Hibrit skuter güç grubu tasarımı
Hybrid scooter powertrain design
Yazar: MUSTAFA KABAKÇI
Danışman: DOÇ. DR. ALP TEKİN ERGENÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Son yıllarda değişen tüketici alışkanlıkları, E-ticaret ve süreli hazır yemek dağıtım sektörünü gittikçe hareketlendirmektedir. Özellikle salgın süresince tüketicilerin kendi yaşam alanları olan evlerinde kalma istekleri, şirketlerin çalışanlarına seçenek olarak sundukları evden çalışma şekli, öğrencilerin eğitimlerine evden devam etme zorunluluğu ve ya hükümetlerin salgın sebebi ile uyguladığı kısıtlamalar tüketicilerin evde geçirdikleri zamanı daha da artmıştır. Tüketiciler temel yaşam gereksinimlerini çevrimiçi e-ticaret firmalarından yaptıkları alışverişlerle gidermeye çalışmışlardır. Değişen alışveriş yöntemi, tüketicilere hizmet götürmek için kurulan şirketlerin sayısını ve boyutlarını hızla arttırmaktadır. Çevrimiçi yapılan alışveriş ve yemek siparişi sayısı yüz yüze yapılan alışveriş ve yemek alımlarına göre her geçen gün artmaktadır. Ayrıca gün geçtikçe daha fazla tüketici yemek hazırlamak için zaman ayırmak yerine çevrimiçi yemek satın almayı tercih etmektedir.
Gün geçtikçe ticaretteki payları artan, kargo ve hazır yemek teslimatı yapan firmaların, verilen siparişlere zamanında yetişebilmek için araç parklarını da aynı oranda büyütmeleri gerekmektedir. E-ticaret siparişlerine cevap veren kargo firmaları genelde sıralı dağıtım araçlarını tercih etmektedir. Hazır yemek siparişlerini son tüketiciye ulaştıran firmalar ise kişiye özel bu siparişleri belli bir zaman diliminde teslim etmek zorundadır. Son kullanıcılara yansıttıkları maliyetleri düşürebilmek için daha küçük taşıtlar tercih etmektedirler. Ayrıca özellikle nüfusu yoğun şehirlerde kısa süreli park ve trafik sorunu bir miktarda olsa iki tekerlekli küçük taşıtlarla azaltılabilmektedir. Özellikle son tüketici teslimatı yapan firmaların kullandığı şehir içinde kullanım kolaylığı ve pratikliği yüksek olan skuterlerin sayısı hızla artmaktadır. İçten yanmalı motora sahip olan skuterler km başına bir otomobilden daha az yakıt tüketen ancak kütlelerine oranla daha verimsiz taşıtlardır. Bazı firmalar elektrik motoruna sahip olan skuterleri kullanmayı tercih etse de özellikle teslimat mesafesinin ve yoğunluğunun arttığı durumlarda bataryaların şarj olma süresi ve bataryaların menzil problemiyle karşı karşıya kalınabilmektedir. Menzil problemini giderebilecek ve skuterin toplam verimini artırabilecek bir çözüm olarak hibrit skuterler gösterilebilir.
Skuterin menzilini ve toplam verimini arttırabilmek ve daha az CO2 salınımı yapmasını sağlamak için sıradan içten yanmalı motora sahip skutere entegre edilebilen bir hibrit güç grubu tasarımı yapılmıştır. Başlangıçta, hibrit bir elektrikli skuterin dinamik modeli geliştirilmiştir. Dinamik modelde yeterli elektrik motor gücü, gerekli devir ve batarya kapasitesi hesaplanmıştır. Uygun bir skuter bulunarak üzerinde gerekli değişiklikler yapılmıştır. Güç grubunun sisteme entegre edilebilmesi için kullanılması gereken bileşenlerin hesaplamaları ve seçimleri yapılmıştır. Tasarlanan hibrit güç grubunda, aynı çıkış mili üzerinden iki farklı motorun da hareket verebilmesine olanak sağlanarak paralel hibrit mimarisi tercih edilmiştir. Tasarımda, 48V 800 Watt gücünde sabit mıknatıslı doğru akım elektrik motoru (PMDC), 48V 20Ah batarya, motor sürücüsü ve elektrik motorunun hareket iletimini sağlayabilmesi için zincir dişli sistemi kullanılmıştır. Elektrik motoru (EM) ile skuterin dahili içten yanmalı motorunun (İYM) tek çıkış şaftında birleştirilmesi istenmiştir. Bu sayede skuterin ana yapısında köklü bir değişiklik yapılmadan tasarım gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda İYM'nin düşük tork devirlerinde kullanım dışı kalması ile birlikte yakıt ekonomisi ve CO2 emisyonlarının düşürülmesi amaçlanmıştır. Yapılan deneylerde belli bir güzergah belirlenerek Sadece EM ile sadece İYM ile ve belli oranlarda EM ve İYM kullanılarak yakıt ölçümleri yapılmış ve hesaplamalarla atmosfere salınım yapılan CO2 miktarı hesaplanmıştır.

Abstract:
Changing consumer habits in recent years has been increasingly stimulating the e-commerce and ready-to-eat meal distribution sector. Especially during the epidemic, the desire of consumers to stay at home, which is their own living space, the way companies work from home as an option for their employees, the obligation of students to continue their education from home, or the restrictions imposed by the governments due to the epidemic have increased the time spent by consumers at home. Consumers have tried to meet their basic life needs by shopping from online e-commerce companies. The changing shopping method is rapidly increasing the number and size of companies established to serve consumers. The number of online shopping and food orders is increasing day by day compared to face-to-face shopping and food purchases. In addition, more and more consumers prefer to buy food online rather than spending time preparing food.
The companies, whose share in the trade is increasing day by day and which delivers cargo and ready meals, need to enlarge their vehicle parks at the same rate in order to be able to meet the orders on time. Cargo companies that respond to e-commerce orders generally prefer sequential delivery vehicles. Companies that deliver ready-made food orders to the end consumer have to deliver these personalized orders within a certain time frame. They prefer smaller vehicles in order to reduce the costs they pass on to the end users. In addition, short-term parking and traffic problems, especially in densely populated cities, can be reduced to some extent with small two-wheeled vehicles. The number of scooters with high ease of use and practicality in the city, especially used by end-consumer delivery companies, is increasing rapidly. Scooters with an internal combustion engine are vehicles that consume less fuel per km than a car, but are more inefficient compared to their mass. Although some companies prefer to use scooters with electric motors, especially in cases where the delivery distance and density increase, the charging time of the batteries and the range of the batteries may be encountered. A hybrid scooter can be shown as a solution that can eliminate the range problem and increase the overall efficiency of the scooter.
In order to increase the range and overall efficiency of the scooter and to make it emit less CO2, a hybrid power unit design that can be integrated into the scooter with an ordinary internal combustion engine has been designed. Initially, a dynamic model of a hybrid electric scooter was developed. In the dynamic model, sufficient electric motor power, required speed and battery capacity are calculated. A suitable scooter was found and necessary changes were made on it. Calculations and selections of the components that should be used in order to integrate the power group into the system have been made. In the designed hybrid power group, parallel hybrid architecture was preferred by allowing two different engines to act on the same output shaft. In the design, 48V 800 Watt permanent magnet direct current electric motor (PMDC), 48V 20Ah battery, motor driver and chain gear system are used to provide motion transmission of the electric motor. It is desired to combine the electric motor (EM) and the internal combustion engine (ICE) of the scooter on a single output shaft. In this way, the design was carried out without making any radical changes in the main structure of the scooter. At the same time, it is aimed to reduce fuel economy and CO2 emissions with the ICE being out of use at low torque speeds. In the experiments, a certain route was determined and fuel measurements were made with only EM and only ICE, and using certain ratios of EM and ICE, and the amount of CO2 emitted was calculated by calculations.