Vehicle Design and Engine Performance
- 1. Kutluhan Utku TÜMEN Yüksek Metalurji ve Malzeme Mühendisi Otomotiv Mühendisi 2021/ 2022 TAŞIT TASARIMI VE MOTOR PERFORMANSI Kutluhan Utku TÜMEN
- 2. K.U.TUMEN 2021/2022 1 GİRİŞ Şekil 1’de bir araca ait motor performans haritası (yumurta eğrisi) verilmiştir. Şekilde sağda yer alan dikey eksen motorun döndürme momenti ve ortalama efektif basınç değerini gösteriyor. Şekilde altta yer alan yatay eksen ise motorun devir sayısını (motor hızını) göstermektedir. Şekil içerisinde bulunan ve üstten sınırlama yapan kalın çizgi motorun tam yük altındaki döndürme momentinin ya da ortalama efektif basıncın devir sayısına göre değişimini göstermektedir. Motor bu eğrinin üzerinde çalışmaz. Bu eğrinin altındaki kalan alanlar (kapalı eğriler meydana getiren halka eğriler) ise sabit özgül yakıt tüketimini göstermektedir. Bu eğri yardımıyla motorun güç, moment, yakıt, tüketimi gibi karakteristik özellikleri motor devir sayısı ve yüküne bağlı olarak belirlenebilir. Araca ait motor performans haritaları Kutluhan Utku TÜMEN
- 3. K.U.TUMEN 2021/2022 2 Araç Tipi Otomobil Araç Cinsi Otto 4 - zamanlı Yakıt Tipi Benzinli Dolgu Girişi Doğal Emişli Silindir Sayısı 4 Silindirli Strok Hacmi 1596 cm3 Maksimum Güç 175 hp @5000 rpm Maksimum Tork 200 Nm @2400 rpm Ortalama Efektif Basınç 10.8 bar@2400 rpm Yüksüz Ağırlık 1500 kg Yüklü Toplam Ağırlık 1900 kg Yüklü Ağırlık 1700 kg Dinamik Lastik Yarıçapı 0.35 m Ön Cephe Alanı 2.50 m2 Sürüklenme Katsayısı (Drag) 0.25 Sürtünme Katsayısı (Friction) 0.015 Şanzıman Dişli Oranları Diferansiyel Oranları 1. 3.87 4.00 2. 2.14 3. 1.39 4. 1.00 5. 0.69 Taşıt Tipi Taşıt Özellikleri GİRİŞ Kutluhan Utku TÜMEN
- 4. K.U.TUMEN 2021/2022 3 HESAPLAMALAR EFEKTİF GÜÇ Motorun belirli hız ve yük konumlarında krank milinden elde edilen güce denir. Motor gücü, momentin açısal hız ile çarpımıdır. Ne = Me x ω Motorumuzun tam yükte ürettiği maksimum moment 200 Nm olup bu moment motorun @2400 d/dak. hızla dönmesi sırasında elde ediliyor. Verilen bilgilere ve eşitliklere göre; n= 2400 (d/dak), π = 3.14, Me= 200 (Nm) Açısal hız: ω= 2 x π x n / 60 (rad/san) ω= 2 x π x 2400 / 60 (rad/san) ω= 251.33 (rad/san) Güç: Ne = Me x ω (watt) Ne = 200 (Nm) x 251.33 (rad/san) Ne = 50266 (watt) Bu gücü kW cinsinden yazmak için 1000’e bölüyoruz ve ardından beygir cinsine çevirmek için 1.36 ile çarpım yapıyoruz. Ne = 50.266 (kW) Ne = 50.266 x 1.36 = 68.36 (BG) elde edilir. Ne Efektif Güç, (Watt) Me Motorun döndürme momenti, (Nm) ω Krank milinin radyan cinsinden sn’de dönüşü Kutluhan Utku TÜMEN
- 5. K.U.TUMEN 2021/2022 4 HESAPLAMALAR ORTALAMA EFEKTİF BASINÇ (PME) Motor silindirlerinin ne kadar yük altında çalıştığı ve motorun hacmine göre ne kadar güç üretebileceğini gösteren bir parametredir. Pme = Motorumuz için maksimum güç 5000 d/dakikada 175 hp (130.5 kW) olarak belirlenmiştir. Verilen bilgilere ve eşitliklere göre; Ne= (130.5) x (1.36) = 177.5 BG Motor dört zamanlı olduğu için i=900 seçiliyor; Pme = Pme = Pme = 19.97 kg/cm2 olarak bulunuyor. Pme = 19.97 x 0.981 = 19.59 bar (bar cinsinden yazmak için 0.981 ile çarpıyoruz.) Pme Ortalama efektif basınç, (1 kg/cm2= 0.981 bar) (Ne) Güç, (BG) (1 kW=1.36 BG) Vh Strok hacmi, (1 litre=1000 cm3) N Motor devir sayısı, (d/dak) İ İki zamanlı motor için, (i=450) İ Dört zamanlı motor için, (i=900) Kutluhan Utku TÜMEN
- 6. K.U.TUMEN 2021/2022 5 HESAPLAMALAR KAVRAMA BOYUTLARI VE YAY BASKI KUVVETİ P= 0.15 N/mm2, µ= 0.25 olduğuna göre, 100 Nm iletecek diskli bir kavramanın boyutlarını ve yay baskı kuvvetini aşağıdaki formül ile hesaplarız; ro = ro = ro = 0.099 m = 99 mm d= 198 mm, Yani dış çapı 200 mm olan bir disk seçilebilir. ro Dış yarıçap (mm) P Yüzeye gelen basınç, Pa µ Sürtünme katsayısı M Diskin ileteceği moment, Nm Kutluhan Utku TÜMEN
- 7. K.U.TUMEN 2021/2022 6 HESAPLAMALAR KAVRAMA BOYUTLARI VE YAY BASKI KUVVETİ Kavrama disk ölçüleri Yay kuvveti ise aşağıdaki formül ile hesaplanıyor; Fs = Fs = Fs = 3090 N olarak yay kuvveti hesaplanır. Fs Yay kuvveti (N) µ Sürtünme katsayısı M Diskin ileteceği moment, Nm R Dış yarıçap (mm) Kutluhan Utku TÜMEN
- 8. K.U.TUMEN 2021/2022 7 HESAPLAMALAR VİTESTE DÜZ YOLDA 100 km/h SABİT HIZLA GİDERKEN MOTOR GÜCÜ VE DEVİR SAYISI İvme olmadığı için; a=0, Fe=0, Ne=0 Yokuş olmadığı için; α=0 ֯, Fy=0, Ny=0 Hava direncini m/sn ve m/dak. cinsinden yazalım. Vtaşıt= 100 km/h= 27.78 m/s = 1666.8 m/dak. (1h= 60 dakika, 1 dakika=60 saniye, 1km=1000m) Lastiğin çevresi; Id = 2πr = 2xπx(0.35m) = 2.20 m (Dinamik Lastik Yarıçapı: 0.35 m) Bunların sonucunda; nt= Vtaşıt / Id = (1666.8 (m/dak) / 2.20 m) = 758 d/dak (rpm) Viteslerdeki motorun dönme hızları; nm = nt x Iv x Id 4. Viteste; nm = nt x Iv x Id = 758 (d/dak) x (1.00) x (4.00) = 3032 d/dak 5. Viteste; nm = nt x Iv x Id = 758 (d/dak) x (0.69) x (4.00) = 2092 d/dak nm Motorun Dönme Hızı (d/dak) nt Tekerlek Dönme Hızı (d/dak) Iv Vites Çevrim Oranı Id Diferansiyel Çevrim Oranı Kutluhan Utku TÜMEN
- 9. K.U.TUMEN 2021/2022 8 HESAPLAMALAR VİTESTE DÜZ YOLDA 100 km/h SABİT HIZLA GİDERKEN MOTOR GÜCÜ VE DEVİR SAYISI Bunlara ek olarak hava direncini düşündüğümüzde, ihtiyaç duyduğumuz ekstra güç; Nh = (0.5 x Cd x A x ρh x V2 ) x V Nh = (0.5 x 0.35 x 2.50 m2 x 1.293 kg/m3 x 27.782 m2/s2 ) x (27.78 m/s) Nh = 12128 Watt Bunlara ek olarak yuvarlanma direnci düşünüldüğünde, ihtiyaç duyduğumuz ekstra güç; Nr = (f x g x m x V) Nr = (0.015 x 9.81 m/s2 x 1700 kg x 27.78 m/s) Nr = 6949 Watt Cd Aerodinamik Direnç Katsayısı (0.35) A Taşıtın Alın Yüzey Alanı (m2) ρh Havanın Yoğunluğu (1.293 kg/m3) V Taşıt Hızı (m/s) Nr Yuvarlanma Direnci (Watt) F Tekerlek-zemin Yuvarlanma Direnci -0.015 G Yerçekimi İvmesi (9.81 m/s2) M Taşıtın Yüklü Ağırlığı (kg) V Taşıtın Hızı (m/s) Kutluhan Utku TÜMEN
- 10. K.U.TUMEN 2021/2022 9 HESAPLAMALAR VİTESTE DÜZ YOLDA 100 km/h SABİT HIZLA GİDERKEN MOTOR GÜCÜ VE DEVİR SAYISI Sonuçta toplam gerekli olan güç ise; Nt = Nh + Nr Nt = 12128 watt + 6949 watt Nt = 19077 W NOT: Taşıttaki aktarma organlarının verimi, ηa = %90 yani ηa=0.90 ‘dır. Gerekli olan motor gücü; Ne = Nt / ηa Ne = (19077 W) / (0.90) Ne = 21197 W = 21.20 Kw Beygir cinsinden yazmak istersek; Ne = Ne x 1.36 = 21.20 x 1.36 = 28.8 BG Ne Motor Gücü (Watt) Nt Tekerlekteki Toplam Güç Gereksinimi (Watt) ηa Aktarma Organlarının Verimi Kutluhan Utku TÜMEN
- 11. K.U.TUMEN 2021/2022 10 HESAPLAMALAR VİTESTE DÜZ YOLDA 100 km/h SABİT HIZLA GİDERKEN MOTOR GÜCÜ VE DEVİR SAYISI Ortalama Efektif Basınç (pme); Pme = (Ne x 900) / (Vh x nm) Pme = (28.8 BG x 900) / (1.596 x 3032 d/dak) Pme = 5.4 bar Pme Ortalama Efektif Basınç (bar) Ne Gerekli Motor Gücü (W) Vh Strok Hacmi (l) nm 4. Vitesteki Motor Dönme Hızı (d/dak) Kutluhan Utku TÜMEN
- 12. K.U.TUMEN 2021/2022 10 HESAPLAMALAR VİTESTE SEYREDEN ARACIN 100 Km MESAFEDEKİ YAKIT TÜKETİMİ Şekil 1’de aracın motor performans eğrisi verilmiştir. Burada bir önceki alanda gerekli hesaplamalar yapılmıştır. Bunun sonucunda ise bazı sonuçlara ulaşılmıştır. Bunlar; 3032 rpm ve 5.4 bar basınçta aracın yakıt tüketimi 280 g/kWh ‘tır. 100 km’deki hacimsel yakıt miktarı ise; G= Ne x BSFC G = 21.20 x 280 = 5936 g/saat Hacimsel olarak 5936 / ρb = 5936 / 0.76 kg/l = 7.8 litre/100 km (ρb = Benzinin Yoğunluğu, 0.76 kg/l) nm (4. Viteste Motorun Dönme Hızı) 3032 d/dak Pme (4. Viteste Ortalama Efektif Basınç) 5.4 bar Kutluhan Utku TÜMEN
- 13. K.U.TUMEN 2021/2022 11 HESAPLAMALAR LASTİK SEÇİMİ VE BOYUTLANDIRMA Lastik ISO gösterimi Aracın yüklü toplam ağırlığı = 1900 kg ve 475 kg/her teker için; Her bir tekere 475 kg düşüyor bu yüzden endeks 82 olur. Hız Sembolü ise V olarak kabul edilmiştir. Yani maksimum hızı 240 km/h olarak belirlenmiştir. 195/50 R15 82 V Uygun değerler aşağıda verilen şekillerden belirlenmiştir. Kutluhan Utku TÜMEN
- 14. K.U.TUMEN 2021/2022 12 HESAPLAMALAR LASTİK SEÇİMİ VE BOYUTLANDIRMA Uygun değerler aşağıda verilen şekillerden belirlenmiştir. Binek otosu lastikleri için boyut ve işaretler Lastik hız sembolleri Lastik yük endeksi Kutluhan Utku TÜMEN
- 15. K.U.TUMEN 2021/2022 DİNLEDİĞİNİZ VE KATILDIĞINIZ İÇİN ÇOK TEŞEKKÜRLER Kutluhan Utku TÜMEN
- 16. K.U.TUMEN 2021/2022 DİNLEDİĞİNİZ VE KATILDIĞINIZ İÇİN ÇOK TEŞEKKÜRLER Kutluhan Utku TÜMEN