CRDI 디젤엔진 장착 차량의 연비기여도 분석에 관한 연구
A Study on the Break-down of Fuel Economy for CRDI Diesel Vehicle
- 주제(키워드) 항목별 연비 모델링 , 항목별 연비기여도를 포함한 시뮬레이션
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이종화
- 발행년도 2006
- 학위수여년월 2006. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
연비문제는 자동차에서 해결해야 할 과제중의 하나이다. 차량 연비 개선을 위해서는 차량 구성품 각각에 대한 개선은 물론, 이를 종합하여 실제 차량으로 운행시의 각 부분에서의 기여도를 분석할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 디젤 엔진 탑재 차량에서의 각 부분에서 소모되는 연료량을 실험적으로 분석하기 위하여 모델링을 수행하고 특정 주행 모드에 대한 항목별 연비를 분석하였다. 또한 차량 연비에 영향을 미치는 각종 인자들 각각에 대해서도 그 기여도를 파악하기위하여 상용 연비 예측 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 항목별 기여도 분석을 하였다. 항목별 연료 소모량 관계식은 엔진, 구동계, 그리고 주행저항의 세부분으로 구성하였다. 각 부분의 연비 항목들은 에너지 흐름 분석을 통하여 측정 가능한 인자로 모델링하였다. 각 부분의 연비 항목들에 대하여 특히, 디젤 차량에서의 Common Rail Injector의 연료량 측정방법과 디젤 차량에서의 마찰토크와 질량관성모멘트를 차량 자체에서 측정하는 방법을 사용하여 엔진 총 마찰 토크를 구하는 식을 정립하였으며, 수립된 관계식을 실험에 적용하여 차량 각 부분에서 사용된 연료량을 정량화 하였다. Common Rail 디젤엔진을 탑재한 자동차로 CVS-75 시험모드 주행시 연비기여도 분석을 수행한 결과, 투입된 총 연료량 중에서 냉각 손실(30.69%)이 가장 크고 배기가스 엔탈피 손실(22.32%), 엔진 마찰(13.31%), 토크컨버터 손실(2.87%) 순으로 에너지 손실이 나타났으며 구동계의 마찰(0.56%)이나 관성항목(0.03%)으로 소모된 연료량은 미소하였다. 또한 동력전달계의 손실에 소모되고 남은 차량의 구동에 사용되는 에너지는 투입된 연료량의 25.76% 로서 차량관성(13.68%)과 주행저항(12.08%)에 사용되었다. 차량의 설계와 개발에 있어서 실차 실험에서 얻을 수 있는 결과들을 짧은 시간과 적은 비용으로 예측하기 위하여 상용연비해석 프로그램인 CRUISE를 사용하여 실차 시험차량에 적합한 차량모델을 개발하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 위해 차량의 기본제원과 선행 실차실험 결과를 입력 데이터로 사용하였으며, 실차실험의 측정치와 거의 일치한 시뮬레이션 차량모델을 개발하였다. 검증된 시뮬레이션 차량 모델을 이용하여 차량연비에 영향을 미치는 차량무게, 배기량, 주행저항의 형상계수, 자동변속기 차량에서의 토크컨버터의 용량계수, 변속비, 최종감속비, 변속패턴 그리고 록업클러치 작동영역등 차량의 제원 결정이나 최적화에 활용하기 위한 연구를 수행하였다. 시뮬레이션을 수행한 결과 차량무게, 배기량, 형상계수값및 종감속비의 변경이 연비에 미치는 영향은 비교적 크게 나타났으며, 종감속비의 경우는 최적화가 요구되었다. 토크컨버터 용량계수, 회전동반경, 4단 기어비와 변속패턴의 변경에 따른 연비에의 영향은 주어진 차량에 있어서 크게 나타나지 않았다. 본 연구를 통하여 얻어진 항목별 연비 소모량에 대한 실험적 분석방법은 디젤차량 각 부분에서 사용되는 연료를 분석하는데 활용할 수 있으며, 시뮬레이션은 차량의 제원 결정이나 최적화에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
more목차
그림 차례 v
표 차례 ix
기호 설명 x
1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 3
1.3 연구 목적 및 내용 6
2. 디젤 차량의 에너지 흐름 분석 및 수식 모델링 8
2.1 개요 8
2.2 디젤 차량의 연비관련 인자에 대한 수식 모델링 9
2.3 디젤 차량의 총마찰토크 및 질량관성모멘트의 측정 15
2.3.1 엔진부의 총마찰토크와 질량관성모멘트의 모델링 및 측정 15
2.3.2 구동계부의 총마찰토크와 질량관성모멘트의 모델링 및 측정 27
3. 디젤 차량에서 차량 연비 기여도에 대한 실험적 분석 33
3.1 실험장치 33
3.2 실험방법 37
3.2.1 연소압을 이용한 엔진 토크의 측정 37
3.2.2 인젝터 구동펄스를 이용한 연료량 측정 38
3.3 CVS-75 모드에서 인자별 연료소모량의 측정 결과 45
3.3.1 엔진부 45
3.3.2 구동계부 56
3.3.3 차량 주행저항부 58
3.4 CVS-75 모드에서의 디젤 차량의 연비 기여도 분석 66
4. 디젤 차량의 연비 기여도 예측을 위한 시뮬레이션 71
4.1 개요 71
4.2 연비 예측 차량 모델링 72
4.2.1 엔진부의 모델링 74
4.2.2 구동계부의 모델링 80
4.2.3 차량 주행저항부의 모델링 91
4.3 차량 시뮬레이션 모델의 타당성 검토 95
4.3.1 실차실험과 시뮬레이션 모델의 결과 비교 95
4.3.2 Cold start 모델의 적용 107
4.4 시뮬레이션을 통한 인자별 연비에의 영향 분석 112
5. 결론 140
6. 참고문헌 142
ABSTRACT 146
