텀블 유동 제어 방법을 이용한 가솔린 엔진의 고효율 연소실 개발에 관한 해석적 연구
저자
홍순성(Soonseong Hong) ; 심성훈(Sunghun Shim) ; 김충식(Choongsik Kim) 연구자관계분석
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
239-246(8쪽)
제공처
최근에 가솔린 엔진에 있어서 엔진의 성능 및 연료 소비 효율을 개선하기 위해 다양한 종류의 엔진이 도입되고 있다. 그 중에 엔진의 downsizing을 통해 엔진 자체의 무게를 줄여 연비와 성능을 개선하는 추세가 뚜렷하게 나타나고 있다. 이를 구현하기 위해 터보 차저를 장착하여 축소된 실린더 체적에 압축된 공기를 공급하는 기술이 핵심이 되었다. 이에 따라 연소실 내에 과급된 공기와 분사된 연료를 짧은 시간 동안에 균일하게 혼합시켜 주는 것이 연소 효율을 높이기 위한 필수적인 과제로 대두 되었다. 또한 과급 공기로 인한 연소실 내 압력 상승과 온도 상승이 노킹 현상을 촉진시키기 때문에 이것을 방지하기 위해서도 연료와 공기의 균일 혼합은 매우 중요한 요소가 되었다. 이 연구의 목적은 연소실의 텀블 유동을 최적화하여 짧은 시간 내에 연료와 공기의 균일 혼합을 가능하게 하는 방법을 개발하는 것이다.
CMCV (Charge Motion Control Valve)는 흡기 매니 폴드 및 흡기 포트에 설치되어 연소실 내에 스월(swirl)이나 텀블(tumble) 유동을 만들어 낼 수 있지만 비용이 많이 들고 유통 저항이 커지는 단점이 있다. 본 연구에서는 텀블 유동을 제어하는 방법을 개발하여 별도의 장치 없이 흡기포트 형상에 적용한 결과를 제시하고 있다. 이 방법은 연소실 내에서 형성되는 다축 (multi-axes) 텀블을 방지하고, 단일축(single axis)을 가진 이상적인 텀블 유동을 생성시키는 기술이다. 특히 점화 플러그 근처의 강력한 난류 운동 에너지와 균일한 혼합기를 만들기 위해서는 이상적인 텀블의 형성이 필수적이며, 이는 빠른 화염면 전파 속도와 함께 안정적인 연소를 가능케 하여 연소 효율을 높여 줄 수 있다. CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석을 통해 혼합기의 균일도, 난류 운동 에너지 및 연소 시간 등을 산출하였고, 이는 연소 효율을 예측하기 위해 사용 되었다. 마지막으로 CFD 해석 결과는 다이노(dyno) 시험 결과와 비교하여 검증 되었다.
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