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분리형 로터리엔진 사이클 해석
Separate Type Rotary Engine Cycle Analysis 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.23 no.3, 2019년, pp.104 - 111  

기덕종 (Engine Design Department, Tenergy Co., Ltd)

초록
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압축기와 팽창기로 구성된 새로운 개념의 로터리엔진이 개발 중에 있다. 초기 프로토타입을 제작하고 작동성 확인을 위한 모터링, 압축기 압력 및 연료 연소시험을 수행하였다. 본 논문은 이 새로운 엔진에 적합하게 개발된 사이클 해석 방법에 대한 것이다. 본 엔진 고유의 작동 메커니즘에 대한 분석과 공기의 열역학적 해석을 공기 흡입, 압축, 연소실 진입, 연소, 팽창 그리고 배기에 이르는 각 과정에서 수행하였다. 본 논문에서 제시된 해석 방법으로 압축기와 팽창기 사이의 압축공기 냉각효과는 물론 엔진의 여러 설계 변수가 엔진 성능에 주는 영향을 파악할 수 있으며 이 논문에 몇 가지 경우에 대한 계산 결과를 기술하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A separate type rotary engine consisting of a compressor and an expander is under development. The engine motoring, compressor pressure, and fuel combustion have been tested with the initial prototype for operability checks of the mechanism. This paper describes an engine cycle analysis method desig...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1참조)의 열역학적 성능계산 방법은 저자에 의해 이미 발표된 바 있다{3}. 본 논문은 기존 SRE의 성능 향상을 위해 압축공기를 냉각할 때 그 영향을 분석할 수 있도록 계산방법을 보완한 것이다
  • 압축기로터와 팽창기로터의상대적인 설치 각도에 따라 로터리 밸브가 열릴 때 압축실의 공기압이 공기 통로와 연소실 혼합공기 압력보다 높으면 압축기 체크밸브가 열릴 것이고 그렇지 않으면 로터회전이 조금 더 진전된 후 열릴 것이다. 본 연구에서는 로터리 밸브가 열릴 때 압축실과 공기 통로를 연결해주는 체크밸브가 동시에 열리도록 두로터사이의 설치 각도가 적절히 설정된 경우에 대한 사이클 해석을 기술한다

가설 설정

  • 보다 정확한 사이클 해석을 위해서는 사이클의 각 단계마다 작동 유체의 열역학적 상태 분석이 필요하다. 분석에 필요한 열역학적 관계식은 교과서로 널리 사용되는 내연기관 전문서적 {4}을 참고하였고, 동작유체는 이상 기체법칙을 만족하며 비열은 온도에 관계없이 일정하다고 가정하였다
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SRE의 엔진 성능 분석시 공기의 열역학적 거동이 함꼐 해석되어야 하는 이유는 무엇인가 피스톤 엔진의 경우 흡입된 공기는 피스톤 이상사점으로 이동함에 따라 밀폐된 공간에서 점진적으로 압축되는데 반해 SRE에서는 로터가 회전하면서 먼저 압축기 내에서 공기가 압축되다가 압축기 공기압이 공기 통로 공기압보다 커질 때 팽창기 힌지베인이 연소실을 밀폐함과 동시에 압축기 체크밸브와 로터리 밸브가 열려 압축기 공기와 공기 통로 공기 그리고 연소실 잔여가스가 혼합되고 이후로터의 회전이 계속되면서 혼합된 공기가 합쳐진 체적 내에서 압축된다. 이렇게 연소실로 공급되는 압축공기는 피스톤 엔진에서와 달리 2단계의 과정을 거쳐 압축되므로 엔진 성능 분석을 위해서는 각 단계에서 공기의 열역학적 거동이 함께 해석되어야 한다. 
SRE의 팽창비와 압축비는 어떻게 설계되었는가? 팽창비가 압축비보다 크도록 설계된 SRE는 Over-expandedC ycle로 작동되지만 압축기와 팽창기 사이에 공기 통로가 있고 압축실과 공기 통로 사이에 체크밸브, 공기 통로와 연소실 사이에 로터리 밸브와 체크밸브가 설치되어 이들 밸브의 개폐에 따라 P-V 선도에서 피스톤 엔진과 다르게 거동하며 0-1-2 “-2 ‘-3-4’-5-0 경로를 따른다. 
SRE에서 공기가 압축되는 과정은 무엇인가 압축기에서 압축된 공기는 체크밸브를 통해 공기공기 통로에 잠시 머물다 연소실로 통하는 로터리 밸브가 열리면서 연소실로 유입된다. 피스톤 엔진의 경우 흡입된 공기는 피스톤 이상사점으로 이동함에 따라 밀폐된 공간에서 점진적으로 압축되는데 반해 SRE에서는 로터가 회전하면서 먼저 압축기 내에서 공기가 압축되다가 압축기 공기압이 공기 통로 공기압보다 커질 때 팽창기 힌지베인이 연소실을 밀폐함과 동시에 압축기 체크밸브와 로터리 밸브가 열려 압축기 공기와 공기 통로 공기 그리고 연소실 잔여가스가 혼합되고 이후로터의 회전이 계속되면서 혼합된 공기가 합쳐진 체적 내에서 압축된다. 이렇게 연소실로 공급되는 압축공기는 피스톤 엔진에서와 달리 2단계의 과정을 거쳐 압축되므로 엔진 성능 분석을 위해서는 각 단계에서 공기의 열역학적 거동이 함께 해석되어야 한다.
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참고문헌 (4)

  1. Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers Ki 21 4 71 2017 10.6108/KSPE.2017.21.4.071 'New Rotary Engine with separate Compressor and Expander' 

  2. “Separate-type Rotary Engine” Ki 2015 

  3. 'Thermodynamic Performance Analysis of the Separate Type Rotary Engine' Ki 2017 

  4. Internal Combustion Engines Ganesan 2nd ed. 2003 

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