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HCCI 엔진의 실린더 내 유동에 대한 피스톤 보울 형상의 영향
Influence of piston bowl geometry on the in-cylinder flow of HCCI Engine 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.22 no.4 = no.76, 2013년, pp.399 - 405  

남승만 (충북대학교 기계공학부) ,  이계복 (충북대학교 기계공학부)

초록
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엔진 실린더 내부의 난류유동 특성은 내연기관의 열효율을 결정하는 매우 중요한 역할을 한다. 실린더 내 난류유동은 복잡한 3차원 유동으로 유동특성에 대한 자세한 정보는 엔진설계의 최적화를 위해 필수적이다. 균일 예혼합 압축착화(HCCI) 엔진은 가솔린과 디젤엔진 사이의 하이브리드 연소개념이다. 실린더 내 기체의 난류유동은 운동량과 열의 혼합 및 전달률을 증가시키므로 벽면에서의 열전달에 관여하여 HCCI 연소 과정에 중요한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 연소실 형상에 따른 연소실 내의 기체 난류유동을 LES 모델을 사용한 전산수치해석을 통해 분석하여 HCCI 엔진 연소과정에 미치는 영향을 확인하였고 연구결과는 HCCI 엔진에서 연소실 형상에 따른 연소 특성과 엔진 성능을 개선하기 위한 기본적인 지침에 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The gas motion inside the engine cylinder plays a very important role in determining the thermal efficiency of an internal combustion engine. A precise information of in-cylinder three dimensional complex gas motion is crucial in optimizing engine design. Homogeneous charge compression ignition (HCC...

주제어

#스월   #난류   #스퀴시   #연소실   #균일 예혼합 압축착화  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 연소실 형상의 최적화는 엔진성능을 향상시키고 배출가스를 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 LES 난류모델을 사용하여 HCCI 엔진에서 피스톤 보올 형상에 따른 실린더 내의 유동특성을 해석하였다. 실린더 내의 기체 난류유동에 의한 난류확산은 운동량과 열의 전달률을 증가시키므로 실린더 벽에서의 열 전달에 관여하여 연소과정에 영향을 주는 주요 인자이다.
  • 실린더 내의 기체 난류유동에 의한 난류확산은 운동량과 열의 전달률을 증가시키므로 실린더 벽에서의 열 전달에 관여하여 연소과정에 영향을 주는 주요 인자이다. 본 연구의 목적은 HCCI 엔진에서 실린더 내의 난류 유동특성에 대한 피스톤 보올 형상의 영향을 평가하여 엔진의 연소특성과 성능을 개선하기 위한 기본적인 지침을 제공하는 것이다. 

가설 설정

  • 반경방향(radial direction) 속도는 0으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
균일 예혼합 압축착화 엔진은 어떤 개념인가? 실린더 내 난류유동은 복잡한 3차원 유동으로 유동특성에 대한 자세한 정보는 엔진설계의 최적화를 위해 필수적이다. 균일 예혼합 압축착화(HCCI) 엔진은 가솔린과 디젤엔진 사이의 하이브리드 연소개념이다. 실린더 내 기체의 난류유동은 운동량과 열의 혼합 및 전달률을 증가시키므로 벽면에서의 열전달에 관여하여 HCCI 연소 과정에 중요한 영향을 미치게 된다.
실린더 내 기체의 난류유동은 어떤 영향을 미치는가? 균일 예혼합 압축착화(HCCI) 엔진은 가솔린과 디젤엔진 사이의 하이브리드 연소개념이다. 실린더 내 기체의 난류유동은 운동량과 열의 혼합 및 전달률을 증가시키므로 벽면에서의 열전달에 관여하여 HCCI 연소 과정에 중요한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 연소실 형상에 따른 연소실 내의 기체 난류유동을 LES 모델을 사용한 전산수치해석을 통해 분석하여 HCCI 엔진 연소과정에 미치는 영향을 확인하였고 연구결과는 HCCI 엔진에서 연소실 형상에 따른 연소 특성과 엔진 성능을 개선하기 위한 기본적인 지침에 활용될 수 있다.
기존의 엔진을 대체할 새로운 기술에 대한 관심에 따라 어떤 전망이 예상되는가? 최근에는 자동차로 인한 대기오염의 심각성이 부각됨에 따라 기존의 엔진을 대체할 새로운 기술에 대한 관심이 높아져 가고 있다 따라서 균일 예혼합 압축착화(homogeneous charge compression ignition,HCCI) 엔진을 내연기관 연소의 새로운 방법으로 채택하고, 전기에너지를 사용하는 하이브리드자동차가 미래의 자동차 시장을 대체하게 되고, 배터리(battery)기술이 발전됨에 따라 전기자동차 시대로 이행될 것으로 전망하고 있다. 디젤엔진의 열효율과 연비를 유지하면서 PM과 NOx의 감소를 동시에 이루기 위한 방안으로 사용되는 균일 예혼합 압축착화 엔진의 개념은 SI(spark ignition) 엔진과 CI(compression ignition) 엔진의 장점을 이용한 엔진이다(1)
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참고문헌 (11)

  1. Au, M. Y., Girard, J. W., Dibble, R., Flowers, D., Aceves, S. M., Frias, J. M., Smith, R., Seibel, C. and Mass, U., "1.9-Liter Four-cylinder HCCI Engine operation with exhaust gas recirculation," SAE paper 2001-01-1894, 2001. 

  2. T.Joelsson, R. Yu, X.S. Bai, A. Vressner, B. Johansson. "Large eddy simulations and Experiments of the Auto-ignition process of Lean Ethanol/air Mixture in HCCI Engine, SAE paper 2008-01-1668, 2008. 

  3. Payri F, Benajes J, Margot X et al. "CFD modeling of the in-cylinder flow in direct-injection Diesel engines", Computers & Fluids 33:995-1021, 2004. 

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  4. K. Liu, D.C. Haworth. "Large Eddy Simulation for an Axisymmetric piston-cylinder assembly with and without swirl", Flow Turbulence Combust 85:279-307, 2010. 

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  5. Haworth, D. C. & Jansen, K. "Large-eddy simulation on unstructured deforming meshes: towards reciprocating IC engines", Comput. Fluids 493-524, 2000. 

  6. Vermorel, O. et al. "Towards the understanding of cyclic variability in a spark ignited engine using multi-cycle LES", Combust. Flame 156, 1525-1541, 2009. 

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  7. Morse, A. P., Whitelaw, J. H. & Yianneskis, M. "Turbulent flow measurement by Laser Doppler Anemometry in a motored reciprocating engine", Report FS/78/24. Imperial College Dept. Mech Eng, 1978. 

  8. Haifeng Liu, Peng Zhang, Zheming Li, Jing Luo, Zunqing Zheng, Mingfa Yao. "Effects of temperature inhomogeneities on the HCCI combustion in an optical engine", Applied Thermal Engineering. 31, pp.2549-2555, 2011. 

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  9. FLUENT. Fluent 6.3 User's Guide, 2007. 

  10. Leonard, A. "Energy cascade in large-eddy simulation of turbulent fluid flow", Adv. Geophys, Vol 18, A, pp 237-248, 1974. 

  11. Ogawa. H, Matsui. Y, Kimura. S, Kawashima. J, Three dimensional computations of the effects of the swirl ratio in direct injection diesel engine on and soot emissions, SAE 961125 

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