35-35 2023 [추계학술대회]
| 제목 | POD 분석을 이용한 가솔린 직분사 엔진의 주기적 유동장 사이클 편차 탐지와 난류운동에너지 계산 |
|---|---|
| 분야 | 모빌리티 동력 및 구동시스템 |
| 언어 | Korean |
| 저자 | 박민기(한양대학교), 김동환(한양대학교), 박성욱( 한양대학교) |
| Key Words | Cycle-to-Cycle Variation(사이클 편차), Proper Orthogonal Decomposition(적합직교분해), Particle Image Velocimetry(입자영상유속계), Direct Injection Spark Ignition engine(스파크점화식 직분사 엔진), Turbulent Kinetic Energy(난류운동에너지) |
| 초록 |
가솔린 직분사 엔진은 연비, 응답성, 체적효율과 같은 측면에서 이점이 있지만 공기-연료 혼합기 형성 시간이 상대적으로 짧다. 또한 실린더 내부 유동의 강한 난류로 인해 사이클 간 분무 편차가 커 공기-연료 혼합기 분포의 재현성이 낮다. 이처럼 분무 및 유동의 Cycle-to-Cycle Variation (CCV)는 연소실 내 공연비의 불균일성을 증가시켜 탄화수소, 일산화탄소 및 질소산화물의 배출량을 증가시키고 실화를 유발할 수 있다. 결과적으로 분무 및 유동의 CCV는 출력, 토크 및 연소안정성에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 2기통 가시화 가솔린 직분사 엔진에서 입자영상유속계 기법을 적용하여 실린더 내부 유동을 관측하고 Proper Orthogonal Decomposition (POD) 기법을 활용하여 유동 CCV를 정량화 및 특성화 하였다. 엔진 및 인젝터는 NI Compact RIO 및 NI DAQ를 이용하여 제어하였으며 AC모터를 이용하여 엔진에 부하를 가하였다. 흡기유량은 MFC로 제어하였으며 흡기챔버를 장착하여 맥동을 감소시켰다. POD 분석 결과로 얻은 모드 계수들에 대해 자기상관 및 고속퓨리에변환 분석을 수행하였다. 분석 결과로부터 유동장 모드 중 Mode 1을 포함하여 주기적인 증감을 보이는 모드가 있음을 확인하였으며 난류를 구성하는 모드를 구분하였다. 추가적으로 난류 모드들의 계수들로부터 운동에너지를 계산하여 난류운동에너지를 계산하고 해당 결과를 평균유동장을 사용하는 기존 난류운동에너지 계산기법과 비교하였다. |
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