Engineering with German 2 00 1

1. Erstatztestverfahren fur den US-Transient-Test am Beispiel eines Pumpe Duse Nutzfahrzeugmotors (Replacement Test Method for the US Heavy-Duty Diesel Engine Transient Test) Project Host Institution: VKA, RWTH Aachen BOI = 2 BOI = 4 BOI = 2,4 Figure 3: BOI Map / Spritzbeginnkennfeld Figure 4: Interpolation Method / Interpolationsmethode Engineering with German 2001 Author: Alexander S. Rodriguez Wilson Host Supervisor: Dipl.-Ing. O. Herrmann Bath Assessor: Dr. G. Hawley Project Overview and Background The US emissions legislation requires a transient test for engines. Steady-state testing is more economical and enables a better assessment of engine hardware changes. As the correlation between both testing methods is limited, a means of associating data from the two would help to reduce transient testing times and costs. For this purpose, a MATLAB-SIMULINK program was developed, capable of simulating transient testing based only on steady-state data. Projektbeschreibung und Hintergrund Die US-Emissiongesetzgebung benötigt ein transientes Testverfahren. Stationären Testverfahren sind wirtschaftlicher und ermöglichen eine bessere Einschätzung von Hardwarevariationen. Da die Ergebnisse von beiden Testmethoden nur begrenzt vergleichbar sind, würde eine Korrelationsmethode zwischen den Beiden transienten Prüfzeiten und Kosten verringern. Zu diesem Zweck wurde ein MATLAB-SIMULINK Programm für die Simulation des Transient-Tests entwickelt, das nur auf stationaren Daten basiert ist. Figure 1: Mack Vision Figure 2: Mack I-E7 E-Tech Simulation Program The MATLAB program produces values of emissions based on an interpolation method, which takes place between engine data maps (figure 4). The dynamic system is simulated and analysed with the use of a SIMULINK model. The program requires values of engine speed, load and BOI (figure 3) as inputs and produces results as a progression over time (figure 6) or as integrated values. One of the basic program structures is presented in figure 5. Simulationsprogramm Das MATLAB-Programm produziert Werte der Emissionen durch eine Interpolationsmethode, die zwischen Motorendatenkennfeldern stattfindet (Abbildung 4). Das dynamische System wird mit einem SIMULINK-Modell simuliert und analysiert. Das Programm benötigt Werte der Motordrehzahl, der Last und des BOI (Abbildung 3) als Eingabe und produziert Ergebnisse als zeitliche Verläufe oder als integrierte Werte. Eine der verwendeten Programmstrukturen ist in Abbildung 5 dargestellt. Figure 5: Program Structure I / Programmstruktur I Simulation and Testing Results The results obtained for NOx emissions are presented in figure X. The simulated results (blue) compare well with the real test results (red). Results for other emissions obtained with the program also showed good accuracy. Some discrepancies were observed due to the different operating conditions which are present during transient or steady-state testing (i.e. different temperatures, fuel and air consumption, etc.). Simulations- und Versuchsergebnisse Die NOx-Emissionsergebnisse sind in Abbildung 6 dargestellt. Die simulierten Daten (blau) zeigen eine gute Übereinstimmung mit den realen Testergebnissen (rot). Daten für andere Emissionen, die mit dem Programm berechnet wurden zeigten auch eine gute Genauigkeit. Diskrepanzen lagen an den unterschiedlichen Betriebsbedingungen, die während des Transient- oder Stationärtests vorhanden sind (d.h. unterschiedliche Temperaturen, Krafstoff- und Luftverbrauch, etc.). Conclusions and Further Work The developed MATLAB-SIMULINK program is capable of simulating transient test results of an engine based on steady-state data. The program enabled the assessment of different replacement tests and also proved to be an effective calibration tool when experimenting with new engine BOI maps. As a further step, thorough steady-state testing on the engine to obtain more complete data maps would improve the accuracy of the program. Zusammenfassung und Ausblick Das entwickelte MATLAB-SIMULINK Programm ist zum Simulieren der Transient-Testergebnisse eines Motors fähig. Das Programm ermöglichte die Einschätzung verschiedener Ersatztests und wurde auch als Kalibrierungstool beim Experimentieren von neuen Spritzbeginnkennfeldern verwendet. Als weiterer Schritt würden vollständige Stationärtests des Motors zum Erreichen kompletteren Datenkennfelder die Genauigkeit des Programms verbessern. Figure 6: Results and US Transient Cycle / Ergebnisse