내연기관실험

소개글

내연기관실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적 및 개요

2. 기초이론 및 실험장치

3. 실험 조건

4. 실험치 계산

5. 실험결과 분석

6. 고 찰

본문내용

다.
P_b ``[PS]`=` {2`pi` N ``(rev/min)`times`T`` (kgf·m) } over {60` `75}`
------- ①
bmep``[kgf/cm^2 ]` =` {P_b (PS)`times`n_R ` `450,000} over {V_d`` (cm^3 )`times`N``(rev/min)}`
-------- ②
②식에 ①식을 대입하여 보면, 제동평균유효압력(
bmep
)은 회전수(
N
)에 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다.
반면, 질량유동율(
{{m}^{. } }_{f } (g/h)
) 은 회전수에 따라 차이가 나고 있다. 여기서의 계산식에서는 회전수의 증가에 따라, 순간유량이 증가한 것이 주원인이라 할 수 있고, 그 외에도 기관고유의 인자, 운전조건, 외부상태에 영향을 받는다.
위의 두 그래프에서는 충전효율과 체적효율이 비슷한 양상으로 증가하고 있는 것이 특징이다.
충전, 체적효율 모두, 같은 마력일 때 회전수의 증가에 따라 비례하고 있다. 이것은 아래의 식에서 이 효율들이 회전수와 반비례관계임을 확인함으로써 증명된다.
충전효율:
eta_c` = `{ G_a`times`n_R } over { gamma_o `N` V_d`times`10^{-6}`times`60 }`
, 체적효율:
eta_v` =` { G_a `times`n_R } over { gamma_a` N` V_d`times`10^{-6}`times`60 }
또 하나 식을 계산하는 과정에서 알게 된 것으로, 두 rpm의 경우 모두가, 체적효율이 충전효율보다 높았다.
이것은 충전효율은 분모에, 표준상태(대기압 760mmHg, 온도 20 , 습도 65%)에서의 습공기의 비중량 (
r_o
)이 1.208
kgf/m^3
이고, 체적효율은 분모에, 실험시 상태 (온도 21 , 습도 91%)일 떠의 습공기의 건조공기의 비중량(
r_a
)이 1.1957
kgf/m^3
을 사용하기 때문이다.
제동열효율은 rpm에는 거의 영향을 받지 않고 마력이 증가함에 따라 증가하고 있다.
eta_b `= `632.3 over {bsfc``(g/ps·h)`Q_HV`` (kcal/kg)}`
위 식에서 제동열효율은 연료소비율과 역의 관계인데, 앞의 그래프에서 연료소비율이 토크에 반비례관계이므로, 제동열효율이 토크, 마력에 비례한다.
위의 rpm과 토크는 엔진다이나노 미터로 측정한 것이다.
토크가 증가할수록 마력이 높아지고 같은 토크에선 rpm이 높을 때 마력이 더 크다는 것을 알 수 있다.
P_b ``[PS]`=` {2`pi` N ``(rev/min)`times`T`` (kgf·m) } over {60` `75}`
imep값이 토크가 4에서 꺾이면서 감소하는 것을 알 수 있다. imep값은 엑셀로 구한 값이라 계산의 오차라고 볼 수 없는데 이것이 실험상의 오차인 것 같다. 압력선도에는 착화지연 현상이 없었는데, 의문으로 남는다.
공연비는 토크가 증가할수록, 즉 imep값이 증가할수록 감소하고 있다.
rpm의 영향은 그리 크게 받지 않는다. 공연비가 감소하는 것은 공기과잉율이 증가하는것이고 따라서 토크가 증가할수록 연료에 대한 공기의 양이 많아진다는 것을 뜻한다.
*R (실제공연비) =
{ { G}_{a }(kg/l) } over { {{ m}^{. } }_{f } (g/l) }
*공기과잉율( )=
{ R} over { { R}_{0 } }
★ rpm1700, 토크 5일때의 P-V 선도
크랭크각에 따른 압력을 P-V선도로 구현하였다. 원래 P-V선도가 가져야 하는 모양을 변형시켜 얻은 것이다. 압력이 0 이하로 떨어지는 것을 관찰할 수 있는데, 정확한 이유는 알 수 없다.
★ rpm1800,토크 5일때의 P-V선도
전반적인 두 그래프상의 차이는 없으나, rpm1700때가 P가 0이되는 지점이
1800일때보다 빠르다는 것을 알 수 있다.
또한 1800 rpm일때가 먼저 높은 압력이 (80근처)에 도달한다.
6. 고 찰
이번 실험을 통해 내연기관 수업시간에 들은 것들을 보다 잘 이해하게 되었다. 특히나 실제 싼타페 엔진을 관찰하고, 작동시켜 봄으로써 각 부속들의 위치와 연결상태와 그 역할들을 알수 있었고, 실험시작전 교수님의 이론설명을 통해, 막연했던 내용들을 실물을 보면서 설명을 들어 기억에 오래 남을 것 같다.
엔진 다이나노미터와 encoder, common rail, accumulator, EGR, 과급등 딱딱한 개념들을 쉽게 이해할 수 있었고, 수정을 이용한 압력센서의 측정원리라든지, 흡입공기량을 측정하기 위한 방법(AFS전압측정) 등을 알게 되었다.
그리고 보고서를 작성하면서 흡입공기량, 충정효율, 체적효율, 연료소비량, 연료소비율, 제동효율, 제동평균유효압력, 지시평균유효압력, 지시마력과 질량유동률, 공연비등을 직접 단위를 맞추고 계산을 해봄으로서 이 단어들의 이미지가 학기중에 내연기관을 수강했을때보다 훨씬 잘 떠오르는 것을 알 수 있었다.
각 데이터의 상관관계나 설명은 앞의 그래프를 통해 언급하였으므로 생략한다.
실험치를 계산할 때 제동평균유효압력과 연료소비율을 수정제동마력을 이용하였다.
그 이유는 수정제동마력이 실제 실험조건(온도, 습도)를 만족하기 때문이다.
이번실험에서는 오차가 거의 없었다고 할수 있으나, 몇가지 오차의 원인을 언급해보면,
1. 순간유량과 배기온도가 자주 변하여서, 정확한 값을 읽기가 힘들었다. 그러나 본 실험 데이터에 배기온도는 사용되지 않고 있어서, 어떤 역할을 하는 지는 알수 없었다.
2. 실험시간은 30초라하였으나, 정확하게 시간을 측정해서 실험을 한 것이 아니였다.
3. 모든 실험이 그러하듯, 실험조건이 변하면 장치를 원상태 시키고 다시 측정해야 하나, 시간상, 편의상 바로 실험을 하게 되는데, 이번 실험에서도 토크나 rpm의 변화가 일어날 때 앞 조건에 의해 미미하나마 영향이 있었을 것 같다.
4. 토크가 4, 5 등의 정수로 정확하게 맞추어지지 않고, 5.0001 정도로 약간의 차이가 있었다
끝으로 실험에 도움을 주신 조교님들께 감사드리고, 덕분에 학생들이 실험했을 때 보다 오차가 적었던 것 같다. 수고하셨습니다.

키워드

연료소비량,   제동효율,   제동평균유효압력,   공연비,   지시마력