Opinnäytetyön tavoitteena oli rakentaa työkoneen sähkö-dieselhybridimoottorin simulaatiomalli, jonka avulla voi tutkia sähköisen toimilaitteen vaikutuksia moottorin polttoaineenkulutukseen.

Työssä selvitettiin polttomoottoreille sopivien toimilaitteiden toimintaperiaatetta. Osa tutkittavista laitteista käyttää hyödyksi jarrutusenergiaa ja osa muuntaa turboahdatun moottorin tuottaman ylimääräisen energian sähköksi. Toimilaitteet sisältävät moottorigeneraattori -yksikön, invertterin ja akun sekä yhteydet näiden ja moottorin välillä. Työssä käytiin läpi muun muassa Danfoss Editronin ja BorgWarnerin markkinoilla olevia tuotteita.

Simulaatiomalli rakennettiin GT-Suite-ohjelman avulla. Malli sisältää moottorin eli 4 sylinteriä, kampiasarjan, jäähdyttimen, kompressorin, turbiinin, imu -ja pakosarjan sekä yhteydet komponenttien välillä. Toimilaite on moottorin mallin alikokoonpano. Työssä tarkasteltiin saatuja tuloksia sekä verrattiin niitä valmistajien ilmoittamiin tuloksiin. Kalibrointia ja tuloksia varten ajettiin useita simulaatioajoja, toimilaitteella ja ilman.

Sähköinen toimilaite voi valmistajien mukaan laskea polttoaineenkulutusta keskimäärin 5 - 10 % riippuen laitteen tuottamasta lisäväännöstä ja moottorin kierrosnopeudesta sekä kuormitusasteesta. Simulaatiomallin tulokset jäivät kuitenkin energiatarkastelun jälkeen käytännössä nollaan.

Opinnäytetyön tuloksena luotiin moottorin simulaatiomalli, jota voidaan käyttää sellaisenaan tai jatkokehittää sopimaan paremmin transient -ajoon.

The goal of this thesis was to develop a simulation model for the heavy-duty diesel-hybrid engine and use that model to test what kind of an effect an electric device has on fuel consumption.

This thesis addresses properties and function of electric devices. Some of them convert kinetic energy to electricity and the rest use excess energy created by a turbocharger. Electric devices contain a motor-generator unit, a battery, an inverter and connections between the components and the engine. Devices manufactured by Danfoss Editron and BorgWarner were researched in this work. The model was calibrated by running several tests in simulation.

The simulation model was build in a program GT-Suite. The model contains all the required components, such as 4 cylinders, cranktrain, compressor, turbine, intercooler, intake and exhaust manifold and connections between them. The electric device is a subassembly of the model. Results were compared to a data published by manufacturers.

According to manufacturers the electric device can potentially reduce fuel consumption by 5 - 10 %, depending on how much torque is produced by the device as well as speed and load of an engine. Results produced by the simulation model however were close to zero, after the energy balance was taken into an account.

The result of this thesis is the engine simulation model which can be used as it is or build further into more transient capable model.