The very nearby M/T dwarf binary SCR 1845-6357

The recently discovered star SCR 1845-6357 is the first late M/T dwarf binary discovered. SCR 1845 is a particular object due to its tight orbit (currently around 4 AU) and its proximity to the Sun (3.85 pc). We present spatially resolved VLT/NACO images and low resolution spectra of SCR 1845 in the J, H and K near-infrared bands. Since the T dwarf companion, SCR 1845B, is so close to the primary SCR 1845A, orbital motion is evident even within a year. Following the orbital motion, the binary's mass can be measured accurately within a decade, making SCR 1845B a key T-dwarf mass-luminosity calibrator. The NIR spectra allow for accurate determination of spectral type and also for rough estimates of the object's physical parameters. The spectral type of SCR 1845B is determined by direct comparison of the flux calibrated JHK spectra with T dwarf standard template spectra and also by NIR spectral indices obtained from synthetic photometry. Constrained values for surface gravity, effective temperature and metallicity are derived by comparison with model spectra. Our data prove that SCR 1845B is a brown dwarf of spectral type T6 that is co-moving with and therefore gravitationally bound to the M8.5 primary. Fitting the NIR spectrum of SCR 1845B to model spectra yields an effective temperature of about 950K and a surface gravity log(g)=5.1 (cgs) assuming solar metallicity. Mass and age of SCR 1845B are in the range 40 to 50 Jupiter masses and 1.8 to 3.1 Gyr.Comment: 5 pages, 4 figures, accepted for publication in Astronomy & Astrophysic

Meta-heuristic algorithms in car engine design: a literature survey

Meta-heuristic algorithms are often inspired by natural phenomena, including the evolution of species in Darwinian natural selection theory, ant behaviors in biology, flock behaviors of some birds, and annealing in metallurgy. Due to their great potential in solving difficult optimization problems, meta-heuristic algorithms have found their way into automobile engine design. There are different optimization problems arising in different areas of car engine management including calibration, control system, fault diagnosis, and modeling. In this paper we review the state-of-the-art applications of different meta-heuristic algorithms in engine management systems. The review covers a wide range of research, including the application of meta-heuristic algorithms in engine calibration, optimizing engine control systems, engine fault diagnosis, and optimizing different parts of engines and modeling. The meta-heuristic algorithms reviewed in this paper include evolutionary algorithms, evolution strategy, evolutionary programming, genetic programming, differential evolution, estimation of distribution algorithm, ant colony optimization, particle swarm optimization, memetic algorithms, and artificial immune system

Control-oriented modelling and diagnostics of diesel after-treatment catalysts

[ES] Esta tesis doctoral abarca el desarrollo de algoritmos orientados a mejorar el sistema de control de emisiones en motores Diesel. Para este propósito, la inclusión en el vehículo de sensores embarcados como los de temperatura, los de NOx o el de NH3 permite realizar diagnóstico a bordo de los sistemas de post-tratamiento foco de este trabajo, los cuales son el DOC y el SCR. Así pues, el objetivo es el de satisfacer las normativas de diagnóstico a bordo para mantener las emisiones por debajo del umbral permitido por la normativa a lo largo del tiempo. Los tests experimentales, incluyendo las medidas con analizador de gases, permiten tener una visión más amplia de las especies en la línea de escape. Complementariamente, se utilizan unidades nuevas y envejecidas para tener el efecto experimental del envejecimiento en los catalizadores. De esta manera, se analiza el efecto de la temperatura, el gasto de escape, las concentraciones de las especies y el envejecimiento en el DOC y en el SCR, así como la evaluación de algunas de las medidas relevantes realizadas por los sensores. Las temperaturas tienen una influencia destacada en el funcionamiento de los catalizadores, por lo que se requiere la evaluación de las medidas de los sensores de temperatura, junto con el desarrollo de modelos de transmisión de calor, para alimentar las funciones a continuación desarrolladas. En este sentido, la medida lenta del sensor aguas arriba del DOC se mejora en condiciones transitorias mediante una técnica de fusión de la información basada en un filtro de Kalman. Luego, se presenta un modelo de transmisión de calor 1D y un modelo agrupado 0D, en los cuales se evalúan las entradas aguas arriba según el uso del modelo. Por otra parte, se presenta una técnica para estimar el incremento de temperatura debido a la oxidación de los pulsos de post-inyección en el DOC. Se proponen modelos para ambos DOC y SCR para estimar el efecto del envejecimiento en las emisiones, en los cuales el factor de envejecimiento es modelado como un parámetro sintonizable que permite variar desde estados nuevos a envejecidos. Por una parte, un modelo agrupado 0D es desarrollado para el DOC con el propósito de estimar el desliz de HC y CO, el cual es validado en un WLTC para después ser usado en simulación. Por otra parte, un modelo 1D y un modelo 0D se desarrollan para el SCR, los cuales se usan a continuación para alimentar la estrategia de diagnóstico y para simulación. Finalmente, las estrategias de diagnóstico se presentan para fallo total o retirada de DOC, así como para la estimación de la eficiencia en DOC y SCR. Por una parte, la primera estrategia se divide en pasiva y activa, en la que se usan post-inyecciones en la activa para excitar el sistema y confirmar el fallo total si es el caso. A continuación, la eficiencia del DOC se estima a través de una técnica indirecta en la que la temperatura de activación se detecta y se relaciona con el incremento de emisiones a través del modelo. Por otra parte, se desarrolla un observador para estimar el estado de envejecimiento del SCR, el cual está basado en un filtro de Kalman extendido. Sin embargo, para evitar asociar baja eficiencia del catalizador debido a pobre calidad de la urea inyectada, a envejecimiento del SCR, un indicador de la calidad de la urea se ejecuta en paralelo.[CA] Esta tesi doctoral abasta el desenvolupament d'algoritmes orientats a millor el sistema de control d'emissions en motors Diesel. Per a este propòsit, la inclusió en el vehicle de sensor embarcats com els de temperatura, els de NOx o el d'NH3 permet realitzar el diagnòstic a bord dels sistemes de post-tractament focus d'este treball, els quals són el DOC i el SCR. Així doncs, l'objectiu és el de satisfer les normatives de diagnòstic a bord per a mantindre les emissions per baix de l'umbral permés per la normativa al llarg del temps. Els tests experimentals, incloent les mesures amb analitzador de gasos, permeten obtindre una visió més àmplia de les espècies en la línia d'escapament. Complementàriament, s'utilitzen unitats noves i envellides per tal de tindre l'efecte experimental de l'envelliment en els catalitzadors. D'aquesta manera, s'analitza l'efecte de la temperatura, la despesa d'escapament, les concentracions de les espècies i l'envelliment en el DOC i en el SCR, així com l'avaluació d'algunes mesures rellevants realitzades pels sensors. Les temperatures tenen una influència destacada en el funcionament dels catalitzadors, pel que es requerix l'avaluació de les mesures dels sensors de temperatura, junt amb el desenvolupament de models de transmissió de calor, per a alimentar les funcions a continuació desenvolupades. En este sentit, la mesura lenta del sensor a l'entrada del DOC es millora en condicions transitòries mitjançant una tècnica de fusió de la informació basada en un filtre de Kalman. Després, es presenta un model de transmissió de calor 1D i un model agrupat 0D, en els quals s'avaluen les entrades a l'entrada segons l'ús del model. Per altra banda, es presenta una tècnica per a estimar l'increment de temperatura degut a l'oxidació dels polsos de post-injecció en el DOC. Es proposen models per a DOC i SCR per a estimar l'efecte de l'envelliment en les emissions, en els quals es modela el factor d'envelliment com un paràmetre sintonitzable, que permet variar des d'estats nous a envellits. Per altra banda, un model agrupat 0D _es desenvolupat per al DOC amb el propòsit d'estimar la relliscada de HC i CO, el qual és validat en un WLTC per a després ser usat en simulació. Per altra banda, un model 1D i un model 0D es desenvolupen per al SCR, els quals s'usen a continuació per a alimentar l'estratègia de diagnòstic i per a simulació. Finalment, les estratègies de diagnòstic es presenten per a la fallada total o retirada del DOC, així com per a l'estimació de l'eficiència en DOC i SCR. Per altra banda, la primera estratègia es divideix en passiva i activa, en la que s'utilitzen post-injeccions en la activa per a excitar el sistema i confirmar la fallada total si es dona el cas. A continuació, l'eficiència del DOC s'estima a través d'una tècnica indirecta en la que la temperatura d'activació es detecta i es relaciona amb l'increment d'emissions a través del model. Per altra banda, es desenvolupa un observador per a estimar l'estat d'envelliment del SCR, el qual està basat en un filtre de Kalman extés. No obstant això, per a evitar associar baixa eficiència degut a pobre qualitat de l'urea injectada a l'envelliment del SCR, un indicador de la qualitat de l'urea s'executa en paral·lel.[EN] This dissertation covers the development of algorithms oriented to improve the emission control system of Diesel engines. For this purpose, the inclusion of on-board sensors like temperature, NOx and NH3 sensors allows performing on-board diagnostics to the after-treatment systems focus of this work, which are the DOC and the SCR system. Then, the target is to meet on-board diagnostics regulations in order to keep emissions below a regulation threshold over time. Experimental tests, including gas analyzer measurements, allow having a wider view of the species in the exhaust line. Complementary, new and aged units are used in order to have the experimental effect of ageing on the catalysts. Then, the effect of temperature, exhaust mass flow, species concentrations and ageing is analyzed for DOC and SCR, in combination with the assessment of some relevant sensors measurements. As a result, the characteristics, opportunities and limitations extracted from experimental data are used as the basis for the development of models and diagnostics techniques. The assessment of temperature sensors measurements, along with the development of heat transfer models is required to feed temperature dependent functions. In this sense, the slow measurement of the DOC upstream temperature sensor is improved in transient conditions by means of a data fusion technique, based on a fast model and a Kalman filter. Then, a 1D and a 0D lumped heat transfer models are presented, in which the upstream inputs are assessed in relation to its use. On the other hand, a technique to estimate the temperature increase due to post-injection pulses oxidation is also presented. Both DOC and SCR models are proposed in order to estimate the effect of ageing on emissions, in which an ageing factor is modelled as a tunable parameter that allows varying from new to aged states. On the one hand, a 0D lumped model is developed for DOC in order to estimate the HC and CO species slip, which is validated in a WLTC and is then used for simulation. On the other hand, a 1D and a 0D models are developed for SCR, which are then used to feed the diagnostics strategy and for simulation. Finally, diagnostics strategies are presented for total failure or removal of DOC, as well as for efficiency estimation of DOC and SCR. On the one hand, the former strategy is separated into passive and active diagnostics, in which post-injections are used in active diagnostics in order to excite the system and confirm a total failure, in case. Then, the DOC efficiency estimation is done by means of an indirect technique in which the light-off temperature is detected and an emissions increase is related by means of the DOC ageing model. On the other hand, an observer to estimate the SCR ageing state is developed, which is based on an extended Kalman filter. However, in order to avoid associating low SCR efficiency to ageing, an indicator of the injected urea quality is developed to run in parallel.Mora Pérez, J. (2018). Control-oriented modelling and diagnostics of diesel after-treatment catalysts [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115937TESI

Advanced DOC-DPF Model to Predict Soot Accumulation and Pressure Drop in Diesel Particulate Filters

Diesel Particulate Filters (DPFs) are regarded as the most effective technology to reduce particulate matter (PM) emissions from modern diesel engines. PM mass collected inside the filter needs to be periodically oxidized to clean the porous walls in order to avoid excessive backpressure that could negatively affect engine and turbocharger performances leading to higher fuel consumption. Diesel Oxidation Catalysts (DOCs), on the other hand, represent an effective means to reduce hydrocarbon (HC) emissions and set the proper chemical conditions at the inlet of the DPF to enhance soot oxidation during filter regeneration. Due to the impact that these devices have on tailpipe emissions, monitoring functions aimed at assessing the health of these systems need to be implemented in the engine on-board diagnostics (OBD) system. Further, in-depth understanding of filtration and regeneration mechanisms, together with the ability of predicting actual DPF loading conditions, could play a key role in optimizing regeneration strategies adopted to keep the particulate filter within safe operating conditions. Hence, the use of real-time, yet accurate models is of primary importance to face with advanced control challenges, such as the integration of DOCs and DPFs with the engine or other critical aftertreatment components, or to properly develop model-based OBD monitors.;This study aims at addressing the challenges related with real-time modeling of both DOCs and DPFs with special regard to the calibration of key parameters. At first, the development of a 1-D model for the diesel oxidation catalyst is presented;: two different approaches representing two different trade-offs in terms of model complexity/speed are discussed and analyzed. A 1-D model of a DPF is then presented, addressing the coupling of filtration and regeneration over cake, washcoat and wall thicknesses. Moreover, the approach followed to develop the DPF model is innovative as it is directly integrated via analytical functions, thus improving the discretized approach used in similar models. Finally, an innovative model tuning methodology called Virtual Conditioning is presented and applied to generate robust model calibrations.;Numerical results are compared with experimental data gathered at West Virginia University\u27s (WVU) Engine and Emissions Research Laboratory (EERL) using a Mack heavy-duty diesel engine coupled to a Johnson Matthey C-CRT aftertreatment system. The study shows that: a) DOC model is capable of predicting outlet emissions concentrations with an accuracy within 15% and minimal computational requirements over both steady-state and transient operating conditions; b) DPF wall and washcoat layer present different regeneration and collection dynamics, whose behavior is important to capture filter pressure drop and temporal evolution of the collected mass; c) Advanced filtration and regeneration process treatment in the wall together with a robust calibration process allow for the use of constant model parameters to replicate combinations of steady-state and transient engine cycles; and d) the model can be used to track back pressure and mass history of DPFs under subsequent regeneration and loading processes with an accuracy of 20%

Kinetic Intersections as a Source of Information on Rate Coefficients

C

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-situ studies of bulk deformation structures: Static properties under load and Dynamics during deformation

(Abridged, full abstract available in the text) The main goal of the study presented in this thesis was to perform in-situ investigations on deformation structures in plastically deformed polycrystalline copper at low degrees (<5%) of tensile deformation. Copper is taken as a model system for pure fcc metals. A novel synchrotron-radiation based technique has been developed. The technique allows for in-situ 3D reciprocal space mapping of reflections from deeply-embedded individual grains in polycrystalline samples during tensile deformation. We have shown that the resulting 3D maps from copper, consists of bright sharp peaks superimposed on a cloud of enhanced intensity. It is concluded that the individual peaks arise from the individual dislocation-free regions (the subgrains) in the dislocation structure. Based on data taken under static load, the strain distribution in and between the individual subgrains is analyzed and compared to composite type models. The consequences of stress relaxation and unloading is moreover discussed. The dynamics of the dislocation structure are investigated by continuous and stepwise deformation experiments. On the basis of such data the unset of subgrain formation and the subgrain refinement process is analyzed.Comment: Ph.D. thesis, 120 pages, 45 figure

Application of a novel respirometric methodology to characterize mass transfer and activity of H2S-oxidizing biofilms in biotrickling filter beds

The elimination capacity of gaseous H2S biofiltration can be limited either by mass transfer or bioreaction in the biofilm. Assessment of the biological activity of immobilized cells (biofilm) usually implies morphological and physiological changes during the adaptation of cells to respirometric devices operated as suspended cultures. In this study, respirometry of heterogeneous media is advised as a valuable technique for characterizing mass transport and biological activity of H2S-oxidizing biofilms attached on two packing materials from operative biotrickling filters. Controlled flows of liquid and H2S-containing air were recirculated through a closed heterogeneous respirometer allowing a more realistic estimation of the biofilm activity by the experimental evaluation of the oxygen uptake rate (OUR). Specific maximum OUR of 23.0 and 38.5 mmol O-2 (g biomass min)(-1) were obtained for Pall rings and polyurethane foam, respectively. A mathematical model for the determination of kinetic-related parameters such as the maximum H2S elimination capacity and morphological properties of biofilm (i.e., thickness and fraction of wetted area of packing bed) was developed and calibrated. With the set of parameters obtained, the external oxygen mass transport to the wetted biofilm was found to limit the global H2S biofiltration capacity, whereas the non-wetted biofilm was the dominant route for the gaseous O-2 and H2S mass transfer to the biofilm. Oxygen diffusion rate was the limiting step in the case of very active biofilms.Peer ReviewedPostprint (author’s final draft