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양영준(Young-Joon Yang),심한섭(Han-Sub Sim) 한국기계가공학회 2014 한국기계가공학회지 Vol.13 No.5
This study was carried out to improve the design of an intercooler for a small marine diesel engine. Diesel engines for small marine ships have mainly been developed by changing the structure of the vehicle engine. Sea water was most commonly used in the intercooler of small marine diesel engines to cool the hot air compressed by the turbocharger. In this study, the intercooler is modeled and simulated using STAR-CCM+ in order to find optimal data for the design of an intercooler. In the results, the temperature differences between the data from a numerical analysis and experimental data were 0.38℃ in the hot air outlet and 3.63℃ in the cooling water outlet. Therefore, it was confirmed that both analysis and experimental results need to be considered when designing an intercooler. A closer degree of similarity in the two datasets can improve the confidence in the design of these intercoolers.
인터쿨러 탱크에서 과급공기 압력차이에 관한 실험적 연구
오광헌(Kwang-hun Oh),이상준(Sang-Jun Lee),강병훈(Byeong-hun Kang),심호창(Ho-chang Sim) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2022 No.6
As internal combustion engine vehicles are being converted to eco-friendly vehicles these days, hydrogen fuel cell vehicles (FCEVs) are attracting attention as next-generation eco-friendly vehicles. In addition, the parts that can be commonized among some parts of internal combustion engine vehicles can be refined and applied to eco-friendly vehicles to use current production technologies. Similar to the intercooler currently used in turbocharging systems, hydrogen fuel cell vehicles also require an air cooler that can cool high air temperatures by being compressed in an air compressor. In this study, pressure fluctuations were measured in intercooler tanks. The shape of the inlet tank shall be improved for the distribution of charged air from the test results. However, in terms of the pressure drop of the charged air, we could know the need to improve the shape of the outlet tank. From these experiments, depending on the environment that is applied to the actual vehicles, it can help referentially to improve the air cooler design.
저온환경에서 발생하는 인터쿨러 내부 결빙현상 예측에 관한 수치해석적 연구
윤원준(Wonjun Yoon),김성근(Seongkeun Kim),나일신(Ilsin Na),정성용(Sungyong Jung),박정수(Jungsoo Park) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
내연기관 자동차는 출력을 높이면서 배기가스를 감소시키는 방향으로 많은 연구와 기술개발이 발전해왔다. 출력을 높이기 위한 방법으로 연소 후 배출되는 고압가스를 이용하여 Turbo charge(TC)의 터빈을 회전시켜 얻는 회전력을 압축기에 사용하여 흡입 공기를 대기압보다 높은 압력으로 형성하여 엔진 출력을 증가시키는 방법이 있다. 하지만 흡입공기를 압축하는 과정에서 온도가 상승하고 팽창하기 때문에 공기 밀도가 감소하여 오히려 엔진 출력 효율을 감소시킬 우려가 있다. 따라서 압축된 공기를 냉각시키기 위해 Intercooler(IC)가 필요하다. IC는 압축된 공기 온도를 낮춤으로써 공기 밀도를 증가시켜 더 많은 공기 유입으로 인해 엔진 출력을 높이는데 도움을 준다. 게다가 내연기관 트렌드는 연비 향상을 위해 엔진을 다운사이징화하고 있는 추세이며 이를 보완하기위해 TC를 장작하고 있다. 배기가스를 감소시키는 방법으로는 후처리장치 및 EGR 사용이 있다. 다양한 후처리장치 추가는 차량 비용과 무게증가로 인한 연비감소로 이어져 사용자의 부담이 증가함으로 EGR 기술을 적용하여 배기가스를 감소시킬 수 있다. EGR은 HP, LP EGR로 나뉘며 HP EGR은 TC 전단에서 추출하여 intake manifold에서 압축공기와 혼합되어 응답성이 빠른 장점이 있지만 TC의 터빈을 회전시켜야 할 배기가스 일부를 사용함으로써 압축 효율이 감소되는 특징이 있다. LP EGR은 TC와 후처리장치를 거쳐 외부로 배출되는 가스를 활용하는 기술로 HP EGR에 비해 응답성은 늦고 온도차이로 인하여 응축수가 생성될 수 있지만 신기와 혼합이 잘되며, 터빈 회전력을 유지할 수 있어 압축효율이 증가한다. 따라서 각 운전영역에 따라 HP, LP EGR을 함께 사용하는 Duel loop EGR을 적용하고 있다. 최근 들어 과거에 비해 기후 변동의 폭이 커짐에 따라 전세계적으로 이상기후가 관측되고 있고 자동차의 주행조건 역시 가혹한 환경에서 운전된다. 따라서 자동차는 시중에 판매되기 전 극한의 상황을 고려하여 많은 테스트를 진행하며 특히, 영하 조건에서 초기시동부터 운전 테스트를 진행한다. 영하의 공기가 LP EGR과 압축기를 지나 혼합되면서 응축수가 생성되고 IC를 지나면서 IC 내부에 결빙이 성장하게 된다. IC 내부에서 결빙 성장의 경우 유동 흐름을 방해함과 동시에 엔진 성능에 영향을 미친다. 본 연구는 영하 온도에서 흡입되는 공기와 LP EGR이 만나 혼합되어 압축기를 통과하면서 혼합기체 온도가 상승한 상태로 IC 열교환의 영향으로 결빙이 생성된다는 것에 착안하여 연구를 진행하였다. 해석 형상은 현대자동차에서 개발한 모델로 IC전단 by pass valve를 이용하여 저온일 때는 100% by pass하고 고온일 때는 IC로 유동을 분배하는 시스템이다. 해석은 100% by pass 조건에서 수행하여 ansys fluent로 유동해석을 진행하였으며 이후 FENSAP-ICE tool을 사용하여 droplet과 icing 해석을 순차적으로 진행하였다. 해석 모델 신뢰도는 실차 실험 데이터 값과 해석모델 데이터 값을 비교하였으며 외기온도에 따른 결빙량을 예측하였다. Fluent 유동해석 결과 rpm-load가 증가할수록 압축된 혼합기체 속도가 증가하였고 형상적인 요인에 의해 swirl이 발생하는 것을 확인하였다. Swirl과 by pass pipe 형상으로 인하여 IC 하단 chamber부분으로 유입되어 체류시간이 증가하면서 결빙이 발생하였고, 결빙량에 영향을 미치는 인자로는 체류시간과 외기온도가 있다. 저속 영역보다 중속 영역에서 결빙량이 감소하는 경향성을 보였으며 이는 흡입속도가 증가하여 IC 하단 chamber부분에서 체류하는 시간이 감소하여 결빙량이 줄어든 것으로 판단된다.
방광현(Kwang-Hyun Bang),김경규(Kyung-Kyu Kim),김상진(Sang-Jin Kim) 한국마린엔지니어링학회 2009 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2009 No.-
An high-efficiency intercooler for high-power Diesel engine power pack has two separate cooling circuits of high-temperature and low-temperature, thus three fluid paths of high and low temperature coolants and the charge air are involved in this type of heat exchanger. A cell-by-cell thermal rating method is employed to design and calculate the thermal rating of the intercooler. A model intercooler has been designed and fabricated and the measurement of thermal performance of the model intercooler shows good agreement with the design calculations.
터보 인터쿨러 커먼레일 디젤기관의 매연, CO 및 CO₂ 배출물에 미치는 플라즈마 EGR 조합시스템의 영향에 관한 연구
배명환(Myung-whan Bae),구영진(Young-jin Ku),이봉섭(Bong-sub Lee),윤일중(Iljoong Youn) 한국자동차공학회 2006 한국 자동차공학회논문집 Vol.14 No.4
The aim in this study is to develop the combined EGR system with a non-thermal plasma reactor for reducing exhaust emissions and improving fuel economy in turbo intercooler ECU common-rail diesel engines. In this study, the characteristics of soot, CO and CO₂ emissions under four kinds of engine loads are experimentally investigated by using a four-cycle, four-cylinder, direct injection type, water-cooled turbo intercooler ECU common-rail diesel engine with a combined plasma exhaust gas recirculation(EGR) system operating at three kinds of engine speeds. The EGR and non-thermal plasma reactor system are used to reduce NO<SUB>x</SUB> emissions, and the non-thermal plasma reactor and turbo intercooler system are used to reduce soot and THC emissions. The plasma system is a flat-to-flat type reactor operated by a plasma power supply. The fuel is sprayed by pilot and main injections at the variable injection timing between BTDC 15° and ATDC 1° according to experimental conditions. It is found that soot emissions with increasing EGR rate are increased, but are decreased as the applied electrical voltage of the non-thermal plasma reactor is elevated at the same engine speed and load. Results also show that CO and CO₂ emissions are increased as EGR rate is elevated, and CO emissions are increased, but CO₂ emissions are decreased as the applied electrical voltage of the non-thermal plasma reactor is elevated at the same engine speed and load.
공랭식 인터쿨러 성능에 영향을 미치는 인자들에 대한 실험적 연구
오광헌(Kwang-hun Oh),정순안(Sun-an Jeong),전태수(Tae-soo Chun) 한국자동차공학회 2019 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2019 No.5
To increase the power and torque of the vehicle engine, mount the turbocharger using the exhaust gas discharge pressure. In this system, the air cooled type charge air cooler(ACAC) is required to efficiently cool temperature rise in the process of compressing outside air. In this study, the performance factors of the air cooled type charge air cooler(ACAC) were analysed experimentally. And depending on the vehicle mounting position, SBS and Brick types were selected for the test. Our study analyzed the effects of factors affecting performance, such as offset rate and fin bonding ratio. The heat rejection and cooling air pressure drop by offset ratio and fin bonding ratio respectively did not affect up to 90%. However, the design should be considered as it affects the durability aspects of the fin bonding factor. In addition, heat rejection by offset ratio depends on the sample specification, but there is a possibility that 30-50% is appropriate.
LP EGR용 인터쿨러 내식소재 선정에 대한 실험적 연구
이동석(Dong-suk Lee),오광헌(Kwang-hun Oh),정순안(Sun-an Jeong),이찬우(Chan-woo Lee) 한국자동차공학회 2019 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2019 No.5
In the LP EGR system, acidic condensate is formed on the inner surface of the intercooler. It was reported that acetic acid, formic acid, sulfuric acid, nitric acid and the like were detected in this condensate. In order to increase the corrosion resistance of intercoolers to the acidic environment, the 5-layer clad material was examined instead of the existing 3-layer clad materials. The 5-layer clad material is a multilayer clad material having a sacrificial layer between the filler alloy layer for brazing and the core alloy. In particular, we wanted to compare the corrosion resistance characteristics according to the difference in composition of the alloy constituting the sacrificial layer. In this study, the pressure resistance and corrosion resistance assessment were performed which is generally selected for development of intercoolers. And corrosion resistance to acidic environments was evaluated using solutions of the VDA K3.2 standard. This test method was proposed by VDA for evaluating corrosion characteristics of condensate generated in the LPEGR system. The 5-layer clad materials met the general requirements for pressure and corrosion characteristics of the intercooler. In addition, the 5-layer clad materials were shown significant characteristics under the acid corrosion test than the 3-layer clad material, and the corrosion life of the intercooler is expected to increase in the LP EGR system.