165-165 2018 [추계학술대회]
| 제목 | 가솔린 엔진에서 보어-스트로크 비의 영향에 관한 해석적 연구 |
|---|---|
| 분야 | 가솔린엔진 |
| 언어 | Korean |
| 저자 | 송세진(서울대학교), 민경덕(서울대학교), 오세철(서울대학교), 조석원(서울대학교), 송치헌(서울대학교), 정동원(현대자동차), 이병석(현대자동차), 손진욱(현대자동차), 우수형(현대자동차) |
| Key Words | Spark-ignited engine(가솔린 엔진), 3D CFD(3차원 전산 유체 역학), Bore-to-stroke ratio(보어-스트로크비), In-cylinder flow (엔진 내 유동), Heat transfer (열전달) |
| 초록 |
전세계적으로 자동차 연비 규제와 배기 규제가 급격히 강화되는 추세가 나타나고 있다. 이에 따라 차세대 고효율 가솔린 엔진이 미래 동력원 시장에서 중요한 부분을 차지할 것으로 기대 되 는 바, 가솔린 엔진의 효율을 높이고 배기 규제를 만족시키기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있 다. 보어-스트로크 비(B/S)는 엔진의 설계 단계에서부터 우선적으로 고려되어야 하는 요소로 엔 진의 효율에 직접적인 영향을 미치는 중요한 인자다. 따라서 이에 관한 근본적인 이해와 연구가 필요하다. 본 연구에서는 3가지 B/S의 엔진을 대상으로 실험과 해석을 진행하였다. 0.5L의 동일한 배기 량, 12의 동일한 압축비를 가진 B/S 0.68, 0.83, 1.00의 단기통 엔진에 대하여 실험과 해석을 진 행하였으며, 실험으로 정확하게 분석하기 어려운 유동 특성과 열전달 특성에 초점을 맞춰 해석이 진행되었다. 실험, 1D 및 3D 시뮬레이션의 동시적인 데이터 매칭을 통해 보다 정확한 경계조건을 계산하고, 이를 연구에 도입하였다. 동일 부하 조건에서 모터링시의 경계조건, 연소시 경계조건을 사용하여 유동 특성을 분석해 보 았다. 해석 결과, 스트로크가 길어짐에 따라 유동이 강화될 것이라는 예측과 달리, B/S 0.68과 0.83에서 난류 강도 등 유동 특성이 큰 차이를 보이지 않음을 확인하였다. 이로 인해 해당 엔진 형상에서는 B/S가 감소함에 따른 효율 상승분이 크지 않을 것임을 예측할 수 있었고 이는 실험으 로 확인되었다. 노킹 한계 조건(KLSA:Knock limit spark advance)에서의 해석을 이용하여, 벽면 온도의 영향이 어떻게 변화하는지 확인하였다. 연소실의 형상이 변화함에 따라 벽면온도가 크게 변화하는 것을 1D 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있었다. 또한 연소실을 구성하는 벽면 온도가 미 연가스 영역에 미치는 영향력의 차이가 나타났으며, 이로부터 형상을 고려한 냉각전략이 필요함 을 제시할 수 있었다. |
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