내연기관 텀 프로젝트 - 전자제어 연료분사 장치를 통한 배기가스 저감

소개글

내연기관 텀 프로젝트 - 전자제어 연료분사 장치를 통한 배기가스 저감에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.서론

2.기술동향분석

3.설계

4.핵심요소기술분석

5.설계타당성분석

6.경제성분석

7.요약 및 소감

8.참고문헌

본문내용

온도에 따라서 보상된 값으로 초기 연료량을 결정하고 엔진이 회전을 시작하면 초기 분사를 하게 된다. 첫 분사가 이루어진 후에는 연료분사 숫자에 따라서 연료량을 조절하고 폭발에 의하여 엔진 rpm 이 상승하게 되면 역시 rpm에 따라서도 연료량을 조절하게 되어있다. 즉 실제 연료량은 연료분사 숫자에 따라 연료량을 조절한다.
분사 기간은 흡입 공기량에 따라 달라지므로 설계 문제에서는 분사 기간은 흡입행정동안 일어나게 하여 공기와의 혼합을 촉진 시키도록 결정 하였다.
② 연료 분사 시기
연료분사시기의 변화에 따라 연료와 공기의 예혼합 상태가 변하고, 동일 흡기행정이라도 인젝터에 따라 연료분무상태가 다르게 된다. 유동하는 공기에 연료를 분사하는 것은 연료분무의 미립화와 공기와의 혼합, 연료의 기화 증발 및 이동, 그리고 흡기포트 내에서의 액체 연료로서의 체류와 증발 등 매우 복잡한 현상을 수반하고 있는데, 연료의 분사시기에 따라서도 이러한 현상은 크게 변화하여 기관성능과 연소특성에 영향을 미칠 것이다.
이번 설계 문제에서 연료분사시기를 흡기행정동안 일어나는 것으로 가정하였으며 [그림 6]에서와 같이 흡기 밸브는 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 개폐된다는 것을 알 수 있다. 흡기 밸브가 미리 열리는 이유는 공기 흡입 전 피스톤내의 압력을 낮추기 위해서이고 피스톤이 하사점 이후 흡기 밸브가 닫히는 것은 관성을 이용한 것이다. 즉 흡기 밸브가 열리고 약간의 시간이 경과 뒤 피스톤이 하강하면서 공기를 흡입하는 순간 연료를 분사해야하며 밸브가 닫히기 전까지 분사할 수 있다. 이 기간 중 가장 적절한 분사시기를 찾을 수 있다.
[그림 6] 밸브 개폐 시기
4.4 WOT와 아이들 상태에서 기관 회전수의 시간과 각도
① WOT 상태
WOT 상태에서는 4800RPM 이므로 4행정, 즉 2바퀴 도는 동안 걸리는 시간은 이다. 즉, 크랭크각이 720도 회전하는데 걸리는 시간은 0.025초 이다.
② 아이들 상태
아이들 상태에서는 300RPM 이므로 크랭크가 720도 회전하는데 걸리는 시간은 이다.
4.4.1 설계시 고려한 가정
① 공기는 이상 기체로 가정하였으며 표준 상태 물성치를 사용하였다.
② RPM은 항상 일정하며 인젝터의 유량도 일정하다.
③ 연료가 연소할 경우 완전 연소하며, 기관 손실이 없다고 가정 하였다.
④ 엔진은 4기통이며 공기 유입시 4개의 실린더에 고루 나눠지며, 연료주입도 고르게 일어 난다.
⑤ RPM에 따라 ECU가 크랭크각 센서의 신호를 감지해 연료분사를 제어 한다.
5. 설계타당성 분석
아이들 상태에서 300RPM 속도를 가지고 WOT 상태에서 4800RPM 속도를 가진다. 다점 포트 연료 분사를 사용 배기량이 2.5리터 이고 4행정 SI기관의 분사 시스템을 설계하였다. 4기통 피스톤엔진을 가지고 한 개의 피스톤당 2개의 인젝터를 가지게 하였다.
RPM에 따라 ECU가 크랭크각 센서의 신호를 감지해 연료 분사를 제어 한다고 가정하고 아이들 상태와 WOT 상태의 유량만 계산하였다. 연료분사는 피스톤의 흡기 밸브가 열린 후 시간이 지나 피스톤이 하강 할때 공기의 유입과 동시에 연료를 분사하게 된다. 연료는 공기의 유입으로 연료분무의 미립화와 공기와의 혼합을 촉진 시켜 기관 성능을 좋게 만든다. 연료 분사 기간은 흡입 행정 동안 서서히 일어나며, RPM 이 빨라질수록 흡입행정기간이 짧아져 많은 유량으로 짧은 시간에 공급하게 된다. 즉 아이들 상태에서는 300RPM으로 흡입행정기간이 0.1sec 이고, WOT 상태에서는 4800RPM으로 0.00625sec를 가지게 된다.
아이들 상태에서 4행정이 끝나는 시간은 크랭크가 720도 회전 하는 시간과 같다. 아이들 상태에서는 0.4sec 마다 4행정이 끝나게 되고 WOT 상태에서는 이보다 훨씬빠른 속도인 0.025 마다 흡입-압축-폭발-배기가 끝나게 된다.
6. 경제성 분석
6.1 시 동향 분석 및 전략
강화되는 배기규제에 따른 연료분사장치의 전자화를 통해서 연료의 효율 및 친환경 미래시장에서의 성장이 기대된다.
이러한 최적화 설계로 고연비를 통한 연료분사장치의 전자화는 최적의 분사량과 분사시기를 실현하여 엔진의 성능향상, 배기가스 저감효과 및 고압화에서 오는 질소산화물()의 증가를 억제하는 효과를 가져 온다.
6.2 시장성 분석
자동차 시장의 규모
국내 기준 년간 150만대
배기가스 규제 현황
2010년 현제 정부는 배기가스의 5%이상을 저감하기 위해서 자동차 등의 화석 연료부분에서 저감을 규제화 하고 있다
배기장치를 통한 규제 비용
실질적인 배기장치에 배기가스의 저감을 위한 장치를 별도로 설치할 경우 (버스 및 대중교통에서 적용) 그 비용은 연간
연료분사 장치를 통한 배기가스 저감시 효율
연료분사 장치의 전자화를 통하면 배기가스의 감소 및 연비의 효율까지 가저올 수 있음
연료분사 장치의 전자화를 위한 비용과 배기장치의 기회비용을 고려할 경우 ??의 경제적 이익 전망
7. 요약 및 소감
기관의 성능향상에 큰 도움이 되는 전자식 다점연료분사시스템은 기관에 따른 실린더당 인젝터의 수를 다르게 해 주어야 한다. 피스톤의 속도에 따라 연료 분사량과 연료 분사시기가 달라진다. 연료 분사량과 연료분사 시기는 ECU에의 여러 센서들에 의한 신호를 받아 제어하게 된다. 즉 RPM과 공기 흡입량에 따른 적절한 연료 분사가 필요하며 대표적으로 아이들 상태와 WOT 상태일 때에만 연료분사시스템의 대략적인 설계를 해 보았다.
적절한 연료 분사는 기관성능과 연소 상태에 많은 영향을 미치며 앞으로 적절한 연료분사시기와 분사기간의 제어를 위해 많은 실험과 연구가 필요 할 것으로 보인다.
연료 분사의 시기와 형태가 곧 연소 과정으로 연결 된다고 볼 때 피스톤의 흡입과정과 관계하여 가장 적절한 연료분사 시기는 환경과의 관계에서도 중요할 것으로 보인다.
8. 참고 문헌
내연 기관 공학 장영준 외 교보문고
내연 기관 가네산 지음 경문사
열역학 공역(김덕줄,김세웅,김수연,박복춘,백병준,부준홍,신세현,정우남) McGraw-Hill Korea
Web site http://www.kefico.co.kr/new/index.asp(현대자동차 그룹) 등

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