내연기관 (Internal Combustion Engine)

2012년도 1학기(제 5주)

기계자동차공학부

박 승 운

제3장 내연기관의 성능

제3장 내연기관의 성능

◈ 학습목표 o 연료소비량과 연료소비율에 대한 이해

o 내연기관 실험장치들에 대한 실험 방법

◈ 학습성과 o 내연기관의 연료 소비량과 연료소비율을 판단하여 각종 효율을 판정하고 이를

설명할 수 있어야 함.

o 각종 실험장치들의 구조와 실험장치에서 얻을 수 있는 각종 지표들을 해석할 수 있어야 함.

제3장 내연기관의 성능

강의 내용 및 순서

■ 연료소비량과 연료소비율

■ 내연기관 실험장치

■ 기관의 연료소비량과 연료소비율

◈ 연료소비량과 연료소비율

o 연료소비량(fuel consumption, B) : 매시간당 기관에서 소비한 연료의 양.

o 연료소비율(specific fuel consumption, f) : 매시간당, 단위 마력당 기관의 연료소비량

※ 주행연비 : 연료 1리터당 주행거리

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■ 기관의 연료소비량과 연료소비율

◈ 연료소비량과 열효율

o 열효율 : 출력과 공급열량의 비

o 공급열량 : 연료소비량 × 연료의 저위발열량

1) 이론 열효율

2) 지시(도시) 열효율

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■ 기관의 연료소비량과 연료소비율

◈ 연료소비량과 열효율

3) 제동(축, 정미) 열효율

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■ 기관의 연료소비량과 연료소비율

◈ 선도계수와 기계효율

o 선도계수(diagram factor) : 지시일량과 이론일량의 비

o 기계효율(mechanical efficiency) : 제동일량과 지시일량의 비

※ 지시일량 = 이론일량 - 펌핑일

제동일량 = 지시일량 - 마찰일

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■ 내연기관 실험장치

◈ 동력계(dynamometer)

; 크랭크축에 동력계를 연결하고 제동마력을 측정하는 장치

- 흡수동력계 : 기관에서 발생한 출력을 소비하여 회전력(torque)을 구함

- 전달동력계 : 축의 비틀림을 측정하여 기관의 회전력을 구함

1) 흡수동력계 : 마찰동력계, 수 동력계, 전기 동력계, 공기 동력계

① 마찰동력계(Friction Dynamometer)

- Prony Dynamometer

제3장 내연기관의 성능

■ 내연기관 실험장치

◈ 동력계(dynamometer)

1) 흡수동력계 : 마찰동력계, 수 동력계, 전기 동력계, 공기 동력계

② 수 동력계(Hydric Dynamometer)

Froude 동력계

제3장 내연기관의 성능

■ 내연기관 실험장치

◈ 동력계(dynamometer)

1) 흡수동력계 : 마찰동력계, 수 동력계, 전기 동력계, 공기 동력계

③ 전기 동력계(Electric Dynamometer)

2) 전달 동력계 : 일명 비틀림 동력계

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■ 내연기관 실험장치

◈ 동력계(dynamometer)

3) 섀시동력계 : 운송기계의 주행출력 측정

* 출처 : 내연기관, 김동진 외, 문운당, 2010

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■ 내연기관 실험장치

◈ 연료소비량 측정

: 기관이 흡입한 연료의 량을 측정

- 연료 체적측정 유량계

- 연료 중량측정 유량계

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■ 내연기관 실험장치

◈ 냉각수의 열량 측정

제3장 내연기관의 성능

■ 내연기관 실험장치

◈ 배기온도와 흡기온도 측정

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■ 내연기관 실험장치

◈ 흡입공기량의 측정

- 흡입공기량이 많으면 출력 증가 ⇒ 과급기 사용 * blow down : 배기밸브를 팽창행정 말에 열어주어 실린더압력으로 배기가스 배출하는 것.

* 밸브겹침(valve overlap) : 배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려있는 구간.

-가솔린기관 : 30도, 디젤기관 : 40도

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■ 내연기관 실험장치

◈ 흡입공기량의 측정

1) 체적효율(volume efficiency)

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■ 내연기관 실험장치

◈ 흡입공기량의 측정

2) 충전효율(charging efficiency)

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■ 내연기관 실험장치

◈ 흡입공기량의 측정

3) 체적효율과 충전효율의 관계

4) 흡입공기량과 출력의 관계

또는

※ 재동마력( )은 공기흡입량( )에 비례한다.

⇒ 디젤기관에서 과급기 장착 원리

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■ 내연기관 실험장치

◈ 기관의 성능곡선

: 기관의 각 회전속도에서 축 출력, 축 토오크, 연료소비율의 관계를 표시한 그림

- 전부하 성능곡선 및 부분부하 성능곡선

1) 전부하 성능곡선(full load performance curve)

※ 제동평균유효압력( )는

배기량이 다른 기관의 상대적 열효율을

비교하는 데 유용함.

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■ 내연기관 실험장치

◈ 기관의 성능곡선

2) 부분부하 성능곡선(partial load performance curve)

; 기관의 회전수를 일정하게 하고 이 회전수에서 전부하의 1/4부하 또는 1/8부하씩 증가시켜

운전하면서 각각의 부하상태에서 배기가스의 성분농도 등을 측정하여 표시함.

※ fish hook test : CO 가스량의 부하에 따른 증감곡선

3) 성능 수정계수 o 성능관련인자 : 회전수, 축 토오크, 연료유량, 공기유량, 대기압력,

상대습도, 흡기온도, 흡기부압, 연료온도, 오일온도,

오일압력, 배기온도, 배기압력, 냉각수 온도 등

o KSR 0071 :

- 보기류의 장착여부에 따라 GROSS 출력과 NET출력을 측정하는

방법 규정

- 성능인자와 관련된 인자들의 온도범위와 압력범위 규정

- 가솔린기관, 디젤기관 및 과급기 유무에 따라 수정계산식 규정

제3장 내연기관의 성능

■ 내연기관 실험장치

◈ 기관의 성능곡선

4) 성능에 미치는 주요 요인

▶ 가솔린기관 : 압축비, 공연비, 회전속도, 점화시기

* 출처 : 내연기관, 김동진 외, 문운당, 2010

제3장 내연기관의 성능

■ 내연기관 실험장치

◈ 기관의 성능곡선

4) 성능에 미치는 주요 요인

▶ 디젤기관 : 압축비, 공기과잉률, 연료분사시기, 과급

* 출처 : 내연기관, 김동진 외, 문운당, 2010

제3장 내연기관의 성능

◈ 다음강의(예고)

- 내연기관용 연료의 종류와 특성

- 불꽃점화기관과 압축점화기관용 연료의 종류와 그 특성

감사합니다.