ALTERNATİF YAKITLAR VE MOTORLAR 1.DÖNEM 2.YAZILI ÇALIŞMA SORULARI 1. Hibrid motorlarla ilgili ilk çalışmalar ne zaman kim tarafından yapılmıştır? Yazınız. Hibrid motorlarla ilgili ilk çalışmalara Amerikalı mühendis olan H. Piper 23 Kasım 1905’te hibrid taşıtına bir patent alarak başladı. 2.Hibrid motorları kısaca tanımlayınız. Hibrid motorlar bir elektrik motoru ve yardımcı güç ünitesi olarak ta içten yanmalı bir motorun kullanıldığı motorlardır. İçten yanmalı motor genellikle taşıt üzerindeki aküleri şarj etmek için kullanılmaktadır. Şehir içi kullanımlarda düşük hızlarda ve daha az egzoz emisyonu sağlamak için elektrik motoru ile hareket edilirken, yüksek hızlarda ve şehir dışı mekânlarda içten yanmalı motorla hareket sağlanmaktadır. Bu taşıtlarda şoför, taşıt hareketinin elektrikle, yardımcı güç ünitesi ile veya her ikisini birlikte kullanarak sağlanmasını seçebilmektedir. 3.Elektrikli hibrid motorun avantajları nelerdir? Yazınız. 1.Çevreyi daha az kirletir, yani egzoz emisyonun daha düşük seviyededir. 2.Yakıt tüketimi yönünden daha ekonomiktir. 3.Motor boyutlarına göre araca yerleştirilişi en uç noktalara değil; ortaya ve yanlara olduğundan araç dengesi daha iyi sağlanabilmektedir. 4.Elektrik motoru ilk harekete geçiş ve hızlanma karakteristikleri yönünden, içten yanmalı motora göre daha avantajlıdır. 5.Elektrik motoruyla kullanımda çok sessiz çalışma sağlanır. 6.Ülke ekonomisinin dışa bağımlılığını azaltır. 4. Elektrikli hibrid motorun dezavantajları nelerdir? Yazınız. 1.İçten yanmalı motora göre daha pahalıdır. 2.Motordan bağımsız şarj süreleri uzun sürmektedir. 3.Bu tip taşıtlar direkt olarak havayı kirletmemelerine rağmen, yeniden şarj edilebilmeleri için gerekli enerji termik santrallerden sağlandığı için, fosil yakıtlarından dolayı, santrallerden yayılan sülfüroksit ve karbondioksit miktarlarında artma olmaktadır. Kısacası dolaylı olarak hava kirliliği devam etmektedir. 4.Elektrikli taşıtların en büyük dezavantajı menzillerinin kısa oluşudur. 5.Akü ömrünün kısa olması ve ağırlıklarının fazla olması nedeniyle geliştirme çalışmaları devam etmektedir. 6.Elektrik motoruyla kullanımda yüksek hız ve yüksek tork elde edilememektedir. 5. Hibrid motorlar elektrik motoru ile içten yanmalı motorun birbiri ile bağlantı şekline göre kaça ayrılır? Yazınız. Paralel hibrid tahrik sistemi ve seri hibrid tahrik sistemi olarak ikiye ayrılır. 6.Aşağıdaki şekillerde görülen içten yanmalı motor ve elektrik motorunun değişik biçimlerde birleştirildiği paralel hibrid tahrik sistemlerini kısaca resimlerin altına açıklayınız.
İçten yanmalı motor ve elektrik motoru için ayrı ayrı şaft kullanılmıştır.
İçten yanmalı motor ve elektrik motoru tek bir şafta birleştirilmiştir.
İki motor bir vites kutusu ile birleştirilmiştir. Gerekli güç iki motorun dönme hareketinin araya yerleştiren bir vites kutusu ile birleştirilmesi sayesinde elde edilir.
İçten yanmalı motor ve elektrik motorunun birbirine mekanik bağlantısı yoktur. Elektrik motoru, arka aksı; içten yanmalı motor ise ön aksı tahrik etmektedir.
7. Seri hibrid tahrik sistemini kısaca anlatınız. Seri hibrid tahrik sistemi; içten yanmalı motor, elektrik motoru ve jeneratör olmak üzere üç ana kısımdan oluşur. İçten yanmalı motor tarafından oluşturulan mekanik enerji, jeneratör tarafından elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik motoru çalıştırılır ve tahrik (hareket) sağlanır. 8.Aşağıdaki şekilde görülen hibrid düzeneği hangi tip tahrik sistemine ait olduğunu ve parçaların isimlerini yazınız. Yandaki şekilde seri hibrid düzeneği ve içten yanmalı motorla birleştirme şekilleri görülmektedir. Parçaları:
9. Paralel tahrik sisteminin seri hibrid tahrik sistemlerine göre avantajları nelerdir? Yazınız. 1. Paralel sistemde jeneratör olmadığı için ağırlık ve maliyet yönünden avantajlıdır. 2. Paralel sistemde içten yanmalı motordan alınan tahrik gücü direkt tahrik aksa iletildiğinden enerji kaybı ve yakıt tüketimi de azdır. 3.Seri sistemin dizaynından dolayı enerji dönüşümleri sırasında meydana gelen kayıplardan dolayı verim düşüktür. 10.Paralel ve seri tahrik sistemlerinde taşıtı tahrik etmek için gerekli olan güç nasıl üretilir? Yazınız. Paralel sistemde taşıtı tahrik etmek için gerekli olan gücün (P max) yarısı elektrik motorunda, diğer yarısı da içten yanmalı motorda üretilecek şekilde tasarlanmıştır. Seri sistemde tahrik aksından maksimum hız için istenilen güç (Pmax); elektrik motorunun, içten yanmalı motorun ve jeneratörün ürettiği güçrenin toplamıdır. Bu da toplam gerekli gücün 3 P max olması demektir ve bu sebeple güçten büyük bir kayıp söz konusudur. 11. Elektrikli hibrid taşıtlarda kullanılan elektrik motorlarının yapısını kısaca anlatınız. Kullanılan elektrik motorunun; stator (sabit) ve rotor (hareketli) olmak üzere iki esas parçası vardır. Bakır sargılar oluşan stator silindir biçiminde olup sargılardan akım geçirilmesiyle elektromanyetik indükleme oluşturularak rotoru harekete geçirir. 12. Elektrikli hibrid taşıtlarda kullanılan elektrik motorlarının tipleri nelerdir? Yazınız. Taşıtlarda kullanılan elektrik motorları; 1.Doğru akım (DC) motoru (çift fazlı) 2.Alternatif akım (AC) motoru (üç fazlı) olarak iki tiptir. 13.Elektrik motorlarında verim kaybı nerede oluşur? Yazınız. Elektrik motorunda sürtünen parçalar az olduğu için çalışması sessizdir ve aşınma olmaz. Bu sistemde verim kaybı da sadece dişli çark sisteminden oluşmaktadır. 14. Taşıtlarda kullanılan elektrik motorlarından DC motor ve AC motorun birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları nelerdir? Yazınız. 1. AC motor daha hafif, verimi daha yüksek ve daha az bakım gerektirir. 2. AC motorun şanzıman ve akslara daha kolay birleştirilir. 3. AC motorlarda ayrı bir kontrol ünitesine gerek vardır. 4. DC motorda akım, iki fazlı olduğundan anahtarlar ile kontrol edilebilmektedir. 5. AC motorun kontrol ünitesi DC motorun kontrol ünitesine göre oldukça pahalıdır.
15.Aşağıdaki grafikte, benzinli motorla elektrikli motorun temel karakteristikleri karşılaştırılmıştır. Grafiği inceleyerek açıklayınız.
Grafik incelendiğinde elektrik motorunun düşük devirlerde çekiş gücü yüksekken torkunda yüksek olduğu görülmektedir. Devir arttıkça düşük devirlerdeki yüksek torkun hızla aşağı düştüğü görülmektedir. Buradan çıkan sonuç yüksek devirlerde elektrik motorundan yüksek tork elde edilememektedir.
16. Elektrikli hybrid taşıtlarda kullanılan akü çeşitleri nelerdir? Yazınız. 1.Nikel Metal Hidrit Aküsü 2. Kurşun-Asit Aküsü 3. Lityum Polimer Aküsü 4. Alüminyum Hava Aküsü 5. Lityum Hava Aküsü 6. Çinko Aküsü 7. Nikel Kadmiyum Aküsü 8. Sodyum Sülfür Aküsü 17. Akünün fiziksel durumu belirleyen parametreler nelerdir? Yazınız. 1.Akü sıcaklığı 2.Akünün şarj durumu 3.Akü özgül yoğunluğu, toplam akü ağırlığına oranı, yani güç yoğunluğudur. 18. Taşıt çalışma koşullarını belirleyen parametreler nelerdir? Yazınız. 1.Taşıt toplam ağırlığı 2.Taşıt toplam hızı 3.Taşıdın kaç kere durup-kalktığı 4.Taşıt rüzgâr direnç kat sayısına bağlı olarak incelenmesi 5.Yol durumu ve yol yapısının değişkenliğidir. 19. Kaliforniya hava kaynakları heyeti tarafından hava kirliliğini azaltan taşıtlar dört sınıfa ayrılmıştır. Bu taşıtları sınıflandırınız. 1.Düşük emisyona geçiş taşıtları (Transitional low –emission vehicle, TLEV) 2.Düşük emisyon oluşturan taşıtlar (Low emission vehicle, LEV) 3.Çok düşük emisyon oluşturan taşıtlar (Ultra low – emission vehicle, ULEV) 4.Sıfır emisyonlu taşıtlar (Zero emission vehicle, ZEV) 20. Hibrid taşıtların performansı nasıldır? Yazınız. Benzinli motorun ve jeneratör motorunun toplam gücü 50 KW (72 HP) kadardır. Özellikle düşük ve orta hızlarda taşıdın hareket torkunun çoğunu tahrik motoru sağlar ve içten yanmalı motor bir enerji kaynağı olarak çalışır. Bu tip bir taşıdın maksimum hızı 120 km/h kadardır. 21. Hibrid taşıtların verimi ve yakıt tüketimi nasıldır? Yazınız. Ana yol ve şehir içi trafiğinde kullanılan ortalama güç gerçekte sadece 7,5 kW dolaylarındadır. Hibrid taşıtta maksimum verimlilikte çalışan çok küçük bir motor bu küçük güç seviyesini üretir. Hibrid taşıtlar değişen yol, yük ve güç gibi ihtiyaçların karşılanması için taşıtın frenleme enerjisinin bir kısmını bataryaları yeniden şarj etmek için kullanılır. Günümüzde hibrid motorlu araçların yakıt ekonomisi iki veya üç katına çıkarılarak taşıt yakıt ekonomisi önemli ölçüde artırılmıştır. Hibrid taşıtlar çok düşük petrol tüketim seviyelerine sahiptir. M 85’te (%85 metanol ve %15 benzin) çalışan hibrid taşıtlar klasik otomobillere göre %90 daha az bir petrol tüketimine sahiptir. Günümüzde üretilen hibrid motorlu araçların testlerinde 100 km’de 3 lt benzin tüketimine kadar düşülmüştür. Sürücü, alternatif yakıtı kullanamadığı zaman benzini yedek yakıt olarak kullanabilir. Ancak maksimum yakıt ekonomisi, hibrid taşıtların ağırlığının azalması ile sağlanır ve bu sayede hibrid taşıtların egzoz emisyonları da azaltılacaktır. 22. Yakıt pili nedir? Yazınız Yakıt pilleri; elektrikli ve hibrid taşıtlarda tahrik için kullanılan elektrokimyasal akülerdir.
23.Yakıt pili ile Akü arasındaki fark nedir? Açıklayınız. Yakıt pillerinde elektrik, hidrojen sayesinde elde edilir. Akü gibi kutuplarından elektrik enerjisi alınmasına rağmen, bu enerjiyi akü gibi depolanmış olan enerjiden değil, ürettiği enerjiden verir. Enerjiyi hidrojen sağlandığı sürece verir. Yakıt pilinde hidrojen verildikçe elektrik alınır. Atık olarak sadece saf su ve ısı geriye kalır. Ayrıca motor gürültüsü, hareketli parçalar ve egzoz gazı gibi dezavantajlar olmaz. Tamamen sessiz çalışan sistem, kimyasal reaksiyonlardan ibarettir. Bu sistemi pilden ayıran en büyük özellik, güç üretimi için şarja gereksinim olmaması ve yakıt sağlandıkça güç üretiminin devam edecek olmasıdır. 24. Bir yakıt hücresi (yakıt pili) hangi kısımlardan oluşur? Yazınız. 1.Yakıt işleme ünitesi 2.Güç üretim sistemi 3.Güç dönüştürücü olmak üzere üç ana bölümden oluşmaktadır. 25. Yakıt pillerinde verim, içten yanmalı motorlardaki verimin …..İKİ….katıdır. 26. Yakıt pillerinde birçok plakanın yan yana bağlanması ile elde edilen sisteme… STAK (YIĞIN)….. adı verilir. 27. Stakların kendi aralarında seri ve paralel bağlanmaları ile istenilen voltaj…. DOĞRU……. akım olarak elde edilir. 28. Yakıt pillerinde üretilen doğru akım …..KONVERTÖRLER (DÖNÜŞTÜRÜCÜ)…….. ile alternatif akıma çevrilir. 29. Bir yakıt hücresinde yakıt beslemesinin olduğu ve dolaylı beslemede ön işlemin gerçekleştirildiği üniteye…….. YAKIT İŞLEME ÜNİTESİ………..denir. 30.Hücrede üretilen doğru akımı ticari kullanım için alternatif akıma çeviren üniteye ……………. ………..……GÜÇ DÖNÜŞTÜRÜCÜ………… denir. 31. Yakıt pillerinde kullanılan elektrolit çeşitleri nelerdir? Yazınız. 1.Fosforik asitli 2.Ergimiş karbonatlı 3.Katı oksitli 4.Proton geçiren zarlı (PEM) elektrolitler kullanılabilmektedir. 32. Yakıt pillerinde kullanılan elektrotlar nelerdir? Yazınız. Yakıt pillerinde gözenekli, gözeneksiz ve hidrofob elektrotlar kullanılabilir. 33. Günümüzde yaygın olarak kullanılan yakıt pilleri nelerdir? Yazınız. 1.Fosforik asit yakıt pili (PAFC), 2.Katı polimer (solid polymer) yakıt pili (SOFC), 3.Alkali yakıt pili (AFC), 4.Proton değişim membranlı yakıt pili (PEM), 5.Doğrudan metanol kullanılan yakıt pili (DMFC) dir. 34.Yakıt hücresine sahip bir motorun avantajları nelerdir? Yazınız. 1.Çevre dostudur ve reaksiyonlar sonunda dışarıya egzoz olarak oksijen atılır. 2.Yakıt tüketimi yönünden çok daha ekonomiktir. 3.Ülke ekonomisinin dışa bağımlılığını azaltır. 35. Yakıt hücresine sahip bir motorun dezavantajları nelerdir? Yazınız. 1.İçten yanmalı motora göre daha pahalıdır. 2.Kulanım ömrü şu an için düşüktür. 3.Farklı tiplerde yakıt hücreleri gelişmiş ülkelerde deneme aşamasında olup, yaygınlaşması uzun sürebilir. 36.Günümüzde yakıt pillerinin kullanım alanları nelerdir? Yazınız. 1.Uzay çalışmaları / askeri uygulamalar 2.Evsel uygulamalar 3.Sabit güç üretim sistemi / yüksek güç üretim sistemi uygulamaları 4.Taşınabilir güç kaynağı uygulamaları 5.Atık / atık su uygulamaları 37.Yakıt hücrelerinde…HİDROJEN VE OKSİJEN….maddelerin reaksiyonu sonucu enerji elde edilir. 38. Günümüzde üretilen yakıt hücreleri……50- 250 KW……..değerlerinde güç üretmektedir. 39. Hibrid taşıtlarda CO emisyonunun ortalama değeri…..0,4 g /km…… dir. 40. Lityum hava aküsünün şehir içi menzili……640 km……..dir. 41. Seri hibrid sisteminde ………İKİ……….kaç kat güç ihtiyacı vardır.