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요약

목차

기호설명 12

1. 서론 17

1.1. 연구 배경 및 목적 17

1.2. 연구 내용 20

2. HEV 동력 전달계 구조 21

2.1. 동력 전달계 구조에 따른 분류 21

2.2. 실험 대상 HEV의 동력 전달계 구성 22

3. HEV에서의 에너지 흐름 분석 및 연비 관련 인자에 대한 수식 모델링 24

3.1. 동력전달계에 대한 수식 모델링 24

3.1.1. 엔진 26

3.1.2. 구동계 34

3.1.3. 차량 주행부하 35

3.2. 마찰토크, 질량관성모멘트 측정을 위한 수식화 37

3.2.1. 엔진의 총 마찰토크 및 질량관성모멘트 37

3.2.2. 무단 변속기 장착 구동계의 질량 관성 모멘트 측정 및 마찰토크 계산 39

4. HEV 연비 기여도의 실험적 분석 43

4.1. 실험장치 및 방법 43

4.1.1. 실험장치 43

4.1.2. 실험방법 46

4.2. 구동펄스를 이용한 연료량 측정 47

4.2.1. 가솔린용 인젝터의 분사 특성 48

4.2.2. 실험장치 및 방법 49

4.2.3. 인젝터 분사 특성 결과 50

4.3. 마찰토크 및 질량관성모멘트 측정 51

4.3.1. 엔진의 총 마찰토크 및 질량관성모멘트 측정 52

4.3.2. 구동계의 마찰토크 및 질량관성모멘트 측정 53

4.4. 연비 기여도 분석 실험 결과 및 검토 58

4.4.1. 엔진 58

4.4.2. 구동계 및 차량 주행부하 71

4.4.3. 하이브리드 모터 80

4.5. 하이브리드 전기 자동차 연비분석 82

5. 결론 88

6. 참고문헌 90

ABSTRACT 94

List of Tables

Table 4.1. Specifications of experimental vehicle equipment 44

Table 4.2. Effect of supply voltage on injector characteristics 50

Table 4.3. Break down of fuel consumption for the arbitrary driving mode 83

List of Figures

Fig.2.1. Type of Hybrid Electric Vehicle 21

Fig.2.2. Schematic diagram of an Experimental Hybrid Electric Vehicle 22

Fig.3.1. In/Out energy(power) flow diagram for a HEV 24

Fig.3.2. Schematic diagram of HEV power train 25

Fig.3.3. Hybrid BLOC motor efficiency map 33

Fig.3.4. Flowcharts for measuring engine total friction and inertia 39

Fig.3.5. Flowcharts for measuring drive train friction and inertia 41

Fig.4.1. Schematic diagram of data measurement 45

Fig.4.2. Schematic diagram of signal processing 45

Fig.4.3. Data processing timing chart 47

Fig.4.4. Injector characteristics 48

Fig.4.5. Schematic diagram for injector characteristic experiments 49

Fig.4.6. Effect of supply voltage on injector characteristics 51

Fig.4.7. Measurement of engine friction 54

Fig.4.8. Measured engine mass moment of inertia 55

Fig.4.9. Measurement of HEV drive train friction for wheel speed 56

Fig.4.10. Measured mass moment of inertia of the drive train for speed ratio 57

Fig.4.11. Vehicle velocity for the arbitrary driving mode 63

Fig.4.12. Fuel consumption due to the incomplete combustion for the arbitrary driving mode 64

Fig.4.13. Fuel consumption due to the cooling loss for the arbitrary driving mode 65

Fig.4.14. Fuel consumption due to the exhaust gas enthalpy flow for the arbitrary driving mode 66

Fig.4.15. Fuel consumption due to the pumping loss for the arbitrary driving mode 67

Fig.4.16. Fuel consumption due to the electric power generation for the arbitrary driving mode 68

Fig.4.17. Fuel consumption due to the engine friction for the arbitrary driving mode 69

Fig.4.18. Fuel consumption due to the engine inertia for the arbitrary driving mode 70

Fig.4.19. Fuel consumption due to the clutch loss for the arbitrary driving mode 74

Fig.4.20. Fuel consumption due to the drive train friction for the arbitrary driving mode 75

Fig.4.21. Fuel consumption due to the drive train inertia for the arbitrary driving mode 76

Fig.4.22. Roadload for the experimental vehicle speed 77

Fig.4.23. Fuel consumption due to the road load for the arbitrary driving mode 78

Fig.4.24. Fuel consumption due to the vehicle inertia for the arbitrary driving mode 79

Fig.4.25. Hybrid motor behavior for the arbitrary driving mode 81

Fig.4.26. Fuel consumption for the arbitrary driving mode 84

Fig.4.27. Break down of the fuel consumption during arbitrary driving condition 85

Fig.4.28(a). Behavior of IMEPg during an arbitrary driving mode 86

Fig.4.28(b). Behavior of IMEPg during an arbitrary driving mode 87

초록보기

차량의 연비 문제는 최근 엄격해지고 있는 배기규제와 갈수록 심화되는 화석연료의 고갈에 따른 에너지 저감 대책과 관련하여 반드시 해결하여야 할 과제이다. 이에 따라 기존 내연기관과 고성능 모터로 파워트레인을 구성한 하이브리드 전기 자동차의 중요성이 대두되고 있다. 기존 내연기관 탑재 자동차에 대한 하이브리드 전기 자동차의 연비 저감 효과는 단순 CVS분석을 통하여 투입된 총 연료량의 비교에 그치고 있는 것이 현실이므로 본 연구에서는 하이브리드 전기 자동차 각 부분에서 소모되는 연료량을 실험적으로 분석하기 위하여 관계식을 정립하고 임의 주행 모드를 선정하여 항목별 연비를 분석하였다.

항목별 연료 소모량 관계식은 엔진과 모터, 구동계 그리고 주행저항으로 구성하였으며 각 부분의 연비 항목들은 에너지 흐름 분석을 통하여 측정 가능한 인자로 모델링하였다. 각 항목 중 엔진과 구동계에서 마찰과 관성항목으로 소비되는 연료량을 파악하기 위하여 차량 상태에서 마찰 토크와 질량관성모멘트를 측정하여 관계식에 이용하였다.

차량 주행중 에너지 흐름을 이용하여 1600cc, DOHC엔진과 10kw BLDC 모터로 구성된 하이브라드 전기 자동차를 염의 주행모드로 운행하였을 경우, 냉각수에 의한 손실(25.45%)이 가장 크고, 배기가스 엔탈피 손실(22.78%), 엔진 마찰손실(15.72%), 차량관성(12.93%) 등의 순으로 연료가 소비되며, 펌핑손실, 교류발전기 구동손실, 엔진 관성, 구동계 마찰손실, 구동계 관성, 주행저항, 불완전 연소에 의한 손실 등으로 구분하였다. 또한 임의 모드 주행중 하이브리드 모터에 의하여 투입 또는 회생 에너지를 정량적으로 계측함으로써 하이브리드 전기 자동차의 에너지 흐름을 분석하였다.

본 연구를 통하여 하이브리드 전기 자동차에서의 각 구성 단품별 에너지흐름 및 연료소모 분석기반을 확보하였다.

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