HCCI Menzil Arttırıcı Motor Kullanılan Seri Hibrit Bir Aracın Modellenmesi

Bu çalışmada, menzil arttırıcı olarak, homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli (HCCI) motorukullanılan seri hibrit bir elektrikli aracın modellemesi yapılmıştır. Araca etki eden dirençkuvvetleri ile güç aktarma organları modeli, batarya ve enerji tüketim modeli, jeneratör modeli(GENSET) oluşturularak enerji tüketiminin ve üretiminin anlık olarak izlenebilmesine imkânsağlanmıştır. Elektrik motoru (EM) ve jeneratör modeli için iki farklı alternatif akım ile çalışanEM karakteristik eğrileri kullanılmıştır. Çalışmada maksimum 320 Nm tork üretebilen Remymarkasına ait HVH250 model elektrik motorunun karakteristik özelliklerinden faydalanılmıştır.HCCI motorlar daha yüksek termik verim ve daha düşük NOx ve PM emisyonları ileçalışabilmektedirler. Bu nedenle içten yanmalı motorun modellenmesinde GM 2.0L Ecotecmotorundan deneysel olarak elde edilen bir HCCI motor haritası kullanılmıştır. Modelin testedilmesi ve enerji tüketimlerinin belirlenmesinde Yeni Avrupa Sürüş Çevrimi (NEDC) ve ABDYüksek Hız Çevrimi (US06) kullanılmıştır. Günümüzde Türkiye’de kullanılmakta olan birotomobil modelinin boyut, aerodinamik katsayı, ağırlık vb. teknik özellikleri simülasyon girdisiolarak kullanılmıştır. Bu konvansiyonel aracın yakıt tüketim değerleri ile seri hibrit elektrikli araçmodellenmesinden elde edilen şehir içi, şehir dışı, ortalama ve yüksek hızlarda kullanımına aityakıt tüketim değerlerinin karşılaştırılması yapılmıştır. HCCI motor kullanılan seri hibritelektrikli aracın, konvansiyonel araca göre, Avrupa Şehir İçi Sürüş çevrimi (ECE-15) koşulunda%45,7, Avrupa Şehir Dışı Sürüş Çevrimi (EUDC) koşulunda %2,7, karma hız eğrilerine sahipNEDC sürüş koşulunda ise %24,9 oranında yakıt tasarrufu sağladığı görülmüştür.

Modelling of a Serial Hybrid Vehicle with HCCI Range Extender Engine

In this study, modelling of a serial hybrid electric car having homogenous charge compression ignition (HCCI) engine was conducted as a range extender. With the resistance forces acting on the vehicle, the powertrain model, battery and energy consumption model, generator model (GENSET) were created to allow instant monitoring of energy consumption and production. For electric motor (EM) and generator model, EM characteristic curves, which can operate with two different alternative currents, were used. In the study, the HVH250 electric motor of Remy brand, which can produce a maximum torque of 320 Nm, has been used. HCCI engines are capable to work with higher thermal efficiency and lower NOx and PM emissions. Therefore, an HCCI engine map, which was obtained experimentally by using GM 2.0 L Ecotec engine, was used for modelling of internal combustion engine (ICE). New European Driving Cycle (NEDC) and US High Speed Cycle (US06) were used to test the model and determine the energy consumption. Technical properties such as dimensions, aerodynamic properties, weight, and so on of a conventional car that currently on the road in Turkey were used as simulation inputs. Fuel consumption values of this conventional vehicle and the values obtained from the serial hybrid electric vehicle were compared in terms of fuel consumption at urban, suburban, average, and high-speed usage. It was determined that the serial hybrid electric vehicle with HCCI engine provided fuel saving of 45,7% at European urban driving cycle (ECE-15), 2,7% at european suburban driving cycle (EUDC), and 24,9% at NEDC driving condition with mixed speed curves by comparing to a conventional vehicle.

PDF

___

[1] Bulgu AE. (2010). Tekerlek motorlu seri hibrit elektrikli araçlar için kontrol algoritmalarının geliştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[2] Timuçin B. (2016). Hibrit Elektrikli Otobüste (Phileas) Sürücü Sistemlerinin Modellenmesi ve Güç Aktarma Organlarının Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
[3] Demiroğlu O. (2012). Elektrikli ve hibrid araçların araştırılması, Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
[4] Liu W. (2013). Introduction to hybrid vehicle system modeling and control (First Edition), John Wiley & Sons, Canada.
[5] Boyalı A. (2005). Hibrid elektrikli yol taşıtlarının modellenmesi ve kontrolü, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[6] Ehsani M, Gao Y, Gay SE ve Emadi A. (2005). Modern Electric-Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles Fundamentals-Theory-Design, , 117-136.
[7] Bononno R. (2013). Hybrid Vehicle From Components to System, Thesis, France, 2013.
[8] Alkan G. (2008). Şehir İçi Tipte Bir Otobüsün Hibrit Dönüşümünün Tasarım Analizi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[9] Biliroğlu AÖ. (2009). Seri hibrit elektrikli araçların modellenmesi ve kontrolü, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[10] Otlu S. (2010). İçten Yanmalı Motorlu Bir Taşıtın Basit Bir Hibrit Elektrikli Taşıta Dönüşümü İçin Bir Model, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[11] Uyulan Ç. (2010). Seri Hibrit Elektrikli Aracın Modellenmesi ve Bulanık Mantık Kural Tabanlı Enerji Yönetim Stratejisinin Uygulanması, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[12] Hofman T, Dai CH. (2010). Energy efficiency analysis and comparison of transmission technologies for an electric vehicle, InVehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 1-6. doi:10.1109/VPPC.2010.5729082
[13] Pacheco AF, Martins ME, Zhao H. (2013). New European Drive Cycle (NEDC) simulation of a passenger car with a HCCI engine: Emissions and fuel consumption results, 111, 733-739. doi:10.1016/j.fuel.2013.03.060
[14] Lv C, Zhang J, Li Y, Yuan Y. (2015). Mechanism analysis and evaluation methodology of regenerative braking contribution to energy efficiency improvement of electrified vehicles, Energy Conversion and Management, 92, 469-482. doi:10.1016/j.enconman.2014.12.092
[15] Solouk A. Shakiba M, Kannan K, Solmaz H. Dice P, Bidarvatan M, Shahbakhti, M. (2016). Fuel economy benefits of integrating a multi-mode low temperature combustion (LTC) engine in a series extended range electric powertrain, SAE Technical Paper. doi.org/10.4271/2016-01-2361
[16] Calam A, Aydoğan B. (2019). Experimental Investigation of Performance Combustion and Emission Characteristics in an HCCI Engine Fuelled Isopropanol and Heptane Fuel Mixtures, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C, 7(4), 818-833. doi:10.29109/gujsc.605057[17] Demirci OK, Çınar C. (2019). The Investigation of the Effects of Using Natural Gas on the Performance and Exhaust Emissions in an HCCI-DI Engine HCCI- DI Bir Motorda Doğal Gaz Kullanımının Performans ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin İncelenmesi, 7, 317–330. doi:10.29109/gujsc.521668.
[18] Vatan O. (2011). Modellıng And Sımulatıon Of Longıtudınal Dynamıcs Of Electrıc Vehıcles, M.Sc. Thesis, İstanbul Technıcal Unıversıty, Instıtute of Scıence And Technology, İstanbul.
[19] Remy HVH250 elektrik motoru tork-devir-verim haritası, URL:http://www.aimenerji.com /arge projeleri.aspx?code=9ff5b74c-3c34-40b4-af9e-5098285b49aa
[20] Tobias O, Christopher O ve Lino G. (2013). Hybrid-Electric Vehicle with Natural Gas-Diesel Engine, Energies 6(7), 3571-3592. doi: 10.3390/en6073571
[21] Gupta P, Kumar A ve Dep S.(2014). Regenerative Braking Systems (RBS) (Future Of Brakıng Systems). International Journal of Mechanical and Production Engineering, 2(5), 75-78
[22] Khajepour A, Fallah MS, Goodarzi A. (2014). Electric and hybrid vehicles: technologies, modeling and control-A mechatronic approach, John Wiley & Sons.
[23] Zeraoulia M, Benbouzid ME, Diallo D. (2006). Electric motor drive selection issues for HEV propulsion systems: A comparative study, IEEE Transactions on Vehicular technology, 55(6), 1756- 1764. doi:10.1109/TVT.2006.878719
[24] Öztürk HA. (2010). İstanbul Sehir Çevriminin ABD ve Avrupa Test Çevrimleri İle Emisyon Faktörleri ve Yakıt Tüketimi Açısından Deneysel Olarak Karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[25] Kayışlı K, Uğur M. (2017). Fuzzy Logic and PID control of a 3 DOF Robotic Arm, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C, 5(4), 223-233. doi: 10.29109/http-gujsc-gazi-edu-tr.339907