HCCI MENZİL ARTTIRICI MOTOR KULLANILAN SERİ HİBRİT BİR ARACIN MODELLENMESİ

Yıl 2020, Cilt: 8 Sayı: 2, 279 - 292, 28.06.2020

Tolga Kocakulak , Hamit Solmaz

https://doi.org/10.29109/gujsc.670564

Cited By: 12

Öz

Bu çalışmada, menzil arttırıcı olarak, homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli (HCCI) motoru kullanılan seri hibrit bir elektrikli aracın modellemesi yapılmıştır. Araca etki eden direnç kuvvetleri ile güç aktarma organları modeli, batarya ve enerji tüketim modeli, jeneratör modeli (GENSET) oluşturularak enerji tüketiminin ve üretiminin anlık olarak izlenebilmesine imkân sağlanmıştır. Elektrik motoru (EM) ve jeneratör modeli için iki farklı alternatif akım ile çalışan EM karakteristik eğrileri kullanılmıştır. Çalışmada maksimum 320 Nm tork üretebilen Remy markasına ait HVH250 model elektrik motorunun karakteristik özelliklerinden faydalanılmıştır. HCCI motorlar daha yüksek termik verim ve daha düşük NOx ve PM emisyonları ile çalışabilmektedirler. Bu nedenle içten yanmalı motorun modellenmesinde GM 2.0L Ecotec motorundan deneysel olarak elde edilen bir HCCI motor haritası kullanılmıştır. Modelin test edilmesi ve enerji tüketimlerinin belirlenmesinde Yeni Avrupa Sürüş Çevrimi (NEDC) ve ABD Yüksek Hız Çevrimi (US06) kullanılmıştır. Günümüzde Türkiye’de kullanılmakta olan bir otomobil modelinin boyut, aerodinamik katsayı, ağırlık vb. teknik özellikleri simülasyon girdisi olarak kullanılmıştır. Bu konvansiyonel aracın yakıt tüketim değerleri ile seri hibrit elektrikli araç modellenmesinden elde edilen şehir içi, şehir dışı, ortalama ve yüksek hızlarda kullanımına ait yakıt tüketim değerlerinin karşılaştırılması yapılmıştır. HCCI motor kullanılan seri hibrit elektrikli 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 sahip NEDC sürüş koşulunda ise %24,9 oranında yakıt tasarrufu sağladığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Seri hibrit, Elektrikli taşıt, HCCI, Simülasyon, Menzil arttırıcı

MODELLING OF A SERIAL HYBRID VEHICLE WITH HCCI RANGE EXTENDER ENGINE ABSTRACT

Öz

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 ABD 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 road in Turkey were used as simulation inputs. Fuel consumption values of this conventional vehicle and the values obtained from 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 conventional vehicle.

Anahtar Kelimeler

Serial Hybrid, Electric Vehicle, HCCI, Simulation, Range Extender

Kaynakça

• Bulgu AE., “Tekerlek motorlu seri hibrit elektrikli araçlar için kontrol algoritmalarının geliştirilmesi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010.
• Timuçin B., “Hibrit Elektrikli Otobüste (Phileas) Sürücü Sistemlerinin Modellenmesi ve Güç Aktarma Organlarının Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016.
• Demiroğlu O., “Elektrikli/hibrid araçların araştırılması”, Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012.
• Liu W., “Introduction to hybrid vehicle system modeling and control”, John Wiley & Sons, 2013.
• Boyalı A., “Hibrid elektrikli yol taşıtlarının modellenmesi ve kontrolü”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008.
• Ehsani M., Gao Y., Gay SE. ve Emadi A., “Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles Fundamentals-Theory-Design”, pg:117-136, 2005.
• Bononno R., “Hybrid Vehicle From Components to System”, Thesis, France, 2013.
• Biliroğlu AÖ., “Seri hibrit elektrikli araçların modellenmesi ve kontrolü”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009.
• Alkan G., “Şehir İçi Tipte Bir Otobüsün Hibrit Dönüşümünün Tasarım Analizi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008.
• Otlu S., “İçten Yanmalı Motorlu Bir Taşıtın Basit Bir Hibrit Elektrikli Taşıta Dönüşümü İçin Bir Model”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010.
• Uyulan Ç., “Seri Hibrit Elektrikli Aracın Modellenmesi ve Bulanık Mantık Kural Tabanlı Enerji Yönetim Stratejisinin Uygulanması”, Yüksek Lisans Tezi,İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010.
• Hofman T, Dai CH., “Energy efficiency analysis and comparison of transmission technologies for an electric vehicle”, InVehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), IEEE 1 (pp. 1-6), 2010.
• Li L, Wang X, Song J., “Fuel consumption optimization for smart hybrid electric vehicle during a car-following process”, Mechanical Systems and Signal Processing, 15;87:17- 29, 2017.
• Li L, Wang X, Xiong R, He K, Li X., “AMT downshifting strategy design of HEV during regenerative braking process for energy conservation”, Applied energy, 1;183:914-25, 2016.
• Atalay B., “Hibrit Otomobil Tasarımı, Yenilenebilir Enerji Kaynaklarıyla Desteklenmesi ve Simülasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015.
• Pacheco AF, Martins ME, Zhao H., “New European Drive Cycle (NEDC) simulation of a passenger car with a HCCI engine: Emissions and fuel consumption results”, 1;111:733-9, 2013.
• Lv C, Zhang J, Li Y, Yuan Y., “Mechanism analysis and evaluation methodology of regenerative braking contribution to energy efficiency improvement of electrified vehicles”, Energy Conversion and Management,1;92:469-82, 2015.
• Wipke KB, Cuddy MR., “Using an advanced vehicle simulator (ADVISOR) to guide hybrid vehicle propulsion system development”, 1996.
• Ucarol H, Kaymaz A, Tuncay N., Tur O., “A performance comparison study among conventional, series hybrid and parallel hybrid vehicles”, TUBITAK Marmara Research Center, 2009.
• Amaç AE ve Şahin C., “Hibrit Elektrikli Araçlarda Yakıt Ekonomisinin ADVISOR İle Analizi”, 5. Uluslar Arası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS'09), 2009.
• Barlas Ö., “Ford Tourneo Connect Hybrid Electric Vehicle Transformation with Advisor”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005.
• Solouk, A., Shakiba-herfeh, M., Kannan, K., Solmaz, H., Dice, P., Bidarvatan, M., ... & Shahbakhti, M. “Fuel economy benefits of integrating a multi-mode low temperature combustion (LTC) engine in a series extended range electric powertrain”, (No. 2016-01-2361). SAE Technical Paper, 2016
• Çınar Ç., Uyumaz A. ve Solmaz H., “Bir HCCI Benzin Motorunda RON 45 Yakıtının Yanma ve Motor Performansına Etkilerinin İncelenmesi”, 7. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS13), 2013.
• Vatan O., “Modellıng And Sımulatıon Of Longıtudınal Dynamıcs Of Electrıc Vehıcles”, M.Sc. Thesis, İstanbul Technıcal Unıversıty, Instıtute of Scıence And Technology, 2011.
• «http://www.aimenerji.com/arge-projeleri.aspx?code=9ff5b74c-3c34-40b4-af9e-5098285b49aa,» [Çevrimiçi].
• T. Ott, C. Onder ve L. Guzzella, “Hybrid-Electric Vehicle with Natural Gas-Diesel Engine”, 2013.
• Gupta P., Kumar A ve Dep S., “Regeneratıve Brakıng Systems (Rbs) (Future Of Brakıng Systems)”, 2014.
• Khajepour A, Fallah MS, Goodarzi A., “Electric and hybrid vehicles: technologies, modeling and control-A mechatronic approach”, John Wiley & Sons, 2014.
• Zeraoulia M, Benbouzid ME, Diallo D., “Electric motor drive selection issues for HEV propulsion systems: A comparative study”, IEEE Transactions on Vehicular technology, 55(6):1756-64, 2006.
• Öztürk HA., “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, 2010.
• «https://otomotivlab.com/2015/02/08/seyir-cevrimleri-ve-yakit-tuketimi-hesaplanmasi/,» [Çevrimiçi].