• 에너지공학
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• 제11권2호
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• pp.90-98
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• 2002

본 연구는 선회유동과 연소인자가 9.4L인 터보과급 디젤엔진의 성능과 배기가스특성에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였다. 일반적으로 디젤엔진의 연소과정에서 선회유동은 분사되고 있는 연료와 흡칩공기의 혼합을 촉진시켜 줌으로써 엔진성능을 향상시키는데 매우 중요한 인자가 된다. 특히 터보과급 디젤엔진에서는 실린더내의 고온.고압가스로 인하여 연비와 NO$_{x}$ 농도는 서로 상반관계를 가지므로 적절한 용량의 과급기선정으로 흡.배기시스템, 분사시스템 및 연소실의 설계 등을 고려할 필요가 있다. 본 연구의 결과로서, 정상유동실험을 통하여 선회비가 증가함으로써 평균유량계수가 감소하고, 반면에 걸프 펙터가 증가함을 알 수 있었다. 또한 엔진실험을 통하여 흡기포트의 선회비 2.43, 분사시기 BTDC 13$^{\circ}$ CA, 압축비 16, 리앤트란트 5$^{\circ}$형 연소실, 노즐분공경 $\Phi$0.28*6 및 과급기 GT40(압축기 A/R 0.58, 터빈 A/R 1.19)의 적용인자가 최적의 성능 및 배기가스를 만족시킬 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.9-15
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• 2018

본 연구에서는 터보과급기의 성능을 저해하는 주요 인자 중 하나인 마찰손실에 대한 연구를 수행하였다. 실제 엔진에서 빈번하게 사용되는 저속 구간에서의 승용차용 터보과급기의 마찰손실 측정 장치를 개발하고, 저속 영역에서 작동하는 터보과급기의 마찰손실을 측정하였다. 플로팅 타입의 승용차용 터보과급기 저널 베어링를 실험 대상으로 선정하였으며, 마찰손실 측정 장치는 구동 모터, 오일 공급 시스템, 마그네틱 커플링으로 구성하였다. 실제 차량의 저속 운전 상황을 모사할 수 있도록 설계, 제작되었고, 터보과급기 회전속도, 오일 온도 및 압력을 실험 변수로 선정하였다. 또한, 마찰손실 측정 장치는 로드 셀을 사용하여 발생하는 마찰 토크를 직접 측정하여 마찰손실을 산출하였으며, 커플링을 통해 구동 모터의 동력을 터보과급기 축에 전달하고, 오일 온도 및 압력을 조절하였다. 오일 압력 3bar와 4bar로 오일을 공급하는 상태에서 오일 온도를 $50^{\circ}C$에서 $100^{\circ}C$까지 $10^{\circ}C$ 간격으로 변화시키면서 터보과급기를 회전수 30,000~90,000rpm으로 작동시켰다. 터보과급기 회전속도 증가할 때 마찰손실은 증가하였으며, 과급기 회전속도의 1.6 승에 비례함을 보였다. 오일 온도가 증가함에 따라 마찰손실은 감소하였으며, 오일 압력이 증가함에 따라 마찰손실은 증가하였다. 따라서 적절한 오일 온도와 압력을 유지하는 것이 필요하다.

• 오토저널
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• 제15권2호
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• pp.11-22
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• 1993

오늘날 자동차용 엔진에 대한 사용자의 요구는 여러가지가 있지만 그 중에서도 손쉬운 운전, 고 출력화, 응답(response)의 향상 등의 요구는 지금 이후로도 계속되리라 생각된다. 슈퍼차저도 이러한 요구에 의하여 사용되고 있으며 이제는 엔진의 보조적 향상책으로 뿐만 아니라 엔진에 있어서 필요 불가결한 것으로써 확실히 정착되리라 생각된다. 본 고에서 살펴본 바에 의하면 스크류식 슈퍼차저가 테스트된 4종류의 슈퍼차저중에서 가장 나은 성능, 과급압, 토르크를 주고 있으며, 또한 가장 소형이며 경량이다. 또한 스크류로타는 팽창기로써 효율 높게 작용할 수 있어, 이의 채용으로 기존의 터보콤파운드시스템 보다 8-10% 에너지 효율이 높게됨이 알려지고 있다. 그러므로 스크류로타를 이용한 터보콤파운드시스템은 기존의 어떤 시스템보다도 효율이 높은 시스템으로 발전할 수 있는 가능성이 높아 이의 연구가 적극 추진되어야 하겠다.

• 오토저널
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• 제5권2호
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• pp.1-14
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• 1983

총차량 중량이 15ton이 넘는 대형 트럭의 경우 1970년도에 18%에 불과하던 터보 챠저엔진의 비율은 점차 증가하여 1977년에 42%에 달하였고 1990년도에는 75%까지 증가할 것으로 예상 된다. 또한 현재 터보 챠저엔진의 BMEP는 11.2kg/$cm^{2}$, after cooled엔진은 13.6kg/$cm^{2}$에 이르나 앞으로는 after cooled엔지의 BMEP는 13-17kg/$cm^{2}$로 증대할 것이다. 그러나 터보 챠저엔진의 최대의 단점은 저속에서의 낮은 boost압력과 고속에서의 over boost압력을 갖는다는 것이나, 현재까지는 뚜렷한 해결책을 찾지 못하고 있는 실정이다. 따라서 1980년대에는 현재 사용되고 있는 터보 챠저나 이를 개선한 고성능 터보챠저를 부 착한 엔진이나 after cooled엔진이 주로 사용될 것으로 보인다. 앞으로 터보 챠저가 대형트럭용 엔진에 더욱 확대 사용되고 또 소형 디이젤 엔진이나 가솔린 엔진에서도 이용되기 위해서는 (1) 저속에서의 boost압력 증대 (2) 압력비의 증대 (3) 압축기 사용 flow range의 확대 (4) 소형 터보 챠저의 개발 등이 수반되어야 하며 이외에도 배기가스의 효율적인 에너지전달, 콤푸레샤 효율의 증대, 굉음의 감소, 저렴한 터보 챠저 및 after cooler의 개발, 터보 챠저의 소형화 등이 이루어져야 할 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.585-591
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• 2017

본 연구에서는 터보과급기의 성능을 저해하는 주요 인자 중 하나인 마찰손실에 대한 연구를 수행하였다. 실제 엔진에서 빈번하게 사용되는 저속 구간에서의 승용차용 터보과급기의 마찰손실 측정 장치를 개발하고, 30,000~90,000rpm의 저속 영역에서 작동하는 터보과급기의 마찰손실을 측정하였다. 플로팅 베어링 타입의 승용차용 터보과급기를 실험 대상으로 선정하였으며, 마찰손실 측정 장치는 구동 모터, 오일 공급 시스템, 커플링으로 구성되었다. 실제 차량의 저속 운전 상황을 모사할 수 있도록 설계, 제작되었고, 회전속도, 오일 온도 및 압력을 실험 변수로 선정하였다. 또한, 마찰손실 측정 장치는 로드셀을 사용하여 발생하는 마찰 토크를 직접 측정하여 마찰손실을 산출하였으며, 마그네틱 커플링을 통해 구동 모터의 동력을 터보과급기 축에 전달하고, 오일 공급 시스템을 오일 온도 및 압력을 조절하였다. 온도 $60^{\circ}C$와 $90^{\circ}C$, 압력 4bar의 오일을 공급하는 상태에서 터보과급기가 회전수 30,000~90,000rpm으로 작동할 때 터보과급기 회전속도 증가할 때 마찰손실은 증가하며, 대략적으로 과급기 회전속도의 1.4~1.8 지수승에 비례함을 보이고 있다. 또한 오일온도가 $60^{\circ}C$에서 $90^{\circ}C$로 증가할 때 마찰손실은 최소 41%, 최대 63% 감소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.723-729
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• 2019

터보과급기는 엔진에 장착하여 연비를 개선하는 효과적인 장치로 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 사용되는 트윈스크롤 터보과급기에서 발생하는 맥동유동의 질량유량을 측정하였다. 자체 설계 제작한 맥동유동장치를 사용하여 맥동이 있는 비정상상태에서 유동의 질량유량을 측정하였고, 맥동이 없는 정상상태의 질량유량과 비교 분석하였다. 맥동유동장치는 회전하는 상판과 고정된 하판을 사용하여 변하는 엔진의 배기밸브 유효면적을 반영하였다. 맥동이 있는 비정상상태 질량유량을 측정하기 위하여 차압식 압력계를이용한 오리피스 유량계를 사용하였다. 이때 기체의 온도와 절대압력을 측정하여 기체 밀도 변화를 고려하였다. 터보과급기의 저속 성능을 분석하기 위하여 압축공기를 사용하여 터보과급기 회전속도 60,000rpm에서 100,000rpm의 범위에서 측정을 수행하였다. 비정상상태의 질량유량은 정상상태와 비교하여 크게 다른 결과를 보였다. 정상상태 질량유량 계수는 터빈 팽창비가 증가함에서 따라 증가하지만, 비정상상태 질량유량 계수는 정상상태 값 주변의 히스테리시스 루프를 형성하며 변화량은 정상유동 기준 최대 5.0배이다. 이것은 맥동유동에 의하여 터빈 볼류트 공간에서 충진과 방출이 일어나기 때문이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.386-391
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• 2021

터터보 과급은 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 핵심기술이다. 특히 가솔린엔진에서 엔진 다운사이징 등 다른 제어 기술과 결합하여 이산화탄소(CO2) 배출을 감소시키는 데 효과적이다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 장착되는 트윈 스크롤 터빈 터보과급기에서 맥동유동의 터빈 효율을 측정하였다. 맥동 생성장치가 있는 저온 테스트 벤치를 제작하여 맥동 유동이 있는 비정상상태의 압력과 온도를 측정하고 터빈 효율을 산출하였다. 테스트 벤치는 공기 압축기, 트윈 스크롤 터빈, 온도 및 압력 측정 장치 등으로 구성되었다. 실제 승용차용 엔진에서 주로 사용되는 중저속 엔진 작동 영역에 해당하는 맥동 주파수 25.0 Hz와 33.3 Hz를 공급하면서 터보과급기 회전속도를 60,000 rpm에서 100,000 rpm까지 변화시키며 측정을 수행하였다. 이때 압축비를 1.088에서 1.600 사이의 값으로 조정하였다. 이 측정 조건에서 터빈 효율은 0.517~0.544 값을 보였다. 맥동 주파수 33.3 Hz의 경우, 터빈 회전수 60,000 rpm에서 터빈 효율의 변동은 7.7%이나 터빈 회전수 100,000 rpm에서 변동은 2.6%로 터빈 회전수가 증가함에 따라 맥동의 영향은 감소하였다. 맥동 유동에서의 터빈 효율은 정상 유동 터빈 효율에 비해 터빈 회전수 60,000 rpm 인 경우 7.0%, 회전수 100,000 rpm 인 경우 3.0% 낮은 값을 보이고 있어 맥동 유동이 터빈 효율을 악화시키는 결과를 보였으며 이러한 영향은 터빈 회전수가 증가함에 따라 감소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권11호
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• pp.765-770
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• 2020

터보과급기는 엔진에 장착하여 연비를 개선하는 효과적인 장치로 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 장착되는 트윈 스크롤 터빈 터보과급기에서 정상유동의 등엔트로피 터빈 효율을 분석하였다. 자체 설계 제작한 저온 테스트 벤치를 사용하여 정상상태의 압력과 온도, 질량유량을 측정하였다. 테스트 벤치는 공기 압축기, 트윈 스크롤 터빈, 온도 및 압력 측정장치 등으로 구성되었다. 실제 승용차용 엔진에서 주로 사용되는 중저속 엔진 작동 영역에 해당하는 터보과급기 회전속도 60,000 rpm에서 100,000 rpm 의 범위에서 측정을 수행하였다. 이 회전속도 범위에서 등엔트로피 터빈 효율은 0.53에서 0.57의 값을 보였다. 이때 블레이드 속도비은 0.71에서 0.84까지, 팽창비는 1.24에서 1.72의 범위에서 변화하였다. 효율은 블레이드 속도비와 팽창비가 증가하면서 감소하는 경향을 보였다. 그리고 트윈 스크롤 중 스크롤 A 또는 B 만 작동하는 경우에 대한 실험을 수행하여 결과를 스크롤 A와 B 모두 작동할 때와 비교하였다. 60,000 rpm에서는 스크롤 B를 사용한 경우, 그리고 100,000 rpm에서는 스크롤 A를 사용한 경우 높은 효율을 보였다. 따라서 본 연구에 사용한 트윈 스크롤 터빈은 효율적으로 작동하고 있음을 보였다.

• 한국가스학회지
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• 제17권5호
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• pp.8-14
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• 2013

천연가스에 수소를 첨가하는 수소-천연가스 혼합연료 (HCNG) 엔진 기술은 수소의 빠른 화염속도와 넓은 가연범위를 이용하여 출력 및 배기성능을 최적화하는 기술로서 희박연소 한계를 증가시킴으로써 열효율의 개선은 물론 유해배출물의 저감을 얻을 수 있다. 그러나 과급장치를 사용하는 희박연소 엔진의 경우 전부하 운전조건에서 희박연소 한계의 증가는 충분한 공기량을 공급할 수 있도록 과급용량의 증가가 선결되어야 구현될 수 있다. 본 연구에서는 HCNG 엔진 개발의 일환으로 과급시스템의 변경에 의한 엔진의 출력특성을 파악하고, 과급용량 증대의 적용가능성을 검토하고자 하였다. 터보차저가 과급압력의 증대 보다는 유량이 증가된 영역에서 효율이 높게 설계된 경우 농후한 혼합기 조건에서는 과급압력이 감소되더라도 제원상의 출력을 만족하며 효율적인 운전이 가능하였다.

• 한국항행학회논문지
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• 제14권1호
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• pp.93-101
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• 2010

본 논문에서는 터보차저 엔진에서 중요한 문제로 대두되는 응답 특성을 규명하고, 전 부하뿐만 아니라 빈번하게 운행되는 부분 부하 조건 하에서의 엔진 성능을 분석하고자 한다. 시험 결과 컴프레서의 압축비는 1260 rpm 까지는 직선 형태로 급격히 증가하고 이후에는 약 2.5 정도로 완만하게 증가하는 것으로 나타났다. 이때 제동 평균 유효 압력도 압축비에 따라 1260 rpm 까지는 직선적으로 급격하게 증가하다가 1600 rpm 이후부터는 급격히 감소하였다. 과급압이 증가될수록 연비, 공기 과잉률, 제동 평균 유효 압력이 향상되나 중저속 영역보다는 정격 회전수로 갈수록 높아지는 경향이 크게 나타나고 있다. 터보차저는 약 1260 rpm 에서부터 안정적으로 작동되는 것으로 나타났으며 저속 영역에서는 과급기의 특성상 효율이 낮게 나타났다. 이 연구의 결과는 터보차저 엔진의 안정적 부하와 속도 제어 방법에 응용할 수 있다.