초록 ▼

IV. 연구개발결과
○ 한국에너지기술연구원
본 연구개발을 통해 세라믹 리니어엔진 및 리니어제너레이터를 적용한 파워팩을 개발하였다. 이를 위해 파워팩 통합 제어기 개발, 리니어 제너레이터 (무버, 스테이터 등) 개발, 세라믹 코팅, 가공 및 제작 기술 개발, 리니어 엔진의 주요부품을 세라믹제질 적용 등이 개발 및 연구되었다.
협동연구기관인 자동차부품연구원(질화규소 재질의 엔진 슬리브/피스톤 제작, 알루미나 재질의 엔진 슬리브/피스톤 및 컴프레셔 슬리브 제작, Cabon Filled PTFE 재질의 컴프레셔 슬리브 제작

IV. 연구개발결과
○ 한국에너지기술연구원
본 연구개발을 통해 세라믹 리니어엔진 및 리니어제너레이터를 적용한 파워팩을 개발하였다. 이를 위해 파워팩 통합 제어기 개발, 리니어 제너레이터 (무버, 스테이터 등) 개발, 세라믹 코팅, 가공 및 제작 기술 개발, 리니어 엔진의 주요부품을 세라믹제질 적용 등이 개발 및 연구되었다.
협동연구기관인 자동차부품연구원(질화규소 재질의 엔진 슬리브/피스톤 제작, 알루미나 재질의 엔진 슬리브/피스톤 및 컴프레셔 슬리브 제작, Cabon Filled PTFE 재질의 컴프레셔 슬리브 제작), 한국과학기술원(연료 공급 방식에 따른 연소 특성 파악, 혼합기의 당량비 및 점화시기 변화가 연소에 미치는 영향 파악, 연료에 따른 연소 특성 파악, 가시화 엔진을 이용한 엔진의 연소 특성 파악), (주)엑슬시스템스(리니어 제너레이 터 제작, 리니어 제너리에터 시뮬레이션 실시, 파워팩 팩키지 기술 개발, 파워팩 통합 제어기 개발) 등의 연구내용을 통합하여 본 연구 개발을 진행하였다.
본 연구를 통해 특허 (특허출원 : 7건, 등록특허 : 6건) 및 기술을 개발하였으며, 논문게재(3건), 학술대회 발표 (13건) 등 다수의 연구성과가 발생하였다.

○ 자동차부품연구원
본 개발에 대한 특허 및 문헌 조사부터 시작하여 작동조건 분석, 세라믹 부품 제작 및 평가, 제작부품 리그테스트 (컴프레셔 부품 마찰력 측정 시험) 등을 연구하였다. 기능성 코팅 연구(저마찰, 열차폐)가 시도되었으며, 공정 비용 절감등 공정 최적화를 위해 Sinterted-RBSN 공법을 연구하였다. 제작부품을 평가하여 부품 물성 총괄표를 작성하였으며, 가속수명 시험을 시행하여 간접적으로 부품의 내구성을 시험하였다. 본 연구의 성과를 토대로 하여 특허 1건 출원, 학술대회 발표 1건을 진행하였다.

○ 한국과학기술원
소형 세라믹 리니어 엔진의 연소 특성 규명 및 엔진의 설계에 필요한 데이터베이스를 구축하였다. 세라믹 리니어 엔진의 연소 방식에 따른 데이터 베이스를 이용하여 일반적은 결론을 도출하였고, 향후 리니어 엔진의 점화 시기 및 당량비 선정에 필요한 방법론을 제시할 수 있다.
세라믹 리니어 엔진의 소기포트에 대한 실험 결과를 반영하여 리니어엔진 초기 프로토타입의 소기 포트 형상의 단점을 보완하여 소기 효율을 다소 향상하였다. 피스톤의 형상 등을 추가 개선할 수 있다면, 소기효율의 추가 개선의 여지가 있다.
세라믹 리니어 엔진의 운전 조건에 따른 연소 특성 D/B를 통해 엔진의 직접적인 제어 변수 (점화시기, 발전부하, 당량비)가 엔진 작동 특성에 미치는 일반적인 결론을 터득하였고, 향후 개발될 리니어 엔진에도 위에서 도출된 일반론을 적용할 수 있다.
마지막으로 세라믹 리니어 엔진의 최적화를 위한 이론적 방법론 분석을 통해 일반적인 엔진의 최적화 방향을 제시할 수 있었다.

○ (주)엑슬시스템스
본 연구 개발을 통해 리니에제너레이터 및 파워팩 통합제어기를 연구/개발 하였다.
리니어제너레이터 개발을 통해 리니어제너레이터 설계 및 해석능력을 확보하였다. 이를 통해 다양한 형태의 제너레이터 설계가 가능하게 되었다. 또한 파워팩의 최적 작동을 위한 통합제어기를 개발하게 됨으로써 파워팩의 핵심기술 확보 및 다양한 형태의 발전기를 개발하기 위한 제어기 설계 및 제작기술을 확보하게 되었다.
(출처 : 요 약 문 7p)

Abstract ▼

The 21st century will be ubiquitous life because electronic devices are miniaturized. That has steadily reduced both the size and cost of integrated circuits. Thus this devices need a miniaturized power sources. But a power density of battery doesn't increased a lot. Batteries are a prime agent to p

The 21st century will be ubiquitous life because electronic devices are miniaturized. That has steadily reduced both the size and cost of integrated circuits. Thus this devices need a miniaturized power sources. But a power density of battery doesn't increased a lot. Batteries are a prime agent to penetrate and expand of ubiquitous life. But their intrinsically low energy densities and short lifetimes impose a fundarnental limitation. Due to this reasons, a wide variety of conceptual portable power system have been proposed and studied such as a small gas turbine engine or a small fuel cell. A small heat engine are also considered as a power source for portable applications. Because the energy density of liquid hydrocarbon(HC) fuels are greater 100 times compared to battery. Therefore, if the fuel conversion efficiencies are greater than 10 %, the operating lifetime of these systems could be increased by greater than 10 times. The use of a liquid fuel also offers the possibility of easy refueling. In this paper a small linear reciprocating engine was designed and tested for a portable power pack. If an engine is used solely to produce electrical power in a portable power pack, it is not necessary to convert the reciprocating linear motion of the piston to rotary motion. Instead, a linear electrical generator may be coupled directly to the piston for a conversion of mechanical energy into electrical energy. Such a design has many advantages such as mechanical simplicity and low friction and it can make possible a small engine having high efficiency.
In this study, we develope a small linear engine and generator for portable power pack. To increase the efficiency and endurance, we made a piston and cylinder sleeve by ceramic materials. An existing internal combustion reciprocating engine that is constrained in crank mechanism isn't expected to improve efficiency anymore. but, As Linear Engine don't have crank mechanism, there is no mechanical loss and the engine can change that' s expansion energy to compression and outside work as much as it possible. Therefore linear engines give power output more efficiently compared to conventional reciprocating piston engine.
The energy density of liquid hydrocarbon(HC) fuels are greater 100 times compared to battery. Therefore, if the fuel conversion efficiencies are greater than 10 %, the operating lifetime of these systems could be increased by greater than 10 times. The use of a liquid fuel also offers the possibility of easy refueling. In this paper a small linear reciprocating engine was designed and tested for a portable power pack. If an engine is used solely to produce electrical power in a portable power pack, it is not necessary to convert the reciprocating linear motion of the piston to rotary motion. Instead, a linear electrical generator may be coupled directly to the piston for a conversion of mechanical energy into electrical energy. Such a design has many advnatages such as mechanical simplicity and low friction and it can make possible a small engine having high efficiency. Therefore it can be used as a power sources for personal mobility device and portable electronic devices.
(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 12
• 표목차 ... 14
• 그림목차 ... 16
• 제 1 장 서론 ... 21
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 23
• 제1절 한국에너지기술연구원 ... 23
• 1. 국내 기술현황 ... 23
• 2. 국외 기술현황 ... 23
• 제2절 자동차부품연구원 ... 28
• 1. 국내 기술현황 ... 28
• 2. 국외 기술현황 ... 30
• 제3절 한국과학기술원 ... 34
• 1. 국내외 기술개발 현황 ... 34
• 2. 국내외 주제 관련 논문 현황 ... 35
• 제4절 (주)엑슬시스템스 ... 37
• 1. 국내 기술현황 ... 37
• 2. 국외 기술현황 ... 37
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 39
• 제1절 한국에너지기술연구원 ... 39
• 1. 연구개발 성과 ... 39
• 제2절 자동차부품연구원 ... 61
• 1. 연구내용 ... 61
• 제3절 한국과학기술원 ... 87
• 1. 당량비, 점화시기 및 발전량에 따른 연소특성 파악 ... 87
• 2. 연료(DME, LPG)에 따른 연소 특성 파악 ... 102
• 3. 엔진의 사용조건 (경사조건)에 따른 연소 특성 파악 ... 107
• 4. 가시화 엔진을 이용한 엔진 연소 특성 파악 ... 110
• 5. 리니어 엔진 작동의 이론적 특성 및 최적화 방법 ... 115
• 제4절 (주)엑슬시스템스 ... 131
• 1. 이론적 배경 ... 131
• 2. 모터링 특성 해석 ... 136
• 3. 시제품 제작 ... 143
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 150
• 제1절 한국에너지기술연구원 ... 150
• 1. 연구 개발 목표 달성도 ... 150
• 2. 대외 기여도 ... 151
• 제2절 자동차부품연구원 ... 153
• 1. 연구 개발 목표 달성도 ... 153
• 제3절 한국과학기술원 ... 153
• 1. 연구 개발 목표 달성도 ... 153
• 2. 대외 기여도 ... 154
• 제4절 (주) 엑슬시스템스 ... 156
• 1. 연구 개발 목표 달성도 ... 156
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 157
• 제1절 한국에너지기술연구원 ... 157
• 제2절 자동차부품연구원 ... 158
• 제3절 한국과학기술원 ... 159
• 1. 리니어 엔진 작동 특성에 대한 일반론의 수립 ... 159
• 제4절 (주)엑슬시스템스 ... 159
• 제 6 장 참고문헌 ... 161
• 끝페이지 ... 167