Developing Tier 5 engine raw emissions model

Abstract. The renewal of emission legislation has posed even more challenges to engine manufacturers with the tightening of emission limits. To get below the limit values, the engine requires modern technology and a complex exhaust aftertreatment (EAT) system, which has increased the importance of information related to the engine’s raw emissions. Especially the soot emissions produced by the engine, because in order to achieve the best fuel efficiency and avoid faults, the regeneration of the particulate filter must be carried out in a timely manner. The most common method of measuring the amount of soot in commercial machines and particle filters is the pressure drop across the filter, the accuracy of which is insufficient under certain conditions. Various models to estimate the raw emissions produced by the engine have been developed for control purposes. The goal of this work was to develop a raw emission model for the engine of the future Tier 5 emission legislation for the control of the EAT system. AGCO has used a raw emission model before, but since the previous emission limits were achieved without an exhaust gas recirculation (EGR) system, the latest emission model did not include EGR. One of the challenges of the work, and one of the main purposes, was to find out how the EGR’s effect on emissions can be modelled. In addition, when developing the model, it had to be considered that it will be used to estimate raw emissions in real driving conditions, which is why its calculation must be fast and at the same time sufficiently accurate. The work has familiarized itself with the formation principles of different emissions in the combustion process and investigated the importance of the engine control parameters affecting them. At the time the work was performed, the mentioned Tier 5 engine was still in the development phase and therefore the model was created using the existing test data from older engine. The model was created with Simulink, which is a MATLAB graphical environment that can be used to model and simulate dynamic systems in various areas of technical computing. Simulations have been run with the created model at steady operating points, as well as with a test cycle (NRTC) designed for off-road vehicles. Based on the simulation results, the created model is a potential alternative to models based on more complex physical and chemical phenomena. However, the accuracy of the model can be improved, as it was created entirely using already existing measurement data, and the necessary tests for the final calibration of the model could not be performed. In case of NOx emissions, the accuracy of the model was good, as the correlation of the NOx emissions estimated in the NRTC simulation with the measured ones was 0.9513. In the case of soot emissions, there was much more room for improvement, as the correlation with the measured values was only 0.7702. The poor accuracy for soot emissions is due to the highly nonlinear behavior of soot in transient situations. The structure of the created model is very simple, and its calibration does not require an unreasonable amount of effort, which is why it is a potential alternative for evaluating raw engine emissions in real-time applications.Tier 5 moottorin raakapäästömallin suunnittelu. Tiivistelmä. Päästölainsäädännön uudistuminen on asettanut moottorivalmistajille entistä enemmän haasteita tiukentuvien päästörajojen myötä. Raja-arvojen alle pääsemiseen vaaditaan moottorilta modernia teknologiaa sekä monimutkaista pakokaasunpuhdistusjärjestelmää, mikä on lisännyt moottorin raakapäästöihin liittyvän informaation merkitystä. Etenkin moottorin tuottamien nokipäästöjen, sillä parhaan polttoainetehokkuuden saavuttamiseksi ja vikojen välttämiseksi partikkelisuodattimen regenerointi on suoritettava oikea-aikaisesti. Yleisin nokimäärän mittausmenetelmä kaupallisissa koneissa ja partikkelisuodattimissa on paine-ero suodattimen yli, minkä tarkkuus on tietyissä olosuhteissa riittämätön. Erilaisia malleja, joilla arvioidaan moottorin tuottamia raakapäästöjä, on kehitetty ohjaustarkoituksiin. Tämän työn tavoitteena oli kehittää raakapäästömalli tulevan Tier 5 päästölainsäädännön moottorille pakokaasunpuhdistusjärjestelmän ohjausta varten. AGCO:lla on ollut käytössä raakapäästömalli aiemminkin, mutta koska aiemmat päästörajat on saavutettu ilman pakokaasunkierrätysjärjestelmää (EGR), ei viimeisin päästömalli sisältänyt EGR:ää. Yksi työn haasteista, ja päätarkoituksista oli selvittää, kuinka EGR:n vaikutus päästöihin voidaan mallintaa. Lisäksi mallin kehittämisessä oli huomioitava, että sitä tullaan käyttämään raakapäästöjen arviointiin todellisissa ajo-olosuhteissa, minkä vuoksi sen laskennan täytyy olla nopeaa ja samanaikaisesti riittävän tarkkaa. Työssä on perehdytty eri päästöjen muodostumisperiaatteisiin moottorin paloprosessissa, sekä tutkittu niihin vaikuttavien moottorinohjausparametrien merkitystä. Työn suoritusaikaan mainittu Tier 5 moottori on yhä ollut kehitysvaiheessa, joten malli on luotu hyväksikäyttäen olemassa olevaa testausdataa vanhemmasta moottorista. Malli on luotu Simulinkillä, mikä on MATLABin graafinen ympäristö, jolla voidaan mallintaa ja simuloida dynaamisia järjestelmiä eri teknisen laskennan osa-alueilla. Luodulla mallilla on ajettu simulointeja tasaisissa toimintapisteissä, sekä off-road ajoneuvoille suunnitellulla testisyklillä (NRTC). Simulointituloksien perusteella, luotu malli on potentiaalinen vaihtoehto monimutkaisemmille fyysisiin ja kemiallisiin ilmiöihin perustuville malleille. Mallin tarkkuudessa on kuitenkin parannettavaa, sillä se luotiin kokonaan valmista mittausdataa käyttäen, eikä tarvittavia testejä mallin lopullista kalibrointia varten päästy suorittamaan. NOx päästöjen osalta mallin tarkkuus oli tyydyttävä, sillä NRTC:n simuloinnissa arvioitujen NOx päästöjen vastaavuussuhde mitattujen kanssa oli 0.9513. Nokipäästöjen kohdalla jäi huomattavasti enemmän parannettavaa, sillä korrelaatio mitattujen arvojen kanssa oli vain 0.7702. Heikko tarkkuus nokipäästöjen kohdalla johtuu noen voimakkaasti epälineaarisesta käyttäytymisestä transientti tilanteissa. Luodun mallin rakenne on hyvin yksinkertainen, sekä sen kalibrointi ei vaadi kohtuuttoman paljon vaivaa, minkä vuoksi se on potentiaaline vaihtoehto moottorin raakapäästöjen arviontiin reaaliaikaisissa sovelluksissa

Designing a cooling system for a Formula Student race car

Abstract. The aim of this bachelor’s thesis is to document the primary design of the liquid cooled cooling system for a Formula Student race car and to get acquainted with the basics of a modern liquid-cooled cooling system. The physics in the cooling is presented with the working principle of the cooling system itself. Finally, the primary design of a liquid-cooled cooling system for a Formula Student race car is presented with a brief summary of the results. Another aim of this thesis is also to provide a comprehensive but brief package of information regarding the cooling system and its design especially for the new members of Formula Student Oulu (FSO) to help in the continuity of development and to ease the familiarization of the subject. The applied theory has been gathered mainly on the subject-related literature. The emphasis in the theory is in the heat exchanger and water pump sizing due to dominant role in the cooling system. Due to lack of component properties few assumptions had to be made during the design process but as the successful result shows, assumptions have been adequately good. However, this leads in the difficulty of design improvements due to number of possible parameter changes. Though, the design method is very applicable in the automotive use and thoughts about the development and next steps are presented also at the end of the thesis.Jäähdytysjärjestelmän suunnittelu Formula Student -kilpa-autoon. Tiivistelmä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on dokumentoida nestejäähdytteisen jäähdytysjärjestelmän suunnitteluprosessi sekä tutustua modernin nestejäähdytteisen jäähdytysjärjestelmän perusteisiin. Jäähtymisen teoria on esitetty jäähdytysjärjestelmän toimintaperiaatteen lisäksi. Viimeisenä esitellään Formula Student -kilpa-autoon suunniteltu jäähdytysjärjestelmä lyhyen tuloskatsauksen kera. Työn toisena tavoitteena on toimia kattavana mutta tiiviinä informaatiopakettina erityisesti uusille Formula Student Oulun jäsenille helpottaakseen suunnittelutyön kehitystä ja aiheeseen tutustumista. Teorialähteinä on käytetty pääasiassa alan kirjallisuutta. Painotus teoriassa kohdistuu jäähdyttimen ja vesipumpun mitoitukseen johtuen niiden suuresta roolista jäähdytysjärjestelmän toiminnassa. Suunnitteluprosessin edetessä muutamia arvioita jouduttiin tekemään puutteellisten komponenttien ominaisuustietojen takia, mutta kuten tulokset osoittavat, arviot olivat riittävän hyviä. Tästä syystä tulevaisuuden kehitystyö on kuitenkin hieman vaikeampaa johtuen muuttujien suuresta määrästä. Suunnittelumetodi on kuitenkin erinomaisesti sovellettavissa autoteollisuuden kohteisiin ja parannusehdotuksia on listattukin työn loppupuolella

Exploring how Reflective Exercises affect First-Year Engineering Epistemological and Intelligence Beliefs

This work explores the effects of the implementation of a KWL reflective learning exercise on first-year engineering students’ self-efficacy, intelligence beliefs (mindset), and epistemological beliefs. A sample of 428 first-year engineering students were divided into three groups: a) control, b) exposure to KWL, and c) used KWL. Significant differences were found in self-efficacy between the groups with more efficacious students being less likely to utilize the KWL activity. Seventy-seven percent of the students who used the KWL activities reported positive learning outcomes by using the KWL activity to focus their class preparation or to reflect on their learning. No significant effects of KWL implementation were found on student mindset or epistemological beliefs. There were changes in mindset with respect to gender. While 47.8% of students started with a growth mindset, by the end of the semester male students shifted towards a fixed mindset and female students maintained their growth mindset

Tailoring the mechanical properties of 3D-designed poly(glycerol sebacate) scaffolds for cartilage applications

Matching tissue engineering scaffold modulus to that of native tissue is highly desirable. Effective scaffold modulus can be altered through changes in base material modulus and/or scaffold pore architecture. Because the latter may be restricted by tissue in-growth requirements, it is advantageous to be able to alter the base material modulus of a chosen scaffold material. Here, we show that the bulk modulus of poly(glycerol sebacate) (PGS) can be changed by varying molar ratios during prepolymer synthesis and by varying curing time. We go on to show that PGS can be used to create 3D designed scaffolds via solid freeform fabrication methods with modulus values that fall within the ranges of native articular cartilage equilibrium modulus. Furthermore, using base material modulus inputs, homogenization finite element analysis can effectively predict the tangent modulus of PGS scaffold designs, which provides a significant advantage for designing new cartilage regeneration scaffolds. Lastly, we demonstrate that this relatively new biomedical material supports cartilaginous matrix production by chondrocytes in vitro . © 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res, 2010Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/75767/1/32653_ftp.pd

A classical particle with spin realized by reduction of a nonlinear nonholonomic constraint

In this paper we describe the motion of a nonlinear nonholonomically constrained system which after reduction realizes a nonrelativistic classical particle with spin

Some effects of applied stress on early stages of cavitation damage

The phenomenon of cavitation flow damage is discussed. The initial phases of damage and the effect of external stresses on the extent to which damage is incurred are analyzed. Three experimental facilities were used to procure the data required: (1) a water loop with venturi, (2) a mercury loop with venturi, and (3) a vibratory facility (stationary specimen, nonflow system). A description of each system is provided for the clarification of test conditions. Photographs of typical cavitation damage instances are included

Health behaviours and attitudes towards being role models

Nurses are often viewed by the general public as role models for health. This study investigated health behaviours in pre-registered nurses and their attitudes towards being role models to their patients. In total, 540 pre-registered nurses self-reported their level of physical activity, smoking habits, alcohol intake and dietary habits. Overall, 24% were overweight or obese, 47% were not physically active enough to benefit their health, 73% did not eat the recommended five portions of fruit and vegetables per day, 40% reported binge drinking and 17% were smokers. However, respondents commonly held the belief that nurses should be role models for health, although opinions varied according to the individual's own health profile. Despite being educated in health promotion practice, health behaviours were less than exemplary in this sample and for many, appeared contradictory to participant's beliefs that nurses should be exemplars for health. Nursing education should emphasise the importance of translating learning to their own health behaviours to support a healthy future NHS workforce

Valkoisten vangit Kajaanissa 1918:tutkielma ilmiön paikallisesta taustasta, pidätettyjen epäillystä toiminnasta, vankikohtaloista ja valtiorikosoikeuden tuomioista

Tiivistelmä. Tämä tutkielma on historiallinen perusselvitys Kajaanin vankileirin toiminnasta vuonna 1918, ja kattava erittely leirin vangeista. Kajaanin vankileiri toimi 7.2.–15.5.1918. Sitä ylläpiti valkoisten sotilastoimintaa Kainuussa johtanut Kajaanin Sissirykmentti, jonka tuottama asiakirja-aineisto on yksi tämän työn keskeisistä lähteistä. Leirin toiminta alkoi Kajaanin työväenkaartin johtajien pidätyksistä ja kuulusteluista. Pian pidätettiin kaartin rivimiehiä, ja kohta myös asevelvollisuusrikkureita. Kaikkien näiden ryhmien kuulustelut Kajaanin vankileirissä tuottivat tuntemattoman määrän kuulustelupöytäkirjoja, joista tämän työn lähdeaineisto — etupäässä vankien VRO-aktit — käsittää useita satoja. Kuulusteluja Kajaanissa tekivät paikallinen tutkijalautakunta sekä valkoisten tiedustelu, joiden välinen raja oli häilyvä. Tässä työssä kuvataan hajanaisia viitteitä yhdistellen myös vankeusoloja. Aluksi Kajaanin vankeja pidettiin valkoisten tukikohta-alueella opettajaseminaarilla, mutta vankimäärän kasvaessa pian myös kihlakunnanvankila ja poliisiputkat otettiin sota-ajan pidätysleirikäyttöön. Eri mittaisia pidätysaikoja Kajaanin vankileirissä vietti yhteensä 263 henkilöä. Vankimäärän hetkellinen huippu nähtiin 20.3. jolloin vankeja oli laskelmani mukaan 112. Suurimmalla osalla vangeista pidätysjakso kesti alle kuukauden. Tutkimistani vangeista ammuttiin viisi — tässä työssä sivutaan myös Kajaanin valkoisten vastuuta heidän kohtaloihinsa liittyen. Kajaanin vankileiri oli yksi kymmenistä pidätysleireistä, joita valkoiset perustivat hallitsemilleen alueille. Tällaiset maaseudun aluekeskuksien sota-ajan pidätysleirit jäivät vankimääriltään huomattavasti pienemmiksi kuin paremmin tunnetut ”keskusleirit” eli sotavankileirit, joiden toiminta jatkui myös sodan päätyttyä. Sodan lopuksi Kajaanin vangit siirrettiin Kuopion sotavankileiriin odottamaan valtiorikosoikeuden tuomioita. Kajaanin vankien kohtaloita Kuopiossa ja valtiorikosoikeudessa ei ole aiemmin keskittyneesti eritelty, ja siksi asia saa tässä työssä oman lukunsa. Tämän työn aineistoon lukeutuu yhteensä 103 ”Kajaanin vankien” VRO-aktia, ja myös Kuopion vankileirin arkistoa käytetään kesän olojen kuvaamisessa. Tutkittuja vankeja tarkastellaan tässä työssä myös työväenkaartilaisina sekä arkisempina politiikan paikallistoimijoina. Sen vuoksi taustoitan sisällissotaa ja vankeutta vuoden 1917 paikallisilla tapahtumilla. Taustoituksessa merkittävin lähde on kuopiolainen Savon Työmies, jota Kajaanin sosialistit käyttivät piirilehtenään, mutta jota paikallinen työväenliikkeen historia ei ole jostain syystä käyttänyt lähteenään vuosien 1917–18 kuvauksessa

Use of complementary and alternative medicine in Europe: Health-related and sociodemographic determinants

Aims: The aim of this research was to study health-related and sociodemographic determinants of the use of different complementary and alternative medicine (CAM) treatments in Europe and differences in CAM use in various European countries. Methods: The study was based on a design-based logistic regression analysis of the European Social Survey (ESS), Round 7. We distinguished four CAM modalities: manual therapies, alternative medicinal systems, traditional Asian medical systems and mind-body therapies. Results: In total, 25.9% of the general population had used CAM during the last 12 months. Typically, only one CAM treatment had been used, and it was used more often as complementary rather than alternative treatment. The use of CAM varied greatly by country, from 10% in Hungary to almost 40% in Germany. Compared to those in good health, the use of CAM was two to fourfold greater among those with health problems. The health profiles of users of different CAM modalities varied. For example, back or neck pain was associated with all types of CAM, whereas depression was associated only with the use of mind-body therapies. Individuals with difficult to diagnose health conditions were more inclined to utilize CAM, and CAM use was more common among women and those with a higher education. Lower income was associated with the use of mind-body therapies, whereas the other three CAM modalities were associated with higher income. Conclusions: Help-seeking differed according to the health problem, something that should be acknowledged by clinical professionals to ensure safe care. The findings also point towards possible socioeconomic inequalities in health service use.</p