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문제 정의
- 따라서 이 연구에서는 슐리렌 방법 (schlieren method) 과 Kodak 사의 motion coder analyzer라는 고속 디지털 카메라를 사용하여 정적연소기에서의 점화에너지와 점화장치의 변화에 따른 초기 화염 핵의 성 장변화를 가시 적 으로 관찰하였다. 이를 위해 두 종류의 점화장치가 설계, 제작되었으며 전극의 형태를 변화시킨 점화플러그를 제작하였다.
- 이 연구는 화염 가시화 장치를 이용하여 점화에너지 및 점화장치가 화염전파특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 이를 위하여 슐리렌 방법을이용하였으며 고속 디지널 카메라를 사용하였다.
제안 방법
- 관찰하였다. 이를 위해 두 종류의 점화장치가 설계, 제작되었으며 전극의 형태를 변화시킨 점화플러그를 제작하였다. 한편 점화시기 제어신호 발생기를 이용하여 충전시간을 변화시켜 점화에너지를 조절하였으며 화염 측정 시작 시간과 점화시기를 동기화시 켰다.
- 이를 위해 두 종류의 점화장치가 설계, 제작되었으며 전극의 형태를 변화시킨 점화플러그를 제작하였다. 한편 점화시기 제어신호 발생기를 이용하여 충전시간을 변화시켜 점화에너지를 조절하였으며 화염 측정 시작 시간과 점화시기를 동기화시 켰다.
- 재질은 급속한 가열을 위해서 열 전도성이 좋은 동으로 만들었으며 예혼합실 양 측면에 400W 및 600W의 판 히터를 설치하였다.
- 예혼합실의 체적은 2650x10 6* 이며 압력 및 온도는 6bar, 150℃로 하여 가솔린이 기체 상태를 유지하여 공기와 잘 혼합되도록 하였다.
- 점 화장치 에 의한 화염전파특성 의 변화를 살펴보기 위해 이 연구에서는 두 종류의 점화장치 가설계, 제작되었다. 즉, 현재 일반적으로 자동차에 많이 사용되어지는 점화장치이며, 하나의 점화코일로 두 개의 점화플러그를 구동하는 직접점화장치 (DIS : Direct Ignition System) 와 DIS의
- 한편, 점화플러그 전극의 변화에 의한 화염전파 특성의 변화를 살펴보기 위해 몇 가지 종류의 점화플러그를 제작하였다. 즉, 점화플러그 전극의 간극, 재료, 지름 그리고 형상을 변화시켰다.
- 제작하였다. 즉, 점화플러그 전극의 간극, 재료, 지름 그리고 형상을 변화시켰다. 또 충전시간 (dwell time)을 변화시켜 방전되는 에너지의 량을 조절하였다.
- 즉, 점화플러그 전극의 간극, 재료, 지름 그리고 형상을 변화시켰다. 또 충전시간 (dwell time)을 변화시켜 방전되는 에너지의 량을 조절하였다. Table 1은 제작되어진 점화플러그의 종류와 충전시간 및 공연비 등의 실험조건을 나타낸 것이다.
- 8로 고정하였다. 충전시간은 3.5msec, 점화플러그 전극의 간극은 1.2mm, 전극의 재료는 텅스텐, 지름은 2.0mm 그리고 전극의 형태는 뾰족한 전극을 사용한 실험을 기준으로 하였으며 각 실험에서 이 변수들을 변화시키며 실험하였다. 각 실험에서의 화염 형태는 Table 2~6에 나타내었으며 측정된 화염팽창속도의 평균값은 Appendix°11 나타내었다.
- 한편 전류 및 전압 프로브 (Tektronix A6303, Tektronix P6015) 그리고 오실로스코프 (LeCroy9354A)를 이용하여 방전에너지를 측정하였다.
- 각 점화장치의 충전 시간을 변화 시켜 발생되는 방전에너지 의 양울 조절하였으며 점화플러그 전극의 간극, 지〕료, 지름 .[리고 형 태를 변화시 켜 전극이 화염전파에 미치는 영 향을 조사하였다. 이 화염 가시화 실험을 통하여언은 결론을 정리하면 다음고} 같다
- 예혼합실은 이 실험에서 사용된 연료인 가솔린의 완전한 기화와 공연비의 조절을 위하여 제작되었다. 재질은 급속한 가열을 위해서 열 전도성이 좋은 동으로 만들었으며 예혼합실 양 측면에 400W 및 600W의 판 히터를 설치하였다.
대상 데이터
- 슐리렌 시스템은 크게 광원부와 수광부로 되어있으며 광원은 최대 300mW 의 크세논 램프 (VIX4)를 사용하였다. 광원에서 발생된 빛은 핀홀을 거쳐서 양단의 슐리렌 렌즈 사이에 위치한 연소실에 집광된 후, 나이프 에지 (knife edge)에서 상이 맺힌다.
- 정적연소실은 가시화를 위하여 양측면에 두께 30mm의 석영유리를 설치하였다. 또한 초기 화염의 전파특성 연구에 적합하도록 점화플러그 전극의 위치가 연소실 중앙에 오도록 위치시켰다.
- 또한 초기 화염의 전파특성 연구에 적합하도록 점화플러그 전극의 위치가 연소실 중앙에 오도록 위치시켰다. 이 장치의 내경과 폭은 각각 100mm와 30mm 이며 재질은 듀랄루민으로 제작하였다. 역시 150℃를 유지시켜 기화된 가솔린이 응결되는 것을 방지하였다.
- 이를 위하여 슐리렌 방법을이용하였으며 고속 디지널 카메라를 사용하였다. 연소 실험은 정적연소실에서 실시되었으며 점화장치는 직 접점화장치 (DIS)와 고에너지 점화장치 (HEI)가 사용되었다. 각 점화장치의 충전 시간을 변화 시켜 발생되는 방전에너지 의 양울 조절하였으며 점화플러그 전극의 간극, 지〕료, 지름 .
데이터처리
- 한편 촬영된 실험의 결과는 Matrox inspector 라는 프로그램을 이용하여 형상처리 (image processing) 한 후, 화염 크기를 측정한다.
이론/모형
- 1은 이 실험에서 사용된 정적연소기와 점화장치 등의 실험장치를 나타낸 개략도이다. 한편, 화염전파의 가시 화를 위하여 Fig. 2에 나타낸 것과 같은 슐리렌 방법을 이용하였다.
- 살펴보았다. 이를 위하여 슐리렌 방법을이용하였으며 고속 디지널 카메라를 사용하였다. 연소 실험은 정적연소실에서 실시되었으며 점화장치는 직 접점화장치 (DIS)와 고에너지 점화장치 (HEI)가 사용되었다.
성능/효과
- 실험에서는 점화 후, 약 4~5msec가 경과한 뒤 본격적인 연소가 시작하나 실제 엔진에서 발생되는 약 1~3msec에서 연소가 시작되는 것”对에 비하여 느린 값임을 알 수 있다. 이는 정적연소기 내에서는 혼합기의 유동이 거의 없어, 화염 핵으로 미연가스의 공급이 적어져 화염으로의 성장이 느려지는 것으로 주된 원인으로 사료된다.
- 하지만 초기 화염핵의 성 장은 앞의 두 실험에 비하여 크게 영향을 받지 않는다. 즉 0=0.8의 조건에서, DIS와 HEI, 두 점화장치 모두에서 전극이 텅스텐에서 구리로 바 뀜에 따라, 방전시작 후 2msec에서 화염전파속도 는 약 7~8% 정도 빨라짐을 관찰할 수 있다.
- (1) 충전시간이 1.5msec에서 3.5msec로 증가하면 방-선에 너 지宀 두 짐화장치 모두에서 약 65% 증가하였다. 방진에니 지가 증가하면 연 소속 노역 시 빨라셨으며 이러한 경향은 이 연구에서 실시된 모든: 실험에서 동일하게 나타늣t다.
- (2) 점화플러그의 간寸이 0.8mm에서 2.0mm로 커지면 방전에너 시는 DIS의 경우, 약 74%, :l리고 HEI의 경우, 약 93% 증가하였다.
- 즉, 간극이 0.8mm에서 2.0mm로 커지면 절연파괴 방전 후 2msec에서의 화염핵의 전파속도는 약 17%-23% 정도 빨라짐을 알 수 있다. (3) 점화플러그 전극의 재료가 변화하면 방전에너지의 량 및 방전에너지의 전달효율이 변하 * 하며, 초기 화염의 성장에 큰 영향을 미치는 열전도 계수가 변화하여 화염전파의 특성에 영향을 미치게 된다.
- 0mm로 커지면 절연파괴 방전 후 2msec에서의 화염핵의 전파속도는 약 17%-23% 정도 빨라짐을 알 수 있다. (3) 점화플러그 전극의 재료가 변화하면 방전에너지의 량 및 방전에너지의 전달효율이 변하 * 하며, 초기 화염의 성장에 큰 영향을 미치는 열전도 계수가 변화하여 화염전파의 특성에 영향을 미치게 된다. 실험에 사용된 재료 중 용융점이 가장 낮은 구리의 경우, 용융점이 가장 높은 텅스텐에 비하여 방전에너지는 약 7%~10% 정도 증가하였다.
- (4) 섬화플러그 선극의 지름은 작아실수록' 방전에 너 지는 증가하여 화염 의 성 장에 영향을 미 침을 확인할 수 있었다. 즉-, 지름이 2.
- 확인할 수 있었다. 즉-, 지름이 2.8mm에서 1.2mm로 작아지면 방전에너지는 두 점화장치에서 약 11-14% 정도 증가하느 경향을 가짐을 알 수 있었다. 하지만 증가된 방전에너시는 아크 또는 글로우 방전에서의 증가치이며 절연파괴 방전에너지의 량은 비슷하므로 화염핵의 성 장 속도 는 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있다.
- (5) 점화플러그 전극의 끝이 뾰족해 질수록 방전에너지의 량은 증가하며, 방전에너지의 진달 효율이 높아져 보다 빠른 초, 기화염핵의 성장을 유도한다.
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