[논문]가솔린엔진 대상 성능시험시의 노킹보정률을 사용한 엔진 수정토크의 편차개선

조윤호; 김우태; 배충식

가솔린엔진 대상 성능시험시의 노킹보정률을 사용한 엔진 수정토크의 편차개선
Method of Decreasing the Deviation of Corrected Engine Torque using Knock Correction Rate in Gasoline Engine Performance Test on Dynamometer 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.16 no.4, 2008년, pp.1 - 7

조윤호 (현대자동차 가솔린엔진시험팀) , 김우태 (현대자동차 가솔린엔진시험팀) , 배충식 (한국과학기술원 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Recent trends of development in small size gasoline engines are both to have higher compression ratio for the purpose of improved fuel consumption and to advance spark timing up to DBL in a low to mid engine speed region for a good acceleration performance of vehicles. However, there occurs the deviation of corrected engine torque results during engine performance test on dynamometer because test conditions influence the onset of knock. Therefore, this research shows the test deviation of corrected engine torque decreases when knock correction rate is used.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

^3-6) 특히 엔진 개발과정에서 토크측정을 위하여 주로 엔진 대상(Engine Dynamometer)에서 실시되는 전개성능시험의 점화시기를 DBL로 설정할 경우, 노킹강도(Knock Intensity)가 흡기온도, 대기압력, 습도 조건 등의 영향을 받아 동일한 엔진 및 동일한 압축비 조건에서도 수정토크(Corrected Torque)의 편차가 발생하게 된다. 본 연구에서는 동일한 엔진에서의 흡기온도, 대기압력, 습도 변화에 따른 점화시기의 변화를 측정하고, 노킹보정률(Knock Correction Rate)이라는 실험상관식 개념을 도입함으로써, 점화시기가 DBL로 설정되었을 때의 노킹발생에 의한 수정토크 편차를 줄여 그 결과들을 비교 분석하고자 하였다.

가설 설정

주1) Test2의 Raw Engine Torque는 Test1대비 퍼센트 증가량임.
주2) Test2의 DBL점화시기는 Test1대비 지각량임.

제안 방법

동일한 시험실에서 연중 월별 엔진 시험조건 (흡기온도, 대기압력, 습도)의 변화를 관찰하고 점화시기 차이가 큰 두 시점에서의 노킹특성 변화를 파악하는 시험을 하였다. DBL판별은 Knock센서에 의한 EMS(Engine Management System)의 기매핑된 Knock Calibration 결과를 이용하였다. 그리고 이와 같이 얻어진 시험결과들을 바탕으로 점화시기에 따른 토크 변화 시험(점화시기 Sensitivity시험)과 노킹보정률 상관식을 구하는 실험을 수행하여 엔진의 전 부하 성능시험 시 동일 엔진에서 발생할 수 있는 노킹발생에 의한 수정토크 보정을 평가하였다.
공연비(Air/Fuel Ratio)는 모든 운전조건에서12.8로 동일하게 설정하였고, 엔진 냉각수는 출구온도 기준으로 85±1℃에서 제어하여 공연비와 냉각수온이 노킹에 줄 수 있는 영향을 배제하였다.
DBL판별은 Knock센서에 의한 EMS(Engine Management System)의 기매핑된 Knock Calibration 결과를 이용하였다. 그리고 이와 같이 얻어진 시험결과들을 바탕으로 점화시기에 따른 토크 변화 시험(점화시기 Sensitivity시험)과 노킹보정률 상관식을 구하는 실험을 수행하여 엔진의 전 부하 성능시험 시 동일 엔진에서 발생할 수 있는 노킹발생에 의한 수정토크 보정을 평가하였다.
동일한 시험실에서 연중 월별 엔진 시험조건 (흡기온도, 대기압력, 습도)의 변화를 관찰하고 점화시기 차이가 큰 두 시점에서의 노킹특성 변화를 파악하는 시험을 하였다. DBL판별은 Knock센서에 의한 EMS(Engine Management System)의 기매핑된 Knock Calibration 결과를 이용하였다.
동일한 엔진에서 주위의 대기조건 차이에 의해 발생하는 노킹발생에 따른 엔진의 성능시험 편차를 노킹보정률 상관식 도입을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 실험에서 얻은 흡기온도, 습도, 대기 압력에 대한 DBL점화시기 변화의 효과를 1차의 선형성을 고려하면 중첩원리(Principle of Superposition)로 다음과 같은 노킹보정률 상관식을 구할 수 있게 된다.
본 연구는 크게 엔진 시험조건에 따른 점화시기 변화, 노킹특성을 파악하는 시험과 점화시기에 따른 토크 변화특성 및 노킹보정률 상관식을 구하는 시험으로 나누어 수행되었다.
8로 동일하게 설정하였고, 엔진 냉각수는 출구온도 기준으로 85±1℃에서 제어하여 공연비와 냉각수온이 노킹에 줄 수 있는 영향을 배제하였다. 흡기온도와 상대습도/절대습도/수증기분압은 각각 엔진흡기 Duct내 삽입된 열전대(Thermocouple)와 건습구습도계를 이용하여 측정하였으며 대기 압력은 시험실내 설치된 대기 압력센서로 측정하였다. Fig.

대상 데이터

본 연구에 사용한 엔진은 1.6L DOHC 4밸브의 상용화된 엔진으로 사양 및 제원은 Table 1에 제시하였다.

데이터처리

일정한 엔진속도에서 엔진으로 유입되는 공기량은 흡기온도, 습도, 대기압력 등의 운전조건에 따라 변하기 때문에, 일반적으로 전개상태의 엔진 성능 시험시 엔진 시험조건에 대한 표준화를 하기 위해 SAE, DIN, BS, JIS 등의 수정계수를 사용한다. 본 실험에서는SAE 성능 수정계수를 사용하였고, 다음의 식 (2)에 의해 계산하였다.⁹⁾

성능/효과

1) 엔진의 성능 시험 시, 흡기온도, 대기압력, 습도의 주위 대기조건 차이에 의하여 점화시기의 변화(DBL의 변화)가 나타나, 동일 엔진에서 성능 시험결과의 편차가 발생한다.
2) 흡기온 10℃ 증가 시 1.12°,수증기분압 1kPa 감소 시 1.11°, 대기압력 1kPa 증가시 0.33°의 DBL점 화시기가 지각되는 되는 결과를 얻은 후, 이를 중첩의 원리로 다음과 같은 노킹보정률 상관식을 얻을 수 있었다.
3) 각 엔진rpm에서의 점화시기 변화에 따른 토크변화 특성을 파악한 점화시기 Sensitivity시험을 통해 얻은 토크 기울기 값과 노킹보정률 상관식을 이용해 노킹보정에 의한 토크량을 계산할 수 있었다.
4) 서로 다른 대기조건에서의 노킹보정 전후의 엔진 성능시험시의 총수정토크를 비교한 결과, 최대 1%의 편차를 시험오차 수준인 0.5%이하로 개선시킬 수 있었다.
Test 2에서 Test 1대비 엔진의 Raw토크(uncorrected torque)가 증가하였는데, 이는 흡기온도 감소와 대기압력 증가로 공기밀도가 증가하여 체적효율이 상승하였고, 절대습도 감소에 따른 유리한 연소 특성 때문인 것으로 보인다. 그러나 체적효율 증가에 의한 유효압축비 증가로 노킹특성이 악화되어 DBL 점화시기가 지각되는 결과를 가져와 엔진 수정토크는 감소하게 된다.
그러나 체적효율 증가에 의한 유효압축비 증가로 노킹특성이 악화되어 DBL 점화시기가 지각되는 결과를 가져와 엔진 수정토크는 감소하게 된다. 엔진 실린더블록에 장착된 양산차량의 Knock센서로 1500rpm 전개조건에서 노킹강도를 측정한 결과, Fig. 7에서 보여주듯이 Test 1에서보다 Test 2에서의 노킹강도 신호가 더 악화되는 결과를 나타내었다.
8)에서의 월평균 상대습도, 수증기분압, 흡기온도, 대기압력, 점화시기의 변화(DBL의 변화)를 나타낸 결과이다. 연중 엔진시험 조건은 비교적 고온다습한 6~8월의 여름철에 습도와 흡기 온도가 높고 대기 압력이 낮은 결과를 보이고 있으며, 습도의 최대 변화량은 상대습도 63%, 절대습도 70%로 나타났다. 습도가 높은 6~8월의 점화시기대비 습도가 낮은 11~2월의 점화시기가 1~2도 지각되는 경향을 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가솔린엔진의 고압축비화에 대한 연구 목적은 무엇인가?	한편, 열효율 증가에 의한 연비향상을 목적으로 가솔린엔진의 고압축비화에 대한 많은 연구들이 진행 중이나, 이러한 압축비의 증가는 가솔린엔진의 노킹 발생을 증가시키게 된다.2) 이러한 노킹을 제어하기 위하여 최근 대부분의 엔진들은 실린더블록에 장착된 Knock 센서를 사용하여 노킹에 의해 발생한 압력파의 진동신호를 기준으로 노킹발생여부를 판단한 후 노킹이 발생하면 점화시기를 지각시키고 노킹이 발생하지 않으면 점화시기를 진각시키는 방법을 사용하고 있다.
	최근 자동차용 양산엔진의 개발경향은 무엇인가?	최근의 자동차용 양산엔진의 개발경향은 기술적인 측면에서의 발전이 소비자의 구매 심리를 자극하기 위한 차량의 상품성을 높이기 위한 방법으로 진행되어 가고 있는 추세이다. 일례로 일반적인 차량구매자들은 탑재된 엔진의 최고출력을 그 차의 모든 동력성능을 대변하여 이해하는 경향이 있을 정도로 엔진의 성능 향상은 차량의 상품성 효과에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다.
	엔진의 전개성능을 향상시키는 방법에는 무엇이 있는가?	이러한 엔진의 전개성능을 향상시키는 방법으로는 크게 세 가지로 분류할 수 있다. 즉, 엔진의 흡입 공기량을 더 많이 주입시켜 체적효율을 증대시키는 방법, 엔진 운동부의 마찰일을 감소시켜 기계효율을 증대시키는 방법, 밸브시기, 밸브리프트, 연료분사시기, 점화시기 등의 최적화를 통하여 연소효율을 증대시키는 방법이다.1) 특히 양산되거나 개발 중인 2.

참고문헌 (9)

J. B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, New York, 1988
K. Morikawa, M. Kaneko, Y. Moriyoshi and M. Sano, "A New Combustion Method to Suppress Knocking in High Compression Ratio Spark Ignition Engine," Internal Combustion Engine Symposium, p.106, 2005
J. A. Harrington, "Water Addition to Gasoline - Effects on Combustion, Emissions, Performance and Knock," SAE 820314, 1982
S. S. Lee, An Experiment on the Effects of Inlet Air Temperature and Humidity on Knock, 90003818, Engine Test Report, Powertrain R&D Center, Hyundai Motor Company, 90003818, 1994
T. H. Lee and K. M. Chun, "An Experimental Study of the Effects of Water Vapor in Intake Air on Combustion and Knock Characteristics in a Spark Ignition Engine," Transactions of KSAE, Vol.6, No.1, pp.205-212, 1998
M. Haghooie, "Effects of Fuel Octane Number and Inlet Air Temperature on Knock Characteristics of a Single Cylinder Engine," SAE 902134, 1990
C. R. Ferguson, Internal Combustion Engines - Applied Thermosciences, John Wiley & Sons, New Jersey, 1986
B. Grandin, H. Angstrom, P. Stalhammer and E. Olofsson, "Knock Suppression in a Turbocharged SI Engine by Using Cooled EGR," SAE 982476, 1998
R. Stone, Introduction to Internal Combustion Engines, Macmillan, UK, 1992

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증