Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation ... ... Christian Lensch-Franzen...

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  • © APL Automobil-Prüftechnik Landau GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen

    Apply & Innovate 2016 Karlsruhe, 20th and 21st of September 2016

    Dipl.- Ing. Christian Lensch-Franzen Co-Writers:

    Prof. Dr.-Ing. J. Hadler, Dr.-Ing. M. Gohl, Dr.-Ing. J. Becker, Dipl.-Ing. C. Krohn, Dipl.-Ing. T. Mink, Dipl.-Ing. A. Schuhardt, M.Sc. A. Ebel, B.Eng. D. Portugall, Dipl.-Ing. M. Schäfer, APL Automobil-Prüftechnik Landau GmbH

    Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions

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    2

    INTRODUCTION

    Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE)

    CHALLENGE | DEVELOPMENT CONCEPT | PARAMETER OPTIMISATION | CONCLUSION

  • © APL Automobil-Prüftechnik Landau GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen

    Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE)

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    3

    CHALLENGES FOR RDE

    Engine Speed [rpm]

    N o

    rm a

    liz e

    d E

    n g

    in e T

    o rq

    u e [ %

    ]

    Shift in

    Load Points

    Power Gradient (normalized) [%]

    T o

    rq u

    e G

    ra d ie

    n t (n

    o rm

    a liz

    e d )

    [% ]

    Gradient

    Time [h]

    System

    Robustness

    E m

    is s io

    n [

    % ]

    500 1000

    Validation

    over

    Lifetime

    September 20th 2016 Dipl.- Ing. Christian Lensch-Franzen Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE)

    CHALLENGE | DEVELOPMENT CONCEPT | PARAMETER OPTIMISATION | CONCLUSION

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    INFLUENCING FACTORS

    Combustion Process Interaction

    Hardware Operation Strategy

    Temperature Engine Operation - Steady-State

    - Transient

    Air Mass Flow

    Components

    Operating Fluids

    Fuel Lubricant

    Cylinder Head Turbocharger Ignition Timing

    4

    Air / Fuel Mixture

    Fuel Entrainment

    into Lubricant

    Deposits & Wear

    Crankcase/Piston Assembly Injection System

    Camshaft Timing

    Injection Timing

    September 20th 2016 Dipl.- Ing. Christian Lensch-Franzen Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE)

    CHALLENGE | DEVELOPMENT CONCEPT | PARAMETER OPTIMISATION | CONCLUSION

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    Tools for Function Development Soot/Fuel Content in Oil, Mass Spectrometer, Optical Measurement, RNT, EHD, MBS, CFD, etc.

    Requirements Society / Legislation

    Component Mechanical System,

    Friction, Wear, …

    Subsystem Thermodynamic, Fuel, Oil, Exhaust Aftertreatment…

    System Emissions, Drivability,

    Electrification, …

    Specification NEDC → WLTC, RDE

    Robustness, Lifetime

    RDE-capable Powertrain

    V e

    h ic

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    D

    yn am

    o m

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    P o

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    n

    RDE / Synthetic Cycle on

    Test Stand

    5 September 20th 2016 Dipl.- Ing. Christian Lensch-Franzen Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE)

    APL DEVELOPMENT STRATEGY CHALLENGE | DEVELOPMENT CONCEPT | PARAMETER OPTIMISATION | CONCLUSION

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    Boundary Conditions

    6

    APL Track Kit - Modular Design Boundary Conditions for RDE-Cycle Modeling: - Topography - Stand Still Time/ Driving Time - Driving Speed Average and Classification

    Target Values: - Efficiency (CO2) - Limited Emissions (CO, HC, NOX, PM, PN) - Operation Strategy (Energy Balance) - Driveability

    Track Model

    (currently 31 Modules)

    SIMULATION ENVIRONMENT

    Environment - Temperature - Air Pressure - Humidity

    Traffic Model (IPGTraffic) - Traffic Load - Traffic Lights & Signs - Roadworks

    Driver Model (IPGDriver) - Characteristics - Dynamics

    Acceleration Deceleration

    - Prediction

    Vehicle Model - Weight Class

    Load Condition - Powertrain Concept

    Engine & Gear Box Electrification

    - Aerodynamics

    September 20th 2016 Dipl.- Ing. Christian Lensch-Franzen Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE)

    CHALLENGE | DEVELOPMENT CONCEPT | PARAMETER OPTIMISATION | CONCLUSION

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    7 Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE) September 20th 2016 Dipl.- Ing. Christian Lensch-Franzen

    CHALLENGE | DEVELOPMENT CONCEPT | PARAMETER OPTIMISATION | CONCLUSION

    SIMULATION ENVIRONMENT APL Track Kit

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    CONCEPT ANALYSIS

    8 Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE) September 20th 2016 Dipl.- Ing. Christian Lensch-Franzen

    REAL DRIVING Determination of the Main Factors (DOE)

    HARDWARE, CALIBRATION & OPERATION STRATEGY Determination of the Main Factors (DOE)

    TARGET CONFIGURATION

    SIMULATION

    Vehicle Model

    Raw Emissions Model

    After-Treatment Model

    ON-ROAD EMISSION MEASUREMENT

    VEHICLE ENVIRONMENT TRACK TRAFFIC DRIVER

    POWERTRAIN CONCEPT ANALYSIS

    HARDWARE IN THE LOOP

    Component Test Bench

    Engine Test Bench

    Powertrain Test Bench

    D E V E L O

    P M

    E N

    T S

    T A G

    E

    EMISSION FUEL

    CONSUMPTION DRIVEABILITY

    CHALLENGE | DEVELOPMENT CONCEPT | PARAMETER OPTIMISATION | CONCLUSION

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    APL Real Driving (Particle Number)

    MEASURES

    Injection Pressure >

    Injection Strategy >

    Calibration Optimisation >

    Nozzle Tolerance Investigation >

    Ring Design >

    Oil Supply >

    Package of measures

    Oil Formulation >

    9 September 20th 2016 Dipl.- Ing. Christian Lensch-Franzen Influencing Factors on Particle Formation and Optimisation Potential under Real Driving Conditions (RDE)

    CHALLENGE | DEVELOPMENT CONCEPT | PARAMETER OPTIMISATION | CONCLUSION

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    CYCLE EVALUATION

    APL Real Driving

    APL Synthetic Cycle

    Load & Speed Gradient Motoring Time

    10

    Start Engine Load

    [%]

    T a

    rg e

    t E

    n g

    in e

    L o

    a d

    [ %

    ]

    Target Engine Speed

    [rpm]

    0 1000

    2000 3000