보기류 구동력이 차량 모드주행 연비에 미치는 영향
Effect of the Accessories Driving Power on Vehicle Fuel Economy
- 주제(키워드) 연비 , 연비기여도 , 파워스티어링 시스템 , 보기류 , By-Pass , 구동력 , fuel economy , emission , accessories , driving power , Power Steering System (PSS)
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 이종화
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
차량에서 가장 큰 두 가지 화두는 차량의 연비와 배기가스 규제이다. 자동차의 연료로 사용되고 있는 화석연료는 점차 고갈 되고 있으며, 또한 지속적인 가격상승은 소비자들의 지속적인 연비개선의 요구를 불러오고 있다. 지구 대기 오염에 따른 각국의 배기가스 규제는 지구환경문제뿐만 아니라 기술을 선점한 국가들의 무역장벽 요소로 작용하고 있다. 화석연료를 사용하는 내연기관의 특성상 일정부분의 배기가스는 필연적인 생성물이며, 배기가스를 줄이기 위해서는 연비향상이 필요조건 이라고 할 수 있으며, 그러므로 배기가스 규제 역시 연비향상으로 귀결된다. 최근 차량 타이어 폭과 차량 중량의 증가로 파워스티어링 시스템(PSS)에서의 소요되는 구동력의 증가, 차량 전기 부하의 증가로 인한 알터네이터에서의 소요 구동력 증가, 에어컨 펌프의 용량의 증가로 인한 에어컨 펌프 구동력 증가 등 차량의 보기류 소요 구동력의 증가에 의한 차량 연료 소모량이 증가하고 있다. 이런 보기류에 의한 소요 구동력의 증가가 차량 모드 주행 중 연비에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 연비향상과 배기가스 저감이라는 측면에서 꼭 해결해야 할 연구이다. 이에 본 연구에서는 파워스티어링 시스템 단품 실험을 통하여 파워스티어링 시스템의 소요 구동력은 펌프 토출 압력과 회전속도 그리고 오일의 온도의 함수 임을 확인하였으며, 이를 정량적으로 구할 수 있었다. 또한 냉각 팬과 교류 발전기의 소요구동력을 측정하였다. 실 차량 상태에서의 실린더 압력을 이용한 엔진 총 마찰측정 방법과 파워스티어링 시스템 By-Pass장치를 접목시켜 실린더 압력을 이용한 차량상태에서의 PSS의 소요 구동력 측정방법을 확립하였다. 또한 이를 에어컨 소요구동력 측정에도 이용할 수 있었다. 이를 바탕으로 PSS작동 시와 By-Pass시의 FTP-75 Cold Start mode 주행시의 연비 분석결과 PSS의 By-Pass로 인해 전체 연비가 2.1(%)증가하였으며, 이는 PSS By-Pass로 인한 소요 구동력감소로 엔진 총 마찰(보기류를 포함한 기계적 마찰0.69%감소, 펌핑손실0.1%증가)감소와 엔진 총 마찰의 감소로 인한 열손실(1.4%)감소에 기인한다. 상용 프로그램인 CRUISE를 이용하여 실험 data를 바탕으로 차량 모델링 및 연비 주행모드인 FTP-75 Cold Start Mode에 적용 하였다. 또한 보기류 시스템의 단품 실험 결과를 모델링에 적용하여 이를 시험 결과와 비교 분석하였다.
more초록/요약
Recently, needs for driving power of the engine accessories such as Power Steering System (PSS), alternator and air conditioner system have increased. Since these increases bring about additional fuel consumption, the driving power of engine accessories is very important for fuel economy. Therefore studies about the effect of accessories driving power on fuel economy and systematic optimization are necessary for the subject of enhanced fuel economy. In this study, driving power of PSS was defined as a function of pump pressure, pump rotating speed and oil temperature. In addition, the driving power of cooling fan and alternator was measured. A method to measure driving power for PSS was introduced in the vehicle condition. The method included the engine total friction measurement using cylinder pressure and PSS By-Pass module. And this method was also able to be applied for the driving power of air conditioner system. Fuel economy analysis was performed with PSS condition and PSS By-Pass condition under FTP-75 Mode. As a result, total injected fuel mass in the PSS By-Pass condition was reduced in 2.1(%) which was 1.4(%) in thermal loss and 0.69(%) in engine total friction loss including accessories driving power. The comparison with results of experiment and simulation was performed by using the vehicle simulation software (CRUISE, AVL). In addition, the modeling results applied accessory components practical data are compared with the measured results. The result of simulation agrees with that of experiment. And the simulation can be applied to the electric power steering system and air conditioner system.
more목차
목차
그림 차례
표 차례
기호 설명
1. 서론 = 1
1.1 연구배경 및 목적 = 1
1.2 연구 내용 = 3
2. 차량에서의 에너지 흐름 분석 및 연비 관련 인자에 대한 수식모델링 = 5
2.1 동력전달계에 대한 수식 모델링 = 5
2.1.1 엔진 모델링 = 9
2.1.2 구동계 모델링 = 14
3. 실험 장치 및 방법 = 19
3.1 실험 장치 = 19
3.1.1 승용 차량의 파워스티어링 시스템 단품 리그 구성 = 19
3.1.2 상용차량의 파워스티어링 시스템 단품 리그 구성 = 20
3.1.3 상용차량의 냉각 팬 시스템 단품 리그 구성 = 22
3.1.4 상용차량의 교류 발전기 시스템 단품 리그 구성 = 23
3.1.5 파워스티어링 시스템 By-Pass 장치 = 24
3.1.6 차량 모드 주행 연비 분석 실험 장치 = 26
3.2 실험방법 = 29
3.2.1 승용차량의 파워스티어링 시스템 단품실험 방법 = 29
3.2.2 상용차량의 보기류 소요구동력단품 실험 방법 = 30
3.2.3 실린더 압력을 이용한 차량 상태에서의 파워스티어링 시스템 소요구동력 측정 = 31
3.2.4 차량 모드 주행 연비 분석 = 32
3.2.4.1 선행 실험 = 32
3.2.4.2 연비 실험 = 33
4. 실험 및 시뮬레이션 결과 = 34
4.1 승용차량의 파워스티어링 시스템 단품실험 = 34
4.1.1 유량 특성에 따른 소요구동력 비교 = 34
4.1.2 토출 라인 직경변화에 따른 소요구동력 비교 = 37
4.1.3 펌프 압력, 펌프 회전속도, 오일 온도에 따른 소요구동력 비교 = 40
4.2 상용차량의 보기류 단품실험 = 45
4.2.1 파워스티어링 시스템 소요구동력 측정 = 45
4.2.2 냉각 팬 시스템 소요구동력 측정 = 51
4.2.3 교류 발전기 시스템 소요구동력 측정 = 52
4.3 실린더 압력을 이용한 차량 상태에서의 보기류 구동력 측정 = 53
4.3.1 가솔린 엔진의 엔진 총 마찰 손실 = 53
4.3.2 엔진 오일 온도에 따른 엔진 총 마찰 측정 = 60
4.3.3 실린더 압력을 이용한 차량 상태에서의 파워 스티어링 시스템 소요 구동력 측정 = 66
4.3.4 실린더 압력을 이용한 차량 상태에서의 에어컨 시스템 소요구동력 측정 = 68
4.4 파워스티어링 시스템의 구동력이 차량 모드주행 연비에 미치는 영향 = 70
4.4.1 파워스티어링 시스템 작동 시와 By-Pass시의 연비분석 = 70
4.4.2 파워스티어링 시스템 작동 시와 By-Pass시의 주행 상태 비교 = 75
4.5 상용프로그램(CRUISE)를 이용한 시뮬레이션 = 77
4.5.1 차량 모델링 = 81
4.5.3 파워스티어링 시스템, 에어컨 시스템 적용 = 85
5. 결론 = 90
6. 참고문헌 = 92
ABSTRACT = 94
