가솔린 엔진의 연소실 설계

본문내용

선도를 따른다고 가정하였다.
※ 배기가스의 온도측정
이고
로 생각할 수 있다.
※ 잔류가스 질량분율
로 놓을 수 있고, 이 때 는 위의 1번에서 연소 후 온도와 압력 변화 식에서 CA 가 180° 일 때로 생각해 볼 수 있다.
※ 압축 시작 전 혼합기의 온도
으로 초기 온도가 바뀌게 된다.
이를 바탕으로 각 단계별 온도와 압력을 다시 고려하면 다음과 같다.
※ 기연가스 질량 분율
에서 일 때 값이 나와야 하므로
로 두고 Y 값은 1- 로 둘 수 있다.
기연가스의 질량분율이 이렇게 바뀔 수 있으므로 체적분율 또한 의 변화율만큼 바뀐다.
(1) 점화되기 이전 연소실의 온도와 압력()
: 잔류배기가스에 의해 이미 일정량의 기연가스가 존재 하여 초기 온도 값이 바뀌고, 바뀐 온도값은 미연, 기연가스 거의 같다.
① 온도
로 1번과 같지만 값이 변한다.
② 압력
: 연소전에도 기연가스와 미연가스가 동시에 존재하므로 1번에서 연소 중의 압력일 때와 같이 생각해 볼 수 있다.
가스의 질량은 같은 부피당 미연가스와 기연가스 모두 같다고 가정하므로 1번과 같다.
(2) 연소구간 연소실의 온도와 압력()
: 1번의 경우와 같이 생각하면 된다. 다만 초기에 기연가스가 포함되어 질량분율에 변화가 있다.
① 온도
㉠ 미연가스
로 구할 수 있다.
㉡ 기연가스
로 구할 수 있다.
② 압력
(3) 연소 후 연소실의 온도와 압력()
: 연소가 끝난 후에는 1번과 마찬가지로 기연가스만이 존재하므로
① 온도
② 압력
점화가 조건에서처럼 TDC전 20°에서 일어나서 TDC 후 30°에 끝난다고 하면, 잔류 배기가스를 고려한 그래프는 다음과 같다.(다음 장 참조)
이 그래프에서 볼 수 있듯 의 그래프가 시작부터 존재하는 것을 볼 때 잔여 배기가스가 있음을 알 수 있다.
- 1번의 소스에 다음 부분을 첨가 하였습니다.
% 잔여배기가스 고려
% 배기가스 온도 계산
tex=2394.5*((p1)./(pbe))^(0.21/(1.21));% 배기가스 온도
% 잔류가스 질량분율
t4=2394.5*power((vbe./v1),0.21);% 연소후 180도에서 기연가스의 온도
p4=pbe.*power((vbe./v1),1.21);% 연소후 180도에서 기연가스의 압력
yr=(1/8.5)*(t4/tex)*(p1/p4);% 잔류배기가스의 질량분율
% 압축 시작 전 혼합기의 온도
t0=yr*tex+(1-yr)*298;% 압축 시작 전 혼합기의 초기 온도
% 질량분율 변화율
Y=1-yr;% 질량분율 변화율
%연소전
ca1=-180:0.1:-20;% 크랭크각도 범위
y1=a*(1-cos(ca1*(pi/180))+R*(1-sqrt(1-(sin(ca1*(pi/180))/R).^2)));% 크랭크각도에 따른 피스톤 변위
v0=vc+vd;% 초기 부피(BDC)
v1=vc+(pi/4)*(b)^2*y1;% 압축 과정 중 임의의 각도에서의 부피
xb=yr% 기연가스의 질량분율
yb=power((1+(1/4)*((1./xb)-1)),-1);% 기연가스의 체적분율
tu1=t0*(v0^(0.31))./((v1).^(0.31));% 미연가스의 온도
tb1=t0*(v0^(0.21))./((v1).^(0.31));% 기연가스(잔류배기가스)의 온도
pu1=(m*(1-xb).*Ru.*tu1)./((v1).*(1-yb));% 미연가스의 압력(기연가스와 동일)
%연소중
ca2=-20:0.1:30;% 크랭크각도 범위
xb=1-Y*exp(-5*power(((ca2+20)/50),3));% 기연가스의 몰분율
yb=power((1+(1/4)*((1./xb)-1)),-1);% 기연가스의 체적분율
y2=a*(1-cos(ca2*(pi/180))+R*(1-sqrt(1-(sin(ca2*(pi/180))/R).^2)));% 크랭크 각도에 따른 피스톤 변위
v3=vc+(pi/4)*(b)^2*y2;% 연소 과정 중 임의의 각도에서의 부피
tu2=t0./((v3./v0).*((1-yb)./(1-xb))).^0.31;% 미연가스의 온도
pu2=(m*(1-xb).*Ru.*tu2)./((v3).*(1-yb));% 미연가스의 압력(기연가스와 동일)
yb2=(4*xb/(1+3*xb));% 기연가스의 체적분율
tb22=2394.5*power(((xb)/(yb2)),0.21);% 기연가스의 온도
%연소후
ca3=30:0.1:180;% 크랭크 각도 범위
yb=a*(1-cos(30*(pi/180))+R*(1-sqrt(1-(sin(30*(pi/180))/R).^2)));% 연소종료 직후 피스톤의 변위
vbe=vc+(pi/4)*b^2*yb;% 연소종료 직후 실린더 부피
xbe=1-Y*exp(-5*((30-(-20))/50)^3);% 연소종료 직후 기연가스의 몰분율
ybe=(4*xbe)/(1+3*xbe);% 연소종료 직후 기연가스의 체적분율
te=t0./((vbe./v0)*((1-ybe)./(1-xbe)))^0.31;% 연소 종료 직후 미연가스의 온도
pbe=(m*(1-xbe)*Ru*te)/(vbe*(1-ybe));% 연소 종료 직후 압력
y3=a*(1-cos(ca3*(pi/180))+R*(1-sqrt(1-(sin(ca3*(pi/180))/R).^2)));% 크랭크 각도에 따른 피스톤 변위
v4=vc+(pi/4)*(b)^2*y3;% 연소후 임의의 각도에서의 부피
tb3=2394.5*power((vbe./v4),0.21);% 연소후 기연가스의 온도
pe=pbe.*power((vbe./v4),1.21);% 연소후 기연가스의 압력
plot(ca1,tu1,'g',ca1,pu1,'b',ca1,tb1,'r',ca2,tu2,'r',ca2,tb22,'r',ca2,pu2,'r',ca3,tb3,'g',ca3,pe,'b')
grid
xlabel('Crank Angle (degree)','Fontsize',13)
ylabel({'Pressure(kPa)''Temparature(K)'},'Fontsize',11)
text(30,700,'Tu','Fontsize',11)
text(120,2000,'Tb','Fontsize',11)
text(40,5200,'P','Fontsize',11)

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왕복기관,   연소실,   가솔린 엔진,   잔류배기가스,   연소과정