Numerical evaluation of fuel consumption in a mild hybrid B-segment vehicle

In recent years, the increasing electrification of passenger car powertrains has been one of the most exciting topics. It is widely accepted that, in the foreseeable future, passenger car powertrains with hybrid functionality will dominate the market and, in the diversified field of hybridization architectures, the mild hybrid technology will play a key role. For this reason, the numerical evaluation of fuel consumption of a mild hybrid vehicle has been investigated in this work. A mild hybrid configuration has been developed following the current available solutions and then it has been tested using a simulation software. Two different engine configurations, a baseline and a more advanced with Atkinson cycle, are modelled with a gas dynamic software and then coupled with the electric motor to create the hybrid configuration. The most important homologation cycles are tested with a focus for the new worldwide homologation cycle, the WLTP cycle. Important results have been obtained for both configurations, but higher importance is given to the Atkinson one. Future improvements are suggested for the last configuration considering the obtained results. A validation of the simulation software is then provided: the hybrid simulation in fact is more difficult because the internal combustion engine is switch on and off many times. However, this approach has been validated since the results show a negligible error in the estimation of the fuel consumption, compared with the results obtained with the gas dynamic software used to model the engine.

Attualmente uno dei temi più rilevanti riguarda la crescente elettrificazione dei propulsori per trasporto privato. È ormai universalmente accettato che, nei prossimi anni, i propulsori con funzionalità ibrida domineranno il mercato e, tra le diverse architetture presenti nel campo dell'ibrido, la tecnologia “mild hybrid" giocherà un ruolo chiave. Per tale motivo, questo progetto di tesi tratta la valutazione numerica del consumo di carburante da parte di un veicolo equipaggiato con tecnologia “mild hybrid". È stata sviluppata una configurazione “mild hybrid" prendendo in considerazione le attuali soluzioni ed è stata poi testata utilizzando un software di simulazione. Due differenti configurazioni di motore sono state modellate con un software fluidodinamico, una base e una più avanzata basata sul ciclo Atkinson, e sono poi state accoppiate al motore elettrico per ottenere le corrispondenti configurazioni ibride. Sono stati simulati i più importanti cicli di omologazione, con particolare attenzione al nuovo ciclo di omologazione mondiale, il WLTP. Per entrambe le configurazioni sono stati ottenuti risultati importanti, tuttavia maggiore importanza è stata attribuita alla soluzione con ciclo Atkinson. Per questa configurazione, infatti, sono stati suggeriti dei possibili sviluppi futuri. È stata poi fornita una validazione del software di simulazione: la simulazione di una configurazione ibrida, infatti, è più difficile da effettuare poiché il motore a combustione interna viene avviato e spento più volte. Tuttavia, questo approccio è stato validato, in quanto l'errore nella stima del consumo di carburante, comparato con quello ottenuto tramite il software fluidodinamico usato per modellare il motore, è risultato molto basso.