기계공학실험(엔진성능실험)

소개글

기계공학실험(엔진성능실험)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리

3. 그래프

4. 연비계산

5. 고찰

본문내용

2 kgm
(2) Fuel efficiency
연료량 : 30ml
시간 : 78sec
연료밀도 : 0.8g/ml
5. 고찰
(4)번 그래프를 보면 TDC점에서 압력이 최대가 된 것이 아니라 12°정도 지난 지점에서 압력이 최대가 되었다. 이는 화염전파속도를 고려해 피스톤이 TDC점에 오기 전에 미리 점화를 해주기 때문이다. 불꽃이 튄 후 점화하기까지의 시간(유도시간)과 연소하는데 필요한 시간이 있기 때문에 연소를 어느 정도 끝내서 최고압력이 되었을 때 TDC 이후 10° 부근이 이상적이다. 하지만 TDC 전에서 연소가 시작되므로 압축행정에서 음의 일이 필요하게 되고 연소가 팽창행정에서 길게 이어지지 못하기 때문에 약간의 동력손실이 팽창행정의 시작에서 생기게 된다.
블로우다운(Blow-Down) 과정은 실제 유한한 실시간과 유한한 사이클 시간이 필요하다. 그래서 공기-표준 해석과 같이 일정 체적에서 발생하지 않는다. 이러한 이유로 배기밸브는 반드시 BDC 40°~60°에서 열려야 하며, 팽창행정의 후반부 끝에서 출력일이 손실된다. 실제 기관에서는 흡입행정의 끝에서 TDC 후까지 흡기밸브가 닫혀지지 않는다. 밸브의 유동저항 때문에 공기는 여전히 BDC에서 실린더에 유입되며, 만약 여기서 밸브가 닫히면 체적효율은 떨어지게 된다. 그러나 이러한 이유로 실제 압축행정은 BDC에서 시작되는 것이 아니라 흡기밸브가 닫힌 후에야 시작된다. 이상적으로 밸브는 순간적으로 열리고 닫히지만, 캠축을 사용할 때에는 그렇지 못하다. 유입행정의 시작에서 흡기밸브가 완전히 열리도록 하기 위해서는 TDC 전에 열리기 시작해야 한다. 마찬가지로 배기밸브는 배기행정의 끝까지 완전히 열려 있어야 한다. 그 결과, 밸브의 오버랩(흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열려있는 상태) 기간은 이상적인 사이클로부터 벗어나게 된다. 실제 4행정 디젤기관에서의 도시 열효율은 공기-표준 오토사이클해석에서 예측한 값들보다 항상 다소 낮다. 이것은 실제 기관에서 이상기체의 거동 편차와 블로우다운, 연소의 유한한 시간, 밸브 타이밍, 점화 타이밍, 마찰, 열손실 등에 의해 발생한다.
실험을 통해 평소에 가깝게 볼 수 있었던 자동차 엔진에 대한 내용을 정리할 기회를 갖을 수 있어서 좋았다. 비록 구체적인 실험을 하는 것이 아니라 단지 엔진을 작동 시키는 것만을 보여준 실험이여서 아쉬움이 남기도 했지만 주어진 데이터를 그래프화 하고 보고서를 작성하는 과정에서 이론적인 엔진 시스템과 실제 시스템의 차이를 생각해 볼 수 있었던 것 같다.
데이터를 가지고 p-v선도를 그려보면서 실제와 이론상의 p-v선도가 달라짐을 알 수 있었는데 열기기 같은 경우는 단열이 잘 되지 않기 때문이라 생각 된다.
또한 그래프를 통해 TDC점을 찾아 봄으로서 점화지연(
lgnition Delay)이 일어났다는 것을 알 수 있었다. 점화지연이란 흔히 디젤 엔진에서 연료가 공급되고 점화 될 때까지 걸리는 시간을 말한다. 이렇게 시간이 걸리는 이유는 디젤의 경우 자연발화를 하기 때문이다. 가솔린의 경우는 점화 플러그가 있어서 불꽃으로 폭발을 일으키지만 디젤은 실린더를 압축시켜서 실린더 내의 혼합기를 압축시켜 자연발화 시키기 때문에 점화지연이 발생하는 것 같다. 가솔린은 자연발화가 되면 노킹(불안정한 폭발로 진동등이 생기고 엔진성능이 떨어짐)이 발생하기 때문에 자연발화가 잘 안되는 휘발유를 쓰고 디젤은 자연발화가 잘 되어야 하기 때문에 자연발화가 잘 되는 경유를 쓴다.
또한 실제 오토 사이클 Blow off 구간에서 일의 손실이 있음에도 불구하고 배기가스를 빨리 빼서 연소 효율을 높이려고 배기밸브가 이론상에서 보다 먼저 열리게 된다는 것도 알게 되었다.

키워드

엔진성능,   기계공학,   연비계산,   연료,   pv선도,   P'-th,   MP'-Mth',   고찰