SI 가솔린 기관의 과급 및 흡기가 엔진 성능에 미치는 영향에 대한 실험적 연구 An Experimental Study About the Effect of Supercharging and Intake Charge on Engine Performance in Spark Ignition Gasoline Engine원문보기
차량 엔진에서 스파크 점화 가솔린 기관의 연소는 연료와 공기가 예혼합된 후 전기적 스파크에 의해 화염핵이 형성되어, 실린더 내 혼합기의 상태에 따라 화염핵의 성장이나 연소의 진행 여부가 결정된다.
최근 저연비와 배기가스 오염물질 저감이라는 측면에서 관심의 대상이 되고 있는 연소 방식이 희박연소이다. 희박연소는 가연한계를 넘는 초희박 영역의 공기-연료 혼합기를 연소시키는 방식으로, 연소속도가 느리게 되어 실화의 우려가 되는 문제점을 갖고 있다.
따라서 본 연구에서는 흡기조성의 산소체적분율을 변화하면서 엔진의 배기성능에 미치는 영향을 파악하고자 실험을 수행하였다. 산소체적분율은 단위체적의 공기중에 존재하는 산소의 체적을 의미하며, 공기중의 연소를 취급할 때에는 이론적 공연비를 연소 계산에 이용하고 있다.
그러나 산소체적분율이 변화하게 되면 혼합기 조성이 변하고 배기특성이 변화하게 될것이므로 실험해석을 위한 장치로는 산소체적분율 변화장치 및 배기가스 분석기를 사용하였다.
산소체적분율의 변화장치는 산소 및 질소 봄베를 엔진의 흡입 ...
차량 엔진에서 스파크 점화 가솔린 기관의 연소는 연료와 공기가 예혼합된 후 전기적 스파크에 의해 화염핵이 형성되어, 실린더 내 혼합기의 상태에 따라 화염핵의 성장이나 연소의 진행 여부가 결정된다.
최근 저연비와 배기가스 오염물질 저감이라는 측면에서 관심의 대상이 되고 있는 연소 방식이 희박연소이다. 희박연소는 가연한계를 넘는 초희박 영역의 공기-연료 혼합기를 연소시키는 방식으로, 연소속도가 느리게 되어 실화의 우려가 되는 문제점을 갖고 있다.
따라서 본 연구에서는 흡기조성의 산소체적분율을 변화하면서 엔진의 배기성능에 미치는 영향을 파악하고자 실험을 수행하였다. 산소체적분율은 단위체적의 공기중에 존재하는 산소의 체적을 의미하며, 공기중의 연소를 취급할 때에는 이론적 공연비를 연소 계산에 이용하고 있다.
그러나 산소체적분율이 변화하게 되면 혼합기 조성이 변하고 배기특성이 변화하게 될것이므로 실험해석을 위한 장치로는 산소체적분율 변화장치 및 배기가스 분석기를 사용하였다.
산소체적분율의 변화장치는 산소 및 질소 봄베를 엔진의 흡입 서지 탱크에 연결하여 압력조정기의 조절 밸브를 이용하여 변화시켰으며, 흡입 통로의 공기유량계에서 20 cm 정도 떨어진 곳에 설치한 산소 인디케이터에 의해 엔진에 흡입되는 공기중의 산소체적분율을 계측하였다.
실험에 이용한 엔진은 배기량 1,138 cc인 4 기통, 4 행정 가솔린 분사 엔진으로 1번 실린더에 압력 센서(601A)와 배기가스 측정용 유도관을 설치하였다. 실험은 엔진회전수 1,500∼3,000 rpm에 대하여 산소체적분율을 19.0 ～ 24.0 %로 변화시키면서 연소압력과 배기가스 성분을 측정하였다. 본 연구의 실험 결과 산소체적분율이 24 %, 즉 3 % 증가함에 따라 최대 27 % 정도 연소압력이 상승하였고, 그 발생시기도 상사점 쪽으로 이동하였다. 산소체적분율이 감소하는 경우에는 그 반대의 경향이 나타났다.
그리고 스파크 점화 가솔린 엔진에서 흡기 과정이 자연 흡기 방식과 배기 터보 방식에서 엔진의 성능 및 터보지연을 비교 해석하였다.
또한 연소의 안정성도 양호한 결과로 나타났으며, 배기가스 성분중 일산화탄소와 미연탄화수소는 산소체적분율의 증가에 따라 감소하였으며, 연소 가스 온도의 영향을 강하게 받는 질소산화물이 증가되는 경향이 크게 나타났다.
차량 엔진에서 스파크 점화 가솔린 기관의 연소는 연료와 공기가 예혼합된 후 전기적 스파크에 의해 화염핵이 형성되어, 실린더 내 혼합기의 상태에 따라 화염핵의 성장이나 연소의 진행 여부가 결정된다.
최근 저연비와 배기가스 오염물질 저감이라는 측면에서 관심의 대상이 되고 있는 연소 방식이 희박연소이다. 희박연소는 가연한계를 넘는 초희박 영역의 공기-연료 혼합기를 연소시키는 방식으로, 연소속도가 느리게 되어 실화의 우려가 되는 문제점을 갖고 있다.
따라서 본 연구에서는 흡기조성의 산소체적분율을 변화하면서 엔진의 배기성능에 미치는 영향을 파악하고자 실험을 수행하였다. 산소체적분율은 단위체적의 공기중에 존재하는 산소의 체적을 의미하며, 공기중의 연소를 취급할 때에는 이론적 공연비를 연소 계산에 이용하고 있다.
그러나 산소체적분율이 변화하게 되면 혼합기 조성이 변하고 배기특성이 변화하게 될것이므로 실험해석을 위한 장치로는 산소체적분율 변화장치 및 배기가스 분석기를 사용하였다.
산소체적분율의 변화장치는 산소 및 질소 봄베를 엔진의 흡입 서지 탱크에 연결하여 압력조정기의 조절 밸브를 이용하여 변화시켰으며, 흡입 통로의 공기유량계에서 20 cm 정도 떨어진 곳에 설치한 산소 인디케이터에 의해 엔진에 흡입되는 공기중의 산소체적분율을 계측하였다.
실험에 이용한 엔진은 배기량 1,138 cc인 4 기통, 4 행정 가솔린 분사 엔진으로 1번 실린더에 압력 센서(601A)와 배기가스 측정용 유도관을 설치하였다. 실험은 엔진회전수 1,500∼3,000 rpm에 대하여 산소체적분율을 19.0 ～ 24.0 %로 변화시키면서 연소압력과 배기가스 성분을 측정하였다. 본 연구의 실험 결과 산소체적분율이 24 %, 즉 3 % 증가함에 따라 최대 27 % 정도 연소압력이 상승하였고, 그 발생시기도 상사점 쪽으로 이동하였다. 산소체적분율이 감소하는 경우에는 그 반대의 경향이 나타났다.
그리고 스파크 점화 가솔린 엔진에서 흡기 과정이 자연 흡기 방식과 배기 터보 방식에서 엔진의 성능 및 터보지연을 비교 해석하였다.
또한 연소의 안정성도 양호한 결과로 나타났으며, 배기가스 성분중 일산화탄소와 미연탄화수소는 산소체적분율의 증가에 따라 감소하였으며, 연소 가스 온도의 영향을 강하게 받는 질소산화물이 증가되는 경향이 크게 나타났다.
In this study, it is designed and used the test engine bed which is installed with turbocharger, and in addition to equipped using by oxygen adder.
It has been controlled the oxygen volumetric fraction of intake air chrge, and supercharged flow rate into the cylinder of SI 4-stroke engine, and...
In this study, it is designed and used the test engine bed which is installed with turbocharger, and in addition to equipped using by oxygen adder.
It has been controlled the oxygen volumetric fraction of intake air chrge, and supercharged flow rate into the cylinder of SI 4-stroke engine, and then, has been analyzed engine performance, combustion characteristics, and exhaust emission as analysis parameters.
The tested parameters were the oxygen fraction and the variation of engine speed and air-fuel ratio. As the above experimental study has been analyzed, the conclusions are as the followings ;
1. At the higher oxygen volumetric fraction, the cylinder pressure and the rate of pressure rise has been increased.
2. The combustion characteristics has been effected by changing the oxygen volumetric fraction due to be enhanced the rate of heat release and mass burned fraction.
3. An air turbo work by using exhaust gas to spin the turbine, it has been a turbo lag which is the compressed air created as the turbine spin at low engine speed.
4. Carbon monoxide & Unburned hydrocarbon was formed by the lack of oxygen.. The more oxygen volume fraction of the intake air is increased production of carbon monoxide and unburned hydrocarbon is decreased.
5. Nitric oxide was strongly affected by the combustion gas temperature. As a result of the oxygen volumetric fraction is higher, formation was increased due to be the higher combustion gas temperature.
In this study, it is designed and used the test engine bed which is installed with turbocharger, and in addition to equipped using by oxygen adder.
It has been controlled the oxygen volumetric fraction of intake air chrge, and supercharged flow rate into the cylinder of SI 4-stroke engine, and then, has been analyzed engine performance, combustion characteristics, and exhaust emission as analysis parameters.
The tested parameters were the oxygen fraction and the variation of engine speed and air-fuel ratio. As the above experimental study has been analyzed, the conclusions are as the followings ;
1. At the higher oxygen volumetric fraction, the cylinder pressure and the rate of pressure rise has been increased.
2. The combustion characteristics has been effected by changing the oxygen volumetric fraction due to be enhanced the rate of heat release and mass burned fraction.
3. An air turbo work by using exhaust gas to spin the turbine, it has been a turbo lag which is the compressed air created as the turbine spin at low engine speed.
4. Carbon monoxide & Unburned hydrocarbon was formed by the lack of oxygen.. The more oxygen volume fraction of the intake air is increased production of carbon monoxide and unburned hydrocarbon is decreased.
5. Nitric oxide was strongly affected by the combustion gas temperature. As a result of the oxygen volumetric fraction is higher, formation was increased due to be the higher combustion gas temperature.
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