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GDI 고압펌프의 유동특성에 관한 연구
A Study of the Fluidic Characteristics of High-Pressure Fuel Pumps for GDI Engines 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.39 no.5 = no.356, 2015년, pp.455 - 461  

이상진 (계명대학교 기계자동차공학과) ,  노유정 (부산대학교 기계공학부) ,  류하오 (계명대학교 기계자동차공학과) ,  이재천 (계명대학교 기계자동차공학과) ,  신용남 ((주) 모토닉) ,  박용덕 ((주) 모토닉) ,  강명권 ((주) 모토닉)

초록
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고압연료펌프는 GDI 엔진의 핵심 구성요소로써, 엔진출력 및 연료 효율을 향상시키기 위해서는 고압연료펌프의 유동특성을 연구하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 유압해석툴인 AMEsim을 이용하여 고압연료펌프의 통합 모델을 생성하여 유동해석을 수행하였다. 하지만, AMEsim은 시스템 해석을 위한 1차원 모델이므로 복잡한 유동현상이 발생하는 부근에서의 해석 결과는 정확하지 않은 단점이 있으므로 본 연구에서는 전산해석프로그램인 Fluent를 이용하여 난류유동이 발생하는 체크밸브의 흡입부와 토출부에서 유량과 알짜힘을 계산하였다. 다양한 압력조건과 밸브 간극변화에 따른 CFD 해석 결과는 AMEsim모델에 대한 룩업테이블로 사용되어 AMEsim의 결과를 보완함으로써 고압연료펌프에 대한 성능 분석결과의 정확성을 향상시키는 결과를 얻을 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A high-pressure fuel pump is a key component in a gasoline direct injection (GDI) engine; thus, understanding its flow characteristics is essential for improving the engine power and fuel efficiency. In this study, AMESim, which is a hydraulic analysis program, was used to analyze the performance of...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 AMEsim 프로그램의 부정확한 유동해석 결과를 보완하기 위한 방법으로 상용 CFD 해석프로그램인 FLUENT를 사용하였으며 3차원 고압펌프 시스템의 다양한 압력차이와 밸브 간극변화에 따른 유동해석을 진행하였다. CFD의 결과를 이용하여 GDI 통합모델 해석의 정확도를 향상하고 성능개선 및 설계 검증 개선을 목표로 하였다.
  • 본 연구에서는 CFD 프로그램인 FLUENT를 이용하여 체크밸브 주변부의 알짜힘과 유량을 계산하였으며, 이 결과를 이용하여 AMESim 프로그램에서 구성된 GDI 고압연료펌프 통합모델의 시스템 해석에 정확도를 높이고자 하였다. CFD의 정해석 방법을 AMEsim의 동해석 방법에 적용하기 위해 룩업테이블을 사용하였으며, CFD 해석 결과를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 의한 변화를 비교하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GDI 엔진이란? 그 개발의 중심에 디젤엔진의 원리를 가솔린 엔진에 적용한 GDI(Gasoline Direct Injection) 엔진이 있다. GDI 엔진은 고압의 연료를 연소실 내부로 분사하여 연소반응에 참여하는 연료의 표면적을 넓혀 출력, 연비향상 및 배기가스를 저감하게 되는 기술로써 최근 국내뿐만 아니라 세계의 많은 차량에 적용이 되고 있는 기술이다. GDI 엔진은 고압의 연료를 생성하기 위하여 기존의 가솔린 엔진에서 사용하는 저압연료펌프 이외에 고압연료펌프 부품이 추가적으로 필요하다.
고압연료펌프를 AMEsim으로 해석했을 때 어떤 한계를 가지는가? 하지만 AMEsim은 시스템 측면에서 유량과 유압을 계산하여 펌프의 정밀한 유동특성을 해석하는데 한계가 있다. 연료의 흡입과 토출이 이루어지는 고압연료펌프는 흡입부와 토출부의 형상이 복잡하여 동특성 및 유공압 작동특성과 관련 있는 토출유량과 알짜힘 결과가 부정확하게 나타난다.
고압연료펌프의 문제점은? 고압연료펌프는 연료흡입과 토출, 유량 변동, 그리고 과도한 압력 변화로 인해 GDI 시스템의 부품 피로를 증가시켜 수명 단축을 유발한다. 이로 인해 고압연료펌프에 대한 성능연구 및 작동 특성의 분석이 필요하다.
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참고문헌 (10)

  1. Hwang, J. S., Heo, H. S., Lee, D. H., Shin, W. Y. and Hwang, J. K., 2011, "Analysis of Valves for Design of a High Pressure Fuel Pump for GDI Engine," KSAE Conference Proceedings, pp. 347-352. 

  2. Seo, D. H., Shin, W. G., Moon, H. S. and Lee, J. H., 2012, "The HALT Test on the Spill Valve Controller Considering the Operating Characteristics of GDI Fuel Pump," proceeding of KSME, pp. 976-980. 

  3. Na, B. C. and Kim, B. S., 1998, "A Study on Performance Improvements of High Pressure Fuel Pump for GDI Engine," proceeding of KSME, pp. 464-469. 

  4. Jang, J. S. and Yoon, Y. H., 2008, "Analysis Model Development of Fuel Injection System for CRDI Engines," KSAE 30th Anniversary Conference 2008, pp. 468-474. 

  5. Yoon, Y. H., 2005, "Introduction to AMESim Software," Korean Soc Fluid Power Constr Equip Vol.2 No1, pp. 3-9. 

  6. Lim, B. S. and Ahn, S. J., 2010, "NVH Development of the High Pressure Fuel System for GDI Engines," 2010.11, KSAE Conference Proceedings , pp. 468-474. 

  7. Jang, J. S., Koh, H. S., Han, S. Y. and Lee, K. W., 2011, "Analysis of Dynamic Characteristics and Performances of Vent-Relief Valve," Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, pp. 70-77. 

  8. Lee, C. T., 2013, "A Study on the Performance Characteristic of Common Rail High Pressure Pump," 2013-17-6. Journal of the Korea society for power system engineering, pp. 5-10. 

  9. Park, H. J., Bae, S. J. and Heo, H. S., 2012, "An Analytical Study of Dynamic Flow Characteristics of a High Pressure Fuel Pump for Gasoline Direct Injection Engine," KSAE 

  10. Spegar, T. D., Chang, S. and Das, S., 2009, "An Analytical and Experimental Study of High Pressure Single Piston Pump for Gasoline Direct Injection (GDI) Engine Applications," SAE International, 2009-01-1504. 

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