[기계공학실험A+보고서]엔진실험A

목차

1. 분석 및 토의
1) SI 엔진의 일반적인 벨브 타이밍에 대해 조사하시오. IVO(흡기밸브 개방), IVC(흡기밸브 닫힘), EVO(배기밸브 개방), EVC(배기밸브 닫힘)가 포함되어야 한다. 추가적으로 위 타이밍들을 상사점(TC)와 하사점(BC)와 함께, 표현해보아라. 이 타이밍들이 상하사점으로부터 전후 어느 시점에 위치하는가?

2. 실험 A에서 사용한 전기 점화 엔진의 경우 피스톤 헤드의 형상이 평평한 것을 알 수 있었다. 전기 점화 엔진과 압축 착화 엔진 피스톤 헤드의 다양한 형상을 찾아보고, 각각 왜 그와 같은 형상을 갖는지 조사하여라. (Hint: ‘Swirl’, ‘Tumble’이라는 키워드를 이용하여 이유를 설명)

3. 전기 점화 엔진에서는 카뷰레이터로 연료를 흡기에 분사한다. 카뷰레이터의 원리를 설명하라. (Hint: Venturi effect를 키워드로 이용)

4. 실험 A에서는 실린더 및 실린더 헤드 등을 윤화 시키는 엔진 오일의 경로에 대해 논의 했다. 엔진 작동 시 엔진오일의 기능에 대해 설명하고 엔진오일을 원활히 분산시키기 위한 방법에 대해 간단히 설명하라. (Hint: Wet sump)

5. 1) gross work, pump work, net work, NMEP 에 대한 개념 설명
2) 첨부된 데이터를 기반으로 net work와 NMEP 계산 및 PV 선도 그리기

Reference

본문내용

1) SI 엔진의 일반적인 벨브 타이밍에 대해 조사하시오. IVO(흡기밸브 개방), IVC(흡기밸브 닫힘), EVO(배기밸브 개방), EVC(배기밸브 닫힘)가 포함되어야 한다. 추가적으로 위 타이밍들을 상사점(TC)와 하사점(BC)와 함께, 표현해보아라. 이 타이밍들이 상하사점으로부터 전후 어느 시점에 위치하는가?

이상적인 엔진에서 효율을 극대화하기 위해서는 피스톤이 하사점에 도달하면 배기 밸브가 열리며 동시에 흡기 밸브는 닫혀야 하며, 상사점에 도달하면 배기 밸브가 닫힘과 동시에 흡기 밸브의 열림이 동시에 일어나야 한다. 하지만 실제 엔진에서는 혼합기가 실린더 내부로 퍼지고, 밸브가 전개되기까지 시간이 소요되며, 스파크로부터 폭발의 전달에 있어 이상적인 과정과 차이가 있기 때문에 이를 감안하여 밸브를 열고 닫는 시기를 조정한다.
실제로 흡·배기 밸브의 개폐시기(밸브 타이밍)는 엔진의 체적효율에 큰 영향을 주기 때문에, 각 엔진의 효율을 극대화할 수 있는 밸브 타이밍을 찾기 위한 연구가 꾸준히 진행되어 왔다. 이를 통해 알게 된 SI 엔진의 효율을 극대화 할 수 있는 일반적인 밸브 타이밍을 Fig 2.에 정리하였다.
실제 혼합기가 실린더 내부로 흡입되기 까지 시간이 소요되기 때문에 더 많은 혼합기를 흡입하기 위해서 흡기밸브는 상사점에 도달하기 조금 전에 열리고, 하사점에 도달한 이후 조금 더 늦게 닫히게 된다. 즉, IVO는 상사점 전 5~20°CA이고, IVC는 하사점 후 30~50°CA이 된다.
배기 밸브는 연소가스의 높은 압력을 이용해 가능한 연소가스를 빨리 배출하기 위해 하사점이 오기 전에 열리게 되며 상사점을 지나고도 약간 열어둠으로써 연소가스를 최대한으로 배출한다. 일반적으로 EVO의 값은 하사점 전 50°CA 전후가 되며 EVC는 상사점 후 5~20°CA로 한다.
이에 대한 결과로 실제 엔진에서는 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열리게 되는 시기인 ‘밸브 오버랩’이 ......<중 략>

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
Ballapu, Harshavardhan & Mallikarjuna, J.M.. (2015). Effect of piston shape on in-cylinder flows and air–fuel interaction in a direct injection spark ignition engine – A CFD analysis. Energy. 81. 10.1016