열평형과 지압기

열평형, 지압기, 지압선도 개념

 

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열평형

열평형은 열분배라고도 부르며 연료의 완전 연소에 의해 발생한 열량을 100%로 하여 크랭크 축에서 유효한 일(에너지)로 이용될 때까지의 열소비의 내역을 나타낸 것입니다. 열소비 내역을 나타낸 선도를 상키선도라 합니다. 열분배 내역을 살펴보면 다음과 같습니다.

배기가스에 의한 열손실

기관이 다음 사이클을 위해 잔여 에너지를 가진 연소 가스를 대기에 방출함으로서 잃는 손실입니다. 압축비가 높아지면 연소가스는 충분히 팽창하므로 배기 온도는 낮아지고 손실은 적어집니다. 또한 연소기간이 길어지면 연소가스의 온도가 올라그마로 손실은 더욱 커집니다. 냉각 솔신이 커지면 연소가스의 온도가 내려가므로 배기손실은 오히려 적어지게 됩니다. 일반적으로 배기손실은 전체의 25~28% 정도입니다. 

냉각수에 잃은 손실

냉각면적, 실린더 내의 가스와 냉각수와의 온도차, 시간 및 피스톤 속도에 따라 손실략이 증감합니다. 따라서 대형 기관에서는 실린더 체적에 비하여 냉각 면적이 적어 소형시관에 비해 상대적으로 손실이 적습니다. 또한 냉각수 온도를 높이면 열전도가 적어 냉각 손실은 감소합니다. 또한 고속기관은 저속기관에 비해 냉각손실이 적습니다. 냉각손실은 공급 열량의 약 30% 정도입니다.

마찰손실

기관이 운전 중일 떄 피스톤, 베어링, 밸브, 캠 등의 기계적 마찰손실을 비롯하여 연료펌프, 오일펌프 등 각종 보기구등으로 발생하는 마찰손실을 말하며 마찰손실은 공급 열량의 약 7% 가량이 됩니다.

지압기

기관을 보다 합리적으로 운전하려면 그들을 조사하기 위한 자료가 필요합니다.

1. 연료분사 밸브의 개폐시간의 적부
2. 압축압력 및 최고압력의 크기와 연소의 상태
3. 흡·배기 밸브의 개폐시기의 적부
4. 평균 유효압력 및 도시마력의 산출

이러한 사항들은 기관의 취급시나 성능을 조사하고 연구하는데 매우 중요한 자료가 됩니다. 지압기는 이러한 사항 즉 연소가스의 압력과 부피의 변화를 측정하는 계기를 말합니다. 지압기의 원리는 실릴더내의 압력 변화를 지압기의 피스톤 또는 수압막으로 받아 이 압력을 확대하여 드럼의 지면에 기록하는 계기로서 기계적 지압기, 전기적 지압기, 광학적 지압기로 분류합니다.

기계식 지압기의 작동원리

주로 회전수가 1,000rpm 이하의 기관에 사용되며 실린더 내의 연소가스의 알력이 지압기속에 있는 피스톤에 작용하면 스프링의 장력에 의해 기관 가스압력에 비례하여 피스톤이 상하 왕복 운동을 하며 이 운동량이 링크장치를 통하여 기계적으로 크랭크 축의 크랭크 각에 맞춰서 회전하는 드럼의 용지 상에 기록이 되도록 합니다. 사용은 편리하나 고속기관에서는 정확도가 떨어져서 사용상의 문제점이 있습니다. 광학적 지압기와 전기적 지압기는 주로 기관의 회전수가 1,000rpm 이상 되는 기관에 사용됩니다.

지압선도

지압기를 사용하며 실린더내의 작동가스가 1사이클이 이루어지는 동안 온도, 압력, 체적 및 단열 등의 변화를 관찰하여 기관의 효율 증대와 기관의 출력 관계시 참고자료를 얻는 방법으로 P-V선도가 필요합니다.

지압선도의 종류

약 스프링 선도

기계적 지압기인 마이학 지압기로 P-V선도로 특별히 흡·배기 상태등의 저압부를 조사하기 위하여 지압기에 약한 스프링을 사용하여 얻는 선도를 말합니다.

수인선도

지압기의 코드를 손으로 잡아당겨 드럼을 연소 시기에 맞추어 회전 시키면서 얻는 선도를 말합니다.

이론 지압선도

이론적 계산에 의하여 그려지 P-V선도로서 기관의 운전조건에 따라 다릅니다.

지압선도를 얻을 떄의 유의 사항

1. 압력에 따라 적절한 장력의 스프링을 사용해야 합니다.
2. 일주일에 한번정도 찍습니다.
3. 압축선도를 찍어 압축선과 팽창선이 일치하는 가를 검사합니다.
4. 각 실린더마다 2~6회 정도 찍습니다.

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마력

박용기관의 출력을 표시하는 데는 일반적으로 마력이 사용됩니다. 마력의 단위는 표기 방법에 따라 여러가지가 사용되고 있는데, 대표적인 거은 ps와 HP,KW입니다. 선형적인 측정에서 출력은 피스톤에 주어진 시간에 피스톤이 움직이는 거리를 곱한 것입니다. 여기서 힘이란 피스톤에 작용하는 평균압력으로 정의됩니다.

 

토크

마력은 힘을 나타내는 단위가 아니고, 일을 나타내는 단위입니다. 토크란 회전을 하려고 하는 힘을 의미하는 물리량으로 표현합니다. 회전력 즉 물체를 동작시키려 할 때에 필요로 하는 힘을 표현한 것입니다. 

지시마력

실린더 내의 연소압력이 피스톤에 실제로 작용한 동력을 말하며 각 기통내의 압력변화를 지압선도로 그려 이로부터 얻은 도시평균 유효압력에 의해 계산됩니다. 중기 완복동기관은 통상 도시마력으로 표시합니다.

제동마력

기관 내부의 마찰과 추력축수의 마찰로 소비하고 기관의 출력축에 전달되는 마력으로서 내연기관에서는 기통수가 많고 압력변화가 심하므로 지압선도에 그리는 것은 곤란합니다. 따라서 동력계에 취부하여 제동 모우먼트와 회전수에 의해 마력을 구합니다.

축마력

선미축의 전단부에 전달되는 마력으로서 추진기에 가까운 부분에 염력계기를 사용하여 비틀림 정도를 측정하고 회전수를 측정하여 마력을 구합니다.

전달 마력

주 기관에서 발생한 마력으로부터 추진기 축에 의하여 프로펠러에 전달된 마력으로서 푹계 및 선미관의 마찰손실로 인하여 SHP보다 마력이 적어집니다. 측정방법은 프로펠러의 입력으로 수중에서 전기적인 방법으로 측정합니다. 프로펠러 마력이라고도 합니다.