[기계공학실험A+보고서]엔진실험BC

목차

Ⅰ. 실험 B 점화시기 변경실험
1. 위 예시와 같이, 점화시기 진/지각에 따른 실린더 내 압력 및 모니터링 데이터를 CAD(크랭크각)에 대하여 한 그래프를 그리시오.
2. 아래 엔진 운전 성능 값을 계산하고, 점화시기 진/지각을 x축으로 표시한 그래프를 그리고 주어진 표를 채워 넣으시오. (계산 과정에 대한 설명 및 사용한 코드를 첨부한다. 또한 결과의 경향성에 대한 논의도 서술한다.)
3. 주어진 조건에 대해 최대 출력이나 토크를 갖게 하는 최적의 점화 시기는 언제인가? 최대 제동 토크를 고려했을 때, 점화시기 진각은 지각보다 항상 적합한가?
4. 실제 전기 점화 엔진의 실험을 통해 얻은 gross work(압축 및 팽창과정만을 고려한 일)과 오토 사이클의 gross work을 비교하시오. 실제 엔진 실험값과 오토 사이클을 비교하기 위해, 적절한 점화시기 진/지각 시점을 선택하여, 실험에서 얻은 실린더 내부 압력과 오토사이클의 압력 프로파일을 실린더 부피에 대해서 한 그래프에 도시하시오.

Ⅱ. 실험 C 스로틀 변경실험
1. 다양한 스로틀 상태에서의 실린더 내부 압력을 CAD에 대하여 한 그래프에 나타내시오.
2. 스로틀 개방 정도에 따른 엔진 성능을 계산하고 MAP를 x 축으로 하여 다음의 실험 데이터들을 도시하시오.
3. 실제 차량에서의 가속은 엑셀레이터를 통해 생성된 신호가 엔진 제어 장치(Engine Control Unit, ECU)를 통해 스로틀의 개방 정도를 조절하는 과정이다. 일반적인 도로 운전 조건에선 엑셀레이터를 최대로 밟아 스로틀을 완전히 개방하는 경우는 드물다.
4. 실험 A-C에 대하여 기타 분석 내용 또는 실험의 한계 등을 서술하시오.

Reference

본문내용

1. 위 예시와 같이, 점화시기 진/지각에 따른 실린더 내 압력 및 모니터링 데이터를 CAD(크랭크각)에 대하여 한 그래프를 그리시오.
실험 B에서는 Spark Timing을 조절하여 최적의 효율을 갖는 Spark Timing을 구해보는 실험을 진행하였다. 상사점에 이르기 전 25°, 35°, 45°에 대해 각각 실험을 진행하였으며, 정량적인 분석을 위하여 모든 기체는 이상기체이고, 연료인 iso-octane이 이론 공연비로 연소되며, 사이클마다 잔류가스는 모두 배출된다고 가정하였다.

이상적인 사이클에서는 상사점에 다다른 순간 Spark를 가해 순간적으로 연소를 발생시키는 것이 가장 효율이 높다. 하지만 실제 엔진에서는 Spark를 가한 이후 연소가 일어나 화염이 전파되기까지 시간이 소요되기 때문에 실험을 통해 적절한 Spark TIming을 정하는 과정이 중요하다. 만약 Spark TIming을 너무 당기면 압축일이 커져 음의 일이 발생할 것이고, Spark Timing을 너무 미루게 되면 팽창할 때의 압력 profile이 낮아져 효율이 감소할 것이다. 이에 실험 B에서는 상사점에 이르기 전 25°, 35°, 45°에 대해 각각 연소실험을 진행하여 Spark Timing bTDC 45°에서 압력이 가장 높게 나타난다는 사실을 확인할 수 있었다. 하지만 Spark Timing을 너무 당겨 압력이 높아지게 되면 엔진의 구조에 무리가 갈 수 있으며 노킹 현상(knocking)이 발생할 수 있어 적절한 Spark Timing을 설정하는 것이 중요하다.

2. 아래 엔진 운전 성능 값을 계산하고, 점화시기 진/지각을 x축으로 표시한 그래프를 그리고 주어진 표를 채워 넣으시오. (계산 과정에 대한 설명 및 사용한 코드를 첨부한다. 또한 결과의 경향성에 대한 논의도 서술한다.)

(1) 측정 데이터 (MAP at IVC, 흡∙배기 온도)
실험에서 측정한 데이터를 이용해 아래의 그림 2.에 Spark Timing에 따른 MAP at IVC, 그림 3.에 Spark Timing에 따른 흡·배기 온도를 각각 도시하였다.

참고 자료

서울대학교 기계항공공학부(2019), 기계공학실험 2 엔진 실험 매뉴얼, pg 45-67
Pulkrabeck, W.W., 「Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine」, Prentice Hall