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Ⓒ2015 KSAE / 134-17 pISSN 1225-6382 / eISSN 2234-0149
DOI http://dx.doi.org/10.7467/KSAE.2015.23.1.139Transactions of KSAE, Vol. 23, No. 1, pp.139-147 (2015)
정상유동 장치에서 유동 특성 평가 방법에 대한 연구(2) - ISM와 PIV 측정의 비교
박 찬 준․엄 인 용*
서울과학기술대학교 기계․자동차공학과
Study on Evaluation Method of Flow Characteristics in Steady Flow Bench(2) - Comparison of ISM and PIV Measurement
Chanjun Park․Inyong Ohm*
Department of Mechanical & Automotive Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 139-743, Korea
(Received 10 November 2014 / Revised 17 November 2014 / Accepted 26 November 2014)
Abstract : This paper is the second investigation on the evaluation methods of flow characteristics in a steady flow bench. In the previous work, several assumptions used in the steady flow bench were examined and it was concluded that the assumption of the solid rotation might cause serious problems. In this study, intake valve angle is selected as a main parameter for the assessment because the main flow direction to cylinder governed by this angle has the strongest influence on the in-cylinder flow pattern. For this purpose, four heads, which have the different angle, are prepared and the flow characteristics are estimated both by the conventional impulse swirl meter and a particle image velocimetry at 1.75 times bore position apart from the cylinder head, which is widely used plane in the steady flow measurement. The results show that both of the eccentricity and the velocity profile distort the flow characteristics when using the ISM at 1.75 plane, however, the effects of two factors act in the opposite direction. In addition, the profile's influence is much greater than that of the eccentricity.
Key words : Steady flow bench(정상유동장치), Swirl(스월), Impulse swirl meter(충격식 스월 측정기), PIV(입자영 상유속계), Velocity profile(속도분포), Intake valve angle(흡기밸브각도), Momentum(운동량), Eccentricity(편심)
Nomenclature
1) : cylinder bore, m
: flow coefficient
: Eccentricity Ratio,
: calculated momentum for cylinder center
: calculated momentum for swirl center
: mass flow rate through port, kg/sec
: non-dimensional rig swirl
*
Corresponding author, E-mail: [email protected]
: number of intake valve
: swirl ratio
: engine stroke
: distance of swirl center from cylinder center
: moment of momentum flux, N･m
: theoretical velocity through port, m/sec
: tangential velocity, m/sec
: axial velocity, m/sec
: velocity(cartesian coordinate), m/sec
: velocity(cartesian coordinate), m/sec
박찬준․엄인용
: crank angle intake valve opening, rad
: crank angle intake valve closing, rad
: density of air, kg/m
3
: angula swirl velocity at induction end, rad/sec
: angula crank velocity, rad/sec 1. 서 론
내연기관의 내부 유동은 스파크점화기관과 압축 점화기관에서 모두 연소과정에서 가장 주요한 인자 이다. 내부 유동 중 거시적 거동은 실린더 내 혼합기 분포 또는 혼합 과정 그리고 화염전파 방향에 영향 을 주고 미시적 난류특성은 주로 연소속도에 관계 하여 연소 성능에 영향을 준다.
1-5)기관의 성능을 예측하고 설계 목표를 달성하기 위해 유속 및 유동특성에 대한 정보는 반드시 필요 한 부분이므로 다양한 방법들이 개발되어 사용되었 는데, 그 대표적인 방법이 정상유동 평가이다. 즉 유 속 및 유동 특성의 직접 측정이 불가능한 상황에서 기관 내부유동에 대한 평가는 주로 정상유동 장치 에 의존해 왔고, 이 결과를 흡기시스템 설계의 설계 기준으로 사용하였다.
그러나 이전 연구
6)에서 논의한 바와 같이, 현재 통용되는 대표적 방법인 충격식 스월 측정기(ISM, impulse swirl meter)를 이용해 유동 특성을 유추하는 경우 스월이 강체 회전을 한다는 가정에서 여러 문 제점이 발생한다. 즉 스월 중심이 편심되어 있으면 편심도는 실제 토크에 큰 영향을 주지만 충격식 스 월 측정기로는 편심의 효과를 확인할 수 없다. 더구 나 충격식 스월 측정기로 예측한 스월의 각속도는 실제와 큰 차이가 나며 이것은 결과적으로 스월 계 수를 왜곡시킨다.
후속 연구에서는 강체 회전 가정의 문제를 항목 별로 구체적으로 논의하겠으며, 본 연구에서는 우 선 현상의 파악을 위해 ISM 측정과 입자영상유속계 (PIV, particle image velocimetry)를 이용해 측정한 결 과를 비교하고자 한다. 비교는 동일한 기관으로 흡 기밸브의 각도가 서로 다른 4개의 헤드를 대상으로 하였다. 흡기밸브각도를 주요 파라미터로 선정한 이유는, 밸브각도는 흡입 유동이 기관의 내부로 진 입할 때 주 유동의 진행 방향을 결정하므로 내부 유
동에 가장 큰 영향을 주는 인자이고,
7-12)이 결과로 실제 기관의 연소 특성이 크게 달라지기 때문이다.
13)유동 특성의 비교는 우선 가장 평가에 널리 사용 되는 위치인 헤드에서 보어(bore)의 1.75배 만큼 떨 어진 위치(1.75)에서 행하였으며, 평가 위치의 영 향에 대해서도 역시 후속 논문에서 논의하겠다.
2. 실험 장치 및 방법
밸브각도는 기관의 실린더 축 중심과 밸브가 이 루는 각도로 정의되며, Fig. 1에 기관의 기하학적 형 상과 관련된 여러 각도의 정의와 본 연구에서 사용 한 서로 다른 흡기밸브각도를 가진 4개의 헤드의 개 략도를 제시하였다. 여기서 흡기밸브는 2개이지만 후측(rear) 밸브만 개방하여 흡입 시 스월 유동이 형 성되도록 하였다.
Fig. 2에는 실험장치의 개략도를 나타냈는데, ISM (G. Cusson사 P7300/200)는 통상적인 측정위치 인 1.75에 설치하였다. 유량은 층류유량계(laminar flow meter, Mariam사 Z50MC2-4)를 ISM의 하류에 설치하여 측정하였다.
(a) Definition angles
(b) 4 Different intake valve angles
Fig. 1 (a) Definition of angles (
: intake valve angle,
: exhaust valve angle and
: intake port angle) and (b) schematics of 4 head with different intake valve angle정상유동 장치에서 유동 특성 평가 방법에 대한 연구(2) - ISM와 PIV 측정의 비교
(a) Steady flow bench
(b) PIV system
Fig. 2 Schematics of (a) steady flow bench and (b) PIV system
PIV로 측정하는 경우, 정상유동장치의 실린더와 하부를 투명 아크릴로 제작하고, ISM의 장착부위에 레이저 시트 빔(laser sheet beam)을 조사하여 속도를 측정하였다.
역시 Fig. 2에 도시된 PIV 시스템은 CCD 카메라 (1K × 1K KODAK Megaplus ES 1.0), 렌즈(85mm PC-E Micro Nikkor), 광원(30mJ NewWave Dual Nd-Yag) 및 동기화 장치(TSI, model 610034)로 구성되었다.
내부 입자들의 이동거리 및 속도를 정확하게 측정 하기 위하여 CCD 카메라에 평철렌즈(plano convex lens, PLCX F:500mm)와 평요렌즈(plano concave lens, PLCC F:-15mm)를 부착하여 영상을 획득하였 다. 미립자로는 오일을 사용하였으며, 미립자 발생 기(TSI_SIX-JET Atomizer 9306)를 사용하여, 1μm 이 하의 입자를 발생시켰다. 이미지 획득과 처리는 TSI 사의 소프트웨어(Insight)를 이용하여 보어 86mm에
Table 1 Experimental conditions and specifications of PIV Common
Valve angle (°) 11, 16, 21, 26 Valve lift
(mm)
ISM 1 ~ 10, 1mm increment PIV 2, 3, 6, 8, 10 Measuring position 1.75
(150.5mm from Head)Pressure drop 15" H2O (383mm H2O) PIV
Laser pulse
Separation 25
sec
Frequency 5
Hz
Width ≪100 μm
Sampling raw data no. 200
Processing 50% Overlap,
16 pixel ×16 pixel
Particle
Size ≪1 μm
No. density 107 particle/cm3
Stokes no. ≪1
대해 59 × 59의 속도 분포를 구하였다. 실험 조건과 기타 PIV 시스템의 사양은 Table 1에 나타내었다.
정상유동 실험과 데이터의 처리는 통상적인 방법
6)을 사용하였으며, PIV로 측정한 속도로 토크(moment of momentum)는 다음과 같이 구하였다. 즉 일반적 인 토크 계산식은 다음과 같다.
14)
(1)
측정한 속도 분포가 직교 좌표계에서 이루어졌으 므로 식 (1)에 구분구적법을 적용하면
cos
sin
(2)
전체 평면에 걸쳐 밀도와 실린더 축 방향 속도가
,
동일한 경우
cos
sin (3)
속도 측정으로 토크는 실린더 중심(CC, cylinder
center) 기준 그리고 스월 중심(SC, Swirl center) 기준
의 두 가지 경우에 대해 구하였는데, 실린더 중심으
로 구한 값은 ISM와 비교하는 것이 목적이고 스월
중심은 실제 값을 구하는 게 목적이다. 토크를 구한
후 이전 논문
6)에서 논의한 스월의 편심, 반경 방향
Chanjun Park․Inyong Ohm
및 축 방향 속도 분포의 차이를 고려하지 않고 잠정 적으로 식 (4), (5)
6)와 같이 현재 평가 방법을 기계적 으로 적용하여 스월 계수(
)와 스월비(
)를 구하 였다.
⋅
⋅ ⋅
(4)
(5)
Table 1에 제시한 바와 같이, ISM로 측정하는 경 우 밸브 리프트를 1mm에서 10mm까지 1mm 간격으 로 변화시키며 실시하였고, PIV인 경우 밸브 리프트 2, 3, 6, 8, 10mm에서 실시하였다. PIV 실험에서 밸브 리프트의 간격을 위와 같이 한 이유는 다음과 같다.
2, 3mm는 낮은 리프트를 대표하고 6mm는 중간을 대표한다. 그리고 8mm 근방에서 유량이 포화되기 시작하기 때문에 이 부분을 중심으로 유량계수와 스월 계수가 급격히 변하기 때문에 선택되었다. 마 지막으로 10mm는 최대 밸브 리프트로 선정되었다.
이렇게 선택된 밸브 리프트의 유효성을 검증하기 위해 동일한 ISM 측정 결과를 이용해 상기 리프트 로 계산한 스월비(
)와 유량계수(
)를 1mm 간격 으로 측정한 경우와 비교하고 이를 Table 2에 제시 하였다. 표에서 알 수 있듯이 측정 리프트 수 변화에 따른 오차는 거의 실험 오차의 수준으로 밸브 리프 트만 적절히 선정하면 리프트의 수는 유동 특성의 평가에 거의 영향을 주지 않는다.
3. PIV 측정 결과
Fig. 3과 Fig. 4에 1.75 위치에서밸브 리프트가 2mm 및 10mm일 때 밸브각도 11, 16, 26°의 속도 분 포, 유선 그리고 실린더 중심으로 계산한 운동량 (
)과 스월 중심으로 계산한 운동량(
)를 나타내 었다. 21° 측정결과는 26°와 크게 다르지 않아 제시 하지 않았다.
먼저 리프트가 2mm 때 11°의 경우 스월의 중심이 실린 더의 중심에서 5.6mm 떨어져 있어 편심도(
)
Table 2 Effect of number of measuring points on flow characteristics
(°)
10 Point 5 Point 10 Point 5 Point
11 1.92 1.90 0.383 0.382
16 1.51 1.52 0.404 0.405
21 1.73 1.76 0.407 0.408
26 1.62 1.62 0.455 0.457
(
)는 0.13인데, 이전 연구
6)에서 살펴보 았듯이 이 정도의 편심도는 실린더 중심과 스월 중 심 계산에서 3 ~ 5%의 차이를 발생시키므로 차이가 크지 않다. 따라서
와
도 분포 형태 및 크기가 매우 유사하고, 비교적 반경 방향으로도 분포가 균 일하다.
16°는 스월 중심이 실린더 중심에서 12.3mm 벗어 나 있어 편심도는 0.29로, 이로 인해 편심의 영향만 고려하면
와 ISM 측정값이 실제 운동량보다 17 ~ 24% 정도 낮아진다. 운동량의 분포는 실린더 중심 (CC)의 경우 그림의 좌우측에 그리고 스월 중심(SC) 의 경우 좌측에 크게 치우쳐 있다. 26°는 중심 거리 11.8mm, 편심도 0.27로 16°와 비슷한 수준이지만 운 동량의 분포가 그림에서 상부로 매우 치우쳐져 있 음을 알 수 있다.
밸브 리프트 10mm에서 밸브각도 11, 16, 26°의 스 월 중심 거리(mm)와 편심도는 각각 21.7(0.50), 21.9 (0.51), 22.7(0.53) 밸브각도별 차이는 거의 없다. 그 러나 편심도의 증가에 의해 실제 운동량에 비해
와 ISM의 측정값이 50 ~ 65% 정도 낮게 나오는 상황 이 발생한다. 아울러 운동량 분포를 보면, 11, 16°는 편심이 되었음에도 불구하고 잘 발달된 스월 거동 이 관찰되는 반면, 26°의 경우 분포가 매우 고르지 못함을 알 수 있다.
한편, 식 (5)에도 나타나 있듯이 스월비(
)를 구 할 때 스월 계수(
)와 유량계수(
)의 곱을 적분한 다.
과
는 밸브 리프트가 클수록 크기 때문에 이 둘의 곱은 리프트 증가에 따라 더 크게 증가한다.
따라서 밸브 리프트가 높은 곳에서의
과
가 낮
은 곳과 비교할 수 없을 만큼 스월비에 큰 영향을 준
다. 따라서 밸브 리프트가 높은 곳에서 편심도가 크
고 특히 26°인 경우 운동량의 분포가 고르지 못한 것
Study on Evaluation Method of Flow Characteristics in Steady Flow Bench(2) - Comparison of ISM and PIV Measurement
Fig. 3 Velocity distribution, stream trace, momentum of cylinder center() and momentum of swirl center() according to valve angle when valve lift=2mm
Fig. 4 Velocity distribution, stream trace, momentum of cylinder center() and momentum of swirl center() according to valve angle when valve lift=10mm
박찬준․엄인용
은 평가된 유동 특성이 크게 왜곡될 소지가 있다는 것을 의미한다.
편심과 관련해, 밸브 리프트가 클 때 측정위치 1.75에서는 편심의 영향을 무시할 수 있는 수준인 편심도 0.1 이하가 구현되지 않는다. 밸브각도별로 차이는 있지만 측정위치 1.75에서 밸브 리프트 6mm 이상에서는 평균적인 편심도가 0.5를 넘어선 다. 따라서 1.75B 측정위치는 재고되어야 한다.
이어서 또 다른 강체 회전 가정의 문제인 속도 분 포를 ISM와 PIV 결과를 비교하며 논의하겠다.
4. ISM와 PIV 결과 비교
4.1 스월비Fig. 5에 ISM로 토크를 측정하여 계산한 스월 비 와 PIV로 측정한 속도를 식 (3)으로 계산하여 토크 를 구하고, 이를 기반으로 측정 방법에 따른 스월비 와 방법 간 평가 값의 차이를 도시하였다.
그림에서 알 수 있듯이 ISM와 PIV는 밸브각도 변 화에 따라 상당히 다른 경향을 보여주고 있으며, PIV의 경우에는 실린더 중심(CC)과 스월 중심(SC) 값이 절대 값에 약간의 차이는 있지만 경향은 매우 유사하다. 그리고 스월비는 측정 방법에 따라 밸브 각도에 관계없이 SC<CC<ISM의 관계가 있으며, 26°
를 제외하면 실린더 중심(CC)은 ISM의 60-70% 수 준 그리고 스월 중심(SC)은 ISM의 55% 수준이다.
특이한 것은 26°의 경우 CC는 ISM 대비 48% 그리고 SC는 28% 수준으로 다른 각도에 비해 속도 측정에 의한 스월비가 매우 낮게 평가된다.
이는 앞에서 살펴 본 편심의 영향과는 배치되는 현상이다. 즉 편심에 의해 ISM 측정값이 실제 값보 다 적어야 하는데 오히려 크게 나오고 있다. 편심의 영향을 극복하고 이러한 현상을 야기할 수 있는 것 은 이전 연구
6)에서 제시한 반경방향 속도분포이다.
밸브각도 26°, 1.75에서 실제 속도분포를 고려하 지 않고 식 (4)를 기계적으로 적용하는 경우 ISM로 평가한
은 축 방향 속도가 일정한 경우 3배, 축 방 향 속도가 반경 방향 속도에 비례하는 경우 10배 까 지 과대 계산될 수 있다.
이 현상과 관련해서는 뒤에서 다른 기관에서 측 정한 데이터와 비교하며 추가로 논의하겠다.
Fig. 5 Swirl ratio() according to measuring method
밸브각도에 따른 스월비 변화는, ISM의 경우 16<26<21<11, CC는 26<21≃16<11 그리고 SC는 26<21≃16<11이다. ISM의 결과를 실제 값에 가까 운 것으로 받아들이면, 밸브각도가 작을수록 스월 비는 증가하고 16°는 예외적인 경우가 된다. 반면 속 도 측정에 의한 결과를 받아들이면, 예외 없이 밸브 각도가 작을수록 스월비는 증가하고 16°와 21°는 거 의 차이가 없다. 즉 밸브각도가 매우 크거나 작지 않 으면 밸브각도는 스월비에 큰 영향을 주지 않는다 는 결론에 도달할 수 있다.
4.2 스월 계수
밸브각도 변화에 따른 스월비의 변화를 자세히 분석하기 위해 Fig. 6에 밸브각도 별로 리프트에 따 른 스월 계수를 도시하였다.
밸브각도에 따른 스월 계수의 변화 특성은, ISM 와 속도 측정의 결과가 확연히 구분되는데, 먼저 ISM의 경우 11°를 제외하고 비슷한 경향을 가지고 있다.
밸브 각이 작은 11°의 경우 ISM 기준 스월 계수는 낮은 밸브 리프트부터 0.3 수준을 유지하며 리프트 가 증가하여도 거의 변화가 없다가 0.2를 너머서면 서 리프트 증가에 따라 0.5 수준으로 증가하며 최대 밸브 리프트까지 이 수준을 유지한다.
16, 21, 26°도 역시 낮은 곳에서 0.2 수준이지만 리
프트가 증가하면서 리프트 증가에 따라 선형적으로
증가한다. 이때 밸브각도가 클수록 선형적 증가가
더 낮은 리프트에서 시작되지만, 반면 포화되어 선
형적 증가가 멈추는 리프트도 낮다. 특히 21, 26°는
리프트 0.05 근방에서 급격히 증가하는 현상이 있는
데, 이는 이 리프트 근방에서 유동체제의 변화
15)가
원인으로 판단된다. 그러나 앞서 논의한 바와 같이
낮은 리프트에서 발생한 현상이므로 전체적인 스월
정상유동 장치에서 유동 특성 평가 방법에 대한 연구(2) - ISM와 PIV 측정의 비교
Fig. 6 Non-dimensional swirl() as a function of non- dimensional valve lift according to valve angle
비의 계산에는 큰 영향을 주지 않는다.
PIV 결과는 ISM 측정과 같은 경향과 다른 경향을 동시에 보여주고 있다. 즉 리프트가 낮을 때 리프트 증가에 따라 일정 수준을 유지하다 특정 리프트를 너머서면 리프트 증가에 따라 선형적으로 증가하는 것은 일치한다. 반면 밸브각도가 작을수록 더 낮은 리프트에서 선형적 증가가 시작되고 높은 밸브 리 프트에서 스월 계수의 포화는 발생하지 않는다.
특히 26°에서는 최고 밸브 리프트에서도 PIV로 측정한 스월 계수가 다른 밸브각도보다도 매우 낮 고 ISM 측정 결과에 비해서도 지나치게 낮다. 이것 은 앞서 언급한 바와 같이 밸브각도가 큰 경우 ISM 기반의 스월 계수가 큰 문제점을 지니고 있음을 암 시한다.
4.3 스월 계수의 왜곡
밸브각도가 큰 경우 앞의 스월비 논의에서 언급 한 스월 계수의 과대 계상 문제 그리고 스월 계수 부 분에서 ISM와 PIV 측정값 사이의 큰 괴리와 관련해 다른 기관을 대상으로 한 자료를 추가로 제시하며 구체적으로 논의해 보도록 하겠다.
Fig, 7에 밸브각도 25°인 헤드에서 ISM로 측정한 스월 계수 측정 결과를 도시하였다. 그림에서
=4.56, 5.48, 6.51은 높은 스월을 유도하기 위해 나선 형 포트(helical port)를 적용한 경우이고,
=3.41과 밸브각도 6°는 직선형 포트를 채택한 경우이다.
그림에서 알 수 있듯이, 직선형 포트를 적용한 경
Fig. 7 Non-dimensional swirl() as a function of non- dimensional valve lift (=75.5mm)
우에도 밸브각도가 크면 여전히 스월 계수가 높게 나오고 있다. 이에 더하여 나선형 포트를 적용하여 높은 스월을 유도하고자 하는 경우 밸브 리프트가 높은 곳에서 스월 계수가 1에 근접하거나 1보다 크 게 평가된다.
여기서 스월 계수의 정의인 식 (4)를 음미해 보겠 다. 스월 계수는 이론적으로 계산된 실린더 진입 속 도(
)에 유량계로 측정된 질량유량 ( )의 곱으로 정의된 흡입유동의 총 운동량에 대한 접선 방향 운 동량의 비이다. 운동량 보존 법칙이 성립하려면 접 선방향 운동량은 총 운동량보다 클 수가 없다. 따라 서 스월 계수가 1보다 크게 평가되는 데는 세 가지 원인이 있을 수 있는데, 첫 번째는 누출이고 두 번째 는 축 방향으로 역류가 발생하는 것이다. 마지막 원 인은 강체회전 가정에 의한 속도 분포의 가정이 잘 못된 것으로 이는 식 (4)의 오류이다.
이 원인들 중 누출은 실험 장비의 구축 및 운용 과 정에서 항상 관리가 되므로 가능성이 없다. 역류는 Fig. 4에서 밸브각도가 큰 26°의 유선 형태를 관찰하 면 가능성이 보이지만 물리적 관점에서 발생가능성 은 없다. 결론적으로 앞에서 계속 언급한 실제 속도 분포를 식 (4)로는 반영할 수 없다는 결론에 도달한다.
식 (4)의 사용에 대해 검토하면 다음과 같다. 강체
회전의 경우 식 (4)에서 토크와 각속도는
∝ 의
관계가 있고, 강체회전이 아닌 경우
∝ 의 관계
가 있다. PIV로 구한 속도를 곡선 맞춤하여 계산한
반경 방향 속도 분포를 식 (1)에 적용하여 값을 실
Chanjun Park․Inyong Ohm
Fig. 8 Angular velocity as a function of valve lift at 1.75B (a) constant axial velocity(
) and (b) axial velocity (
) proportional to tangential velocity(
)린더 중심으로 계산한 결과를 Fig. 8에 도시하였다.
그림에서 토크는 ISM로 측정한 값으로 일정하므로 (Solid/Real) 값이 1보다 작을수록 ISM 결과로 계산 한 각속도가 실제보다 더 크게 평가되었다는 것을 의미한다.
그림에서 알 수 있듯이 측정위치 1.75에서 대부 분 각속도는 과대평가된다. 특히 밸브 각이 큰 26°가 전체 밸브리프트에서 그리고 스월비에 영향을 많이 주는 높은 밸브 리프트에서도 모두 과대평가의 정 도가 가장 심하다.
한편, 정상유동 평가의 목적은 실물기관의 압축 말기 유동을 예측하자는 것이다. 정상유동에서 과 대평가의 결과가 실물기관에서 어떤 결과를 나타내 는지 확인하기 위해, Fig. 7에 제시된 헤드를 실제기 관에 장착하여 압축말기 유동을 PIV로 관찰한 결과 를 Fig. 9에 제시하였다.
그림에서
=5.48, 6.51이 도시되지 않은 이유는 스월 속도가 너무 작아 PIV로 측정이 되지 않았기 때문이다. 높은 스월을 유도하기 위해 나선형 포트 를 적용하였음에도 불구하고, 실제 압축 말기에 유 의미한 스월 거동이 없는 이유는 속도 분포 문제 외 에도 여러 가지가 있지만
9,10), 중요한 사실은 정상유 동으로 평가한 유동특성과 실물기관의 유동특성이 정량적은 논외로 하더라도 정성적으로도 일치하지 않으며, 특히 밸브각도가 큰 경우 왜곡의 정도가 매 우 심하다는 것이다.
결론적으로 현재 통용되는 정상유동 평가 방법에 상당한 문제점이 있음이 확인되었고, 후속 연구에 서 이러한 부분을 정량적 측면에서 분석할 예정이다.
Fig. 9 Velocity distribution at the end of compression stroke (BTDC 40°)
5. 결 론
현재 널리 사용되는 정상유동 평가 방법의 타당 성을 검증하기 위해, 밸브 각도가 다른 네 가지 헤드 를 대상으로 충격식 스월 측정기와 PIV로 측정한 결 과를 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 밸브각도가 큰 경우 현 측정 위치에서 스월은 충 분히 전개되지 않는다.
2) 현재 측정 방법을 사용하면 스월의 편심과 속도 분포는 모두 유동 특성을 왜곡시키지만 편심은 과소평가 쪽으로 그리고 속도분포는 과대평가 쪽으로 작용한다.
3) 속도분포의 영향이 편심보다 훨씬 크고 지배적 이다.
후 기
이 연구는 서울과학기술대학교 교내연구비의 지 원으로 수행되었습니다. (2012-1054)
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9) I. Y. Ohm and C. J. Park, “In-cylinder Intake
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10) I. Y. Ohm and C. J. Park, “In-cylinder Com- pression Flow Characteristics of Helical Port Engines with Wide Valve Angle,” Transactions of KSME, Vol.32, No.1, pp.9-16, 2009.
11) I. Y. Ohm and C. J. Park, “Effect of Inlet Valve Angle on In-cylinder Swirl Generation Charac- teristics(I),” Transactions of KSAE, Vol.16, No.6, pp.148-156, 2008.
12) I. Y. Ohm and C. J. Park, “Effect of Inlet Valve Angle on In-cylinder Swirl Generation Charac- teristics(II),” Transactions of KSAE, Vol.17, No.1, pp.42-48, 2009.
13) I. Y. Ohm, “Effects of Intake Valve Angle on Combustion Characteristic in an SI Engine,”
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15) J. B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, Int. Edn., McGraw-Hill, Singapore, pp.226-228, 1988.
