Riassunto analitico
Il presenta lavoro, si inserisce nell’ambito di una collaborazione tra l’Università di Modena e Reggio Emilia e Kohler Engines EMEA, che ha come scopo l’analisi di un sistema propulsivo ibrido per veicoli industriali.
La famiglia di motori Diesel KDI 2504 TCR della Kohler, con potenza massima di 54 KW ha la caratteristica di riuscire a rispettare le attuali normative senza utilizzare i filtri DPF e SCR.
Per cercare di mantenere questa peculiarità in futuro, nonostante l’inasprimento delle normative sulle emissioni, si è pensato, a parità di potenza, di sostituire un motore 4 cilindri, con un motore 3 cilindri avente stessa cilindrata unitaria, ed affiancare ad esso una macchina elettrica.
La prima parte del lavoro si è incentrata sulla calibrazione a pieno carico del modello di simulazione CFD 1D GT-Suite del motore 3 cilindri KDI 1903 TCR.
Successivamente si è passati allo sviluppo di una metodologia semplificata ma affidabile, per l’estrapolazione dei consumi specifici del motore, ai carichi parziali, a partire dalla curva a pieno carico.
Nell’ultima parte del lavoro, sono stati creati ulteriori modelli di simulazione GT-Suite, che permettono di studiare differenti strategie ibride, in maniera molto rapida ed accurata.
Sono state confrontate due strategie, applicate ad un tipico ciclo di lavoro del motore 4 cilindri
KDI 2504 TCR. In particolare, sono stati analizzati i risultati in termini di consumo specifico ed emissioni inquinanti.
Lo studio dimostra come sia concretamente possibile ottenere significativi benefici nell’ibridizzazione di un motore industriale (riduzione dei consumi BSFC del 1.9%, delle emissioni degli NOx del 13,9 % e di Soot del 26%), mantenendo comunque un accettabile grado di complessità del sistema. Inoltre, si è visto che con GT-Suite è possibile simulare in modo relativamente semplice un generico ciclo di funzionamento, tenendo conto delle caratteristiche del motore termico e di quello elettrico.
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Abstract
The present work is part of a collaboration between the University of Modena and Reggio Emilia and the Kohler Engines EMEA, which aims to analyze a hybrid propulsion system for industrial vehicles.
The KDI 2504 TCR diesel engine family of Kohler, with a maximum power of 54 KW, has the characteristic of being able to comply with current regulations without using the DPF and SCR filters.
To try to maintain this peculiarity in the future, despite the tightening of the emissions regulations, it was decided, with the same power, to replace a 4-cylinders engine, with a 3-cylinders engine having the same unit displacement, and associate with it an electric machine.
The first part of the work focused on the full load calibration of the CFD 1D GT-Suite simulation model of the 3-cylinders engine KDI 1903 TCR.
Subsequently, a simplified but reliable methodology was developed for the extrapolation of the specific motor consumption at partial loads, starting from the full load curve.
In the last part of the work, additional GT-Suite simulation models were created, which allow to study different hybrid strategies, very quickly and accurately.
Two strategies were compared, applied to a typical 4-cylinders engine KDI 2504 TCR work cycle. In particular, the results were analyzed in terms of specific consumption and polluting emissions.
The study shows how it is concretely possible to obtain significant benefits in the hybridization of an industrial engine (reduction of the consumption of BSFC of 1.9%, of the emissions of NOx of 13.9% and of Soot of 26%), while maintaining an acceptable degree of complexity of the system. Furthermore, it has been shown that with GT-Suite it is possible to simulate in a relatively simple way a generic operating cycle, considering the characteristics of the thermal engine and of the electric motor.
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