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디젤엔진 연소실 형상 강건최적화(DFSS)설계를 통한 2.4L ULPC 엔진 연비개선에 관한 연구
유덕근(Dockoon Yoo),김득상(Duksang Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12
본 논문은 Tier 4-Final 배기규제를 DPF 없이 만족시키는 2.4L ULPC 디젤엔진의 낮은 수준의 배기가스를 유지한 채 피스톤 형상을 최적화하여 엔진 연비를 개선한 연구 결과이다. 본 연구에서는 연소실 형상 최적화를 위해 3D 연소해석을 기반으로 한 DFSS(Design for Six Sigma)의 강건 최적화 설계기법이 사용되었다. 이를 통해 연비개선을 위해 분사시기 진각에 따른 soot 배출 감수성을 낮추는 강건 최적화 개념이 도입된 연소실 형상(RD1과 RD2)이 도출되었다. 엔진 성능 시험을 통해 강건 최적화된 연소실의 연비개선 가능성을 검증하였다. 최종적으로 RD2 연소실 형상이 장착된 엔진에서 최대 출력조건에서 2.4%, 배기가스 인증 모드인 NRSC에서 3.0%, NRTC에서 4.9%의 연비를 개선하는 결과를 보여주었다. This paper explains a detailed review of improved BSFC of 2.4L ULPC(Ultra Low Particulate Combustion) diesel engine by optimizing the piston bowl geometry while maintaining non-DPF solution for Tier 4 Final emission regulation. In this study, 3-D combustion simulation and robust optimal design method by DFSS (Design for Six Sigma) were used to optimize the piston bowl geometry. Two piston bowl geometries (RD1 and RD2) were derived from adopting design process based on DFSS. These pistons showed enhanced robustness on injection timing which could inhibit increasing soot emission. It means that these have potentials to improve thermal efficiency and fuel consumption. Results from engine bench tests proved the potential of improved fuel consumption by virtue of robust designed piston bowl geometries and these test data are well-matched the simulation. Finally, RD2 piston bowl can improve 2.4% fuel consumption under the rated power condition and 3.0% and 4.9% of fuel consumption improvements were achieved under NRSC and NRTC test cycles, respectively.