Hibrid araç modellemesinde içten yanmalı motor modeli…

Motor modeli için yakıt tüketimi ve emisyon haritalarının kullanılması ile birlikte  aşağıdaki kabuller yapılmaktadır:

–       Silindirler ve her çevrimdeki farklılıklar ihmal edilmektedir.

–       Motor sürekli rejim sıcaklığındadır.

–       Motorda dinamik rejimler göz ardı edilmiştir.

Geçici rejimlerdeki motor çalışma bölgelerinin emisyon haritaları üzerindeki etkisi, yakıt tüketimi üzerindeki etkisinden daha büyüktür. Bu nedenle, yapılacak optimizasyon çalışmalarında geçici motor rejimlerinin parametrik olarak ifade edilmesi gerekmektedir. Yapılacak optimizasyon hesaplamalarında, gaz pedalının dinamik hareketleri de hesaplara dahil edilmelidir.

Boyuna hibrid elektrikli araç modelinde içten yanmalı motorun ürettiği torku ve gücü hesaplamak için pedal haritası kullanılabilir. Pedal haritasında motorun vereceği tork miktarı, pedal konumu ve motor hızına göre hesaplanmaktadır.

Motorun negatif tork vermesi, motor iç sürtünme kuvvetleri ve kompresyon freninden kaynaklanmaktadır.

Yakıt tüketimi hesaplamaları için yakıt tüketimi haritaları kullanılır. Çevrim süresince harcanan toplam yakıtın hesaplanabilmesi için yakıt tüketimi haritası, motorun çalışma bölgelerinin optimizasyonu için ise özgül yakıt tüketimi haritası kullanılmıştır.

İçten yanmalı motorlarda yanma ürünü olarak su buharı (H2O), karbondioksit (CO2), ve azot oksit (NOx) gazları bileşenleri açığa çıkmaktadır. Yanmanın ideal şartlarda gerçekleşmemesi durumunda hidrokarbonlar (HC) ve karbon monoksit (CO) gibi kirletici gazlar da açığa çıkmaktadır. Yakıt içerisinde bulunan katkı maddeleri de göz önüne alındığında, içten yanmalı bir motorda gerçekleşen yanma sonucunda aşağıda verilen atık gazlar ortaya çıkar.

–       Yanmamış hidrokarbonlar (HC)

–       Karbon monoksit (CO)

–       Azot oksitler (NOx)

–       Aldehitler (HC, HO vb.)

–       İs ve partiküller

–       Kükürt dioksit (SO2)

–       Kurşun bileşenleri.

İçten yanmalı motorlardan çevreye yayılan yanma ürünü gazlarının su buharı dışında tamamı insan sağlığına ve çevreye olumsuz etki yaptığından egzoz gazı emisyonlarına sıkı kısıtlamalar getirilmektedir.

İçten yanmalı motorlarda CO emisyonları yüksek silindir içi sıcaklıklarında tam yanma nedeniyle azalırken, NOx gazlarının emisyonları artmaktadır. Motor haritalarında, araç yakıt tüketimi ve emisyon gazlarının her birinin en az oluştuğu bölgeler birbirleri ile çelişmektedir. Bu nedenle hem yakıt tüketiminin hem de tüm kirletici gaz emisyon miktarlarının azaltılması birbirleriyle çelişen hedefler ortaya çıkartmaktadır. Hibrid elektrikli araç kontrolünde, optimizasyon problemi tanımlanıyorken, bu durum dikkate alınarak amaç fonksiyonlarında her bir hedef için ağırlık katsayısı öncelik durumuna göre belirlenmelidir.

Kaynak: Ali Boyalı, Hibrid Elektrikli Yol Taşıtlarının Modellenmesi ve Kontrolü, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 2008.