제주대학교 Repository

가솔린 엔진의 냉각수 온도 변화에 따른 고장원인 분석

Metadata Downloads
Alternative Title
An Anlysis of the Sources of Gasoline Engine Failure with Coolant Temperature Change
Abstract
1886년 독일의 칼 프리드리히 벤츠 (Karl Friedrich Benz)는 "말 없이 달리는 마차를 만들겠다."며 같은 독일의 발명가 니콜라우스 오토(Nikolaus August Otto)가 발명한 가솔린엔진을 장착한 자동차를 만들었고 페이턴트 모터바겐 (Patent Motorwagen)이란 이름으로 독일에서 특허를 등록하였다. 이것이 자동차 의 시초이며 그 이후 자동차는 지금까지 우리 생활 깊숙이 자리 잡으면서 현재 까지 이어져오고 있다. 우리나라의 경우에도 매년 큰 폭으로 자동차 등록 대수가 증가하고 있으며, 최 근에는 1가구당 2대의 자동차를 보유할 만큼 많은 자동차가 등록되어있다. Fig. 1은 1966년∼2019년까지의 자동차 등록대수와 매년 증가한 자동차 대수를 나타 내고 있다. 자동차를 운전하면서 자동차에 대한 정보와 고장의 상황을 운전자에게 가장 먼저 알려주는 것은 바로 계기판(Instrument panel)이다. 일반적인 계기판에는 자 동차의 속도와 엔진회전수(RPM : Revolution Per Minute), 각종 경고등 및 지시 등 그리고 냉각수 온도를 알려준다. 이런 여러 가지 자동차의 상태를 알려주는 계기판에서도 각종 경고등이나 편의장치에 대한 사용여부 등은 클러스터 (Cluster) 화면에 표시 또는 점등되는 식으로 운전자에게 알려주지만 운전을 시 작하면서부터 운전이 끝나는 시점 까지 항시 운전자에게 정보를 주는 것은 자동 차의 속도와 엔진회전수, 현재 연료량 그리고 냉각수 온도이다. 그만큼 이 네 가 지는 운전자에게 중요한 정보이다. 이중에서도 냉각수 온도는 자동차 엔진의 상 태를 알 수 있는 좋은 정보이며, 냉각수 온도의 변화에 따라 자동차 엔진성능에 영향을 줄 뿐만 아니라 최근 이슈(Issue)인 배출가스에도 큰 영향을 미친다. 내연기관 가솔린 자동차는 흡입, 압축, 폭발, 배기 4개의 행정과정 중 폭발행정 에서 발생되는 열이 1,500∼2,000℃에 달한다. 일반적인 가솔린 내연기관의 정상 적인 작동을 위한 최적의 냉각수 온도는 약 75∼95℃ 정도이며, 이는 실린더 헤 드와 실런더 블록의 워터 재킷(Water jacket)에서 냉각수온센서를 이용하여 냉각 수의 온도를 측정하고, 이 온도 정보를 엔진컨트롤유닛(ECU : Electronic Control Unit)로 정보를 보내어 수치화된 정보를 운전자가 쉽게 확인할 수 있게 계기판에 표시된다. 또한 이 정보를 각종 액츄에이터(Actuator) 및 변속기컨트롤유닛(TCU : Transmission Control Unit)로 보내 최적의 온도조건을 맞추기 위해 계산된 로 직(Logic)에 따른 작동을 하게 된다. 실린더 내부의 연소가스에 의해 발생한 열의 상당량이 실린더 헤드(Cylinder head), 실린더 블록(Cylinder block), 피스톤(Piston), 흡·배기밸브( Air intake·exhaust valve) 등으로 전달된다. 이러한 전달열에 의해 실린더는 지속적 으로 열을 흡수하가기 때문에 실린더의 과열을 방지하기 위한 냉각장치(Cooling system)가 필요하다. 가솔린 엔진 냉각수 온도는 89∼92℃를 기준으로 하며, 이 온도에서 엔진은 최상의 상태를 유지할 수 있다. 냉각수 온도가 상기 기준 온도 를 초과하여 상승하면 유막이 파괴(전단현상 : Shear phenomenon)되고 금속과 금속이 직접 마찰, 출력이 떨어짐으로 자동차 엔진 성능에 큰 영향을 미치게 된 다. 또한 냉각 시스템의 역학은 열부하 저감에 의한 내구성의 확보뿐만 아니라, 노크억제를 통한 자동차엔진 성능 향상과 EGR쿨러(Exhaust Gas Recirculation cooler) 장착 차량의 열화 수행 및 엔진의 배기성능 향상과 연료 소비 절감을 통 한 연비 개선 및 워밍업(Warming-up) 시간 단축에 의한 유해 배기가스 저감 등 으로 그 기능이 확대되고 있으며, 냉각수온도의 효과적인 전자제어(Electronic control)를 통하여 각 부하 조건별 오일의 온도를 최적으로 제어할 수 있으며, 이 로 인하여 마찰 손실 저감의 효과를 간접적으로 얻을 수 있어 자동차 연비의 향 상과 유해 배기가스의 저감에 대한 기대를 할 수 있다. 따라서 자동차의 기계적 고장을 예방하며, 배출가스 저감을 위해서라도 냉각장치는 일정한 온도 유지를 위해 항상 정상작동을 유지하여야 한다.
This study inferred and approached failures of coolant-related parts in petrol installations according to changes in coolant temperature and conducted a study to reduce the time of service center warehousing due to failure of coolant-related parts. Coolant-related parts of the gasoline engine include a water pump, radiator, coolant thermostat, coolant hoses and cooling fans. The only way to identify these components is to disassemble and verify each part in case of failure. In the absence of any coolant related component failure, the change in coolant temperature is maintained at a stable temperature of approximately 75 to 95°C. However, it was confirmed that the temperature change of the coolant is different from the normal temperature change upon failure of each component, and that failure of each component was determined through comparison of this temperature change. The engine used in the experiment is the G-1.6 Gasoline Direct Inspection (GDI), which is currently widely used in subcompact sedans and hybrid vehicles, and is a naturally aspirated four-cylinder double-headed camshaft (DOHC) engine. For the purpose of obtaining the data, the HI-DS Premium (HI-DS Premium) was used to facilitate the collection of data on temperature changes in cooling water. The engine used a method to record the temperature change of the coolant temperature sensor data at idle (600 to 700 rpm), and all experiments were measured indoors to minimize the temperature change according to the ambient temperature with sufficient cooling time before the engine is operated. The temperature change in the initial normal state was measured, with the impeller of the water pump worn at least 90% and the temperature change when the coolant thermostat is stuck closed, temperature change when the coolant level is 50% of the coolant level, temperature change when the cooling fan fails, and temperature change when the coolant lake is blocked. The results of the measurement confirmed that the temperature of the coolant is different from that of the high speed cooling fan and the low speed cooling fan, compared with the temperature of the coolant under normal conditions. The experiment showed that the failure of the actual engine cooling line could be estimated.
Author(s)
문종철
Issued Date
2020
Awarded Date
2020. 8
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/common/orgView/000000009541
Alternative Author(s)
Moon, Jong Chul
Affiliation
제주대학교 산업대학원
Department
산업대학원 기계공학과
Advisor
정지현
Table Of Contents
List of figures ⅲ
List of tables ⅵ
Summary ⅶ
Ⅰ. 서 론 1
1. 1 연구배경 1
1. 2 연구목적 4
Ⅱ. 고장진단 해석 5
2. 1 가솔린엔진 고장진단 5
2. 1. 1 육안에 의한 가솔린엔진 고장진단 시스템 5
2. 1. 2 전자제어 기관 고장진단 6
2. 2 냉각장치 고장진단 8
2. 2. 1 냉각장치 8
2. 2. 2 냉각장치 구성 10
2. 2. 3 냉각장치 고장시 현상 18
2. 2. 4 냉각장치 진단방법 19
2. 3 윤활장치 고장진단 20
2. 3. 1 윤활장치 20
2. 3. 2 윤활장치 구성 21
2. 3. 3 윤활장치 고장시 현상 25
2. 3. 4 윤활장치 진단방법 26
2. 4 연료장치 고장진단 27
2. 4. 1 연료장치 27
2. 4. 2 연료장치 구성 28
2. 4. 3 연료장치 고장시 현상 33
2. 4. 4 연료장치 진단방법 33
2. 5 배출가스 저감장치 고장진단 35
2. 5. 1 배출가스 저감장치 35
2. 5. 2 배출가스 저감장치 구성 37
2. 5. 3 배출가스 저감장치 고장시 현상 46
2. 5. 4 배출가스 저감장치 진단방법 47
Ⅲ. 실험 및 방법 49
3. 1 계측 시스템 49
3. 1. 1 실험 엔진 49
3. 1. 2 측정 장비 51
3. 2 고장 상황별 실험 53
3. 2. 1 실험 조건 53
3. 2. 2 워터펌프 고장상황 실험 54
3. 2. 3 냉각 수온 조절기 고장상황 실험 55
3. 2. 4 냉각팬 고장상황 실험 57
3. 2. 5 냉각수 호스 막힘 고장상황 실험 57
3. 2. 6 냉각수 부족 고장상황 실험 58
Ⅳ. 실험결과 및 고찰 60
4. 1 고장 상황별 냉각수 온도변화 60
4. 2 냉각수 온도변화 비교 67
Ⅴ. 결론 72
Ⅵ. 참고문헌 74
Degree
Master
Publisher
제주대학교 산업대학원
Citation
문종철. (2020). 가솔린 엔진의 냉각수 온도 변화에 따른 고장원인 분석
Appears in Collections:
Graduate School of Industry > Machanical Engineering
공개 및 라이선스
  • 공개 구분공개
파일 목록

Items in Repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.