OTAM AYLIK BÜLTEN İÇİNDEKİLER TAŞIT AKUSTİĞİ SEMİNERİ. Enerji Ekonomisi ve Çevre İçin Seyir Çevrimlerinin Önemi (ikinci bölüm)

Transkript

1 SAYI 46 HAZİRAN 2013 OTOMOTİV TEKNOLOJİLERİ ARAŞTIRMA GELİŞTİRME A.Ş. İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ VAKFI OTOMOTİV SANAYİİ DERNEĞİ TAŞIT ARAÇLARI YAN SANAYİCİLERİ DERNEĞİ OTOMOTİV ENDÜSTRİSİ İHRACATÇILAR BİRLİĞİ İÇİNDEKİLER D eğerli Dostlarımız, Geçen sayımızda duyurmuş olduğumuz Taşıt Akustiği Semineri, 20-21/Haziran/2013 tarihlerinde başarıyla gerçekleştirilmiştir. Seminerimiz, ilgili dokümanla daha önce paylaşıldığı üzere aşağıda belirtilen içerikle gerçekleştirilmiştir; Teorik Eğitim Akustik teorisi Ses Ölçümü Taşıt akustiği Ses kaynakları Motor Lastik Susturucu Otomotivde Gürültü Kontrolü Akustik modlar Kaynak tespiti Patika tespiti Yönetmelikler Laboratuvar uygulaması Akustik mod demosu İç yutum ölçümü Geçirgenlik ölçümü TAŞIT AKUSTİĞİ SEMİNERİ 1 Enerji Ekonomisi ve Çevre İçin Seyir Çevrimlerinin Önemi (ikinci bölüm) 2 Modal test (titreşim) Patika transfer fonksiyonu ölçümü Sanayi kuruluşları ve mühendislerinin ilgi göstermiş olduğu bu programın sonbahar aylarında yeniden sunulması planlanmaktadır. Tekrarlanacak olan seminere katılım göstermek isteyenler info@otam.com.tr adresine mail yolu ile başvuruda bulunabilirler. Saygılarımızla OTAM Ekibi

2 Prof.Dr. Metin ERGENEMAN (*) Çevrimlerde hesaba katılmayan parametreler Yokuş, viraj, kişisel sürüş tarzı Binek araçlarının veya hafif ticari taşıtların tüketim ve emisyon değerlendirmesinde kullanılan çevrimler yokuş direncini simule etmemektedir. Bunun temel nedeni bu araçların tüketim ve emisyonlarının taşıtın (hatta sürücü de dahil) bir bütün olarak teste tabi tutulması ve bu testin de seyir şartlarını simule eden bir yer freninde (şasi dinamometresi) yapılmasıdır. Sürücü test sırasında gaz pedalına ve frene hızzaman diyagramını takip edecek şekilde kumanda etmekte olup yokuş bilgilisinden yoksundur. Ağır hizmet taşıtlarının testleri ise sadece motor üzerinde yapılmakta, bunların standart çevrimleri ise aynı zamanda yük bilgisini de içermektedir. Yük durumunu hızlanma ve seyir dirençleri (yokuş direnci de dahil) ile belirlendiği için burada yük durumunu veren istatistiki veriler aynı zamanda yokuş etkisini de içermektedir. Yokuş etkisi kadar olmasa da, hatta gerçekte çok düşük bir oranda olsa da, viraj etkisi de taşıta gelen dirence katkıda bulunmaktadır. Ancak özel olarak, çok sayıda ve keskin viraja sahip yollarda bu etkinin de katkısı ihmal edilemeyecek boyutlara ulaşabilir. Amerikan ağır hizmet motor çevriminin çalışma noktaları Kişisel sürüş tarzı ise gerek yakıt tüketimini gerekse emisyonları, diğer faktörlerin ötesinde, çok yüksek oranda etkileyen bir parametredir. Sürücünün hızlanmalar sırasındaki çok ani ve hızlı gaz pedalı kumandaları, sabit hızda seyir sırasında aracın hızını muhafaza etmekteki problemleri hem yakıt tüketimini hem de emisyonları arttırmaktadır. Bu nedenle binek araçları seyir çevriminde hızlar açısından oldukça dar bir tolerans aralığı mevcuttur. Hedef hızdan sapmalar belli bir kümülatif değeri aşarsa test geçersiz sayılmaktadır. Böylece sürücü de bir bakıma standartlaştırılmıştır. Vites değiştirme zamanlarının seçilmesi ise sürücünün kişisel tarzının en büyük göstergelerinden biridir. Her ne kadar standart test çevrimlerinde vites noktaları da önceden belirlenmiş ise de, spor kulanım denilen tarzda, maksimum hızlanma için vitesler daha yüksek motor dönme sayılarında değiştirilirken (tabi yüksek motor sayılanına çıkış şu veya bu şekilde vites değiştirme tembelliğinden kaynaklanmıyorsa) ve böylece tüketim artarken, ekonomik kullanım tarzında vitesler mümkün olan en düşük motor devrinde (genellikle d/dak) değiştirilir ve motorun, taşıtı sarsmadan tahrik edebileceği en düşük devre kadar vites muhafaza edilir. Yokuşun etkileri Bir çok coğrafi şartta yokuş etkisi ihmal edilemeyecek boyutlardadır. Güç ihtiyacı ve Tüketim Yokuş tüketime etkili en önemli parametredir. Örneğin şehir içi şartlarında ve düşük bir ivmelenme (ortalama 0,2 m/s 2 ) ile seyreden bir binek aracının tüketimi 7,8 l/100 km (bunun %55 i ivmelenme direnci nedeniyle) iken, aynı taşıt %10 eğimli bir dağ yolunda 15,6 l/100 km (bunun %75 i yokuş direnci nedeniyle), iki misli tüketmektedir. Prensip olarak yokuş çıkarken tüketilen enerji yokuş inerken büyük ölçüde geri kazanılabilir. Pratikte ise bir noktadan kalkıp yükseldikten sonra aynı noktaya inmek şeklinde gerçekleşen uzun menzilli seyirlerde yokuş etkisinin yakıt tüketimine etkisinin hesaba katılacak boyutlarda olmadığı söylenebilir. Ancak eğer yükselme ve inme rotaları farklı veya çıkış iniş seyir şartları farklı ise yokuş etkisi genellikle yakıt tüketimini arttırıcı yönde olacaktır. Ancak genel olarak fren enerjisinin geri kazanıldığı hibrid ve elektrikli tahrik uygulamalarında yokuş inişlerinde konvansiyonel sistemlerdeki gibi, fren enerjisinin ısıya dönüştürülüp atılması yerine başka bir enerji formuna çevrilerek depolanması mümkün olmakta, taşıtın ekonomi bilançosu değişmektedir. Emisyon Yakıt tüketimi haline yokuş etkisinin çıkışta ve inişte birbirlerini kısmen dengeleyebileceği hususu emisyonlar için söz konusu değildir. Genellikle NO x ve PM emisyonları yokuş 2

3 çıkarken artmakta ancak bu iniş sırasında geriye döndürülememektedir. CO ve HC emisyonları için ise yine dengesizlik söz konusu olup ancak bu emisyonlar genellikle inişte çıkışa göre yüksektir. Yokuş etkisini çevrime katmak üzere çalışmalar Çevrim üretirken tüketim veya emisyon testleri bir şasi dinamometresi üzerinde seyir çevriminin simülasyonu ile yapılmaktadır. şeklinde sisteme tanıtılabilir. Bu durumda yokuşsuz çevrim aşağıdaki gibi değişecektir. Binek taşıtlarında seyir çevriminin uygulanmasında kullanılan yükleme, toplama ve ölçme sistemi Tambur (şasi dinamometresi) tarafından taşıta uygulanan kuvvet rüzgar direnci, ivme direnci ve yuvarlanma direnci ve yokuş direnci bileşenlerini içermelidir. hız seyrinin iki noktası arasında yokuş etkisinin belirmesi Ancak tambur yokuş direncini transient olarak ve seyir çevrimiyle senkronize şekilde simüle edememektedir. Dolayısıyla mevcut şasi dinamometrelerinde bir seyir sırasında ancak sabit bir yokuş direncinin uygulanması mümkün olup değişken yokuş direnci verilememektedir. Her ne kadar bugün binek ve hafif hizmet taşıtlarının yüklenmesi için kullanılan şasi dinamometreleri, prensip olarak, yokuş bilgisini de senkronize olarak simüle edebilecek şekilde tasarımlanabilirlerse de, pratik nedenlerle bugünkü standartlarda bu yapılmamaktadır. Bu şartlar altında yine de yokuş etkisini çevrim testlerinin sonuçlarına eklemek, yokuşsuz çevrim değiştirilerek, eğer yokuş direnci her noktada biliniyorsa, bu direnç belli ölçülerde, ivme direncine eklenerek çevrime katılması mümkündür. a eski ivme ve a yeni değiştirilmiş ivme olmak üzere: Transient bir çevrimde yol eğimi de kaydedilmiş ise, çevrimin yokuş faktörü ile modifikasyonu 3

4 Bu uygulamalarda aşağıdaki şekilde gösterilen ve yol kayıtları sırasında elde edilmiş hıza bağlı ivme dağılımlarına (a), hıza bağlı eğim dağılımlarını da ekleyerek (b), modifiye bir hıza bağlı ivme dağılımı elde etmek ve bu değiştirilmiş verilerden çevrim üretmek amaçlanmaktadır. Ayrıca daha kolay bir uygulama olarak; mevcut bir çevrim de, trnasient eğim dağılımı, adım adım senkronize bir şekilde değil de, ortalama bir yokuş etkisi ilavesiyle de dönüşüm sağlanabilir. Bütün bu uygulamada dikkat edilmesi gereken husus, yokuş etkisi ilavesiyle dönüştürülen çevrim işi ile yokuşsuz çevrim işi ve yokuş işi toplamının aynı olmasına dikkat edilmesidir. Ancak bu şekilde yokuşlu çevrim eşdeğer bir çevrim olarak kabul edilebilir. Daha Yeni Çevrimlere ve Kontrol Metodlarına Doğru Basit çevrimler taşıtın gerçek yol şartlarında karşılaştığı etkileri sağlayamamaktadır. Örneğin Avrupa çevrimi sırasında motor sadece düşük yük (motor büyüdükçe %25 e kadar düşen) ve orta devir bölgesinde kalmaktadır. Bu da üreticilere motoru ve emisyon kontrol sistemini sadece bu bölgede kalibre etmek, diğer bölgelerde ise yüksek emisyon ve tüketimlere müsaade etmek imkanını vermektedir. Aşağıdaki şekilde taşıtın motorunun Avrupa çevrimi (NEDC) sırasında sıklıkla karşılaştığı çalışma noktaları (motor hızı ve moment) gösterilmiştir. Bu durum bazen, taşıtın gerçek tüketimi ve emisyonu ile standart çevrim boyunca olan tüketimi ve emisyonları arasında kabul edilemez büyük farklar oluşmasına yol açmaktadır. Bir motor tüketim haritası üzerinde NEDC çalışma noktalarının yeri Eğim Hız İstatistiksel Korelasyonu a) Hıza bağlı ivme dağılımı, b) Hıza bağlı eğim dağılımı, c) İvme dağılımına eğim dağılımının eklenmesi Bu durumda, taşıtların gerçek tüketimlerinin ve emisyonlarının basit çevrimlerle doğru tahmin edilememesi karşısında daha kompleks ve yol şartlarını daha çok karşılayacak yapıda çevrim uygulamalarını gündeme gelmiştir. Örneğin 4

5 2014 den itibaren Birleşmiş Milletler Küresel Hafif Taşıt Test Prosedürü (UN-ECE - World Light vehicle Test Procedure WLTP-) kademeli olarak devreye girecek ve motorlar daha da düşürülmüş emisyon sınırlarını sadece test çevrimi boyunca değil bütün normal seyir şatlarında sağlayacak şekilde kalibre edilmek zorunda olacaktır. Öte yandan çevrim mantığının daha geliştirilmiş şekliyle, özellikle akıllı ulaşım sistemlerinin bir parçası olarak, taşıtın gideceği yeri önceden bilmesi halinde, rotaya bağlı olarak çevrim hesabı yapıp alternatif rota seçmesi ve bu rota içinde bir enerji kontrol stratejisini devreye sokması ile minimum enerji tüketmesi hedeflenebilecektir. Bu çapta enerji tasarrufu ihtiyacı, özellikle akıllı ulaşım sistemlerinin yaygınlaşması yanında, ilerde sayısının artması beklenen elektrikli araçların elektrik enerjisi depo kapasitelerinin kısıtlılığından kaynaklanmaktadır. KAYNAKÇA: Birleşmiş Milletler Küresel Hafif Taşıt Test Prosedürü (UN- ECE - World Light vehicle Test Procedure WLTP-) Benzer şekilde ağır hizmet motorları da, sadece test çevrimi üzerinde değil geniş bir çalışma bölgesi içinde belli emisyon sınırlarını dağlayacak şekilde kalibre edilecektir. Bu amaçla, halen uygulanan ve motorun çalışma çevrimi dışında kalan rastgele çalışma noktalarında yapılan emisyon kontrollerini içeren Aşılmama Sınırı (Not to Exceed NTE-) uygulamasına ilave olarak gerçek çalışma şartlarının da, taşınabilir emisyon ölçme sistemleri (Portable Emission Measurement Systems PEMS-) ile ilave kontroller de devreye girecektir. Yapılan araştırmalar, standart test metotları ile belirlenen emisyon miktarları ile gerçek yol şartlarında üretilen emisyonlar arasındaki makasın gittikçe açılmakta olduğunu göstermektedir. Gerçekten, örneğin Almanya için, ortalama CO 2 emisyonu, test değeri olarak, 2001 yılından 2011 yılına %20 azalmışken, yolda ölçülen emisyonlar ancak %5 azalmıştır. Doğrudan yol şartlarında yapılacak kontroller için geçiş süresi olarak yılları öngörülmektedir [7]. [1] Ergeneman, M., Soruşbay, C. and Göktan, A.G., Estimation of Greenhouse Gas Emissions Related to Urban Driving Patterns, ICAT 2010, Int Conference on Energy and Automotive Technologies, Four Seasons Hotel, Istanbul, 5th November [2] Dinç, C., Soruşbay, C., Ergeneman, M., Göktan, A.G., Development of a Driving Cycle for the Estimation of Vehicle Emissions, OTEKON 2012, 6. Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa, 4 5 Haziran [3] Ergeneman M., Sorusbay C., Goktan A., Development Of a Driving Cycle From Road Traffic Measurements For The Prediction Of Pollutant Emissions and Fuel Consumption, Int Journal of Vehicle Design, Vol. 18, No. 3/4,1997. [4] Booth-Esteves A., Muneer T., Kirby J., Kubie J., Hunter J., The measurement of vehicular driving cycle within the city of Edinburgh, Transportation Research Part D 6 (2001) [5] Tzirakisi E., Pitsas K., Zannikos F., Stournasi S., Vehicle emissions and driving cycles: Comparison of the Athens driving cycle (ADC) with ECE-15 and European Driving Cycle (EDC), Global NEST Journal, Vol 8, No 3 (2006), [6] Pelkmans L., Debal P., Comparison of on-road emissions with emissions measured on chassis dynamometer test cycles, Transportation Research Part D 11 (2006) [7] Marco Schöggl, In-Vehicle Testing, 3. AVL Tech Days Türkiye, Mayıs, 2013 (*) ergene@itu.edu.tr İletişim Bilgileri : İstanbul Teknik Üniversitesi Ayazağa Yerleşkesi, Motorlar ve Taşıtlar Laboratuarı, OTAM A.Ş Maslak / İstanbul Tel: Eposta: info@otam.com.tr Faks: Web: 5