from the engine, strategies can be developed to adapt and correct the control actions to maintain the desired operation. This thesis presents control strategies, based on the in-cylinder pressure signal measurement, applied to premixed dual-fuel combustion engines. Various objectives were addressed by designing dedicated controllers, where a special emphasis was made towards analyzing and implementing these solutions to the different levels of mixture stratification considered in these engines (i.e., fully, highly and partially premixed). At first, feedback control strategies based on the in-cylinder pressure signal processing were designed. Proportional-integral actions were selected to ensure the desired engine performance without exceeding the mechanical constraints of the engine. Extremum seeking was evaluated to track efficient combustion phasing and NOx emissions reduction. The in-cylinder pressure resonance was then analyzed and a knock-like controller was implemented to ensure safe operation of the engine. Finally, mathematical models were used to design a control-oriented model and a state observer that aimed to leverage the signals measured in the engine to improve the prediction and diagnostic capabilities in such engine configuration. The results from this work highlighted the importance of considering feedback control to address the limitations encountered in premixed combustion modes. Particularly, the use of the in-cylinder pressure measurement showed the relevance and potential of this signal to develop complex and accurate control strategies.This thesis was financially supported by the Programa Operativo del Fondo Social Europeo (FSE) de la Comunitat Valenciana 2014-2020 through grant ACIF/2018/141.Barbier, ARS. (2022). In-Cylinder Pressure-Based Control of Premixed Dual-Fuel Combustion [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18327

Estudio Teórico-Experimental de la Dinámica Rotacional de Turbocompresores de MCIA. Aplicación al Diagnóstico de Fallos

En este trabajo, el movimiento de giro del eje de un turbocompresor motor de combustión interna se mide mediante dos técnicas novedosas, la primera con el procesamiento digital de imágenes del eje del rotor durante el funcionamiento normal y anormal y la segunda técnica con sensores infrarrojos que basan su funcionamiento en el principio de albedo. Cada técnica aporta con información relevante para el conocimiento general de la dinámica rotacional en turbocompresores de MCIA, sin embargo la primera técnica aporta información más visual, como la aparición de aceite en el lado del compresor o la deformación de la punta del eje. La segunda técnica permita tener información con mayor resolución de frecuencia y datos más exactos acerca de las diferentes frecuencias de movimiento del eje. Estas técnicas son aplicadas para el estudio del comportamiento del turbocompresor en condiciones críticas de funcionamiento, las técnicas permiten la determinación de las condiciones más críticas en las que un turbocompresor de serie puede llegar a trabajar. Los ensayos experimentales siempre implican costos adicionales por lo tanto se pretende desarrollar un modelo de dinámica rotacional con el que se puedan identificar diferentes modos de vibración del turbocompresor sin la necesidad de un ensayo experimental. Dentro de la dinámica rotacional de turbocompresores un factor muy importante son los apoyos del rotor, es por esto que se ha realizado el cálculo de los coeficientes de amortiguación y rigidez de la película de lubricación con modelos sencillos analíticos, y modelos más complejos 2D y 3D con CFD. Al final se pretende realizar un ajuste del modelo de dinámica rotacional con los resultados experimentales y se realiza un estudio de sensibilidad de las variables que intervienen en la dinámica del eje.López Hidalgo, MA. (2014). Estudio Teórico-Experimental de la Dinámica Rotacional de Turbocompresores de MCIA. Aplicación al Diagnóstico de Fallos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/37746TESI