• 기계와재료
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• 제22권3호
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• pp.96-109
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• 2010

자동차는 다양한 형상과 기능을 가진 부품소재의 집합체라 할 수 있다. 자동차의 고출력화에 의한 연비향상과 각국의 환경규제 강화 요건을 충족시키기 위해 자동차 엔진의 작동온도와 이에 따른 배기가스의 온도가 꾸준히 높아지는 추세이다. 따라서 고온재료의 선택과 사용이 보다 중요해 지고 있다. 자동차에 사용되는 고온 부품은 설계사양에 맞추어 그리고 경제적인 측면을 고려하여 내열재료를 사용하는 방법과 표면처리를 하는 두 가지 방법이 주로 채택되고 있다. 내열재료를 사용하는 대표적인 부품은 엔진을 구성하는 부품과 연소실로부터 나오는 고온 고압의 배기가스가 이동하는 배기계 부품이다. 엔진을 구성하는 부품 중에는 냉각수에 의해 온도가 제어되는 부분은 경제적인 소재가 사용되나 밸브와 같은 부품은 고온재료가 채용된다. 가장 높은 온도에서 사용되는 배기계 부품에는 경제성이 감안되면서도 높은 열적, 기계적 안정성이 동시에 요구되고 있다. 전통적으로 배기부품에는 구상흑연주철이 널리 사용되어 왔고 현재에도 원가 측면의 강점을 이용해 대부분의 차량에 적용되고 있으나 일부 고출력, 고배기량 엔진의 경우에는 주철의 한계온도 이상의 배기온도가 요구되어 스테인리스 강을 도입하고 있다. 또한 내열 타이타늄 합금, 금속간화합물과 같은 고온재료가 개발됨에 따라 고가의 차종에는 신재료가 이들 부품으로 채용되고 있다. 이 글에서는 배기계 부품의 설계적인 요소에 의한 열적, 기계적 측면의 내구 특성을 살펴보고, 이들 부품에 보편적으로 적용되는 고온 금속재료의 종류 및 기계적 특성을 소개하였다. 아울러 미래의 환경친화적 자동차용 고온 부품을 개발하기 위하여 연구되고 있는 Super Si+MO, 스테인리스 강, TiAl, 고온 타이타늄 합금 등과 같은 자동차 내열 부품으로 사용되는 신소재의 연구개발 동향에 관하여 기술하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권8호
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• pp.849-854
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• 2013

선박 운항의 경제성, 효율성 및 편리성을 높이면서 친환경 선박에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 이 중 하나가 전자제어식 디젤 엔진의 개발이다. 자동차용 소형에서는 이미 전자제어식 디젤기관이 주류를 이루고 있으나 선박에서는 안정성 및 신뢰성의 문제로 보급에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 전자제어식과 캠식 엔진이 동시에 탑재되어 있는 한국해양대학교의 실습선 한바다호의 주기관을 이용하여 두 엔진의 성능을 비교 분석하였다. 그 결과 전자제어식 디젤엔진의 연료소비율이 저감되었으며 특히 저부하에서의 성능이 보다 우수하였다. 또한 연료소비율에 있어서 해상 시운전에서 훨씬 효과적이었다.

• 한국추진공학회지
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• 제8권4호
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• pp.91-101
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• 2004

분사기와 연소실만을 가지는 연소기의 수학적 선형모델을 가지고, 액체추진제 로켓엔진 연소기에 대한 저주파 동특성 분석을 수행하였다. 연소실의 압력변화가 추진제 유량변화로 되먹임되는 구조를 가짐에 따라 저주파 섭동을 나타냈으며. 연소실의 시정수가 증가할수록, 분사기의 차압이 증가할수록, 연소시간지연이 짧을수록 시스템은 안정하였다. 분사기 시정수 변화가 안정성에 미치는 영향은 크지 않았다. 연소시간지연이 없는 경우의 시스템은 항상 안정하였으며, 지연시간이 증가할수록 섭동 주파수 및 감쇠율은 줄어들며, 결국 시스템은 불안정하게 되었다.

• 한국가스학회지
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• 제19권6호
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• pp.8-14
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• 2015

합성가스(SNG)는 석탄 가스화를 통하여 얻어지는 가스연료로서, 고유가로 인한 천연가스가격 상승을 대비할 수 있는 대체연료 중의 하나로 주목받고 있다. 본 연구에서는 메탄 90.95%, 프로판 6.05%와 수소 3%의 조성비를 갖는 SNG연료 모사가스와 압축천연가스 (CNG)를 11리터 급 CNG 엔진에 적용하여 연소 및 배기 특성을 비교실험 하였다. 연료공급시스템, 분사시기 등 엔진의 연소제어인자를 일정하게 하고 전부하 운전조건에서 엔진회전수 변화에 따른 출력, 열효율, 연소 안정성 및 배기특성을 비교하였다. 1260rpm, 전부하 운전조건에서 노킹특성도 분석하였다. SNG 연료를 사용했을 때 출력 저하 없이 연소안정성이 향상되어 열효율이 증가하였다. 질소산화물($NO_x$)의 배출은 CNG연료의 경우에 비해 증가되었으나 이산화탄소($CO_2$)의 배출은 감소하였다. SNG 연료를 이용하여 운전할 경우 내노킹성이 향상되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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• pp.156-160
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• 2006

본 연구에서는 액체 추진제 로켓엔진의 연소기에 주로 사용되는 액체-액체 동축 스월형 분사기의 분무특성에 대해 고찰하였다. 액막의 분열에는 선형 안정성 이론[1]을 도입하였고 분열 후 충돌에는 충돌이후 분열이 고려된 Post[2]의 모델을 사용하였으며, solver로는 KIVA[3]를 사용하였다. 이러한 모델을 통해 디젤 엔진에 적합한 고속 분사와 로켓엔진에 적합한 저속 분사를 각각 검증하였고 실험결과와 잘 일치하는 것을 볼 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.588-593
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• 2011

대기외란을 적용한 램제트 엔진 시스템의 성능계산 기법을 제안 하였다. 비행 궤도는 동압력이 일정한 궤적을 사용하였다. 고도에 따른 동압력을 설정하고, 이에 따른 비행 조건에서 대기 외란을 계산하였다. 엔진 흡입구로 유입되는 대기 외란을 계산하기 위하여 Tank의 외란 모델을 사용하였으며, 외란을 고려한 비행 조건에 대한 성능 계산을 수행하고 추력과 종말 충격파의 위치를 파악함으로써 설계된 비행 궤도 내에서 램제트 엔진 시스템의 비행 안정성을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제21회 추계학술대회 논문집
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• pp.78-82
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• 2003

우주발사체의 2단용 엔진으로 10톤급 케로신 재생 냉각 방식의 액체로켓엔진에 대한 보조 냉각 기구로서, 막냉각을 고려한 냉각특성에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 연소기내에서 연소가스의 유동이 축방향으로 층류화되어 있다는 개념하에, 엔진 단면을 서로 독립적인 중심부와 외곽부로 나누며, 외곽부에는 여분의 연료를 분무시킴으로써 연소가스 온도를 낮추어 냉각채널로 전달되는 열유속량과 벽면 온도를 감소시킬 수 있었으며, 엔진의 열적 안정성을 향상시킬 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.546-549
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• 2009

제어법칙 설계를 위한 초음속 엔진의 동적 모델링을 수행하였다. 초음속 유동장과 연소 유동장에 대한 적절한 보존 방정식을 이용하여 관심 있는 위치에서의 유동 특성을 관측할 수 있도록 모델을 구성하였고, 제어기 설계 후 대기 외란에 의한 제어 안정성을 평가하기 위하여 비행 중 엔진이 받게 되는 공기의 외란을 모델링하였다. 모델링 결과 CFD에 의해 비교 검토된 성능해석 모델과 정상상태 성능이 매우 일치한 결과를 보였으며 자유흐름의 외란 특성이 엔진 모델과 결합하여 엔진 유동장의 다양한 형태로 표현됨을 확인 하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권10호
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• pp.66-72
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• 2003

우주발사체의 2단용 엔진으로 10톤급 케로신 액체로켓엔진에 대한 냉각 기구로서, 재생냉각과 막냉각을 고려한 냉각특성에 대한 해석전 연구를 수행하였다. 연소기 내에서 연소 가스의 유동이 축방향으로 층류화되어 있다는 개념하에, 엔진 단면을 서로 독립적인 중심부와 외곽부로 나누며, 외곽부에는 여분의 연료를 분무시킴으로써 연소가스 온도를 낮추어 냉각채널로 전달되는 열유속량과 벽면 온도를 감소시킬 수 있었으며, 엔진의 열적 안정성을 향상시킬 수 있었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 1994년도 춘계학술대회논문집; 영남대학교, 20 May 1994
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• pp.76-81
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• 1994

승용차에 있어 엔진의 공회전시나 주행중에 발생하는 여러 형태의 진동 및 소음의 저감은 승차감 및 차량의 안정성에 있어 중요한 과제가 되고 있다. 이러한 소음, 진동은 주로 엔진에서 발생하는 토크의 비주기적인 변동성분이 클러치(clutch), 변속기(transmission), 구동축을 거쳐 바퀴로 전달되는 과정에서 발생한다. 셔플(shuffle)은 주행중 가속페달(accelerator)을 급조작(tip-in, tip-out)하였을 때 차량이 전후로 과도적으로 울렁거리는 종진동 현상을 말하며, 이것은 가속페달의 급조작으로 인해 엔진토크가 큰 변동을 일으키고, 동력전달계를 통해 타이어에 전달된 이 토오크는 타이어축에서 구동측으로 역토오크를 발생시키기 때문에 발생한다. 여기서 팁-인(tip-in)이란 승용차를 저속으로 운전하다가 갑자기 가속페달을 밟는 경우를 말하며, 팁-아웃(tip-out)은 반대로 고속상태에서 갑자기 가속페달을 떼는 경우를 말한다. 실험과 시뮬레이션을 사용한 자동차 동력전달계의 비틀림 진동에 대한 연구는 이미 여러 연구자들에 의해 보고되었다. H.Arai은 2자유도 비선형 모델을 사용하여 클러치 접속시 발생하는 외란과 계의 안정성을 고려하여 시뮬레이션을 수행하였고, M.Kataoka는 기어의 공차(clearance)를 고려한 변속기의 강제 비틀림 진동을 실험과 시뮬레이션을 통하여 해석하였다. 그리고, Wu Hui-Le는 자동차 동력전달계의 비틀림 진동 현상을 실험과 이론적인 계산을 통해 연구하였고, R.J.Comparin는 치타음의 발생구조와 특성을 고찰하고 비서형 비틀림 공진 저감에 의한 치타음 저감 기법에 대하여 연구하였다. 또한 G.J.Fudala는 다자유도 모델을 이용하여 클러치의 비틀림 특서엥 따라 주파수분석을 수행하여 치타음 저감 방법을 연구하였고, T.Sakai는 5자유도 모델을 이용하여 엔진 공회전시 발생하는 치타음에 대해 이론과 실험을 통해 해석하고, 엔진 회전수 변동, 클러치 특성, 변속기의 드래그(drag) 토크의 영향과 치타음 저감을 위한 개선된 클러치 특성을 제시하였다. 이 외에도 Thomas C.T.와 E.P.Petkus는 특정 차량에 대한 동력전달계의 비틀림 진동 현상에 대해 연구하였다. 이러한 연구들로 볼 때, 자동차 동력전달계에서 발생하는 진동은 이론과 실험을 통해 그 해석이 가능하며 설계에 매우 유용하게 이용되고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 연구는 4 실린더 4 싸이클 1.5 L 엔진을 장착한 경승용차의 실차 주행실험을 통해 가속 페달의 급조작에 따른 차체의 종진동 현상을 측정하고, 엔진-변속기-타이어-차체의 반환정계 4자유도 진동모델로 시뮬레이션을 수행하여 실차 주행실험의 결과치와 비교, 분석한 후 클러치 비틀림 특성을 비롯한 자동차 동력전달계의 각 설계인자들이 차체의 종진동에 어떠한 영향을 미치는가를 해석하고자 한다.