불꽃점화 엔진의 성능 예측에 관한 수치해석 = Numerical Modeling for Performance Prediction in Spark Ignition Multi-Cylinder Engine
저자
전영남 (서울산업대학교 산업대학원 기계공학과졸)
발행기관
서울산업대학교 산업대학원(Graduate School of Industry And Engineering Seoul National Univ of Technology)
학술지명
大學院論文集(Journal of Graduate School of Industry And Engineering)
권호사항
발행연도
1993
작성언어
Korean
KDC
040.000
자료형태
학술저널
수록면
5-23(19쪽)
제공처
본 논문의 목적은 불꽃 점화 엔진에서 가스 교환과정과 동력과정에 대한 시뮬레이션 모델의 개발에 있다. 시뮬레이션 모델의 구성은 동력과정에는 Wiebe의 열발생 곡선을 적용하였고 가스 교환과정에는 특성 곡선 법을 사용하였다. 예측 모델 엔진은 1.5ιSOHC-12 밸브 구조를 갖는 4사이클 4기통 불꽃 점화 엔진으로 스로틀 밸브 만개 상태에서 엔진 속도를 2000rpm에서 5500rpm까지 변화시키면서 계산하였다. 전 엔진속도 구간에서 계산된 토크와 측정토크 값의 최대 오차는 4% 이내로 잘 일치하는 것으로 나타났다.
본 시뮬레이션 모델은 가솔린 엔진의 성능에 영향을 주는 변수들의 영향을 예측하는데 유용하게 쓰일 수 있으며, 본 논문에서 고려된 변수들로는 압축비, 흡기관의 길이, 흡기밸브와 배기밸브 타이밍 그리고 밸브 양정을 변화시켜 계산한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 밸브 양정을 증가시킬 경우는 고속에서 흡입 면적 증가로 체적효율이 증가하여 높은 토크를 보이는 반면 저속에서는 밸브 오버랩 기간이 길어져 역류(back flow)가 증가 한다.
(2) 체적효율은 흡기관의 길이에 영향을 받으며 길이가 길어질수록 최대 체적효율 값이 저속방향으로 이동한다.
(3) 토크는 체적효율이 최대로 되는 엔진속도에서 최대 값을 갖는다.
(4) 본 시뮬레이션 모델을 이용하여 엔진 초기 설계시 흡기관 길이, 흡배기 밸브 타이밍, 그리고 밸브 양정 등의 최적조건을 찾을 수 있다.
The object of this research is to develop the simulation model for performance and gas exchange processes in an internal combustion engine. The simulation model used the method of characteristic for gas dynamics in gas exchange process and the Wiebe function for power process. The results of prediction were compared with available measurements in 12 - valves, 1.5ιgasoline engine over a range of speeds which were varied from 2000 rpm to 5500 rpm at WOT.
The predicted and measured brake torques agreed well in trends and magnitude within 4% discrepancy. The simulation model was then used to find the effects of the parameters on the performance of a gasoline engine. The parameters considered were the compression ratio, the length of the intake manifolder, the valve timing of intake and exhaust valves, and the length of valve lift.
It was shown that brake torque was decreased because the area across the intake
valve was decreased when valve lift was lower than optimum one. On the other hand, when it was higher than optimum one, the brake torque was also decreasedowing to the backflow which was increased during valve overlap period. The volumetric efficiency was varied with the engine speed and the length of intake manifolder. An increase in length of intake manifolder made a peak volumetric efficiency observed in the lower engine speed. The break torque was almost proportional to the volumetric efficiency. It was also founded that the simulation model could be used to design the components of engine such as the length of intake and exhaust manifolders, the valve timing and the valve lift.
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