가솔린 엔진의 밸브 개폐시기와 리프트에 따른 연소특성에 관한 연구
Effect of Valve Timing and Lift on Combustion Characteristics in SI engine
- 주제(키워드) Valve Lift , Valve timing , fuel economy , pumping loss , ram effect
- 주제(KDC) 556
- 주제(DDC) 629
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이종화, 박진일
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 2007. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
밸브 이벤트는 엔진의 전개성능, 연비, 배출물 및 공회전 안정성 모두 영향을 주는 중요한 인자의 하나이다. 엔진에서의 유동저항, 실린더 내에서의 열전달, 연료의 증기압 등과 같은 정적효과 뿐만 아니라, 흡기관성효과, 흡기관내의 튜닝효과 및 역유동 등과 같은 동적 효과에 의해 영향을 받는다. 현재 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절하여 오버랩 타이밍을 제어함으로써 실린더 충전량과 실린더내 잔류 가스량에 대한 조절이 가능하도록 하는 가변 밸브 타이밍 기구가 차량에 적용됨을 알 수 있다. 본 연구에서는 대표적인 자동차 연비 모드인 FTP-75 운전 모드의 평균 엔진 회전수와 로드에서의 밸브 개폐시기와 리프트에 따른 효율 개선에 목적을 두고 연구를 수행하였다. 흡배기 가변 캠을 이용하여 각각 독립적으로 밸브 타이밍을 변화시켰으며, 밸브의 리프트는 각기 다른 캠 프로파일을 가지는 캠 샤프트를 직접 교체를 하면서 500cc 급 단기통 엔진에 적용 실험을 하였다. 각 경우에 대하여 일정한 연료를 흡기포트에 분사하고 스로틀 밸브를 조절하여 A/F ratio를 14.55로 고정한 상태에서 발생하는 IMEP, PMEP, ISFC 등을 측정하여 1800rpm 부분부하 영역에서의 최적의 연료소모량과 효율을 찾는 실험을 수행하였다. 단 그 외의 엔진 운전조건 즉, 엔진오일과 냉각수 온도는 컨트롤러를 이용하여 80°를 유지하였으며, 실험 조건을 바꾼 후 Steady 상태가 될 때까지 충분히 기다린 후 300cycle를 취득하여 평균을 구하여 각각의 경우를 비교하였다. 실험 결과 저속 부분부하 영역의 경우 밸브 개폐시기가 빨라질수록 Lift가 작아질수록 동일한 공기량을 유입시키기 위해 스로틀 밸브를 더 많이 개방하는 경향을 보였으며 펌핑 손실이 감소함을 알 수 있었다. 그리고 리프트가 작을수록 실린더 내부 유동이 활발하여 빠른 연소로 인하여 IMEPg가 크게 나오고 이로 인해 IMEPn 역시 커지고 ISFCn은 작아진다. 이 실험 결과를 토대로 몇 가지 조건에 대하여 BOOST Simulation모델링을 통하여 검증하였다. 향후 연소율 곡선 모델링이 추가된다면, 엔진 회전수와 로드에 따른 최적의 밸브 개폐시기와 밸브 리프트를 찾을 수 있을 것으로 판단된다.
more초록/요약
Valve event is the most important factor of performance, fuel economy, emission, and stability at idle state. It is influenced by static effect like flow resistance, heat transfer, fuel evaporation pressure in cylinder and dynamic effect like ram effect, tuning effect and back flow of intake manifold. Valve Timing and Lift is controlled according to engine rpm, VVT(Variable Valve Timing) mechanism is applied to recent Vehicles. In this study, Efficiency improvement as a result of valve timing and Lift is a target at average rpm and load of FTP-75 mode. Independent control both intake cam and exhaust cam is acted. Valve Lift is switched by changing cam shafts which is applied to 500cc single cylinder engine. Constant Fuel is injected to intake port every experiment conditions and Throttle Valve is regulated to fix A/F ratio 14.55 and then Experiments to find optimum fuel consumption condition and efficiency are performed at 1800rpm and part load. But other condition like engine oil temperature and coolant temperature for experiments is maintained 80°C by using temperature controller. 300 cycles are acquired for analysis at steady state. As a result, Valve Lift should be reduced at part load and low engine rpm because of reduction of pumping loss. Throttle valve is more opened to come in same air flow mass. Internal flow like swirl and tumble is active and fast combustion occurred, so that IMEPg and IMEPn are improved compared to long lift cam and ISFCn is reduced. On the basis of experiment result, Optimum valve timing and lift is assumed to variable experiment conditions through simulation if burn rate modeling is added up.
more목차
1. 서론 = 1
1.1 연구 배경 및 목적 = 1
2. 실험 장치 구성 및 방법 = 3
2.1 실험 장치 구성 = 3
2.1.1 실험 엔진과 동력계 구성 = 3
2.1.2 엔진 제어를 위한 시스템 구성 = 7
2.1.3 흡 배기 밸브 개폐시기 제어를 위한 시스템 구성 = 10
2.2 실험 방법 = 12
3. 실험 결과 및 해석 = 17
3.1 흡기 밸브 개폐 시기변화에 따른 영향 = 17
3.2 흡기 밸브 리프트 변화와 듀레이션에 따른 영향 = 27
3.3 밸브 개폐시기와 리프트에 따른 밸브 이벤트 최적화 = 32
4. 상용프로그램(BOOST)를 이용한 시뮬레이션 = 39
4.1 대상 엔진 모델링 = 39
4.2 실험결과와 시뮬레이션 결과 검증 = 41
5. 결론 = 43
참고 문헌 = 45
ABSTRACT = 47
