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[기계공학] 내연기관

1. 실험 제목: 내연기관 실험2. 실험 목적: 엔진 성능은 차량의 동력 성능, 연비 및 드라이버빌리티(진동 현상)의 근본을 이루는 것이고, 정상 및 과도 상태, 그 위에 여러 가지 대기 조건에 걸쳐서 정성이 들여진 적합이 행해지고 있다. 시험은 주로 표준 환경 하에서 행해지거나, 그렇지 않으면 특수 환경 조건을 만들 수 있는 실험실에서, 엔진 동력계를 사용하여 정상 상태에서 행해지는 데, 본 실험에서는 가장 기본이 되는 엔진 동력계상에서 행해지는 대상 시험을 하도록 한다.3. 실험 장비: (1) ENGINE DYNAMOMETER CONTROLLER(2) MODEL 911 NO/NOX ANALYZER(3) 체적형 연료 유량계(4) 반사식 스모크미터(5) 거름종이 (KS M 7602 에 규정하는 정량분석용 5종 A)(6) 오염도 계측 장치 (KS R 5036에 규정)(7) THERMOCOUPLE AND TEMP. CONTROLLER4. 실험 순서: ① 축 토크: 동력계의 제동 하중 또는 축 토크를 읽는다.②기관 회전 속도: 크랭크축의 회전 속도를 읽는다.③연료 소비량: 부피 또는 질량으로 유량을 측정한다. 측정 시간은 원칙적으로 20s이상으로 한다. 부피로 측정하는 경우는 연료 소비량 계의 입구 또는 출구 부근에서 연료 온도를 측정한다.④흡기온도: 흡기 입구의 상류 0.15m 이내에서 측정한다. 온도계는 기관의 방사열, 배기 및 연료 역전의 영향을 받지 않도록 배려하여 직접 공기류 속에 설치한다.⑤냉각액 온도: 원칙적으로 기관 냉각액 출구에서 측정한다. 필요에 따라 순환 펌프 입구(펌프가 없는 것은 냉각 재킷 입구)에서도 측정한다.⑥윤활유 온도: 오일 팬이 윤활유 깊이의중간 정도, 혹은 윤활유 통로의 중간 정도 또는 윤활유 냉각기가 부착되어 있는 경우에는 그 출구에서 측정한다.⑦대기압: 시험 시작 전에 미리 계측해 둔다.⑧연료 비중량: 시험 개시 전에 미리 연료 온도와 함께 측정해 두거나 연료 성질 및 상태표가 있는 경우에는 그 값에 따라도 좋다.5. 실험 결과- 축출력P = = = = = 1.54 (kW)P : 축출력 kWW : 축하중 NL : 동력계 arm 길이 mN : speed rpm: 환산계수 (1000)- 연료 소비율F : 시간당 연료소비량 l/hf : 연료소비율 ml/kWhb : 측정 시간내의 연료 소비량 mlP : 축출력 kWg : 연료 소비율 g/kWht : 측정 시간 s: 연료 밀도 (0.832 g/ml)- 그래프@ p-theta 그래프@ TDC 값을 구하기 위한 p-theta 그래프TDC는 임을 알 수 있다.@ 위의 그래프를 TDC으로 빼서 sampling 한 그래프@ V-theta 그래프@ 최종 P-V 선도6. 고찰: 내연기관은 자동차, 선박, 항공기 및 각종 산업의 동력용으로 사용되고 있으며, 앞으로 새로운 재질의 개발과 더불어 기관 중량당 출력의 증대와 열효울 및 연비의 향상으로 우리의 일상생활에 큰 도움을 가져올 것으로 기대된다. 그리고 특히 자동차 공학은 기계공학의 집적체로 열역학, 유체역학, 재료역학 및 재료과학 등의 전문적인 지식이 필요하고 기술이 나날이 발전해 감에 따라 전기, 전자공학은 물론 모든 공학분야를 총괄하는 종합적인 분야이다.선도를 보면 TDC를 지난 지점에서 1500 rpm 선도가 최대 압력이 나타나는 것을 볼 수 있다. 이것은 유체역학에서 배웠던 내용으로 설명할 수 있을 것 같다. 만일 피스톤이 비압축성 유체에 힘을 가하면 압력, 온도, 밀도 등의 변동은 힘을 가함과 동시에 전 영역에서 감지된다. 하지만 압축성 유체의 경우 힘을 가하면 압력, 온도, 밀도 등의 변동은 음파와 함께 서서히 전파된다고 배웠다.따라서 TDC에서 최대 압력이 나타나지 않는 것은 당연하다.그리고 실험 자료에 있는 연료-공기 사이클과 위의 P-V선도와 비교해 보면 면적이 많이 줄어들어 있음을 알 수 있다. 이러한 차이는 흡 배기 저항에 의한 손실, 냉각 손실, 연소 손실, 배기 손실, 시간 손실 등에 의해 생겨난 것 이다.마지막으로 실험에 직접 참여하지는 못했지만 조교님의 설명으로 실험 내용을 이해할 수가 있었고 예상보다 실험 시간이 너무 짧아 아쉬웠다. 그리고 데이터는 어떤 방법으로 뽑을 수 있는지 궁금하다. 이번 기회를 통해 엔진에 대한 막연한 생각들을 실제 이론적인 지식들로 채울 수 있어 좋았다.

공학/기술| 2004.04.28| 6페이지| 1,000원| 조회(731)

내연기관, 엔진성능, 축출력, 연료 소비율

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[기계공학] 금속 재료

1. 열처리의 개요※ 열처리란 금속을 적당한 온도범위에서 가열, 급냉, 서냉 등의 조작을 하여 특별한 성질을 부여하는 것을 열처리라고 한다. 강철은 열처리 효과가 가장 큰 재료의 하나로서 다음과 같은 여러 가지 열처리 방법에 의해 미세조직을 변화시킬 수 있다.1.1 Quenching (담금)강의 강도와 경도를 크게 하기 위하여 행하는 열처리. 변태점 이상의 적당한 온도(730~800℃)롤 가열한 다음 공기, 물, 기름 속에서 급냉시킨다. 담금질의 핵심은 급냉이다. 임계구역에서는 빨리, 위험구역에서는 천천히 냉각해야 한다.1.2 Tempering (뜨임)담금질만 행한 강은 내부응력이 크고 대단히 경하여 취약하게 되므로 강도와 인성을 주기 위한 방법이다. A₁변태점 이하의 온도에서 가열 후 냉각시키는 방법으로 온도의 변화에 따라 보통 뜨임, 반복 뜨임, 스냅 뜨임, 소르바이트 뜨임, 블루잉 등이 있다. 뜨임 온도에 따라 담금질한 강은 초기에 많은 변화를 일으킨다.1.3 Annealing (풀림)단조, 주조, 용접등에 의하여 발생한 내부 조직의 불균일을 제거하거나 열처리, 절삭 등에 의하여 경화된 조직을 연하게 하여 가공성을 좋게하는 열처리. 풀림의 키 포인트는 강을 오스테나이트 조직으로 한 후, 즉 오스테나이트화 한 후 노 중에서 서서히 냉각(노냉)하는 것이다. 오스테나이트화 하려면 A3변태점 또는 A1변태점 이상으로 가열해야 하므로 800~900℃로 가열하는 것이 좋다. 냉각 방법은 노 중 서냉이나 특별히 실온까지 서서히 냉각할 필요는 없다. 임계구역 즉 550℃ 정도까지 노냉한 후 노로부터 끄집어 내서 공냉하는 것이 좋다. 이 2단 냉각에 의한 풀림을 2단 풀림이라고 한다.1.4 Normalizing (불림)강을 표준상태(정상상태)로 하기 위해 행하는 열처리이다. 연하지 않고 경하지 않은 적당한 강도를가지게 하기 위한 열처리이다. 말하자면 강의 자력발휘의 처리라고 할 수 있다. 오스테나이트화한 후 조용한 대기 중에서 방냉하는 것이다. 가열온도는 공구강과 같이 C%가 많은 강은 900~950℃와 같이 고온(Acm 변태점이상)으로 된다. 냉각방법은 공기 중 방냉이나 물건의 크기에 따라서는 센 바람으로 냉각하는 경우도 있다. 노말라이징은 강을 AC3 또는 ACM 온도 위 50～60℃에서 오오스테나이트화를 시킨다음 공기 중에서 냉각하는 처리이다. AC3 또는 ACM 온도 위 50～60℃에서 오오스테나이트화를 시키는 것은 높은 온도에서 일어날 수 있는 과다한 결정립 성장을 억제하고, 치환형 원자(Ni, Cr, Mo, V 등)의 균질화를 위하여 확산을 가속하는 것이다. 노말라이징으로 나타나는 조직은 공석강에서는 퍼얼라이트, 아공석강 및 과공석강에서는 각각 퍼얼라이트와 여분의 페라이트와 시멘타이트로 되어있다.1.5 항온열처리 (Isothermal Heat-treatment)강의 소편을 austenite 상태에서 A₁변태점 이하의 어느 일정온도로 유지된 염욕로(salt bath) 중에서 급랭시키면 austenite는 잠간 사이에 변태를 시작하고 어느 시간 후에는 변태를 완료하는데 이와 같은 변태를 항온변태(isothermal transformation)라 한다. 항온로의 온도에 따라 조직과 성질이 다르게 된다. 항온열처리는 항온변태를 이용하여 담금질과 뜨임의 두가지 열처리를 동시에 할 수 있는 열처리법으로서, 그림에서 AB간을 가열하여 austenite되게 하고, 이를 균일하고 완전한 austenite가 되도록 BC간을 유지한 후 CD간을 염욕로에서 급랭하여 담금질한다. 뜨임온도에서 DE간을 유지한 후 공랭하여 뜨임을 한다.1.6 연속냉각열처리(Continuous Heat-treatment)대부분의 열처리 경화 작업은 연속냉각을 내포하고 있으며 변태작용에 있어 연속냉각의 효과를 생각할 수 있다. 여러 가지 냉각속도로 냉각한 때의 연속냉각곡선을 이용하여 여러 가지 목표의 성질을 갖는 재질을 얻을 수 있다.1.7 표면경화 열처리(Surface Hardening)표면 경화 열처리는 재료의 표면만을 단단한 재질로 만들기 위한 방법으로 크게 화학적 방법과 물리적 방법으로 나눌 수 있다. 기어에 적용되는 화학적 방법에는 침탄법(carburizing)과 질화법(nitriding)이 있고, 물리적 방법에는 고주파 표면 경화법(induction hardening)이 있다.2. 사진분석※ 조 직 : ① 흰색부분 - 페라이트 ② 검은색 층상 부분 - 펄라이트③α-Fe인 페라이트와 펄라이트 사이의 경계 부분 결정임계이다.④ 열처리 : 약 930℃정도에서 1시간 유지후 공냉▷ 사진 분석을 위해 주어진 사진을 토대로 모양이 비슷한 사진을 찾아보았다.◀아공석강조직(0.45%C)(Pearlite - Ferrite)◎ 조 직 : 흰색부분 - 페라이트검은색 층상 부분 - 펄라이트현미경 배율 : × 500◎ 부 식 : 3% 나이탈에 약 30초 간 부식◎ 조 성 : C 0.46%, Si 0.24%, Mn 0.69%, P 0.020%, S 0.022%◎ 열처리 : 930℃에서 1시간 유 지 후 공냉◎ 경 도 : 150～200HB◎ 인 장 강 도 : 약588N/㎟ (60Kgf/㎟)◎ 연 신 율 : 약 22%◎ 설명철에 탄소가 0.1% 이상 함유되어 있으면 페라이트 이외에 펄라이트(pearlite)가 뚜렷이 나타나며 이 펄라이트가 차지하는 면적은 탄소 함유량의 증가에 따라 증대하고, 불림(normalizig) 상태에서는 0.4% 전후에서 약 절반, 0.77%에서는 전부 퍼라이트가 된다. 이와 같이 펄라이트가 많아짐에 따라 경도, 인장강도는 증가하고, 반대로 신율, 충격치 등은 감소한다. 펄라이트의 부분은 검게 부식되기 쉽고 고배율로 보면 층상으로 보인다. 아공석강(C 0.77% 이하)을 오스테나이트(austenite) 상태에서 서냉하면 A3 변태점에서 초석페라이트가 나타나고 A1 점에서 나머지의 오스테나이트가 펄라이트로 공석변태하여 본사진과 같은 조직이 된다. 냉각을 어느 정도 빨리(공냉)하면, 오스테나이트가 과냉되어 변태점이 저하하기 때문에 불림 조직은 로냉조직 보다도 다소 페라이트 양이 적다. 탄소량이 약 0.25% 이하의 아공석강은 급냉(quenching), 템퍼링(tempering)을 실시하면 기계적 성질이 좋아지고 강인성을 증대시켜 기계부품에 적합하게 되지만 저탄소강에서는 특히 질량효과가 크므로 두께가 두꺼운 부품에는 내부까지 경화시킬 수 없어 내부의 기계적 성질 향상은 바랄 수 없다.3. 탄소함량추정위의 그림과 비교해 보면 이 금속은 탄소가 약 0.3 ～ 0.5% 정도 포함된 아공석강임을 알 수 있다. 그리고 930℃정도에서 1시간 유지 후 공냉으로 열처리 된 것을 알 수 있다.4. 상 태 도5. 고찰(1) 에칭이란?금속표면의 침식작용에 의거 금속을 그 표면으로부터 분리 제거하는 처리기술을Etching이라고 한다.즉, 금속재료를 전기 물리적 또는 화학용해 작용을 이용하여 금속 일부분을 침식제거 하는 것을 말한다. 전기 물리적 방법으로는 전해가공, 전해연마를 들 수 있으며, 화학 용해 방법으로는 화학타공, 화학절삭의 방법이 있다. 원래 Etching 기술은 17세기 손조각법에 의한 동판화 기술로써 고안 개발되어진 것으로 내산성물질을 동판면에 도포하고 침봉으로 내산성 물질을 긁어내면서 패턴을 형성 노출부에 산처리(Etching)를 하였던 것이다. 이와같은 Etching 기술은 19세기 사진기술의 발달과 함께 요판, 동판, 그라비아판 등의 인쇄분야에 광범위하게 이용되게 되어있으며 전기, 전자기기, PCB판, 집적회로 및 각종 기계 부품에까지 이용되게 되었다.(2) 에칭의 효과① 상품성의 향상으로 상품 만족도를 높힌다.② 의장성 향상으로 상품 가치를 높게 한다.③ 미끄럼방지등 기능성을 향상시킨다.④ Weld line, 수축등의 방지 그리고 표면조도의 조절을 통하여 2차 가공성을 향상시킨다(3) 에칭의 기술- Single Layer Etching (일반부식)의미 : 1차 마스킹에서부터 Etch'g까지의 공정을 1회 실시하는 것을 의미하며 대다수의 구릉, 굴곡이 없는 2차원적 무늬가 이에 해당한다.- Multiple Layer Etching (다중부식)의미 : single layer etching의 반복작업에 의한 3차원 무늬 형성.공정 : 공정 1차 마스킹, 감광성 수지도포 ~ etching의 공정을 3회이상 수회반복시료부식액 성분 및 부식시간용도철강초산5㎖+알코올95㎖(Nital), 1분피크린산 5g+알코올100㎖(Picral),1～2분염산5㎖+피크린산1g+알코올100㎖결정입계조직일반오스테나이트 입도비철금속암모니아수43+과산화수소3%+물7㎖염화철[Ⅲ]+염산+물(배합다종)초산50㎖+빙초산50㎖, 5～20초강과 강합금합금강과 강합금, 주석,아연합금.니켈합금※ 금속재료에 따른 검경용 부식액

공학/기술| 2004.04.28| 4페이지| 1,000원| 조회(758)

열처리, 탄소, 금속재료, 상태도, 에칭

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