노즐 형상 변경이 소형 CRDI 엔진의 성능에 미치는 영향에 대한 수치 해석적 연구

민세훈 ( Se Hun Min ),서현규 ( Hyun Kyu Suh ) 한국분무공학회 2015 한국액체미립화학회지 Vol.20 No.4

The objective of this study is to investigate the effect of multi-hole nozzle on the performance of small CRDI engine. Combustion and exhaust emission characteristics of engine were studied by using CFD simulation with ECFM-3Z combustion model. The conditions of simulation were varied with nozzle geometry, injection timing and injection quantity. In addition, the results were compared in terms of combustion pressure, rate of heat release, NOx and soot emissions. It was found that combustion pressure was increased when injection timing was advanced. The rate of heat release of 6 hole nozzle was higher than that of 12 hole nozzle since the quantity of fuel impinged at the bottom of piston rim was different under different injection timing conditions. In the case of NOx emission, 6 hole nozzle generated more NOx emission than 12 hole nozzle. On the other hand, in the case of soot emission, 12 hole nozzle showed higher value than 6 hole nozzle because injected fuel droplets from multi-hole nozzle were coalesced.

예혼합 챔버 내 에탄올 분사 비율에 따른 RCCI 엔진의 당량비 및 배기 배출물 특성

민세훈(Se Hun Min),서현규(Hyun Kyu Suh) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

압축착화(CI; Compression ignition) 엔진은 실린더 내 직접 분사된 연료의 자발화(Auto-ignition) 특성을 이용하여 동력을 얻는다. 하지만, 이 과정에서 실린더 내 국부적으로 농후한 영역이 발생하고, 이로 인한 국부적인 온도 상승으로 NOX와 불완전 연소에 의한 Soot과 같은 물질을 많이 배출한다. 이를 해결하기 위하여 PCCI(Premixed charge compression ignition)와 HCCI(Homogeneous charge compression ignition)와 같은 연소 전략이 연구 중이다. 하지만, PCCI의 경우 기존 CI 방법보다 분사된 연료와 실린더 내 공기의 혼합되는 시간이 많이 확보되어 적은 양의 NOX와 Soot 과 같은 물질이 형성되어 적게 배출되지만, 여전히 그 양이 상당하다. HCCI 방법의 경우 고부하 조건에서 연소 시점 제어가 힘든 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 RCCI (Reactivity controlled compression ignition) 방법이 많은 주목을 받고 있다. RCCI 엔진의 경우 일반적으로 두 가지의 연료를 사용한다. 첫 번째 연료는 고옥탄 연료를 흡입 과정 이전의 공기에 분사하여 균질한 혼합기를 유도 후 실린더 내 유입되도록 하고, 압축 과정 중에서 원하는 시점에 두 번째 연료인 고세탄 연료를 실린더 내 분사하여 자발화를 통한 연소를 유도한다. 이를 통해 HCCI 연소의 문제점인 연소 시점 제어를 쉽게 하며, 동시에 균질한 혼합기로 인해 적은 양의 배기 배출물이 생성되도록 하는 방법이다. 본 연구에서는 RCCI 방법을 적용한 엔진에 대한 수치 해석적 연구를 통하여 예혼합 챔버 내 분사된 에탄올 비율에 따른 실린더 내 당량비 분포도와 배기 배출물의 형성 및 산화에 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 하였다. 균질한 혼합기 유도를 위하여 고옥탄 연료인 에탄올을 적용하였으며, 흡기 이전의 예혼합 챔버에 분사되어 실린더 내 유입되도록 하였다. 또한, 에탄올의 분사양은 디젤의 연료량 14mg의 LHV(Low heating value) 값인 595J에 대한 동일 발열량을 기준으로 0%에서 40%까지 변경하였다. 수치해석에서 이를 구현하기 위하여 실린더 내 유입된 공기에 에탄올이 균일하게 혼합되었다고 가정하여 초기 공기 조성을 변경하여 이를 구현하였다. 수치해석에서 물리적, 화학적 현상을 고려하기 위하여 연소 모델은 ECFM-3Z 모델을 적용하였으며, 연료 분사 분열 모델은 KH-RT 모델을 적용하였다. 동시에 연소특성 확인을 위해 IMEP와 당량비 분포도를, 배기 배출물 특성을 확인하기 위하여 ISNO, NO 분포도, ISCO, CO 분포도를 비교 분석하였다. 연구 결과, 예혼합 챔버내의 에탄올의 분사 비율이 증가할수록 ISNO 값이 감소하는 것을 확인할 수 있었으나, 낮은 연소 온도로 인하여 CO가 산화하지 못하여 ISCO 값이 증가하였다. 또한, 통전시기가 진각될 수록 최고 실린더 압력은 증가하였으나, 짧은 착화지연으로 인하여 압축일이 증가하여 지각된 통전시기와 비슷한 IMEP 값을 갖는 것으로 나타났다.

도시가스 내 수소 혼입을 상정한 가스 호환성 검증법 검토

민세훈(Se Hun Min),조현석(Hyun Seok Cho),장일신(Yichene Zhang),신재훈(Jae Hun Shin),장기현(Gi-Hyun Jang),문석수(Seok Su Moon),이창언(Changeon Lee) 한국가스학회 2023 한국가스학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.5

극저온의 흡기 온도 조건에서 실린더 내 디젤 연료의 분무 특성

민세훈 ( Se Hun Min ),서현규 ( Hyun Kyu Suh ) 한국분무공학회 2021 한국액체미립화학회지 Vol.26 No.1

The objective of this study is to investigate the effect of cryogenic intake air temperature on the injected fuel droplet behavior in a compression ignition engine under the different start of energizing timing. To achieve this, the intake air temperatures were changed from -18℃ to 18℃ in steps of 9℃, and the result of fuel evaporation rate, Sauter mean diameter, and equivalence ratio distributions were compared. When the intake air temperature decreased in steps of 9℃, less fuel was evaporated by about 3.33% because the cylinder temperature was decreased. In addition, the evaporated fuel amount was increased with retarding the start of energizing timing because the cylinder temperature raised. However, the difference was decreased according to the retarded start of energizing timing because the cylinder pressure was also increased at the start of fuel injection. The equivalence ratio was reduced by 5.94% with decreasing the intake air temperature. In addition, the ignition delay was expected to longer because of the deteriorated evaporation performance and the reduced cylinder pressure by the low intake air temperature.

Simulated-EGR (N₂+CO₂)의 조성이 CI 엔진에서 연료 질량 분율 분포와 배기 배출물 형성/산화에 미치는 영향

민세훈(Se Hun Min),차준표(Junepyo Cha),서현규(Hyun Kyu Suh) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.12

본 연구는 압축 착화 엔진에서 simulated-EGR의 조성 중 CO₂ 몰 분율에 따른 연소 및 배기 배출물 특성을 비교 분석하는 것을 목적으로 하였다. 벽면과의 충돌 모델은 Mundo Sommerfeld 모델을 사용하였고, 최대 실린더 압력, 착화 지연, IMEP, NO 분포도, soot 분포도 특성의 결과를 비교 분석하였다. CO₂ 몰 분율의 영향을 알아보기 위하여 당량 비를 0.73으로 당량 비를 고정하고, CO₂ 몰 분율을 0%에서 10%로 변경하였다. 연구 결과, CO₂ 몰 분율이 증가할수록 분사된 연료의 증발이 저하되어 착화지연이 길어지고, 최대 실린더 압력도 감소하였다. ISNO의 경우 CO₂의 높은 비열로 인하여 CO₂가 5%씩 증가할 때, ISNO 값이 최대 55%가 감소하였다. 또한, CO₂가 5%씩 증가할 때, soot의 산화가 낮은 온도로 인하여 잘 일어나지 않아 약 10%씩 증가하였다. The objective of this study is to investigate the effect of the CO₂ mole fraction in the composition of simulated-EGR on the characteristics of combustion and exhaust emissions in a CI engine. To achieve this, the equivalence ratio was fixed at 0.73, while the CO₂ mole fraction was varied from 0 to 10%. The wall interaction model was used based on the Mundo-Sommerfeld model. In addition, the results of peak cylinder pressure, ignition delay, IMEP, NO distributions, and soot distributions were compared. The ignition delay was longer and the peak cylinder pressure was decreased with the increasing CO₂ mole fraction because the evaporation of the injected fuel deteriorated. Moreover, when the CO₂ mole fraction was increased to 5%, the ISNO values decreased to 55% owing to the high specific heat of CO₂. Furthermore, the ISSoot values increased by 10% because the oxidation of soot does not occur well by low temperatures.

폐기물 자원 순환과 블루 수소 생산을 위한 폐비닐 저온 열분해로의 고도화 연구

민세훈 ( Se Hun Min ),이은상 ( Eun Sang Lee ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2022 No.0

흡기 가습에 의한 압축 착화엔진 실린더 내 디젤 연료 분무 특성 예측

민세훈 ( Se Hun Min ),서현규 ( Hyun Kyu Suh ) 한국액체미립화학회 2018 한국액체미립화학회지 Vol.23 No.1

The objective of this study is to predict numerically the effect of intake humidification on the injected diesel fuel spray characteristics in a compression ignition engine. In this work, Wave model and Ducowicz model were applied as the breakup model and evaporation model, respectively. The amount of water vapor for the humidification was changed from 0% to 30% of injected fuel mass. The number of applied meshes was generated from 49,000 to 110,000. At the same time, the results of this work were compared in terms of spray tip penetration, SMD and equivalence ratio distributions. It was found that the cylinder temperature and cylinder pressure were decreased with increasing water vapor mass by vaporization latent heat and specific heat, however, the difference was very small. So, the spray tip penetration was not different by water vapor mass. Also, higher equivalence ratio distributions were observed with increasing water vapor mass by the improvement of fuel atomization.

연료분무 및 연소 2 : 다공 노즐이 소형 CRDI 엔진의 연소 및 배기특성에 미치는 영향

민세훈 ( Se Hun Min ),서현규 ( Hyun Kyu Suh ) 한국액체미립화학회 2015 한국액체미립화학회 학술강연회 논문집 Vol.2015 No.-

The objective of this study is to investigate the effect of multi-hole nozzle on the performance of small CRDI engine. Combustion and exhaust emission characteristics of engine were studied by using CFD simulation with ECFM-3Z combustion model. The conditions of simulation were varied with in nozzle geometry, injection timing and injection quantity. In addition, the results were compared in terms of combustion pressure, rate of heat release, NOx and soot emissions. It was found that combustion pressure was increased when injection timing was advanced. The rate of heat release of 6 hole nozzle was higher than that of 12 hole nozzle since the quantity of fuel impinged at the bottom of piston rim was different under different injection timing conditions. In the case of NOx emission, 6 hole nozzle generated more value than 12 hole nozzle. On the other hand, in the case of soot emission, 12 hole nozzle showed higher value than 6 hole nozzle because injected fuel droplets from multi-hole nozzle were coalesced.

HSDI 엔진 성능 향상을 위한 연료분사 타겟팅에 관한 수치 해석적 연구

민세훈(Se Hun Min),서현규(Hyun Kyu Suh) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.9

본 연구는 HSDI 디젤 엔진의 연소 성능 향상을 위해 연료 분사 타겟팅의 최적화를 수치 해석적으로 연구하였다. 연구에 적용된 연소모델은 ECFM-3Z모델을 사용하였고, 해석에 필요한 엔진 부하 및 연료의 타겟팅은 분사량, 분사각도, 분사시기를 변경하여 해석한 실린더압력, 열 발생률, 배기 배출물 특성의 결과를 비교 분석하여 연구하였다. 연구결과, 분사시기와 분사각도에 따라 연료가 피스톤 보울 안쪽으로 많이 유입될수록 열 발생률의 증가로 인하여 NOx는 증가하였고, CO, Soot은 연소성능의 증진으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 분사시기가 진각될수록 균일 혼합기 형성시간이 충분하여 연소성능이 증진되고, 실린더압력은 증가하였다. The objective of this study was to investigate, using a numerical method, the fuel injection targeting for improving the combustion performance in a HSDI diesel engine. In this work, the ECFM-3Z model was applied as the combustion model, and the injection mass, inclined spray angle, and injection timing were varied for the study on the targeting of fuel spray. The results of this work were compared in terms of cylinder pressure, rate of heat release, and exhaust emissions characteristics. It was found that the cylinder pressure increased when the injection timing was advanced, and the rate of heat release increased when more fuel was injected into the piston bowl. In addition, NOx emission increased owing to the increase in the rate of heat release. On the other hand, CO and soot emissions decreased because of the improvement in combustion performance.

조기 분사 조건에서 Simulated-EGR (N₂)에 의한 당량비 변화가 연료 액적 미립화에 미치는 영향

민세훈(Se Hun Min),서현규(Hyun Kyu Suh) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.12