• 대한기계학회논문집A
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• 제39권10호
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• pp.985-993
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• 2015

자유피스톤 스털링 엔진(Free-piston Stirling Engine, FPSE)은 석유자원 고갈로 인한 에너지 비용 상승으로 활발하게 연구되고 있는 신재생 에너지와 폐에너지 회수를 위한 핵심 에너지 변환장치로 주목받고 있다. 기존 스털링 엔진은 두 개의 피스톤과 기구부로 구성되어 열에너지를 기계동력을 변환한다. FPSE 는 기존 스털링 엔진의 단점인 기구부를 제거하고 각각의 피스톤에 스프링을 연결하여 진동 시스템으로 구성된 엔진으로서, 올바른 엔진 설계 및 운전 제어를 위하여 정교한 동역학 성능 예측이 필수적이다. 본 논문에서는 FPSE 의 외부 부하를 고려한 동역학 성능 예측 모델을 제시하고 선형 및 비선형 해석을 통한 성능 예측 방법론을 제시하였다. 선형 해석은 고유치 해석을 통한 근궤적 선도를 이용하여 엔진의 작동점을 예측한다. 비선형 해석은 외부 부하 감쇠의 선형항과 비선형항을 고려하여 수치적분을 통해 엔진 피스톤의 진폭을 예측한다. 이러한 동역학 성능 데이터는 엔진 출력 성능 예측에 활용된다. 또한, 본 논문의 해석 모델은 대표적인 FPSE 인 RE-1000 의 실험결과 및 기존 해석 연구들과 비교/검증하여 신뢰성을 검토하였다.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 1993년도 춘계학술대회 및 공장견학
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• pp.97-107
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• 1993

프시톤 형상에 관한 연구는 엔진의 열효율을 상승시키는데 중점을 두었으나 캘리포니아주의 환경 관련 법안을 계기로 공해 물질의 배출을 중이는 방향으로 연구가 이루어지고 있다. 즉, 실린더내의 최고 온도와 압력을 적정한 수준에서 조절하여 공해물질의 방출을 극소화시키면서 열효율을 높힐 수 있는 방안에 대한 연구를 많이 진행하고 있다. 본 논문은 유한요소법을 이용하여 저마찰 패드식 피스톤에 대한 트라이볼로지적 해석으로 피스톤의 편심에 따른 압력 분포도 해석, 마찰력과 피스톤의 동특성에 대하여 알아보고자 한다. 이들을 해석하기 위한 가장 중요한 역학적 상태량은 피스톤 표면의 압력 분포와 피스톤의 편심량이며 특히, 압력 분포 해석은 피스톤의 유막 설계시 기본이 된다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.248-257
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• 2016

Recently, researches on the free-piston Stirling engines(FPSEs) are actively investigated. FPSEs have merits in its light weight, simple structure, and little need for maintenance, thus becoming a promising solution for the power conversion of renewable energy and waste heat recycle. This paper presents the methodology that estimates damping coefficients using analytical models of linear and nonlinear dynamics for FPSEs, and validates the methodology by comparing with existing experimental results. The analysis model predicts an operable range of linear damping coefficients forming limit cycles by using the root locus, and time responses obtained by numerical integration determines nonlinear damping coefficients. The model predictions are compared with experimental results of the well-known FPSE B-10B. We also investigate the damping characteristics regarding heater temperatures and power piston motions.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제12권9호
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• pp.717-724
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• 2002

In this study, a numerical analysis for the piston secondary dynamics of small refrigeration reciprocating compressors is performed. In general, the length of cylinder in this class of compressors is shortened to diminish the frictional losses of the piston-cylinder system. So, the contacting length between piston and cylinder wall is in variable with the rotating crank angle around the BDC of the reciprocating piston. In the problem formulation of the piston dynamics, the change in bearing length of the piston and all corresponding forces and moments are considered in order to determine the piston trajectory, velocity and acceleration at each step. A Newton-Raphson procedure was employed in solving the secondary dynamic equations of the piston. The developed computer program can be used to calculate the entire piston trajectory and the hydrodynamic force and moment as functions of crank angle under compressor running conditions. The results explored the effects of the radial clearance, lubricant viscosity, length of the cylinder wall, and pin location on the stability of the piston.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제12권11호
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• pp.904-913
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• 2002

In this study, a dynamic analysis of the reciprocating compression mechanism considering viscous friction force of a piston used in small refrigeration compressors is performed. The length of cylinder in this class of compressors is shortening to diminish the frictional losses of the piston-cylinder system. So, the contacting length between piston and cylinder liner is in variable with the rotating crank angle around the BDC of the reciprocating piston. In the problem formulation of the compression mechanism dynamics, the change in bearing length of the piston and all corresponding viscous forces and moments are considered in order to determine the trajectories of piston and crankshaft. The piston orbits for viscous friction model and Coulomb friction model were used to compare the effect of the friction forces of piston on the dynamic trajectories of piston. To investigate the effect of friction force acting on the piston for the dynamic characteristics of crankshaft, comparison of the crankshaft loci is given in both viscous model and Coulomb model. Results show that the viscous friction force of piston must be considered in calculating for the accurate dynamic characteristics of the reciprocating compression mechanism.

• 한국정밀공학회지
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• 제20권6호
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• pp.205-213
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• 2003

This paper is concerned with a roiling piston type rotary compressor for air conditioning use. Vibration of the compressor is analyzed numerically and experimentally. Multibody dynamic analysis methods to predict the vibration is given. The compressor is modeled as a system composed of bodies, joints, and force elements. Experimental results are also shown to be compared with simulation results. A sensitivity study using different variables that affect the compressor vibration is also carried out. It is found that the mass of weight balancer plays an important role in acceleration.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권12호
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• pp.1035-1042
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• 2014

엔진 마찰 저감은 엔진 개발의 중요한 항목이 되어왔다. 엔진의 기계적 마찰 손실 중 피스톤계의 마찰이 40~55%에 해당하고, 피스톤 부분의 마찰을 제거할 수 있다면 투입되는 전체 에너지의 5% 정도 향상시킬 수 있다. 엔진의 마찰 손실을 감소시키기 위해서 각 요소에서의 마찰 수준, 이에 영향을 미치는 인자에 대한 분석 및 다른 엔진들과의 비교분석이 필요하다. 하지만 기존 연구에서 마찰이 발생하는 윤활막의 연구들이 유체역학 바탕의 모델링에서 수행해 왔으나, 피스톤계의 윤활막이 크게는 마이크로에서 작게는 나노단위의 영역에 해당하므로 분자들간의 상호관계를 고려할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 엔진 실린더 라이너를 따라 형성하는 유막의 운동을 미시적으로 접근하여 분자들간의 상호작용에 따른 마찰변화를 제시하고자 한다.

• 한국융합학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.307-313
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• 2022

차량 실내소음이 엔진의 고출력화와 경량화로 인해 더욱 심각해져 엔진진동의 저감의 중요성이 높아지고 있다. 최근 엔진진동 저감의 대표적인 방법으로 밸런스샤프트 부착이 제시되고 있다. 밸런스샤프트는 피스톤과 콘로드 등의 왕복운동에서 발생하는 진동을 임의의 편심질량을 이용하여 상쇄시키는 장치이다. 따라서 밸런스샤프트는 연비향상 및 차량의 승차감을 동시에 향상시킬 수 있다. 본 논문은 엔진구조로 인해 발생하는 관성력을 유도하고 이를 상쇄하기 위한 밸런스샤프트의 불평형량과 형상을 제시한다. 제시된 두가지 형상의 밸런스샤프트를 ADAMS 다물체동역학 모델로 구현하고, 이를 동역학 시뮬레이션을 통해 실제 거동상태에서의 관성력의 저감을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제27권7호
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• pp.1138-1145
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• 2003

In this paper, a study on the dynamic behavior and lubrication characteristics of a reciprocating compression mechanism used in small refrigeration compressor is performed. In the problem formulation of the compressor dynamics, the viscous frictional force between piston and cylinder wall is considered in order to determine the coupled dynamic behaviors of piston and crankshaft. The solutions of the equations of motion of the reciprocating mechanism along with the time dependent Reynolds equations for the lubricating film between piston and cylinder wall and oil films of the journal bearings are obtained simultaneously. The hydrodynamic forces of journal bearings are calculated using finite bearing model and Gumbel boundary condition. And, a Newton-Raphson procedure was employed in solving the nonlinear equations of piston and crankshaft. The results explored the effects of design parameters on the stability and lubrication characteristics of the compression mechanism.

• Tribology and Lubricants
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• 제1권1호
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• pp.30-37
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• 1985

동수압적 미끄럼베어링의 작동원리는, 두개의 서로 경사진 면이 윤활제를 그 사이에 두고 상대적인 운동을 함에 있어서 두면사이에는 윤활유 막이 형성되어 압력이 형성되고 두면에 작용하는 하중의 지지하게 되므로 직접적 마찰없이 상대적 미끄럼운동을 한다는 것이다. 동수압적 유체윤활은 윤활틈새 내의 윤활유동에 동수압적 점성유체역학 이론을 적용하며 베어링윤활유막의 압력분포를 계산하기 위한 편미분 방정식의 발견이 그 근본을 이루고 있고, 미끄럼베어링에 대한 기본적연구는 1900년 이래로 계속 수행되고 있다. 크랭크샤프트와 피스톤 연결봉 사이의 베어링은 동하중을 크게 받으며 회전하므로 저어널과 축의 상대운동은 회전운동과 윤활면의 수직운동으로 나누어 해석할 수 있다.