실험3 내연기관 성능실험

소개글

실험3 내연기관 성능실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.서론
1)실험목적
2)실험내용및 이론적배경

2. 본론
1)실험장치의구성
2)실험방법
3)실험결과
4)실험결과 분석

3. 결론 및 고찰

4. 참고문헌

본문내용

17394.6W
f) 1800rpm, 10.1kgfm : 26418.6W
g) 2000rpm, 3.3kgfm : 12997.33W
h) 2000rpm, 6.6kgfm : 21505.33W
i) 2000rpm, 9.6kgfm : 29948W
a) 1500rpm, 3.5kgfm : 4904.91W
b) 1500rpm, 6.9kgfm : 5463.33W
c) 1500rpm, 10.1kgfm : 6440.28W
d) 1800rpm, 3.3kgfm : 3097.73W
e) 1800rpm, 6.7kgfm : 5011.63W
f) 1800rpm, 10.1kgfm : 7751.74W
g) 2000rpm, 3.3kgfm : 6220.59W
h) 2000rpm, 6.6kgfm : 7951.84W
i) 2000rpm, 9.6kgfm : 10233.82W
4. 실험결과 분석
기관의 출력인 일을 분석해보면 P-v 선도의 면적에 해당하는 도시일의 경우 회전수 RPM이 높고 토크를 많이 받을수록 크다는 것을 알 수 있다. 실제로 크랭크축에서 얻을 수 있는 제동일의 경우는 오히려 낮은 RPM에서 더 많이 얻는 형태를 보인다. 결국 기관의 부속 장치나 마찰로 인해 잃어버리는 마찰일은 높은 엔진 회전수에서 크게 나왔다. 동력손실적인 측면에서도 높은 엔진 회전수가 가장 크게 나왔고 이는 기관의 효율을 떨어뜨리는 결과를 초래했다. 기계 효율은 1800RPM에서 약 70%에 육박하는 높은 수치가 나왔고 이는 엔진의 최적화된 회전수라 할 수 있다.
3) 결론 및 고찰
이번 실험은 내연기관의 성능시험 모델중 하나인 실제 자동차엔진을 동력계에 직결시켜 각종 계측기를 이용하여 엔진의 성능을 분석하고 올바른 해석을 하는 방법을 배양하는데 목적이 있다. 실제 실험에 사용된 엔진의 경우도 산타페 VGT2.0 디젤엔진이었다. 몇 가지 특징으로는 인터쿨러 장착, EGI 밸브, CRDI 방식을 들 수 있다. CRDI 방식에 대해서 궁금하여 개인적으로 조사를 해보았는데 정밀 전자제어가 가능한 압축장치 (압축 어큐뮬레이터, 레일)와 응답성이 뛰어난 연료분사 장치(인젝터) 를 이용하여 운전상태에 맞게 연료를 분사해주는 엔진이라고 한다. 실험에 개략적인 설명을 하자면 엔진과 직결된 컨트롤러 박스를 통해 실제 자동차 시동키로 작동을 하였고 엑셀레이터를 실험 조건에 맞게 적당히 밟아서 RPM과 토크에 따른 엔진의 성능을 평가하는 것이다. 엔진과 동력계는 직결되어 있고 동력계에 연결된 엔코더가 크랭크 각도를 읽어 컴퓨터로 전송하여 크랭크 각도 값을 전송받을 수 있었다. 1번 실린더에 연결된 압력센서는 데이터 변환장치를 통해 PC로 전송되어 프로그램을 통해 데이터를 압력데이터를 전송받을 수 있도록 해준다. 실험초기 디젤연료는 약 6900g정도였고 시험작동을 하는 순간부터 점점 줄어들기 시작하였다. 이 때 연료의 무게를 재는 저울의 최소단위가 5g이나 되어서 다소 오차를 감안한 실험이 예상되었다. 불가피한 오차를 피하는 요령으로 무게가 떨어지는 순간을 시작과 끝으로 잡아서 하여 최소한의 오차로 실험을 할 수 있도록 주의을 기울였다. 컨트롤러는 RPM은 거의 근사하게 고정값을 유지시켜 주었지만 토크의 값은 변동폭이 다소 컸다. 우리가 측정하고자 하는 3, 6, 9의 값보다는 ±0.5~1.0까지 오차가 있어서 실험에 대한 신뢰도가 떨어진 측면도 없지 않아 있다고 본다. 최초 시동을 걸고 엑셀레이터를 밟으면 계속 RPM만 올라가다가 일정 RPM에 도달하면 RPM은 점점 떨어져 설정해 둔 수치에 근접하게 된다. 이 때 계속 엑셀레이터를 밟고 있으면 속도를 내고서 남는 출력이 토크로 전환되어 부하를 견디는데 쓰이게 된다. 실제 주행을 할 때에도 부하를 많이 받는 오르막길을 올라갈 때는 RPM은 거의 변동하지 않고 토크가 크게 올라간다는 사실을 통해서도 알 수 있다. 냉각수 온도는 70℃정도가 적당한데 환경적 요인 탓에 다소 낮은 온도에서 실험을 하였다. 그로 인한 엔진의 성능평가에도 좋지 않은 영향을 끼친 면도 있다고 본다. 이러한 악조건 속에서도 기관의 효율은 50%에서 많게는 70%이상까지 측정되었는데 일반적인 기관 효율에 비하여 대단히 높은 수치라 할 수 있다. 실제로 이러한 효율을 가진 기관을 만든다면 위대한 기관의 발명이라 할 수 있겠지만 그러할 가능성은 만무하고 실험에 있어서의 측정 오차라든지 데이터 계산상의 오류로 인한 문제점으로 파악된다. 굳이 효율로 따져본 엔진의 성능을 평가하자면 1800RPM에서 가장 좋은 효율을 나타냈는데 이는 1800RPM이 엔진의 성능을 가장 잘 활용할 수 있는 최적화된 구간으로 판단된다. 동력손실적인 측면에서도 가장 효율적이라고 할 수 있다. 실제 주행에 있어서도 정속도를 유지하면 연료소비율도 적게 드는 것만 보아도 적절한 엔진속도와 토크와의 관계가 엔진이 가지고 있는 최대의 효율을 이끌어 내는 해법이라고 생각된다. 물론 자동차의 연비를 줄이고 효율적으로 사용하는 방법이 여러 가지가 있다고는 하지만 이러한 기본적인 개념에서 출발된 것이라 본다.
개인적으로 스포츠카에 대한 관심이 있어서 이번 엔진 실험을 하면서 과연 수억원대의 스포츠카의 엔진은 어떤 성능을 가지고 있을지 의문점이 생겼다. 흔히 자동차의 성능평가 기준을 마력으로 잡는데 보통 승용차들의 경우 100~200마력 정도가 흔한 편이고 스포츠카의 경우 대부분 500마력이 넘는다고 하니 놀라울 따름이다. 하지만 과연 그 엔진도 효율적인 측면에서 우수하다고 할 수 있을까? 연구해 봐야 할 문제인 셈이다. 앞으로 기회가 된다면 자동차 회사에 취직해서 나의 이런 궁금점들을 해결해 보고 싶은 욕구가 생겼다. 실험에 있어서 아낌없는 조언과 지도를 해주신 조교님께 감사를 드리고 모두 문제없이 마칠 수 있어서 만족스런 실험이었다.
4) 참고문헌
1. 내연기관공학, 2판, Willard W. Pulkrabek 저자, 김덕줄김병철김세웅장영준전충환 옮김, 교보문고
2. 열역학, 5판, Yunus A. CengelMichael A. Boles 공저, 부준홍김덕줄김세웅김수현 외 4명 공역, McGrawHill
3. 기계공학응용실험, 기계공학실험교재편찬회 저, 청문각

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내연기관,   응용실험,   p-v