흡배기 및 연소실 시스템 연구 (III)

Abstract

본 연구는 3차년도에 걸쳐 250cc급 4기통 DOHC 수냉식 엔진의 개발에 필요한 흡배기 및 연소실 관련 설계기술을 확립하기 위하여 흡배기관내의 압력파 동조를 이용한 흡배기관 해석기술, 연소 효율을 향상시키기 위한 연소실내 유동해석 기술, 그리고 연소실 각 부위의 열부하해석기술 등 3개부분으로 나누어 수행한다. 엔진흡배기관 설계분야는 1차년도에서 4밸브 4기통 소형 가솔린 엔진을 본 연구의 모델엔진으로 선정하여 형태가 다른 4가지의 흡기관 모델을 구성하여 임피던스를 이용한 음향학적 이론을 토대로 해서 적정 회전수 영역에서 흡기관 형상을 결정하고, 이의 타당성을 검토하기 위해 엔진 실험을 수행한다. 2차년도 연구에서는 압력파 해석을 배기관까지 확장하고 흡기관길이 변화에 따른 각 엔진회전수에서 관성효과를 확인하며, 배기관내에서 압력파를 이용해 배압을 효율적으로 조절하기 위한 EXUP 장치에 한 연구를 수행한다. 3차년도에서는 4밸브에 의한 배기밸브 통로 저항의 감소, 배압저감 및 배기간섭파의 최적화에 의한 배기맥동파를 활용하기 위해 배기관의 구조를 변경해 연구를 수행하며, 또한 배기관의 구조변경과 아울러 흡기관 길이를 변화시키므로서 흡배기관내에 생성되는 압력파의 해석 및 출력성능향상의 영향인자를 분석하여 최적 흡배기관 설계기술을 확립한다.유체유동 해석분야는 1, 2차년도 동안 흡입 정상상태 유동에서 스월메타를 이용해 흡기포트형상에 따른 유동저항과 스월강도를 비교하고, LDV을 이용해 스월생성 메카니즘을 규명한다. 또한 엔진의 모터링시 LDV 측정이 용이하도록 단기통 가시화엔진을 제작하여 연소실내 틈새체적에서 스월속도를 연속적으로 측정하고 이에따른 난류강도 변화특성을 규명한다. 3차년도에서는 흡기밸브 1개와 2개 작동에 따른 스월속도와 난류변화를 고속의 회전수 범위에서 실험하여 심도있게 연구하고, pentroof 연소실 형상에 유리한 텀블유동을 흡기과정시 생성시켜, 압축과정동안 변화되는 특성을 연속적으로 측정하여 연소실내 텀블의 생성 및 소멸 메카니즘을 연구한다. 또한 4-밸브 엔진에 대해 압축과정 말기 난류강도 증가를 위해서, 스월 및 텀블을 효과적으로 이용하는 것을 목적으로 평균유동의 깨짐현상과 난류의 영향을 연구한다.열부하해석분야는 1차년도에서 고회전 엔진의 피스톤과 실린더벽의 온도를 실측하고 여기서 얻은 data를 피스톤과 실린더벽에서의 온도 및 열변형 예측을 위한 소프트웨어(PITAP)의 보정 data로 활용하여 시제품 엔진개발에서의 적용을 모색한다. 2, 3차년도에서는 열부하 해석의 경계조건 설정에 필요한 가솔린엔진 사이클모사 프로그램을 수정 보완하고, 실린더벽의 온도를 예측기법을 보완하고 헤드부의 3군데 온도를 thermocouples을 사용하여 실측하므로서, 연소실 주위 부분의 열부하에 대한 이론해석 기법을 확립한다.