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최승목(Seungmok Choi),임혁(Hyuk Im),김석주(Suk-Ju Kim),바로키 베트랑(Betrand Varoquie) 한국자동차공학회 2020 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2020 No.7
State-of-art engines have introduced various technologies (VVA, EGR, MPI-GDI dual injection, etc.) to improve fuel economy and performance. Due to the interactions between technologies, optimized combustion control becomes more difficult, which causes drivability problems in vehicles. In-cylinder pressure sensor (ICPS) is the ultimate sensor to measure combustion directly; however, has not been accepted for mass production due to high cost and lacking durability. In this paper, the combustion control using the low-cost ICPS is demonstrated in a 4-cylinder engine. Ignition angle control of each cylinder based on both HR50 feed-back and knock detection is implemented in production-level ECU, and its fuel economy benefit is measured in engine dynamometer tests.
연소실 내 EGR 성층화가 디젤 연소 및 배출물에 미치는 영향
최승목(Seungmok Choi),박원아(Wonah Park),민경덕(Kyoungdoug Min) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11
배기가스재순환 (EGR) 기술은 엔진 내 산소 농도와 국부적인 화염 온도를 낮춤으로써 디젤 엔진의 연소 특성에 큰 영향을 주며, 특히 NOx의 저감에 필수적이다. 현재까지 소개된 저온연소 (LTC), 예혼합 연소(HCCI) 등의 신연소 기술에서는 주로 기존보다 높은 EGR을 사용함으로써 화염 온도 및 국부적인 공연비 제어를 통해 NOx 및 PM의 동시 저감 효과를 거두고 있다. 하지만 연소 안정성이 저해 및 CO, HC의 증가와 연료 소모율 증가 등 많은 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 Part 1 논문에서 도출된 성층화 EGR 개념에 대해 연소실 내 EGR 농도의 성층화가 연소 및 배출물에 미치는 영향에 대해 실험 및 해석을 수행하였으며, 이에 의한 연소 제어 및 배출물 저감 가능성에 대해 확인해 보았다. 단기통 엔진에서 성층화 EGR을 구현하기 위해 흡기 및 EGR 유량의 정밀 제어가 가능한 흡기 공급 장치와 양쪽 흡기 포트로 서로 다른 농도의 EGR 공급이 가능한 흡기 러너를 제작하였다. 흡기 러너를 통한 다양한 EGR 공급 방법에 대해 연소 및 배출물 변화를 측정하였으며, 성층화 EGR에서 SCV 사용가능성 및 성층화 EGR과 SCV가 함께 사용 시 연소 및 배출물 변화를 측정하였다. 헬리컬 포트로 EGR 공급하며 적절한 SCV 사용 시 NOx 약 5 %, PM 약 25 %의 동시 저감을 확인하였으며, 각 EGR 공급 방법 및 SCV에 대한 결과는 CFD (Computational Fluid Dynamics) 연소 해석에서 동일 경향을 확인하였다.
흡배기 및 실린더압 동시 측정을 통한 CAI 엔진의 흡배기 유량 및 실린더 내 잔류가스 예측 모델
최승목(Seungmok Choi),기민영(Minyoung Ki),민경덕(Kyoungdoug Min) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-
CAI (Controlled Auto Ignition) combustion has many advantages such as high efficiency and low emission characteristics. However, there are many difficulties in controlling CAI combustion, because combustion is mainly controlled by in-cylinder Residual Gas Fraction (RGF) which cannot be controlled directly. RGF is usually controlled using Variable Valve Actuating System (VVA), by adapting low lift cam, short valve duration and negative valve overlap. Predicting RGF accurately and quickly is very important in developing CAI engine. However, on-line prediction of RGF is not always practical, due to expensive fast response exhaust gas analyzers are required and some theoretical models are too slow to adapt. In this study, a model for predicting RGF using measured intake, exhaust and cylinder pressure has been developed. By using measured three points of dynamic pressures as pressure boundaries of pipe inlets and outlets, this model could calculate RGF in 5 seconds without solving complex and computationally expansive energy equations. Calculations of mass flowrate and RGF in various CAI combustion conditions were done, and the results were compared with GT-Power results.
중형 직분식 디젤 엔진의 0-D Multi-zone 연소 모델 및 1-D Cycle Simulation 연계 기법 개발
최승목(Seungmok Choi),민경덕(Kyoungdoug Min),김기두(Ki-doo Kim) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.6
본 연구에서는 중형 직분식 선박용 엔진의 성능 및 NOx 배출물 예측을 위한 0-D multi-zone 분무 연소 모델이 개발되었다. 모델은 상용 1-D 사이클 해석 프로그램 (Boost)와 연동할 수 있도록 개발되었으며, 흡배기 시스템을 포함한 엔진 전체에 대한 동시 해석이 가능하였다. 연소 모델은 Fortran90 으로 개발되었으며, AVL 에서 제공된‘user defined high pressure cycle (UDHPC) interface’를 통해 Boost 와 연동되었다. 두 가지의 인젝터(8 홀, 10 홀)에 대해 두 가지 부하에서 해석을 수행하였으며, 해석 결과는 실제 엔진의 성능 실험 결과를 잘 추종하였다. In this study, a 0D multizone spray-combustion model is developed for the estimation of the performance and NOx emission of medium-sized direct-injection marine diesel engine. The developed combustion model is coupled with the commercial 1D cycle-simulation model, Boost, to analyze the entire engine system, including the intake and exhaust. The combustion model code was generated using Fortran90, and the model was coupled with Boost by connecting the generated code to a user-defined high-pressure cycle (UDHPC) interface. Simulation was performed for two injectors (8 holes and 10 holes) and two engine loads (50% and 100%), and the results of simulation were in good agreement with engine performance test.
중형 직분식 디젤 엔진의 0-D multi-zone 연소 모델 및 1-D cycle simulation 연계 기법 개발
최승목(Seungmok Choi),민경덕(Kyoungdoug Min),김기두(Ki-doo Kim) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.11
In this study, a 0-D multi-zone spray combustion model is developed for performance and emission (NOx) prediction of middle size direct injection marine diesel. The developed combustion model is coupled with commercial 1-D cycle simulation model (Boost) to analyze full engine system including intake and exhaust. Combustion model code generated using Fortran90, and coupling with Boost is done by connecting generated code to 'user defined high pressure cycle (UDHPC) interface'. Simulation was performed in two different injectors (8 and 10 holes) and two different engine loads (50 % and 100 %) and the results of simulation had good agreement with engine test data in performance.
AMESim® 엔진모델을 이용한 현상학적 Single Zone 디젤 연소모델과 Multi Zone 디젤 연소모델의 비교
용진우(Jinwoo Yong),최승목(Seungmok Choi),신승협(SeungHyup Shin),민경덕(Kyungdoug Min) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2010 No.5
Combustion model is an important issue for engine simulation. Two kinds of combustion model are compared in the paper. One is 0-D single zone phenomenological combustion model and the other one is 0-D multi zone phenomenological combustion model. Both of them are for direct diesel combustion. The single zone model is called Barba and it is provided in AMESim® internally. The multi zone model is based on Hiroyasu model and it is programmed by FORTRAN77. This model is operated in Compaq Visual Fortran. These two combustion models are compared in the same engine and in the same operating conditions and the result is validated with an experiment. By comparing the AMESim® combustion model with multi zone model, we could examine how widely AMESim® engine model can be used and how reliable it is.
높은 배기재순환 율 조건에서 하드웨어 조합에 따른 디젤 연소 및 배기 특성 비교
이정우(Jeongwoo Lee),최승목(Seungmok Choi),신승협(Seunghyup Shin),이효원(Hyowon Lee),이승현(Seunghyun Lee),최회명(Hoimyung Choi),민경덕(Kyungdoug Min) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2011 No.5
High EGR rate promises to extremely low NOx emission level to meet the regulations of vehicle emissions. Especially, in EURO-6 regulation from 2014, NOx emission must be reduced 55.6 % more than current emission regulation, EURO-5. Therefore, to suppress NOx emission, using high EGR rate becomes more important. However, if high EGR rate is used, CO, THC and PM emissions are increased drastically comparing to those of moderate EGR rate condition. It is a reason that low oxygen concentration due to high EGR rate makes combustion efficiency lower and oxidization of PM worse. Therefore, in this research, two different nozzles and piston bowl shapes are employed to stabilize the combustion with high EGR rate and reduce CO, THC and PM emissions. The result shows that the combination of two stage piston with lower depth bowl and double row nozzle is best fit to reduce CO, THC and PM emissions holding extremely low NOx level.
동일 저부하에서 흡기압에 따른 프로판-디젤 혼소연소 특성에 관한 연구
이효원(Hyowon Lee),최승목(Seungmok Choi),이정우(Jeongwoo Lee),신승협(Seunghyup Shin),이승현(Seunghyun Lee),민경덕(Kyungdong Min) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2011 No.5
대체연료 중에서 가스연료는 저탄소 청정연료이며 기존 엔진에 특별한 변경 없이 적용 가능하다. 또한 높은 옥탄가를 가지고 있어 열효율이 높은 압축착화 엔진에 사용할 수 있어 혼소연소(Dual-fuel combustion)에 사용된다. 혼소연소는 기체연료를 공기와 섞어서 흡입시킨 후 소량의 디젤연료를 착화유로 사용하여 압축착화 시키는 방법을 말한다. 이러한 착화방식에 따라 복잡한 연소특징을 보이는데 부분예혼합 확산화염과 난류화염전파가 동시에 일어난다. 기존의 연구들은 가스연료에 추가에 따른 당량비 변화나 동일 부하에서 혼소연료의 비율에 초점을 맞춰왔다. 하지만 각 비율에 따라 다른 점화지연 때문에 연소가 지각되어 효율이 나빠지거나 조건에 따라 질소산화물(NOx)의 증감에 이견이 있으며 가스연료를 증가시켜가는 실험 방식에 의해 저부하에 낮은 당량비 영역에서 일산화탄소(CO)와 탄화수소(THC)가 디젤에 비해 다량 발생한다. 본 연구에서는 부분예혼합 확산화염과 난류화염전파가 동시에 일어나는 점에 초점을 맞춰 당량비가 높은 영역에서 혼소연소의 연소효율이 증가하여 일산화탄소(CO)가 낮아짐을 확인하였고 다른 배기 성분 및 연소 특성에 대한 분석을 하였다.
높은 배기재순환 율의 디젤 연소에서 EGR 율에 따른 Close post injection 전략이 디젤 연소 및 배기에 미치는 영향
이정우(Jeongwoo Lee),최승목(Seungmok Choi),이승현(Seunghyun Lee),이승하(Seungha Lee),김형준(Hyungjun Kim),김동수(Dongsu Kim),최희명(Hoimyung Choi),민경덕(Kyungdoug Min) 한국자동차공학회 2012 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2012 No.5
In the past research, the effect of close post injection strategy on engine-out emissions as various load conditions was evaluated. Close post injection strategy means the split injection strategy with the shortest dwell time between main and post injections for heavy EGR rate conditions. By using a close post injection strategy, ignition delay is prolonged due to the latent heat of post injected fuel and fuel stratification is improved. Therefore, combustion efficiency is improved due to lower CO and THC emissions and PM emission can be reduced drastically, with low NOx emission level (~10 ppm). However, close post injection strategy does not always work well, so specific conditions would be satisfied to improve the effect of close post injection strategy on the reduction of engine-out emissions. Thus, in this research, the effect of close post injection strategy on the reduction of engine-out emissions as various EGR rate condition was evaluated. By analyzing rate of heat release, the result shows enough time to ignition delay is needed to avoid bad effect on emissions, so higher EGR rate condition is recommended to improve the force of this injection strategy.
연소실 내 EGR 성층화가 디젤 연소 및 배출물에 미치는 영향
박원아(Wonah Park),최승목(Seungmok Choi),이상열(Sangyul Lee),민경덕(Kyoungdoug Min) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11
배기가스재순환 (EGR) 기술은 엔진 내 산소 농도와 국부적인 화염 온도를 낮춤으로써 디젤 엔진의 연소 특성에 큰 영향을 주며, 특히 NOx의 저감에 필수적이다. 현재까지 소개된 저온연소 (LTC), 예혼합 연소(HCCI) 등의 신연소 기술에서는 주로 기존보다 높은 EGR을 사용함으로써 화염 온도 및 국부적인 공연비 제어를 통해 NOx 및 soot의 동시 저감 효과를 거두고 있다. 하지만 연소 안정성 저해 및 CO, HC의 증가와 연료 소모율 증가 등 많은 문제점을 가지고 있다. 성층화 EGR 기법은 전체 EGR량을 높이는 대신 EGR 분포를 성층화 시켜 국부적으로 높은 EGR 영역을 만드는 방법으로, 이를 이용하면 LTC, HCCI 연소의 문제를 해결하면서 NOx 및 soot의 동시 저감 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 지금까지 디젤 엔진에서 거의 적용되지 않았던, 성층화 EGR 기법을 이용하여 연소 및 배출물에 미치는 영향에 대해 실험 및 해석을 수행하였으며, 이에 의한 연소 제어 및 배출물 저감 가능성에 대해 확인해 보았다. 먼저 3D CFD (Computational Fluid Dynamics)해석을 통해 이상적인 EGR 성층화 구조에서 성층화 EGR에 의한 배출물 저감 가능성을 확인하였다. 또한, 성층화 EGR 효과를 극대화하기 위하여 2단 피스톤 형상을 고안하고 흡기 포트 형상이 연소실 내 EGR 분포에 미치는 영향에 대해 연구해보았다.