기존의 범용 가솔린 소형엔진의 경우 대부분이 캬브레이터 연료 공급 방식으로 연비 및 배기가스성분이 매우 열악한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고 배기규제에 대응하기위하여 전자제어식 연료분사방식으로 엔진을 변경하고, 관련핵심 부품의 개발을 수행하였다. 전자제어식 소형엔진에 적합한 인젝터, 연료펌프를 선정하였으며 연료레일은 새로이 설계하여 장착하였다. 최적의 작동조건을 선정하기위하여 엔진의 성능개발을 수행하였다. 개발된 소형엔진은 기존의 캬브레이터 방식의 엔진 대비 우수한 연비개선 효과와 배기가스 저감 효과가 있었다.
실험을 통하여 엔진의 성능을 파악하고자 한다면 적지 않은 시간동안 많은 비용과 노력이 필요하다. 최근 연구에서는 이러한 단점을 해결하기 위해 CFD를 이용 선행해석을 통해 미리 그 엔진의 성능을 예측하여 실험에 들이는 시간과 비용을 줄여가고 있다. 본 연구는 실험을 통하여 소형엔진의 성능을 알아보기 이전에 선행해석을 통해 소형엔진의 성능을 예측하고자 한다. 소형엔진의 선행 해석을 위해 전자제어 연료분사 방식의 400cc급 소형엔진을 모델링하고 1D 해석프로그램인 GT-Power를 통하여 엔진의 Toque, Power 및 배기가스를 예측하였다.
기존 Non-Road 가솔린 불꽃점화 소형엔진의 경우 대부분이 캬브레이터 연료 공급 방식으로 연비 및 배기가스 성분이 매우 열악한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고 배기규제에 대응하기위하여 전자제어식 연료분사방식으로 엔진을 변경하고, 관련핵심 부품의 설계 및 개발을 수행하였다. 전자제어식 소형엔진에 적합한 인젝터, 연료펌프를 선정하였으며 연료레일은 새로이 설계하여 장착하였다. 최적의 인젝터, 연료펌프 및 흡기포트를 선정하기위해 각각의 핵심 부품에 대한 성능개발을 수행하였다. 제작된 소형엔진은 엔진성능 개발을 통하여 연비 및 배기가스를 개발할 예정이다.
15kg급 소형무인기의 동력장치 개발을 위한 연구로서 엔진 개조에 따른 성능변화를 측정하기 위하여 소형엔진 성능시험대를 제작 및 개량하였고, 추가적인 성능 개량을 위한 향후계획을 도출하였다. 표준적인 엔진시험방법을 통해 엔진의 성능을 평가하여 문제점을 찾아내고 개선하여 목표한 장기체공형 무인기 엔진 개발을 완수할 수 있도록 엔진성능 표준 시험장치를 구성하였다. 엔진성능 표준시험 장치를 이용하여 가솔린 연료를 사용하는 개조된 엔진의 성능을 측정하고 이의 과정 및 엔진성능과 관련한 문제점들을 제시하였다.
본 연구에서는 전자제어 분사방식 소형엔진의 모델을 개발하기 위하여 기존 소형엔진의 제원을 바탕으로 1차원 모델을 구성하였다. 새롭게 구성된 모델의 성능해석을 수행하고 이를 실험결과와 분석하여 모델의 타당성을 확인하였다. 1차원 성능 모델의 토크 및 출력 해석결과는 실험결과와 3%이내의 오차를 보였으며, 소형엔진의 토크 및 출력 특성을 우수하게 예측하고 있다. 소형 엔진의 성능향상을 위해 엔진의 흡입성능에 미치는 성능인자의 영향력을 분석하였다.
국내 선박용 원동기연구는 1980년대에 들어서면서부터 엔진의 성능시험평가, 요소 기술개발연구, 소형엔진의 성능개량연구 등이 연구인력확보, 연구시설 확충 및 연구기반 구축과 병행하여 진행 되고 있다. 중. 대형엔진공장을 유치하여 생산공급하기도 급급했던 초기단계에서 수요확보를 위한 노력이 절실히 요망되었고, 또 부품 국산화, 수요자 요구에 부응키 위한 자체 능력향상은 가공생 산기술축적, 설계능력향상, 수리전문 기술자 및 AS등으로 도모되어 왔다. 외국 기술도입에 의한 생산의 장점-기술도입자체 외에도 세계적인 서비스 네트워크, 상표사용, 새로운 기술의 확보 등은 한국형 엔진 개발을 위한 연구를 도외시해 왔다. 한편 소형엔진에서는 어선 근대화 사업, 어민들 의 엔진성능인식이 상향됨으로써 새로운 고성능 엔진개발이 1980년대에 활발하게 진행되어 상당 한 진전을 보여 왔으며 고속엔진개발이나 대체에너지 이용 엔진개발에도 연구가 확대되고 있다. 본 글에서는 국내 박용 원동기 연구개발동향을 소개하기 위하여 국내 박용디젤엔진 산업과 연구 배경, 개발연구 등에 대한 내용을 실적 및 진행중인 과제를 위주로 요약 소개하고자 한다.
국내 소형 가스터빈엔진 상용화 시장의 저변화를 위하여 상용 소형 가스터빈엔진의 시동 및 정상운용구간에서의 제어로직을 파악하고자 하였다. 이를 통하여 시동 및 정상운용구간에서 엔진의 점화 및 정상작동을 위하여 엔진의 점화기, 시동모터, 연료펌프 및 연료밸브가 어떻게 제어되는지 파악하였고, 확보된 제어로직을 실제 상용화 연구가 진행되고 있는 소형 가스터빈엔진의 지상용 제어기에 활용하였다. 해당 엔진은 비행용 엔진 제어기를 제작 중이며, 제작 완료 후 항우연에서 보유하고 있는 고도시험설비를 활용한 고도시험을 통해 비행시험 전에 고도에서의 운용성능을 확인할 예정이다.
소형항공기에 장착되는 추진기관의 기술동향을 조사하고 검토하였다. 현재 소형항공기 시장은 피스톤 엔진과 터보프롭, 터보팬엔진이 대부분의 시장을 점유하고 있으며, 지속적으로 기술개발이 진행되고 있다. 피스톤엔진의 경우, 기존의 가솔린엔진 외에 디젤엔진이 새롭게 부각되고 있다.디젤엔진은 상대적으로 비용이 낮고 구입이 용이한 연료(Jet A)를 사용하는 장점을 토대로 소형항공기 시장 수요가 증가하고 있으며, 신뢰성과 효율을 높인 새로운 엔진들이 개발되고 있다. 가스터빈엔진의 경우, 새롭게 떠오르고 있는 VLJ 시장 수요를 겨냥한 소형 터보팬엔진 사용이 증가하고 있으며, 향후 수요가 급격히 증가할 것으로 예상된다. 한편, 최근의 고유가 상황 및 환경 영향성을 고려하여 기존의 화석연료를 사용하지 않는 전기추진방식 도 개발되고 있다. 향후 소형항공기 추진기관은 더욱 높은 신뢰성과 안전성을 토대로, 성능과 효율 향상은 물론 친환경적인 특성을 갖도록 개발될 것이다.
1~10kVA 대의 소형 발전기는 엔진, 알터네이터와 제어기로 구성되어 있다. 소형 발전기의 소음은 주로 엔진에서 발생하며, 이 소음은 전투 중 아군의 위치를 적군에게 노출시킬 수 있으므로 소음 저감이 요구된다. 소형 발전기의 소음을 저감하는 방법으로 차음상자를 이용할 수 있다. 소형 발전기의 경우 이동이 용이하여야 하므로 무게 및 부피가 연료의 소모, 엔진의 내구성 등에 비해 더 중요시 된다. 따라서 본 논문에서는 소형 발전기의 이동의 용이성을 고려하여 사람이 들 수 있는 가벼운 무게의 근접(close-fitting) 차음상자를 설계하고자 한다.
소형엔진은 매우 열악한 환경에서 작동하게 되는데, 이러한 엔진으로 흡입되는 공기를 정화하는 흡기시스템은 매우 중요한 설계인자이다. 본 연구는 이러한 소형엔진에 적용하기 위한 흡기시스템을 개발하고, 효율적인 개발 업무를 진행할 수 있도록 하는데 그 목적을 두었다. 기초 자료를 확보하기 위하여 3가지의 기본 모델을 제작하였다. 이를 바탕으로 유동 해석 및 엔진 특성 분석을 통해 기존 사양 대비, 우수한 성능을 보이는 모델을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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