1. 4행정엔진과 2행정엔진의 특징을 기술하고 상호비교하시오.★ 4행정엔진은 '흡입, 압축, 폭발, 배기' 의 4단계 행정에 의해 한 사이클이 마쳐진다. 4행정동안 플라이 휠, 크랭크 샤프트는 2회전하고 피스톤도 2회의 왕복 운동을 하지만, 흡·배기 밸브는 각각 1회씩 개패 운동을 한다.★ 2행정엔진은 4행정엔진과는 달리 흡·배기 밸브가 없고 대신, 실린더 벽면에 소기구멍과 배기 구멍이 있어서 피스톤이 상하 운동을 함에 따라 그 구멍이 개패되고 그 곳으로 가스가 출입한다. 벨브가 없기 때문에 연소되지 않은 연료가 배기 될 수 있고 같은 배기량에서는 4행정엔진 보다 2행정엔진의 힘이 크다. 크랭크 샤프트가 1회전할 때마다 1회 폭발이 발생되어 1사이클이 끝나므로 4사이클과 같은 회전수에도 2배의 폭발횟수를 얻을 수 있다. 크랭크 케이스는 예압실로 사용하기 때문에 윤활 오일팬이 없다. 2행정엔진은 구조가 간단하여 가벼운 엔진에 사용된다.2. 4행정기관의 경우 디젤엔진과 가솔린엔진의 대표적 작동방법을 비교 설명하시오.★ 가솔린 엔진은 카브레터에서 연료와 공기를 혼합하여 흡기벨브를 통해 혼합기를 넣어 주고 피스톤으로 압축한 후, 점화 플러그를 통해 spark를 주어 불꽃 점화하여 폭발하게 한다. 그래서 점화 플러그의 점화 시기를 조정하는 배전기도 필요하다.★ 디젤 엔진은 공기를 흡기벨브로 먼저 넣어 주고 피스톤으로 압축하여 연료가 분사되었을 때 자연착화가 가능한 온도까지 높인 후, 분사노즐을 통해 연료를 분사하여 자연착화 하도록 하는 압축 착화 방식의 엔진이다. 그래서 연료를 고압으로 연소실에 주입시키기 위한 분사펌프와 노즐이 있어야 한다.★ 디젤엔진은 압축 할 때 가솔린엔진 보다 휠신 높은 압력으로 압축해야 한다. 그래서 가솔린엔진 보다 폭발력이 높고 힘도 가솔린엔진 보다 강하다. 또한 높은 폭발력을 견딜 수 있도록 가솔린 엔진보다 구조적으로 강하게 만들어야 한다.3. 수소연료가 엔진의 연료로서의 가능성과 장·단점을 기술하시오.★ 연료(CmHn)를 산화시키는 엔진은방출되고 만다. 그러나 밀폐된 공간에서는 연소 시 발생하는 높은 열로 인해 부피가 팽창하고 그 압력이 모든 방향으로 방출되지 않고 밀폐된 공간의 제약을 받아 한 방향으로 압력을 모아 줄 수가 있다. 피스톤도 이와 같은 원리를 이용한 것이다.5. 흡기시스템 중 N/A와 T/C를 비교 설명하시오.★ N/A(Natural Asprirated Type)의 경우, 흡기밸브가 열리고 피스톤이 하강하면서 실린더 안의 압력이 진공에 가깝게 되어 혼합기가 실린더 내부로 빨려 들어간다.★ T/C(Turbo Charging Type)의 경우, N/C에서와 같이 실린더 외부와 내부의 압력차를 이용해 혼합기를 실린더 내부로 빨려 들어가게 함과 동시에 배출되는 배기가스로 터빈을 돌려 발생하는 바람을 흡기로 다시 강제적으로 밀어 넣어 연소되지 않는 연료의 양을 줄이도록 하여 효율을 높인다.6. 디젤엔진이 가솔린 엔진에 비해 대용량의 엔진으로 사용될 수 있는 이유를 상술하시오.★ 압축비가 높을수록 고출력을 가능하게 하는데, 가솔린 엔진의 경우, 혼합기를 흡기밸브로 넣어 주고 압축하므로 가솔린의 착화점을 넘어서는 온도까지의 압축을 할 수가 없고, 착화점을 넘어서는 온도가 아니라도 너무 높은 압축을 하게 되면 노킹이 생길 수 있으므로 한계가 있다. 가솔린 엔진의 압축비는 보통 7.5∼9.0 사이이다. 그러나 디젤 엔진에서는 혼합기를 압축하는 것이 아니라 공기를 압축하여 높은 열이 발생할 때 연료를 분사하므로 가솔린 엔진 보다 훨씬 더 압축할 수가 있는 것이다. 디젤 엔진의 압축비는 보통 20 정도이다. 그러므로 디젤 엔진이 가솔린 엔진에 비해 대용량의 엔진으로 사용될 수 있는 것이다.7. 엔진의 실린더 직경 110mm, 회전수 3,000rpm, 행정(stroke) 10cm의 경우에 피스톤속도(m/s)를 구하고, 기통당 배기량(cc)를 구하시오.★ V = 2S * N / 60 (m/s)V : 피스톤 속도, S : stroke, N : 회전수그러므로 이 문제의 경우, V = 0.1 * 3000 음과 진동이 심하다. 힘은 많이 만들 수 있으나 회전속도는 느려진다.★ stroke 가 bore 보다 짧은 경우 short stroke 라고 하고, 회전수를 높여 출력을 향상시킴과 동시에 가속에 유리하다.★ stroke 와 bore 의 길이가 같은 경우, square stroke 라고 한다.★ short stroke 와 square stroke 는 long stroke 에 비해 stroke 가 짧다. 짧은 스트로크는 피스톤과 링의 이동 거리가 짧으므로 마찰 손실이 적으며, 엔진 베어링의 부하를 감소시킨다. 또한 짧은 스트로크는 엔진의 높이를 감소시키므로 차량의 후드라인을 낮출 수 있다. 그리고 소임과 진동도 낮아지며 출력은 낮아지지만 회전속도는 높아진다.9. 선회유동(swirl)과 스쿼시(squish)유동을 비교 설명하고 엔진에서 이러한 유동의 유용성을 기술하시오.★ swirl 라고 하는 것은 흘러들어가는 소용돌이를 말하여, 인덕션 터블런스라고도 한다. 흡기 다기관을 둥글게 하여 흡입 단계에서 혼합 가스가 소용돌이를 일어켜 연료와 공기를 잘 혼합시키는 것을 말한다. 흡기 매니폴더의 형상을 이용하여, 선회유동을 유도하는데, 흡기 매니폴더의 각을 많이 줄수록 강한 선회유동이 발생한다.★ squish 라고 하는 것은 '찌그러뜨리다'는 뜻으로 압축 터블런스라고도 부르며, 피스톤에 의해 압축을 받는 혼합 가스가 연소실의 모양에 따라 압축되면서 생기는 소용돌이를 말한다. 일종의 텀블(tumble)유동이다.★ 이러한 유동들은 연소실 내에서 연료와 공기 효율을 좋게 연소시키기 위하여 쓰여진다.10. 압축비를 정의하고 압축비를 증가시키는 방법을 논하시오.★ 압축비란? 실린더 용적(V1+V2)와 연소실 용적(V2)의 비율을 말하고, (V1+V2)/V2로 표시된다. 압축비를 증가시키기 위해서는 궁극적으로 연소실 용적을 작게 하면 된다. 그러한 노력으로 실린더 해드와 블록 사이에 있는 개스킷의 두께를 얇은 것으로 교환하기도 하고, 실린더 헤드를 깍아내기도 하며 피스톤의 형상을 볼록 λ = (A/F) / (A/F)stoi = (Ma/Mf) / (Ma/Mf)stoi = 1 / φ- 공기 과잉율(excess air factor)·λ > 1 : 희박 혼합기 (lean mixture)·λ = 1 : 이론 혼합기 (theoretical mixture)·λ < 1 : 농후 혼합기 (rich mixture)★ 당량비이론 연공비는 실제 상황에서 값이 다르게 나올 수 있다. 이론 연공비와 실제 연공비의 비를 나타낸 것이 당량비이다.- 당량비 φ = (F/A) / (F/A)stoi = (Mf/Ma) / (Mf/Ma)stoi13. 가솔린엔진의 노킹의 구조를 설명하시오.★ 정상적인 연소의 경우, 압축된 혼합기가 점화 플러그에서 착화하여 화염이 정상적으로 최후에 연소하는 말단의 가스(잔류가스)까지 순조롭게 연소되는데 비해, 압축된 혼합기가 점화 플러그에서 착화하여 폭발하고 그 폭발 압력이 아직 연소하지 않은 혼합기를 압축하게 되는데, 그 압축으로 인해 자연발화되는 현상이 발생하는 것을 노킹이라 한다.★ 노킹이 일어나면 비정상적인 압력파가 생겨 진동과 소음이 많이 발생하고 연료소비율도 나쁘게 되며, 심하면 피스톤의 파손이나 열로 인한 눌어붙는 현상 등이 생긴다.14. 옥탄가를 구체적으로 설명하고 옥탄가 60은 어떤 의미인가?★ 노킹 현상을 일으키기 어려운 가솔린을 앤티노크(antiknock)성 가솔린이라고 한다. 원래 가솔린은 수소와 탄소의 화합물인 탄화수소의 혼합물로 구성되어 있고 실제의 연료는 파라핀계, 나프틴계, 오레핀계, 방향족 등, 200여종의 탄화수소가 섞여 있다. 그 중에서 파라핀계가 가장 많아서 50∼60%를 점유하고 있는데, 이 파라핀계가 앤티노크성이 가장 낮다.그런데, 파라핀계 지방족을 분석하면, 앤티노크성이 가장 적은 노말헵탄과 앤티노크성이 높은 이소옥탄이 포함되어 있다. 그래서 노말헵탄과 이소옥탄의 혼합비를 앤티노크성을 나타내는 척도로 사용하는데 이것을 옥탄가라고 한다.★ 옥탄가의 크기는 0∼100 까지 나타내는데, 4메(에)틸납 첨가에 따링의 역할을 구체적으로 기술하시오.★ 압축링은 연소실에서 폭발한 압력으로 연소 가스가 새어 나가지 않도록 해 준다. 압축링은 각 행정에 따라 피스톤의 움직임과 폭발압력에 영향을 받는데, 흡입행정의 경우, 피스톤의 홈과 링의 윗면이 접촉하여 홈에 있는 소량의 오일의 침입을 막는다. 압축행정의 경우, 피스톤이 상승하면 링은 아래로 밀리게 되어 위로부터의 혼합기가 아래로 새지 않도록 한다. 폭발팽창행정의 경우, 가스가 링을 강하게 가압하고, 링의 아래면으로부터 가스가 새는 것을 방지한다. 배기 행정의 경우, 압축 행정의 경우와 비슷한데, 피스톤이 상승하면서 링은 아래로 밀리게 되고 배기가스가 아래로 새지 않도록 한다.★ 오일링은 압축 링에 적당한 윤활유를 공급함과 동시에 실린더 벽으로부터 여분의 오일을 긁어 내려서 오일이 연소실에 들어가지 않도록 하는 역할을 하고 있다.★ 압축링, 오일링 모두 다 피스톤의 열을 실린더 벽으로 방출하는 역할도 한다.16. 피스톤 단면은 왜 타원인가?★ 피스톤은 연소실에서의 높은 열로 인해 팽창한다. 피스톤 핀을 끼워 넣는 보스(boss) 부분은 체적이 크므로 이 부분의 팽창이 다른 부분보다 더 크게 된다. 따라서 처음부터 보스 부분의 직경을 작게 하고 타원으로 만들어 뜨거워지면 정원이 되게 만들어져 있다.★ 고열과 접촉하는 헤드부가 스커트부보다 열팽창률이 크므로 테이퍼상(원추형)으로 만들어져 있고 뜨겁게 되면 원통형이 되도록 되어 있다.17. 균형웨이트(평형추;Balance weight)를 설치하는 이유는?★ 크랭크 핀에는 커넥팅 로드의 대단부 등의 무거운 중량이 가해진다. 그래서 크랭크 샤프트의 원활한 회전을 위해 크랭크 핀 반대 쪽에 평형추를 설치해 주어 균형을 잡아 주어야 한다.18. 밸브시스템에서 OHV와 OHC의 종류를 나열하고 장단점을 기술하시오.★ OHV high cam cross flow 형, OHV high cam turn flow 형, OHV,SOHC cross flow 형, SOHC turn flow 형, DOHC 한다.
1. 각 수치해법의 특징과 과제 수행 방법적분을 위한 수치해법에서 널리 사용되는 것으로는 크게 다섯 가지의 방법이 있는데, 중간점 법칙, The Trapezoidal Rule, Simpson’s Rule, Romberg integration, Gauss Quadrature 이 그것이다.중간점 법칙, Trapezoidal Rule, Simpson’s Rule 은 먼저 판넬을 몇 개로 할 것인지 정하여 각 판넬의 넓이를 구하고 그것을 누적하는 방법으로 적분을 한다. 중간점 법칙은 각각의 판넬의 중간점에 해당하는 함수 값을 구하고, 그 값을 높이로 하는 직사각형의 넓이를 구하여 누적한다. Trapezoidal Rule 은 각 판넬의 양 끝점을 직선으로 이어 형성된 사다리꼴의 넓이를 누적하는 방법이다. Simpson’s Rule 은 연이어지는 두개의 판넬에서, 각 판넬의 끝점들 3개를 이용하여 2차 다항식을 구하고 그 곡선이 만드는 넓이를 구하여 누적하는 방법으로 적분을 한다. Simpson’s Rule 은 두개의 판넬을 이용하여 2차 다항식을 구하므로 중간점 법칙, Trapezoidal Rule 과는 달리 판넬의 수를 항상 짝수로 정하여야 한다.중간점 법칙, Trapezoidal Rule, Simpson’s Rule은 오차가 각각 이며 중간점 법칙보다 Trapezoidal Rule 이 조금 더 오차가 적고 Trapezoidal Rule 보다는 Simpson’s Rule 이 훨씬 더 정확한 값을 제공한다.Romberg integration 은 에 해당하는, 사다리꼴 법칙으로 구한 값만 알게 되면 쉽게 원하는 오차의 한계에 만족하는 해를 찾을 수 있다. Gauss Quadrature 은 오차를 구하기가 까다롭지만, 주어진 식을 적분 구간 에 맞는 식으로 변환만 하면 쉽게 아주 정확한 값을 찾을 수 있다. 그러나 만약 매우 큰 값의 m들이 채용된다면 주의가 요구되는데, Round off error가 답의 정확성에서 심각한 퇴보를 초래할 수 있기 때문이다. 그러므로 Gau공식 을 이용하면 , 을 구할 수 있으며 이것을 문제의 식에 대입하면 식(1)이 구해 진다.식(1) :에 따른 적분점의 좌표와 weighting factor 은 다음의 표(1)과 같다.m근 수계 수25773502692-0.57735026921.00000000001.000000000030.77459666920.0000000000-0.77459666920.55555555560.88888888890.555555555640.86113631160.3399810436-0.3399810436-0.86113631160.34785484510.65214515490.65214515490.347854845150.90617984290.53846931010.0000000000-0.5384693101-0.90617984590.23692688500.47862867050.56888888890.47862867050.236926885060.93246951420.66120938650.2386191861-0.2386191861-0.6612093865-0.93246951420.17132449240.36076157300.46791393460.46791393460.36076157300.1713244924표(1) 적분점의 좌표와 weighting factor일 때 표(1)의 값들을 식(1)에 대입하여 아래의 과정(1)로 해를 구하면 의 값이 나온다.과정(1) :또한 Gauss Quadrature 의 방법을 이용한 아래의 프로그램 Gauss.for 을 통해 에서의 해를 구하면 의 값이 나오므로 앞에서의 계산이 틀리지 않았음을 알 수 있다.WATFOR-77 V3.0 Copyright WATCOM Systems Inc. 1984,1988 01/11/20 22:42:02C........C CHAR. 5C 5.3 GAUSS INTEGRATIONC..........CX(1) = 0.8611363116CX(2) = -0.8611363116CX(3) = 0.3399810436CX(4) = -0.3399810436CW(1) = 0.3478548451CW(2) = 0.3478548451CW(3) = 0.6521451549CW(4) = 0.6521451549ELSE IF(N.EQ.5) THENCX(1) = 0.9061798459CX(2) = -0.9061798459CX(3) = 0.5384693101CX(4) = -0.5384693101CX(5) = 0.CW(1) = 0.2369268851CW(2) = 0.2369268851CW(3) = 0.4786286705CW(4) = 0.4786286705CW(5) = 0.5688888888ELSE IF(N.EQ.6) THENCX(1) = 0.9324695142CX(2) = -0.9324695142CX(3) = 0.6612093865CX(4) = -0.6612093865CX(5) = 0.2386191861CX(6) = -0.2386191861CW(1) = 0.1713244924CW(2) = 0.1713244924CW(3) = 0.3607615730CW(4) = 0.3607615730CW(5) = 0.4679139346CW(6) = 0.4679139346ENDIFTEMP1 = B - ATEMP2 = B + ADO 10 I=1,NAREA = AREA + CW(I) * F((TEMP1*CX(I) + TEMP2) / 2)10 CONTINUEAREA = (TEMP1/2) * AREAWRITE(*, *) 'AREA = ', AREASTOPENDrunN =6A =0B =1.570796327AREA = 0.5079685앞에서 Gauss Quadrature 을 이용하여 구한 해는 얼마나 정확한 값인지 알 수가 없다. 그러므로 오차와 신뢰성을 평가하기 위하여 Romberg integration 으로 해를 구하여 비교하였다.Romberg integration 은 사다리꼴 공식을 이용하여 의 값을 구하고 그 값0.5075652720.5079677580.5079670320.5079670460.5079670430.507967041표(2) Romberg integration 을 이용하여 구한 값표(2)는 Excel 에서 각 cell 에 사다리꼴 공식과 위의 식(2)를 지정하고 구한 값이다. 다음의 그림(1), 그림(2)는 그 과정의 예이다.그림(1) 판넬 16개 일 때 을 구하기 위한 수식입력 과정그림(2) 을 구하기 위한 수식입력 과정Romberg integration 을 이용하여 구한 은 판넬 수 32에 이므로 그 오차의 한계가 으로 매우 정확한 값이다. 그러므로 Gauss Quadrature 으로 구한 값()을 ()과 비교해 보면 Gauss Quadrature 으로 구한 값이 소수점 다섯째 자리()까지 정확하다는 것을 알 수 있다.3. Trapezoidal Rule 와 Simpson’s Rule 을 이용한 수치적분주어진 문제의 해를 구하기 위하여 Trapezoidal Rule, Simpson’s Rule 모두 판넬 수를 10으로 하였다. 먼저 오차를 살펴보면 Trapezoidal Rule 은 오차가 이므로 이 오차의 한계이며 소수점 첫째 자리까지 정확한 해가 구해 진다. Simpson’s Rule 는 오차가 이므로 이 오차의 한계이며 해는 소수점 셋째 자리까지 정확하다.Trapezoidal Rule 의 알고리즘은 식(3)과 같으며 아래의 과정(2)은 이 알고리즘을 이용하여 주어진 문제의 해를 구하는 과정이다. 해는 이며 소수점 첫째 자리까지 정확하다.식(3) :과정(2) :(이 값을 구하기 위해 아래의 간단한 프로그램을 프로그래밍하였다.)DOUBLE PRECISION BF(X)=SIN(2*COS(X))*(SIN(X))**2D=0DO 10 A=1,9C=0.1570796327*AB=F(C)D=B+D10 CONTINUEWRITE(*,*) DENDT.for (12,1,60455) WATFOR-77 V3.0 PC/DOSRUN3.2075190또한 Trapezoidal RuleD=B+D10 CONTINUEDO 20 E=2,8,2G=0.1570796327*EH=F(G)P=H+P20 CONTINUEWRITE(*,*) D,PENDS.forRUN1.6439600 1.5635590또한 Simpson’s Rule 의 방법으로 그래프와 해를 구하는 프로그램 Simpson’s Rule 을 이용하여 아래의 그림(4)을 구하였으며 해는 으로 앞에서 구한 값 0.000073934 만큼 차이가 있는데 이 차이는 두 방법의 Round off error 가 다르기 때문에 발생한 것이다.그림 (4) 프로그램 Simpson’s Rule의 결과4. 과제에 대한 소감 및 수치해법 수강에 대한 소감이번 과제에서 주어진 문제는 해석적 방법으로 적분 공식을 이용하여 해를 구하기에는 매우 복잡한 것이었다. 하지만 지금까지 배운 여러 가지 수치적분을 이용하여 쉽게 문제의 해를 구할 수 있었으며, 그 정확도 까지도 알 수 있었다. 그러므로 실제로 접하게 되는 공학적 문제에서 복잡한 적분을 할 때도 걱정 없이 원하는 만큼의 오차의 한계 내에서 해를 찾을 수 있다는 것을 알았다. 또한 수치해법을 이용하여 해를 구할 때 컴퓨터를 사용하여 쉽게 해를 구할 수 있음을 알았다. 간단한 알고리즘은 직접 프로그래밍 하는 것이 계산기를 이용하는 것 보다 훨씬 간편했으며 직접 프로그래밍을 하기에 복잡한 문제 일지라도 이미 많은 알고리즘들이 프로그래밍 되어있고 그 자료도 쉽게 구할 수 있었다.수치해법을 수강하면서, 공학적 문제는 많은 경우에, 실제 현상을 ( 그 실제 현상과 완전히 일치 하지는 않지만,) 수학적으로 전개하여 해석하는 것임을 알았다. 그리고 수치해법은 복잡하게 표현된 수학적 문제를 해결하기에 매우 유용하며, 공학적 문제에서 경험적으로 얻은 제한된 정보의 한계를 넘어 근거 있는 어림을 통해 공학적 문제 해결에 큰 이득을 주는 방법임을 알았다.나아가 공학적 문제를 해결하기 위한 상용 컴퓨터 소프트웨어들도 수치해법을 바탕으로 개발된 것임을 알았고, 실제 공학적 문제를 해결하기 위해서는l
1. power train 장치는 무엇인지 설명하고 각가의 구성장치를 요약, 설명 하시오- 엔진에서 발생시킨 동력은 그대로 바퀴에 전달 되는 것이 아니고, 클러치(clutch), 트렌스 미션(trans mission)등 장치를 경유하여 비로서 바퀴를 구동하게 되는데 이상의 각 장치 연결을 파워 트레인이라 한다. 파워 트레인 장치는 다음과 같다.*클러치 : 엔진 동력의 접속 기구로써 기어 변속, 출발, 엔진의 회전력을 일시적으로 트렌스 미션쪽으로 전달하기 위한 장치이다.* 트렌스 미션 : 변속기를 말하며 엔진의 동력을 노면 상태와 주행조건 등에 적합하게 회전력을 바꾸는 장치.엔진을 빨리 혹은 늦게 회전시키는 것은 가속 페달을 많이 또는 적게 밟아 조절이 가능하지만, 일정한 힘 밖에 안 나오므로 트렌스 미션에 의해 회전력을 변화시킴*프로펠러 샤프트 : 추진축이라고도 부르며 트랜스 미션으로부터 회전력을 구동 바퀴에 전달하는 긴 회전축*디퍼렌셜 : 커브를 돌 때 양쪽 구동 바퀴가 굴러가는 거리가 다르기 때문에 이것에 비례하여 구동력을 나누어 바퀴회전 시키는 장치.
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