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지게차 엔진룸 및 열관리 시스템 설계 방안
Engineering Design of Engine Room and Heat Management System for Forklift 원문보기

드라이브ㆍ컨트롤 = Journal of drive and control, v.16 no.1, 2019년, pp.55 - 58  

이승엽 (건설기계부품연구원)

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AI 본문요약
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제안 방법

  • 대상 지게차의 주요 발열부 민감도 및 열교환기의 냉각 성능을 평가하기 위하여 Perkins Cycle로서 Fig. 3과 같이 평탄한 지형에서 주행거리 25m, 포크인양 높이 3m, 최대 인양 하중 70% 조건에서 장비의 온도 포화 시점까지 반복 수행하였다.
  • 이에 건설기계가 갖는 방열 문제를 해결하고 엔진룸 레이아웃의 설계 개선과 최적화를 위하여 주요 부품의 작동 조건에 따른 온도 민감도 분석이 요구된다. 본 소고에서는 디젤 엔진이 장착된 4톤급 지게차를 대상으로 히트밸런스 성능평가와 이의 데이터를 기반으로 부품별 발열 기여도 분석을 통한 문제점 분석 및 1D 플랫폼 모델링을 진행하였다.
  • 상대적으로 공기보다 열용량이 높은 냉각수를 이용한 수랭식 오일 쿨러 적용 방안을 검토하였으며 워터 펌프, 차지 펌프 등 기존 시스템에서 추가적인 부하 손실을 줄이기 위한 레이아웃을 실차에 구성하였다.
  • 열교환기를 거친 뜨거운 공기가 카운터 웨이트 후면 개구부로 원활히 배출되도록 열교환기 좌우 측 스크린 장착, 배기후처리장치의 복사 열전달을 차단하기 위한 인슐레이터을 설치하였다. 기존 대비 스크린을 장착한 경우, 라디에이터의 성능은 약 1.
  • 한편, 지게차에 장착된 열교환기의 포트 입/출구, 오일 섬프, 엔진 흡기, 냉각 팬 업/다운 스트림 등 부품 및 주요 위치에 온도/유량계를 장착하고 CAN 데이터와 함께 실시간으로 계측, 데이터를 수집하였다.
  • 히트 밸런스 성능 평가를 통한 실차 시험 기반의 차량 사양 및 CAN 데이터를 취득하여 엔진 부하조건에 따른 주요 발열원의 열량을 유추, 열교환기의 방열량을 산정하였다.

대상 데이터

  • 건설장비의 열교환기 장착 방법은 크게 병렬식 구조와 적층식 구조가 적용되고 있으나 유동 저항을 최소화하고 열교환기 전면으로 유입되는 풍량과 풍속의 균일도(Uniformity)를 높여 열전달 효율을 향상시키기 위하여 적층식 구조를 채택하는 경우가 많다. 대상 지게차의 열관리 시스템은 Fig. 1과 같이 벨트 직결식 냉각 팬이 장착되어 있으며 냉각 팬구동에 의한 유동은 엔진 룸에서 슈라우드로 감싸진 열교환기를 거쳐 카운터 웨이트 후면 개구부로 배출된다. 적층식 구조를 갖는 열교환기는 라디에이터가 중심부에 배치되어 가장 넓은 면적을 차지하며 가장 높은 유입 온도를 나타내는 차지 에어 쿨러는 상부, 트랜스미션 오일 쿨러가 하부에 위치하고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
건설장비의 열교환기 장착 방법은 무엇입니까? 건설장비의 열교환기 장착 방법은 크게 병렬식 구조와 적층식 구조가 적용되고 있으나 유동 저항을 최소화하고 열교환기 전면으로 유입되는 풍량과 풍속의 균일도(Uniformity)를 높여 열전달 효율을 향상시키기 위하여 적층식 구조를 채택하는 경우가 많다. 대상 지게차의 열관리 시스템은 Fig.
열교환기 좌우측 스크린 장착, 배기후처리장치의 복사 열전달을 차단하기 위한 인슐레이터을 설치함으로서 얻어지는 효과는? 열교환기를 거친 뜨거운 공기가 카운터 웨이트 후면 개구부로 원활히 배출되도록 열교환기 좌우측 스크린 장착, 배기후처리장치의 복사 열전달을 차단하기 위한 인슐레이터을 설치하였다. 기존 대비 스크린을 장착한 경우, 라디에이터의 성능은 약 1.9%, 차지 에어 쿨러의 성능은 8.6 %, 인슐레이터를 장착한 경우, 라디에이터의 성능은 약 2.2 %, 차지 에어 쿨러의 성능은 8.5 % 향상되었다.
건설기계 엔진 룸이 지니는 문제점은? 건설기계 엔진 룸은 좁은 공간에 엔진 및 유압기기 등 고발열 부품들이 밀집되어 있어 발열 문제로 인한 성능 저하와 내구 문제 등이 발생하고 있으며, 현재까지 엔진룸 방열 설계에 대한 체계적인 설계 프로세스가 정립되지 않아 이에 대한 정확한 원인 분석과 해결 방안 모색이 어렵다. 한편, 주행풍의 직접적인 영향과 활용 모색이 어려운 건설기계 열관리 시스템은 대부분 냉각 팬에 의존하고 있으며, 이물질의 발생이 많고 고농도의 먼지가 유입되는 작업 환경을 고려한 열교환기의 설계 및 장착이 제안되는 경우가 많다.
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