1) 엔진 성능 실험의 목적실험실에 있는 디젤 엔진을 작동 하여 엔진의 작동 과정 및 엔진 성능 측정방법을 알고 그것의 출력등을 이해 할 수 있도록 한다. 또한 이 엔진의 RPM과 Load등 이 실험의 결과를 이용 축출력과 연료소비율을 알아보고 PV선도등을 그려본다.2) 장비Engine Dynamometer Controller, Oscilloscope, Amplifier, 엔진(수냉식 4행정CI, DI)Battery3) 실험방법1 Amplifier와 Oscilloscope의 전원을 확인 냉각수를 연다.2 엔진의 시동을 키고, 스로틀을 잡아당기며RPM을 조절한다.3 Engine Dynamometer Controller에서 RPM과 Load를 측정한다.4 Oscilloscope에서 그래프의 변화를 관찰한다.5 이 과정을 반복하며 엔진의 공회전을 다시 측정한다.4) 실험결과 및 고찰1. 축출력P= { 2pi WLN} over {60 alpha },alpha =1000(환산계수) {},{}WL=T(torque이고 단위는 N·m) ,N(rpm)우리 실험실은 Load(kg·m)이므로 g를 곱해준다. N=1500rpm , Load=1kg·mWL=9.8×1kg·m따라서P= { 2pi×9.8×1×1500} over {60×1000 }=1.54kW2. 연료 소비울F={3.6b}over{t} (l/h),b=30ml {},{}t{}:{}1시간46분27초{},{}f= { F} over {P }×1000 {}(ml/kwh)g=f×r{},r:비중(0.832g/ml)따라서F={3.6×30}over{1.7742}= {60.8725}(l/h),f= { 60.8725} over {1.54}×1000= {39527.59}(ml/kwh)g= 39527.59×0.832 = 32886.95(g/kwh)1. 두 graph의 값을 나타낸다.2. 두 graph의 scale을 조절했다.3. Graph에서 가운데 필요한 부분만 따로 그렸다.4. TDC지점을 0°로 맞추어 그래프를 그렸다.(밑에는 확대한 그림)5.V- 그래프를 이용하여 P-V선도를 그렸다.5) 고찰실험은 오래 걸리진 않았지만 엔진의 출력을 어떻게 측정하는 것인지 알았다는데, 만족을 했다. 크랭크의 각을 Oscilloscope에 전압으로 나타내고 이것을 다시 압력으로 환산하여 결과 같을 얻을 수 있었다. 그 후에는 이론식의 대입으로 쉽게 결과를 얻을 수 있었지만, 사실 외 0 에서 약간 뒤로 밀려난 부분이 최대 압력을 나타내는지에 대한 의문이 들었다. 처음엔 이해가 가지 않았는데. 생각해보니. CI 기관은 압축을 통해서 연료가 폭발을 하여 동력을 전달한다. 따라서 연료가 압력을 받아서 폭발을 일으키는데는 그만큼의 압축할 시간이 필요한 것이다. 따라서 RPM을 계속적으로 높여준다면 그래프는 아마도 0 에서 최대 압력을 나타낼 것이다. 또한 실험에 사용된 연료가 일반 디젤보다 좀더 큰 압력을 요구하거나, 아니면 불순물이 많이 섞여서 폭발까지의 큰 압력을 요구하기 때문 일수도 있다고 가정할 수도 있을 것이다.
2.2 Convert the following temperatures to equivalent temperatures in Ka. 100■C b. 100■F c. 595■R sol) C■1.8+32=F, C+273.16=K, R■0.5556=K 임으로a:373.16K b:311K c:330.582K2.3 Determine the following temperatures in■R]a. Freezing point of tin b. Freezing point of aluminum c. Freezing point of coppersol) a:tin은 231.928 ■,505.078 K임으로 909.067■R이다.
결과 복고서1.당량비(local equivalence)와 총괄(global equivalence)당량비 개념 차이 주의-주위류의 양에 따른 문제점 주의다음Table의 각 조건에 대한 총괄 당량비를 산출하고 각 경우에 대한 결과 그래프를 그리시오.{Non-PremixedPremixed flame순서12345678O2(%)13.714.114.414.915.015.115.415.8CO(%)41.040.035.031.028.026.022.014.0CO2(%)4.03.93.73.43.33.23.12.81 aCH4+b(O2+3.76N2) 13.7O2+0.41CO+4CO2+cH2O+3.76bN22b=27.4+0.41+8+c 임으로 a=4.41 , c=8.82 , b=22.315{(F/A)_act = { 4.41} over {22.315 TIMES 4.76 }=0.0415, {(F/A)_stoi ={1}over{2+7.52}=0.06649{PHI = { (F/A)_act} over {(F/A)_stoi }=0.624< 1 lean2 aCH4+b(O2+3.76N2) 14.1O2+0.4CO+3.9CO2+cH2O+3.76bN22b=28.2+0.4+3.9 2+c 임으로 a=4.3 , c=8.6 , b=22.5{(F/A)_act = { 4.3} over {22.5 TIMES 4.76 }=0.04, {PHI = { 0.04} over {0.06649 }=0.604< 1 lean3 위의 방법처럼 계속 반복계산하면,2b=2 14.4+0.35+3.7 2+c 임으로 a=4.05 , c=8.1 , b=22.325{(F/A)_act ={ a} over {b TIMES 4.76 }={ 4.05} over {22.325 TIMES 4.76 }=0.038{PHI = { 0.038} over {0.06649 }=0.5734 a=0.31+3.4=3.71 , c=2a=7.42 , 2b=2 14.9+0.31+2 3.4+7.42b=22.165{(F/A)_act = { 3.71} over {22.165 TIMEed Flame12345678당량비0.6240.6040.5730.52880.5140.50.4780.43{2.연료(C3H8)유량이 0.6 l/min일 때 주어진 당량비 별 필요 공기량을 구하시오.(당량비:1.0 , 0.8)sol) C3H4+5(O2+3.76N2) 3O2+4H2O+18.8N2{(F/A)_stoi ={1}over{5 TIMES 4.76}=0.0421 {PHI = { (F/A)_act} over {(F/A)_stoi }=1, 임으로 {(F/A)_act = 0.042{1{}:{}23.8=0.6{}:{} chi에서 {chi =14.28{}l/min따라서 {14.28{}l/min의 공기가 필요2 {PHI = { (F/A)_act} over {(F/A)_stoi }=0.8,임으로 {(F/A)_act = 0.0336{0.0336{}1:{}23.8=0.6{}:{} chi에서 {chi =17.857{}l/min의 공기가 필요3. 저공해 연소기술을 상세히 다루시오.1 후처리법연소 과정이 끝난 후에 완전히 타지 않은 실린더 가스 혼합물 내의 성분은 팽창 행정과 배기 블로다운 기간과 배기과정 중에 반응을 지속한다. HC 잔유물의90%까지가 연소 후 이기간 동안 실린더 내 배기 포트 근처나 배기 다기관의 윗부분에서 반응한다. CO와 소량의 탄화수소 성분은 산소와 결합하여CO2와H2O 가 되어, 바람직하지 못한 배기물은 줄어든다. 배기 온도가 더 높을수록 더 많은 2차 반응이 일어나고, 기관 배기물은 더 줄어든다. 더 높은 배기 온도는 이론 공연비에 의한 연소와 더 빠른 기관 속도와 점화 지연과 또는 낮은 팽창비에 의해 생길 수 있다.2 열변환기차 반응은 온도가 높다면 더 쉽게 완전히 발생한다. 그래서 어떤 기관들은 배기물질을 줄이기 위하여 열변환기를 설치한다. 열변환기는 배기 가스가 유입하는 고온 연소실이다. 열변환기는 배기에 남아 있는 HC와 CO의 산화를 촉진시킨다.{CO+{1}over{2}O_2 -> CO_2이 반응이 유용한 비율로 발생하기 위해서는 700 이상이 는 온도가 되지 않도록 한다. 그렇지만 이것은 자동차에서 기관부실에 두 가지 심각한 문제를 발생시킨다.첫째, 현대의 형태가 작고 공기역학적인 자동차에서는 기관 부실의 공간은 매우 제한되어 있으며 대부분이 고정되어 있어서 보통 단열된 열변환기 설치는 거의 불가능하다.둘째, 변환기가 효율적이려면 700 이상에서 운전되어야 하므로, 그것이 단열 되어있다고 하더라도 열손실은 기관에 심각한 온도 문제를 초래한다.어떤 열변환기 장치는 CO나 HC와 반응할 산소를 첨가해주는 공기 흡입구가 달려있다. 이것은 복잡하고 가격이 비싸며 장치가 크다. 공기의 유동률은 필요한 만큼 기관제어장치(EMS)에 의하여 조절된다. 공기를 더하는 것은 시동시와 같은 농후한 운전 조건에서 필요하다. 기관으로부터의 배기가 열변환기를 운전하기에 충분한 온도보다 더 낮기 때문에 이 장치 안에서 반응에 의하여 고온으로 유지시킬 필요가 있다. 저온인 바깥 공기를 첨가하면 필요한 운전 온도를 유지하는 문제를 고려해야 한다. NOx의 배출을 열변환기 단독으로는 줄일 수 없다.3 촉매 변환기HC와 CO는 온도가 600 700 로 유지된다면, 배기 장치와 열변환기에서H2O와CO2로 산화될 수 있다. 만약 어떤 촉매가 있다면, 이 산화 과정을 계속하는데 필요한 온도가 250 300 로 줄어들게 되어 더 매력 있는 장치가 된다. 촉매는 화학 반응에 필요한 에너지를 줄여서 화학 반응을 가속시키는 물질이다. 촉매는 반응 과정에서 소모되지 않으므로 시간이나 오염이나 다른 요인들에 의하여 품질이 저하되지 않는 한 그 기능이 무한대이다. 촉매 변환기는 배기 가스가 흘러나가는 유동 장치에 장착된 방이다. 이들 방에는 촉매가 들어 있는데, 배기 유동에 함유된 배기물의 산화를 촉진시킨다.일반적으로 촉매 변환기는 CO, HC, NOx의 감소를 촉진시키므로 세 방향 변환기라고 부른다. 대부분은 스테인리스강으로 이루어져 있으며, 기간의 배기관을 따라 장착된다. 용기의 안쪽은 가스가 통하여 흘러가는 다공성 세라믹 구조이다. 대부분의 변 기본 세라믹 물질이다. 산화알루미늄은 고온에서 견딜 수 있다. 산화알루미늄은 화학적으로 중성이며, 열팽창률이 대단히 작고, 시간이 경과해도 열적으로 열화되지 않는다. 촉매 물질로 가장 일반적으로 사용되는 것이 백금, 팔라듐과 로듐이다. 팔라듐과 백금은 탄화수소 반응에 특별히 잘 반응하는 백금과 함께 탄화수소와 일산화탄소의 산화를 촉진시킨다. 료듐은 NOx의 반응을 촉진시킨다.촉매 변환기는 고온에서 효율적으로 작동되지만, 더 뜨거워져서는 안 된다는 사실은 중요하다. 기관의 오작동은 비효율과 변환기 과열을 야기할 수 있다. 잘못 조정된 기관은 실화하기도 하며, 너무 희박하거나 농후한 상태가 될 수 있다. 이것은 배기가 아주 왕성하고 최대 변환기 효율이 필요할 시간에 쓸모가 없게 되는 원인이 된다. 터보 과급기는 에너지를 이동시키므로 배기 온도를 낮추며, 이것은 촉매 변환기의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 촉매 변환기는 고온에서 효율적으로 작동되지만, 더 뜨거워져서는 안 된다는 사실은 중요하다. 촉매 변환기는 자동차와 같거나 적어도 2000,000km의 유효 수명을 가지는 것이 바람직하다. 변환기는 시간이 지남에 따라 열적으로 저하되며 촉매 물질의 작용이 약해지므로 효율이 떨어진다. 고온에서 금속 촉매 물질은 소결되거나 함께 이동하여, 전반적으로 비효율적인 활성 장소가 크게 확대된다. 심각한 열적 저하는 500 900 범위에서 일어난다. 연료, 윤활유, 공기에 함유되어 있는 다른 많은 분순물들은 기관 배기에 포함되어 촉매물질의 작용을 약화시킨다. 이들은 연료에 포함된 납과 황, 그리고 오일 첨가물에 포함된 아연, 인, 안티몬, 칼슘, 마그네슘 등이다. 일부 연료에서 소량의 납 불순물이 발견되며, 이 중 10 30%가 결국 촉매 변환기에 누적된다. 1990년대 초기까지는 유연 가솔린이 일반적으로 쓰였다. 촉매 변환기를 장착한 기관에 유연 가솔린을 사용해서는 안되며, 사용은 법에 저촉된다. 유연 가솔린 탱크가 두 개 달려 있으면 변환기를 열화시켜 완전히 못 쓰게 만든다.일산화탄소), HC(탄화수소), Nox(질소산화물)가 이 장치를 통과하며 인체와 대기중에 무해한 물질인 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 질소(N2)로 각각 산화 또는 환원된다. 다시 말해 일산화탄소와 탄화수소는 산소(O2)를 붙여 산화시키고, NOx는 산소를 떼어내는 환원과정을 갖는 것이다. 세 가지 성분을 동시에 제거한다고 하여 삼원촉매(3 Way촉매)라고도 불리는 자동차용 촉매는 주로 값비싼 귀금속(백금, 팔라듐, 로듐)으로 만들어진다. 디젤엔진의 경우 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물 등의 배출가스는 가솔린자동차보다 적다. 그러나 입자상물질(매연)이 배출된다는 점에서 많은 사람들에게 공해의 주범으로 인식되고 있다. 가솔린엔진 자동차에는 배기가스 정화용 촉매 장착을 의무화함으로써 극히 적은 배기가스가 나오지만 디젤엔진 자동차는 환원상태에서 제거되는 질소산화물과 매연을 걸러내지 못한다. 디젤자동차가 주로 배출하는 이 유해가스를 줄이기 위한 노력이 진행되고 있는데 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물, 입자상물질(PM)을 동시에 제거시키는 촉매개발이 향후 연구의 주종을 이룰 것으로 판단된다. 저공해 디젤엔진은 귀금속(주로 백금)을 이용해 탄화수소와 일산화탄소, 입자상물질 중 가용유기성분(SOF)을 제거하고 세리아(CeO2) 등의 보조촉매로 질소산화물을 제거하는데 연구의 초점이 모아져 있다. 여기에 배기가스 입자상 물질을 줄이기 위한 후처리장치로 디젤필터를 개발하고 있다. 배출가스 성분 중 입자상물질을 포집하여 제거시키는 방법으로는 두 가지가 있다. 하나는 버너, 히터, 촉매연소 등을 이용한 필터시스템기술이고 또다른 하나는 가솔린엔진 자동차와 같이 산화촉매를 이용해 배출가스내의 가스상 물질(HC, CO, NOx)과 입자상물질내의 가용유기성분(Soluble Organic Fraction)을 제거하는 것이다. 다른 한편 암모니아(NH3)와 촉매를 배기 가스에 첨가하는 방식이 있다. 그러한 화학물질들을 충분히 첨가하면, 이론적으로 100% 감소에 이르는 것이 가능하다