[논문]상용차 변속기 내부 기어 경량화에 따른 연비 저감 효과에 대한 연구

한성길; 신유인; 정종규; 송철기

doi:10.9726/kspse.2016.20.5.060

상용차 변속기 내부 기어 경량화에 따른 연비 저감 효과에 대한 연구
Fuel Consumption Effect by Mass Reduction of Low Speed Transmission Gears in Commercial Vehicles 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.20 no.5, 2016년, pp.60 - 65

한성길 (경상대학교 기계항공공학부) , 신유인 (경상대학교) , 정종규 ((주)S&T중공업) , 송철기 (경상대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Dynamic performance of transmission has a substantial effect on dynamic performance and fuel efficiency of a vehicles. Dynamic performance of transmission and mass moments of inertia of transmission gears are related directly each other. Then a smaller amount of kinetic energy from vehicles that repeat acceleration and deceleration requires lighter rotating part in transmission. It is going to increases fuel efficiency as a result. In this study, equivalent inertia moments of inertia at different speeds were calculated by simplifying the transmission system. To find out lightening effect at low speed level gear on fuel efficiency, the powerflow of transmission was analyzed. And the lightning effect of the rotating parts in transmission is compared with the mass reduction of sprung parts in vehicle.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 12단 변속기를 장착한 상용차에서 저단기어의 질량관성모멘트가 연비에 미치는 영향을 연구하였다. 저단기어의 질량감소와 현가상질량 감소가 연비에 미치는 영향을 비교하였다.

가설 설정

4를 통해 저단에서 사용되는 기어를 확인할 수 있는데, 저단에서 사용되는 기어는 n_{m 1} , n_{m 2} , n_{m 3} , n_{m 4} , n_c1 , n_c2 , n_c3 , n_c4 이다. 변속기 내부 회전체의 경량화에 대한 효과를 검증하기 위해 언급한 8개 기어를 기능을 유지하면서 질량은 최소화시킨 이상적인 상태로 가정하였다.
변속기의 동적 성능은 차량의 동적 성능과 연비에 지대한 영향을 끼친다. 변속기의 동적성능은 회전체의 질량관성모멘트가 직접적으로 관여한다. 가벼운 질량을 가진 회전체는 가속 및 감속을 반복하는 차량에서 운동에너지를 적게 필요로 하게 되고 이는 곧 연비 증가 효과를 가지게 된다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 변속기 시스템을 간략화 하여 각 단수별 등가관성모멘트를 도출하였다. 유성기어 감속비를 가지는 저단기어 영역의 경량화가 연비에 미치는 영향을 알아보기 위해 동력전달 경로를 분석하여 저단기어에서 사용되는 기어를 선정하였다.
이 기어를 기능은 유지하면서 질량을 가지지 않는 이상적인 상태로 가정하였다. 변속기 내부 회전체 질량 감소량과 같은 양의 현 가상질량을 감소시켜 연비 향상효과를 상호 비교하였다.
는 전체 주행저항으로써 구름 저항, 공기저항, 구배저항, 가속저항을 모두 더한 값이다. 본 논문에서는 변속기 내부 회전체가 연비에 미치는 영향을 알아보기 위함이므로 구름저항, 공기저항, 구배저항은 배제하고 가속저항을 고려하였다.
따라서 본 논문에서는 변속기 시스템을 간략화 하여 각 단수별 등가관성모멘트를 도출하였다. 유성기어 감속비를 가지는 저단기어 영역의 경량화가 연비에 미치는 영향을 알아보기 위해 동력전달 경로를 분석하여 저단기어에서 사용되는 기어를 선정하였다. 이 기어를 기능은 유지하면서 질량을 가지지 않는 이상적인 상태로 가정하였다.
본 연구에서는 12단 변속기를 장착한 상용차에서 저단기어의 질량관성모멘트가 연비에 미치는 영향을 연구하였다. 저단기어의 질량감소와 현가상질량 감소가 연비에 미치는 영향을 비교하였다.

대상 데이터

본 논문의 연구대상 차량은 12단 변속기를 탑재하고 있는 차량으로서 주요 회전 파트는 입력축, 카운터 축, 메인 축, 유성기어, 차동기어로 구성되어있다. 그 중 12단 변속기에 대한 부분을 Fig.

이론/모형

본 연구대상은 상용차이므로 상용 디젤 엔진 성능 곡선을 이용해야하나 엔진 성능 지도는 제조사에서 쉽게 공개하지 않는 기밀에 해당하는 부분이다. 따라서 연비 계산을 위하여 이미 공개된 메르세데스 벤츠 3,000 cc 디젤 엔진(OM618)의 엔진 성능 지도⁶⁾를 참고하였다. 이 엔진 성능 지도에서 가상의 12단 변속 지점을 생성하여 데이터를 생성하였으며 그 값을 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

변속기 내부 회전체의 질량의 감소량은 차량 전체 무게의 약 0.8%인데 비하여 연비 향상 효과는 기존 대비 약 1.17% 향상 효과를 보였다.
이와 같은 결과를 비교하여 볼 때 회전체의 질량감소효과가 병진 운동을 하는 질량 감소 효과보다 약 3배가량 큰 것을 알 수 있다. 특히 변속비가 커질수록 그 효과는 더 큰 것으로 알 수 있다.
참조한 엔진성능지도 값의 영향 때문에 저단 영역에서의 연료 효율은 현재 운행 중인 25 ton 상용차보다 낮은 값을 가지고 있다. 하지만 저단 영역에서의 높은 기어비 때문에 경량화에 따른 연비 개선 효과가 높은 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	변속기의 동적 성능은 무엇에 영향을 끼치는가?	변속기의 동적 성능은 차량의 동적 성능과 연비에 지대한 영향을 끼친다. 변속기의 동적성능은 회전체의 질량관성모멘트가 직접적으로 관여한다.
	연비에 영향을 미치는 주요 인자는 무엇인가?	연비에 영향을 미치는 주요 인자로는 엔진 매핑, 터보차저, 동력계 윤활, 냉각성능 등을 말할 수 있으며, 국내외에서 이와 같은 인자에 대한 연구가 활발히 수행되어져 왔다.
	12단 변속기를 장착한 상용차에서 저단기어의 질량관성모멘트가 연비에 미치는 영향을 연구한 결과는 어떠한가?	변속기 내부 회전체의 질량의 감소량은 차량 전체 무게의 약 0.8%인데 비하여 연비 향상 효과는 기존 대비 약 1.17% 향상 효과를 보였다. 이와 같은 결과를 비교하여 볼 때 회전체의 질량감소효과가 병진 운동을 하는 질량 감소 효과보다 약 3배가량 큰 것을 알 수 있다. 특히 변속비가 커질수록 그 효과는 더 큰 것으로 알 수 있다.

참고문헌 (8)

M. G. Kong, C. K. Song and Y. D. Kim, 2011, "Strength Design Evaluation of the Multi-range Transmission", Journal of the KSPSE, Vol. 15, No. 3, pp. 12-17.
M. S. Lyu, B. M. Doo and Y. G. Ku, 2007, "A Study of the Fuel Economy Improvement of a Heavy Duty in Commercial Vehicle(I)", Transactions of KSAE, Vol. 16, No. 5, pp. 44-48.
Will F. and Boretti A., 2011, "A New Method to Warm Up Lubricating Oil to Improve the Fuel Efficiency During Cold Start", SAE International Journal of Engines, Vol. 4, No. 1, pp. 175-187.

상세보기
M. J. S. de Carvalho, P. R. Seidl, C. R. P. Belchior and J. R. Sodre, 2010, "Lubricant Viscosity and Viscosity Improver Additive Effects on Diesel Fuel Economy", Tribology International, Vol. 43, No. 12, pp. 2298-2302.

상세보기
M. S. Lyu, 2007, "Vehicle Fuel Economy Improvement by Studies on the Engine Cooling and Ancillaries System of the Heavy Duty Engine", Transactions of KSAE, Vol. 15, No. 3, pp. 79-84.
K. Oblander, M. Fortnagel, H. J. Feucht, and U. Conrad, 1978, "The Turbocharged Five-Cylinder Diesel Engine for the Mercedes-Benz 300 SD", SAE Technical Paper No. 780633.
S. G. Han, Y. I. Shin, C. H. Yoon and C. K. Song, 2014, "Strength and Durability Analysis of the Double Planetary Gears", Journal of the KSMPE, Vol. 13, No. 5, pp. 28-34.
H. J. Kim, J. H. Moon, J. S. Yu and Y. S. Lee, 2013, "Performance Analysis of an Organic Rankine Cycle for Waste Heat Recovery of a Passenger Car", Journal of the KSPSE, Vol. 17, No. 2, pp. 87-94.

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