내연기관 실험-기계공학 응용실험

목차

1. 실험목적

2. 실험 내용 및 이론적 배경

3. 실험장치
1) 압력측정 장치
2) 크랭크 각 검출장치
3) 연료소비율 측정 장치
4) 엔진과 동력계

4.실험 방법

5.실험 결과
1) p-θ선도
2) P-V선도
3) 계산
4) 결과
5) 고찰

6. 출처 및 참고 문헌

본문내용

압선도를 그린다. 이때 단위가 압력은 bar 이고 부피는 cc 이므로 각각 , 을 곱하여 d의 단위로 바꾸어 주었다. 도시일은 로 구한다. *.exp 파일을 위의 값으로 보간한 후 오리진6.0에서 적분값을 알 수 있다. 그 값에 4실린더라는 점을 감안하여 4를 곱하여 주면 도시일을 구할 수 있다. 나머지 값은 계산식을 이용하여 구할 수 있다.
도시일이 제동일보다 크게 나타났다.
열손실만을 포함하는 도시일이 기계손실과 열손실을 모두 포함하는 제동일보다 크게 나타남이 당연하다. 도시일에서 보면 4.5kg-m 가 3.0kg-m 보다 작게 측정 됐는데 이것은 측정상 여러 가지 결함으로 인한 것으로 생각된다. 기계 자체의 떨림도 있고 눈짐작과 손으로 하는 연료의 측정이라 오차가 큰 것 같다.평균 유효 압력도 하중이 커질수록 커지는 것을 볼 수 있었다.
다만 4.5kg-m의 도시평균 유효 압력은 도시일의 오차와 비슷한 결과로 3.0kg-m 보다 작게 나왔다.(도시 평균 유효 압력이 도시일에 비례 하므로)
기계효율 계산시 일의 비율이 아닌 일률의 비율로 계산하였다. 도시일이 한 사이클을 기준으로 하는데 반해 제동일은 한 rev.을 기준으로 함으로 비교하기에 힘들기 때문이다. 큰 하중일수록 커졌는데 4.5kg-m는 1.0이 넘는 수치가 나왔다.
일률이 1.0을 넘을 수 없는데 이것은 측정 오차로 인한 결과 인 것 같다.
연료 소비율을 살펴보면은 하중이 커질수록 연료 소비율이 낮아졌다.
이것또한 측정 오차로 보인다.
위의 결과를 종합하여 검토한 결과, 토크, 즉 부하가 증가할수록 대부분의 항목들이 증가함을 알 수 있다. 이는rpm을 고정한 정속모드인 경우 기관의 성능은 토크값에 영향을 받는다고 할 수 있다.즉 엔진에 부하가 많이 걸릴수록 실린더 내 압력이 높아지고 하는 일이 더 많아짐을 의미한다. 그리고 부하가 커질수록 연료소비율도 커지는데, 이것은 더 많은 일을 함에 따라 더 많은 연료를 필요로 하는 것으로 보인다.
그러나 이번 실험을 통하여 단정적으로 말 할 수는 없는 이유는 단지 정속모드에서만 실험을 수행하여 나온 결과일 뿐이기 때문이다. 다른 조건을 갖춰서 여러 가지 요인을 모두 확인하였을 때 비로소 엔진의 효율을 말할 수 있을 것이다. 또한 실험 측정기의 오차 또한 최소화하도록 하여야 할 것이다.
엔진에 관한 여러 가지 계산식들을 풀어 보았는데 이러한 모든 것은 엔진의 성능을 평가하기 위한 잣대가 되는 것 같다. 약간의 오차를 감안하여도 위의 표를 보면 부하가 커질수록 많은 연료가 들고 더 큰 일이 필요하다는 것을 알수 있었다. 내연기관 시간에 배운 여러 가지 이론식들을 실제로 구해 봄으로써 쉽게 다가갈 수 있어서 유익한 실험 이었다.
5) 고찰
< 커먼레일 엔진 >
-커먼레일 엔진(Common Rail Direct Injection Engine)의 개념
커먼레일은 Common Rail Direct Injection Engine의 약자로 기존엔진이 혼합기를 통해 연료와 공기를 연소실에 공급하는 것과 달리 연료를 연소실에 직접 분사하는 방식입니다. 이에 따라 엔진 효율이 높아지고, 공해물질이 적게 배출되며, 엔진과 관계없이 제어가 가능하여 경량화가 가능하게 되었습니다.
-장점
이 방식은 연료의 압력을 제어하여 직접 분사하기 때문에 고압을 유지할 수 있어 연소 효율을 높일 수 있습니다. 또한 엔진의 회전수와는 크게 관계 없이 분사압, 분사량, 분사율, 분사시기를 독립적으로 제어할 수 있습니다. 이는 기존 엔진이 회전수에 의해 연료분사 제어를 하는 것과 달리 엔진과 연료분사를 독립적으로 하기 때문에 설계가 용이하고, 부품수가 줄어 경량화가 가능하게 되었습니다. 또한 연소효율이 높아 출력이 올라가고, 유해물질의 배출량이 줄어듭니다. 승차감에서는 기존의 기계적인 연결에서 생기는 진동과 소음이 커먼레일 방식에서는 발생하지 않아 가솔린 엔진보다 조금 더 높습니다.
-커먼레일 압력 제어방법
제어의 자유도 큼
: 엔진회전수에 관계없이 분사압, 분사량, 분사율, 분사시기를 전부 독립적으로 제어가 가능합니다.
중량 및 구동토크 저감
: 기존 인 라인(In-line) 방식의 인젝션 펌프에 비하여 약 1/2-1/3의 중량이며 고압연료의 손실을
줄임으로써 구동토크를 저감 할 수 있습니다.
기존 엔진에 적용 용이
: 인젝터 및 고압 공급펌프 등을 기존 엔진에 큰 변경없이 교체가 가능합니다.
-구성요소
- 센서 : 엔진 회전수, 가속페달, 공기, 냉각수 온도, 압력 등 감지
- 압력센서 : 압력 감지
- ECU : 연료분사 제어
- 액튜에이터 : 작동제어
- 고압펌프 : 압력 발생
- 커먼레일 : 고압 연료관
- 압력조정밸브 : 압력조정
- 인젝터 : 연료 분사
-커먼레일 엔진 시스템
지금까지 사용되던 디젤연료 분사장치는 분사압력을 얻기 위하여 캠구동 장치를 사용했으며, 그
원리는 분사압력이 속도증가와 함께 증가하고, 이에 따라 분사 연료량이 증가하는 방식이었습니다. 이러한 장치는 분사압력이 매우 낮은 경우에만 실제로 사용할 수 있었습니다. 이러한 캠구동 방식과 달리 승용차나 상용차에 이용되고 있는 커먼 레일 분사(Common Rail Injection) 장치에서는 분사압력의 발생과 분사과정이 완전히 별개로 이루어집니다. 이렇게 압력발생과 분사를 분리하기 위해서는 고압을 유지할 수 있는 고압 어큐뮬레이터(High-pressure Accumulator)나 레일(Rail)이 필요하게 됩니다.
이 시스템에서는 종래의 노즐홀더 위치에 솔레노이드가 부착된 노즐이 장착되고, 고압은 레디얼
피스톤 펌프(Radial Piston Pump)에 의해서 생성되는데, 일정한 범위내에서는 엔진 회전수와는
독립하여 자유롭게 회전속도를 조정할 수 있습니다.
6. 출처 및 참고 문헌
ㆍ기계공학응용실험, 청문각
ㆍ내연기관, 이성령 著, 보성각
ㆍStrength of materials, McGRAW-HILL book company, WILLIAM A.NASH.
Mechanics of materials, Brooks/cole, JamesM. Gere
ㆍhttp://kin.naver.com/

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