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최근 강화되는 연비 규제에 따라 저온 연비 향상 기술이 중요하게 다루어지고 있다. 배기열 회수시스템은 버려지는 배기열을 냉각수로 회수하여 엔진의 빠른 웜업을 가능하게하고 겨울철 부족한 차량 실내 난방 보조열원으로도 사용할 수 있게 하는 기술이다. 본 연구에서는 배출가스 열량으로 소실되는 에너지의 일부를 회수하여 냉각수를 가열하는데 투입함으로써 웜업 성능향상 가능성을 확인하기 위한 연구를 시도하였다. 이를 위하여 배기관에 이중관형과 판형 열교환기를 장착하여 열교환 효과를 엔진 실험을 통하여 확인하였으며, 열교환 효율이 상대적으로 우수한 판형 열교환기의 성능을 향상시킬 목적으로 열교환기 장착 위치 변경과 배기관의 교축이 판형 열교환기의 열회수 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 이중관형 열교환기를 배기관에 장착한 경우, 웜업 온도 ...

최근 강화되는 연비 규제에 따라 저온 연비 향상 기술이 중요하게 다루어지고 있다. 배기열 회수시스템은 버려지는 배기열을 냉각수로 회수하여 엔진의 빠른 웜업을 가능하게하고 겨울철 부족한 차량 실내 난방 보조열원으로도 사용할 수 있게 하는 기술이다. 본 연구에서는 배출가스 열량으로 소실되는 에너지의 일부를 회수하여 냉각수를 가열하는데 투입함으로써 웜업 성능향상 가능성을 확인하기 위한 연구를 시도하였다. 이를 위하여 배기관에 이중관형과 판형 열교환기를 장착하여 열교환 효과를 엔진 실험을 통하여 확인하였으며, 열교환 효율이 상대적으로 우수한 판형 열교환기의 성능을 향상시킬 목적으로 열교환기 장착 위치 변경과 배기관의 교축이 판형 열교환기의 열회수 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 이중관형 열교환기를 배기관에 장착한 경우, 웜업 온도 도달시간 및 연료 소비량은 소량 감소하였으나, 열교환 효과는 다소 미비한 것으로 나타났다. 판형 열교환기를 적용한 경우에는 이중관형 열교환기 대비 열교환 효율이 높은 것으로 확인되었다. 하지만 판형 열교환기를 배기 매니폴드 후단에 적용한 경우 배압 증가로 인하여 공회전 안정성이 크게 저하되는 현상이 관찰되었다. 판형 열교환기 적용 시 배압 증가분을 완화시킬 목적으로 배기관에 직경 10 mm의 교축밸브를 적용한 결과, 공회전 안정성은 회복되었으나 열교환 효과가 크게 저하되는 것이 관찰되었다. 판형 열교환기 적용과 직경 5 mm의 교축밸브를 적용한 경우는 교축밸브가 없는 경우보다 열교환 효과는 다소 감소되었으나 안정적인 공회전 운전으로 기본 조건 대비 21%의 웜업 기간 단축 및 12%의 연료가 저감되는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Warm-up characteristics of an engine affects conversion efficiency of catalytic converter by heating catalyst and also fuel consumption during warming-up phase because engine friction is decided by coolant temperature. Therefore, main purpose of warming-up duration is not to reduce duration itself ...

Warm-up characteristics of an engine affects conversion efficiency of catalytic converter by heating catalyst and also fuel consumption during warming-up phase because engine friction is decided by coolant temperature. Therefore, main purpose of warming-up duration is not to reduce duration itself but to increase coolant temperature rapidly with same fuel consumption. This study attempts to evaluate the possibility of fast warm-up by recovering heat from exhaust gas which is normally wasted by exhaust loss. Pipe and plate type of exhaust heat exchanger were tested on IC engine. Plate type heat exchanger showed relatively higher heat exchange efficiency. Effect of exhaust throttling and position of heat exchanger on heat recovery performance was evaluated and results as bellows were observed. 1) Pipe type heat exchanger showed slightly reduced fuel consumption and warm-up duration. Total heat which the heat exchanger extract from exhaust gas was 308.4 kJ and heat exchange efficiency was 46.6%. It is considered that heat exchange efficiency is not sufficient and this is the main reason of that "T" company applied this system with accumulated heat reservoir to it's "P" model. 2) Plate type heat exchanger showed relatively higher heat exchange effect. In case of plate type heat exchanger to upstream of catalytic converter, total heat transferred from exhaust gas to coolant was 1176.1 kJ and heat exchange efficiency was 76.6%. Degraded idle stability, however, was observed by increased back pressure. 3) Exhaust throttle valve of which inner diameter is 10 mm was applied to reduce exhaust back pressure. Improved idle speed stability was observed but heat exchange efficiency was degrade. Total heat transferred to coolant from exhaust gas was 826.5 kJ and heat exchange efficiency of 52.1% was observed. 4) Exhaust throttle valve of which inner diameter is 5 mm was applied to evaluate idle stability as well as heat exchange effect. Total 965.7 kJ was transferred to coolant from exhaust gas and heat exchange efficiency was 59.1%. It showed the possibility of reduction of warm-up duration and fuel consumption is achievable by applying exhaust heat exchanger with supplementary components.