현재 자동차의 주요 동력원은 내연기관이 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 내연기관 자동차로 인한 환경문제를 해결하기 위한 친환경 자동차로는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 및 공기 엔진 자동차 등을 들 수 있다. 배터리를 이용하는 하이브리드 차나 순수 전기차 등도 아직은 크지 않으나 점차 많은 비중을 차지하여 나가고 있다. 전기모터를 사용하는 전기차에 비해 압축공기를 이용하는 공기 엔진 자동차는 아직은 연구개발이 거의 이루어지지 않은 상태이다. 본 논문에서는 스크롤 팽창기를 적용하는 새로운 압축공기 엔진을 소개하고, 이 엔진을 장착한 자동차의 주행거리 가능 거리를 이론적으로 산출하였다.
현재 자동차의 주요 동력원은 내연기관이 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 내연기관 자동차로 인한 환경문제를 해결하기 위한 친환경 자동차로는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 및 공기 엔진 자동차 등을 들 수 있다. 배터리를 이용하는 하이브리드 차나 순수 전기차 등도 아직은 크지 않으나 점차 많은 비중을 차지하여 나가고 있다. 전기모터를 사용하는 전기차에 비해 압축공기를 이용하는 공기 엔진 자동차는 아직은 연구개발이 거의 이루어지지 않은 상태이다. 본 논문에서는 스크롤 팽창기를 적용하는 새로운 압축공기 엔진을 소개하고, 이 엔진을 장착한 자동차의 주행거리 가능 거리를 이론적으로 산출하였다.
An internal combustion engine is the most widely used power source for an automobile. In order to resolve environmental problems resulting from the use of internal combustion engines, environmentally friendly automobiles such as hybrid, electric, and air-engine vehicles are being developed. The shar...
An internal combustion engine is the most widely used power source for an automobile. In order to resolve environmental problems resulting from the use of internal combustion engines, environmentally friendly automobiles such as hybrid, electric, and air-engine vehicles are being developed. The share of hybrid vehicles using battery or pure electric vehicles, which are not popular, is gradually increasing. Compared to an electric vehicle, which uses an electric motor, air-engine vehicles, which use compressed air, have hardly been developed. In this study, a compressed air engine with a scroll expander is introduced, and the potential mileage of an automobile utilizing this engine is theoretically calculated.
An internal combustion engine is the most widely used power source for an automobile. In order to resolve environmental problems resulting from the use of internal combustion engines, environmentally friendly automobiles such as hybrid, electric, and air-engine vehicles are being developed. The share of hybrid vehicles using battery or pure electric vehicles, which are not popular, is gradually increasing. Compared to an electric vehicle, which uses an electric motor, air-engine vehicles, which use compressed air, have hardly been developed. In this study, a compressed air engine with a scroll expander is introduced, and the potential mileage of an automobile utilizing this engine is theoretically calculated.
본 논문에서는 스크롤 팽창기를 이용하는 공압식 엔진을 장착한 자동차를 소개하고, 공기 저장용기 압력, 용량 및 주행속력 별 주행거리를 이론적으로 산출하였다. 이론적으로 분석하여 본 결과 저속조건에서는 30 km 이상의 주행거리를 달성할 수 있을 것으로 보인다.
가설 설정
•스크롤 팽창기 효율은 70%로 선정
•스크롤 팽창기의 입구압력은 20 bar로 선정
•스크롤 팽창기의 팽창은 가역단열과정
제안 방법
스크롤 팽창기가 적용되는 공기 엔진 자동차의 주행가능 거리를 산출하고자 한다. 계산은 크게 2단계를 거쳐 수행되며, 먼저, 스크롤 팽창기의 팽창 과정에서 발생하는 일 및 압축공기 방출에 의한 저장용기의 공기 질량 변화등을 열역학적으로 모델링하고, 2번째 단계에서는 모델링된 결과 식을 차량 동력학과 연계하여 시뮬레이션하고자 한다.
성능/효과
이론적으로 분석하여 본 결과 저속조건에서는 30 km 이상의 주행거리를 달성할 수 있을 것으로 보인다. 내연기관 자동차에 비해 주행거리가 짧으나, 배출가스를 전혀 배출하지 않는 친환경성의 장점이 있어, 소형 운반차, 작업차 및 골프카 등에 적용성이 있는 것으로 판단된다. 향후 압축공기 엔진의 효율성 향상 및 주행거리를 늘리기 위한 연구개발이 필요하다고 판단된다.
후속연구
내연기관 자동차에 비해 주행거리가 짧으나, 배출가스를 전혀 배출하지 않는 친환경성의 장점이 있어, 소형 운반차, 작업차 및 골프카 등에 적용성이 있는 것으로 판단된다. 향후 압축공기 엔진의 효율성 향상 및 주행거리를 늘리기 위한 연구개발이 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
압축공기 엔진 자동차에 사용되는 압축공기 엔진의 장점은?
전기차에 비해 압축공기를 이용하는 공기 엔진 자동차는 아직은 연구개발이 거의 이루어지지 않은 상태이다. 압축공기 엔진은 구조가 간단하고 유지 보수가 저렴하며, 안정성이 요구되는 분야나 불꽃에 의한 폭발위 험성이 있는 극한환경에서 적용될 수 있다.(1)
현재 자동차의 주요 동력원 중 가장 많은 비중을 차지하고 있는 것은?
현재 자동차의 주요 동력원은 내연기관이 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 내연기관 자동차로 인한 환경문제를 해결하기 위한 친환경 자동차로는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 및 공기 엔진 자동차 등을 들 수 있다.
스크롤 팽창기는 어떻게 동력을 발생시키는가?
Fig. 2에서 보이는 바와 같이 고정 스크롤 중심부(Suction Port)로 고압 의 가스가 유입되면 선회 스크롤를 가스압력으로 밀어 내면서 팽창이 이루어지고 고정 스크롤의 원주로 토출 되면서 선회스크롤의 선회 운동에 의한 동력이 발생 하게 된다. (5)
참고문헌 (7)
Jaehyeon Park, Jehyun Baek, "Evaluation of the Energy Efficiency of the Air Engine", KSAE, Vol. 23, No.5, pp. 494-501, 2015.
I. N. Kudryavtsev, A. V. Kramskoy, A. I.Pyatak and M. C. Plummer, "Computer Simulation of Pneumatic Engine Operation," International Scientific Journal for AlternativeEnergy and Ecology(ISJAEE), Vol.23, No.3, pp.80-89, 2005.
Chi-Min Liu, Chin-Lun Huang, Cheng-Kuo Sung, Chih-Yung Huang, "Performance analysis of a two-stage expansion air engine", Energy, vol.115, pp.140-148, 2016.
Youngmin Kim, Dongkil Shin, Janghee Lee, Kwenha Park, "Noble Stirling Engine Employing Scroll Mechanism", Proceedings of the 11th International Stirling Engine Conference, pp. 67-75, 2003.
Richard E. Sonntag, Introduction to Thermodynamics, 1982.1.
Hong, G. D., 2002, The experimental studies of vacuum residue combustion in a small scale reactor, KOSEE, Vol. 6, No. 2, pp. 19-30
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