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한국자동차공학회

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7-7 2018 [추계학술대회]

제목 실제 엔진 공기 흡입 조건에서의 실린더 헤드 스월비 측정을 위한 플로우 리그 개발
분야 가솔린엔진
언어 Korean
저자 오대산(국방기술품질원), 김민호(서울과학기술대학교), 이충훈(서울과학기술대학교), 이병진(서울과학기술대학교)
Key Words real engine flow rig (실제엔진유동 플로우 리그), engine cylinder head (엔진실린더헤드), swirl ratio (스월비), flow coefficient (유량계수), unsteady flow (비정상 유동)
초록 실린더 헤드 흡기 포트의 유동 성능을 평가 하는 인자는 스월비와 유량계수이다. 실제 엔진 흡
입 유동 조건은 밸브 리프트가 연속으로 변화된 조건에서 매 사이클마다 피스톤 운동에 의해 공
기를 단속적으로 흡입하므로 비정상(unsteady) 유동이다. 그러나 현재 자동차 회사에서 사용되고
있는 실린더 헤드 흡기 포트 흡기 스월비 및 유량 계수 측정은 정상 (steady) 유동 조건에서 이
루어 지고 있다. 즉, 밸브 리프트(valve lift) 위치를 몇몇 특정 위치에 고정시키고 흡입 공기 유량
을 일정하게 유지한 조건에서 스월비 및 유량 계수를 측정한다. 따라서, 현재의 스월비 및 유량
계수 측정 기술은 실제 엔진의 흡입 유동 조건을 반영하지 못하고 있다. 스월 및 유량 계수의
기존 측정 방법이 가지고 있는 문제점을 극복하기 위해 실린더 내로의 공기 흡입이 매 사이클마
다 단속적으로 일어나도록 하는 장치를 개발하였다. 엔진 캠축 회전과 공기 흡입 과정이 실제
엔진 흡입 유동과 동등할 수 있도록 여러 개의 베벨 기어와 슬릿 회전 밸브 방식을 채용한 흡입
공기 단속 밸브를 제작하였다. 본 연구에서 개발한 장치를 사용하면 공기 흡입 과정을 슬릿 회
전 밸브와 원형 파이프의 오버랩 구간을 조정하여 유연하게 바꿀 수 있다. 슬릿 회전 밸브와 캠
축의 구동은 모터로 하였다. 모터 회전시 슬릿 회전 밸브와 캠축은 완전히 동기화되어 회전하며
실린더 내로 흡입하는 공기 유동은 캠축 1회전마다 단속적으로 이루어진다. 개발된 장치를 사용
하면 흡입 공기 유동은 엔진 흡입 유동과 거의 일치한다. 개발된 장치를 구동하여 실린더 내의
흡입 부압의 변화와 흡입 공기량을 측정함으로써 흡입 유동이 실제 엔진 유동과 유사한 가를 평
가하였다. 캠축이 일정 속도로 회전 하는 조건에서 엔진 실린더 내로 흡입되어 생성되는 스월
강도와 흡입 공기량을 일정한 캠 각도 간격으로 자동으로 반복 측정하도록 고안하였으며 이들
측정 데이터로부터 스월비 및 유량 계수를 자동으로 계산할 수 있다. 또한 짧은 시간 동안에 스
월비와 유량 계수를 자동으로 측정할 수 있기 때문에 측정 데이터의 통계 처리가 가능하여 신뢰
성 분석을 할 수도 있다.
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