자동차용 17cc급 압축기 최적의 윤활조건 선정 및 구조 설계에 관한 연구 : 경상국립대학교를 중심으로 :A Study on the Optimal Lubrication Condition Selection and Structural Design of 17cc Compressor for Automotive

양용군

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자료유형: 학위논문

저자정보: 양용군 (경상대학교, 경상국립대학교 대학원)

지도교수: 류성기

발행연도: 2021

저작권: 경상대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수9

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2021

17cc급 자동차용 압축기 핵심부품의 구조 안정성에 관한 수치적 연구

양용군 , 우위팅 , 진진 외 1명 한국기계가공학회지 2021.05 학술저널

17cc급 자동차용 압축기 내구성능 최적화에 관한 연구

양용군 , 우위팅 , 진진 외 1명 한국기계가공학회지 2021.03 학술저널

자동차용 17cc급 압축기 최적의 윤활조건 선정 및 구조 설계에 관한 연구 : 경상국립대학교를 중심으로

양용군 기계항공공학부 2021.01 학위논문

2020

17cc급 자동차용 압축기의 고체윤활 최적화 및 구조 설계에 관한 연구

양용군 , 진진 , 최요한 외 1명 한국기계가공학회지 2020.12 학술저널

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차량 에어컨시스템(Automotive Air-conditioning System)은 이제 승용차에 있어서 사치품보다는 필수품으로 되어가고 있다. 특히 여름 또는 일년 내내 덥고 습한 나라에서는 냉각기능 뿐만 아니라 제습기능도 승차만족도와 안전에 큰 영향을 미치고 있다. 따라서 에어컨시스템의 성능 및 소음, 내구성등에 대한 요구가 점점 높아지고 있다.
에어컨시스템을 사용함으로써 비용도 무게도 모두 증가하기 때문에 효율성 증대와 성능평가가 점점 더 중요해지고 있다. 내연기관엔진을 주로 사용하는 자동차에서 발생하는 에너지중 5~20%가 동력으로 사용되고 나머지는 기타 부품간의 마찰 등으로 소모되는 것으로 알려져 있다. 그중 에어컨의 핵심부품이자 구동동력이 필요한 압축기는 엔진동력의 20%가량 소모하며 차량에서 최대 5~6kW전력을 사용하고 있어 연비에 큰 영향을 주고 있다는 것을 이미 국내외 여러가지 연구를 통해 알수 있었다.
압축기의 성능효율저하 및 소음의 주요원인은 대부분 부품간의 마찰과 진동에서 발생하고 있다. 그러한 마찰과 진동으로 인해 내부부품이 손상을 입어 고착이 발생하여 압축기파손 및 에어컨파손을 초래할수 있다. 그외에도 저온저압의 냉매를 고온고압의 기체로 압축함으로 인해 발생한 열변형이 압축기파손의 원인이기도 하다.
현재 대부분의 파손은 주축, 피스톤, 사판 및 실린더에서 일어난다. 대부분 의 효율상승 및 소음축소에 대한 연구또한 이러한 부품에서 진행되고 있는 현황이다. 기존의 대부분 연구는 주로 부품의 정밀공차와 가공정도에서 진행되었으나 점점 높아가는 수요를 만족하기에는 역부족이였다. 따라서 본 논문에서는 유한요소 모델을 기반으로 구조변경과 윤활제코팅을 입히는 방법으로 성능향상 및 소음축소에 대해 연구를 진행하였다. 또한 실제 실험을 통하여 개발된 제품에 대해 기존제품과 비교검증하였다.
본 논문에서는 부품기반, 완제품기반으로 성능, 소음, 내구 등 여러가지 방면에서 비교검증을 진행하였다. 기존에 압축기는 대부분 링타입의 피스톤을 사용하였다. 이는 밀폐성이 우수하여 냉매압축시의 에너지손실을 적은편이나 마찰이 심하고 파손이 빈번하여 내구성이 떨어지는 경향이 있다. 이에 대비하여 본 논문에서는 고체윤활제를 피스톤에 적용하고 링을 제거하여 구동파워를 줄이는데 성공하였고 링파손의 가능성이 없어져 내구성향상에도 큰 영향을 주었다. 또한 주축에 있는 베어링을 제거하여 베어링파손으로 인한 압축기파손도 줄일수 있었다. 이러한 과정을 전부 실제품을 제작하여 비교시험으로 그 성능, 소음, 내구성 향상에 대해 검증하였다.

Automotive air-conditioning system is now becoming a necessity rather than a luxury item for passenger cars. Especially in hot and humid countries in summer or year-round, not only the cooling function but also the dehumidification function has a great influence on ride satisfaction and safety. Therefore, demands for performance, noise, and durability of air conditioning systems are increasing.
As both cost and weight increase by using an air conditioner system, efficiency improvement and performance evaluation are becoming more and more important. It is known that 5 to 20% of the energy generated by a car that mainly uses an internal combustion engine is used as power and the rest is consumed due to friction between other parts. Among them, it has been known through various domestic and international studies that the compressor, which is a core part of air conditioner and requires driving power, consumes about 20% of the engine power and has a great influence on fuel economy as the vehicle uses up to 5-6 kW of power.
The main cause of the performance efficiency reduction and noise of the compressor is mostly caused by friction and vibration between parts. Due to such friction and vibration, internal parts may be damaged and stick may occur, result in compressor damage and air conditioner damage. In addition, thermal deformation caused by compressing a low-temperature, low-pressure refrigerant into a high-temperature, high-pressure gas is also the cause of compressor damage.
Currently, most breakages occur in the main shaft, piston, swash plate and cylinder. Most of the research on efficiency increase and noise reduction is also ongoing in these parts. Most of the existing studies were mainly conducted on the precision tolerance and processing accuracy of parts, but it was insufficient to satisfy the increasing demand. Therefore, in this paper, a study was conducted on the improvement of performance and noise reduction by changing the structure and applying lubricant coating based on the finite element model. In addition, the products developed through actual experiments were compared and verified with existing products.
In this paper, comparative verification was conducted in various aspects such as performance, noise, and durability based on parts and finished products based on the 17cc compressor for automotive. Conventionally, most of the compressors used ring-type pistons. This is excellent in airtightness, which reduces energy loss during refrigerant compression, but tends to decrease durability due to severe friction and frequent damage. In contrast, in this paper, a solid lubricant was applied to the piston and the ring was removed to reduce the driving power, and the possibility of ring damage was eliminated, which greatly influenced the durability improvement. In addition, by removing the bearing on the main shaft, it was possible to reduce compressor damage due to bearing damage. All of these processes were made in real products, and the performance, noise, and durability improvement were verified through comparative tests.

#윤활 #구조설계 #압축기 #자동차

목차 ⅰ
그림 목차 ⅳ
표 목차 ⅶ
ABSTRACT ⅷ
Ⅰ. 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 국내외 연구동향 8
1.3 연구목표와 내용 12
Ⅱ. 압축기의 고체윤활 최적화 14
2.1 고체윤활제 이론 14
2.2 시험방법 19
2.2.1 마모량과 마찰계수 19
2.2.2 경도 20
2.2.3 접착력 22
2.3 시편제작 23
2.4 실험결과 및 고찰 25
2.4.1 마모량 25
2.4.2 마찰계수 27
2.4.3 연필경도 29
2.4.4 접착력 30
2.5 결언 31
Ⅲ. 압축기 핵심부품의 구조 안정성 평가 32
3.1 서언 32
3.2 3D 모델링 34
3.3 해석결과 및 고찰 38
3.3.1 정적해석 38
3.3.2 열해석 45
3.4 결언 49
Ⅳ. 압축기의 내구성능시험 및 고찰 50
4.1 서언 50
4.2 메커니즘 개선 53
4.2.1 기존 기술의 문제점 53
4.2.2 메커니즘 개선설계 55
4.3 부품제작 및 검증 57
4.3.1 부품제작 57
4.3.2 코팅두께 검증 60
4.3.3 경도 검증 61
4.3.4 접착력 검증 63
4.4 압축기의 내구성능 시험검증 64
4.4.1 성능시험 64
4.4.2 소음시험 67
4.4.3 내구성 시험 70
4.5 결언 73
Ⅴ. 결 론 74
참고문헌 76
감사의 글 80

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