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차량 엔진룸 냉각용 후드 개발을 위한 수치해석
Numerical analysis for development of vehicle engine room cooling hood 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.27 no.4, 2018년, pp.92 - 97  

이석영 (인하공업전문대학 기계과)

초록
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본 연구는 자동차 엔진룸 내부에서 엔진과 연계된 부품의 냉각효과를 높이기 위해 후드 개발을 위한 수치해석을 다루고 있다. 급격한 온도편차에서 유발되는 엔진룸내 부품 온도를 저감시키면 부품에 대한 내구성 저하를 최소화 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 차량 엔진룸 주요 부품 중에서도 온도제어가 비교적 용이한 발전기, 배터리, ECU 및 파워스틸 오일 등 4가지 부품을 목표로 엔진룸 냉각용 후드 개발을 위한 수치해석을 수행하였다. 그리고 수치해석을 검증하기 위하여 수치해석에서 가정하였던 동일한 조건으로 실험을 수행하여 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study deals with the numerical analysis for hood development to improve the cooling effect of the engine related components in engine room. Reducing the component temperature in engine room caused by a sudden temperature deviation can minimize the durability degradation of components. Therefore...

주제어

#냉각효과   #후드   #엔진룸   #수치해석  

표/그림 (18)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 엔진자체의 열을 제어하더라도 자동차의 구조상 엔진이 있는 공간인 엔진룸에서 온도제어가 이루어지지 않는 부품은 발전기, 흡기부, 배기부, 라지에이터를 비롯한 냉각수부, 배터리와 엔진과 관계된 각종 센서부, 엔진의 회전을 전달하는 미션부 그리고 파워스티어링 오일부와 브레이크 오일부 등이 해당된다. 따라서, 본 연구에서는 자동차 엔진룸 주요부품 중에서 온도제어가 비교적 용이한 발전기, 배터리, ECU 및 파워스틸 오일 등 4가지 부품을 목표로 온도를 감소시키고 공랭효과를 향상시켜기 위한 차량 엔진룸 냉각용 후드 개발을 위한 수치해석을 수행하고자 한다.
  • 본 연구에서는 엔진룸으로 흡입되는 공기에 대해 엔짐룸 및 후드 내부에서의 유동을 해석하여 냉각 대상 부품에 대한 냉각 위치를 선정하고 후드 형상에 의해 생성된 덕트 및 노즐 제원을 최적화하기 위해 Fig. 1에서 보는 바와 같이 2L급 커먼레일 디젤 엔진을 장착한 차량을 대상으로 모델링 범위를 정하였고 Fig.

가설 설정

  • 후드 내부의 유동은 비압축성, 난류, 점성유동으로 가정하였고 난류모델은 k-ε모델을 사용하였다. 작동유체는 공기로 가정하였으며 후드 외부로의 열전달은 따로 고려하지 않았다.
  • 후드 입구로 흡입되는 냉각용 공기온도는 20℃, 속도는 차량속도 60km/h로 가정하였고 후드에 부착되는 공기관 및 노즐은 냉각대상 부품 1개당 1개씩으로 매칭하였다. 부품별 발생열은 Table 2에서와 같이 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
차량엔진이 온도를 조절하는 방법은 무엇인가? Katoh(4)는 3차원 열유동 해석을 통해 엔진부품 냉각 향상 방안을 연구하였으며, Lee(5)는 중형차 엔진룸 내부 유동을 분석하여 내부 형상과 부품 냉각과의 상관관계를 분석하였다. 차량엔진은 최적의 온도상태인 약 85~88℃ 사이를 항시 유지하기 위해 전자제어를 통해 열을 조절한다. 하지만 엔진자체의 열을 제어하더라도 자동차의 구조상 엔진이 있는 공간인 엔진룸에서 온도제어가 이루어지지 않는 부품은 발전기, 흡기부, 배기부, 라지에이터를 비롯한 냉각수부, 배터리와 엔진과 관계된 각종 센서부, 엔진의 회전을 전달하는 미션부 그리고 파워스티어링 오일부와 브레이크 오일부 등이 해당된다.
수냉식 엔진 냉각 방법의 단점은 무엇인가? 특히 하절기에 대기온도가 약 30℃ 이상의 상태가 되면 대기에서 발생되는 복사열과 엔진에서 발생되는 엔진에 의한 열로 엔진룸내 부품은 열악한 상황에 놓이게 된다. 하지만 현재 일반적으로 적용되고 있는 수냉식 엔진 냉각 방법은 엔진외의 다른 부품들을 동시에 냉각시키지 못하기 때문에, 엔진룸의 주요부품을 냉각시켜줄 다른 수단이 필요한 상황이다. 즉, 엔진룸의 주요부품의 온도를 주행중에 낮출 수 있다면, 급격한 온도편차에서 유발되는 자동차 구성 부품의 내구성 저하를 최소화 할 수 있으므로 이러한 기술개발은 매우 의미 있다고 판단된다.
자동차 회사들이 엔진룸에 배치되는 전장부품이 고온에서 견딜 수 있도록 기준을 정해놓는 이유는? 또한, 엔진 냉각에 있어서는 라디에이터의 기능이 향상되어 대부분의 엔진온도 조절은 개선되어 사실상 엔진 냉각에는 새로운 기술을 개발하는 것에는 한계가 있으나, 엔진과 연계된 부품의 냉각에 대해서는 아직까지 연구가 미진한 실정이다. 자동차의 엔진룸은 자동차의 어떤 부위보다 열이 가장 많이 발생하는 곳으로 상승온도가 하절기의 경우, 부분적으로 최고 약 120℃까지 상승한다. 따라서 엔진룸에 배치되는 전장부품은 고온에서도 견딜 수 있도록 자동차 양산 메이커에서는 그 기준을 정해놓고 있다.
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참고문헌 (5)

  1. Song, B. K., Oh, S. M., Kang, J. J. and Kim, S. J., 2012, An experimental study on the temperature of electronic components in OBC based on the cooling water and the ambient temperature, Transactions of KSAE, Vol. 11, pp. 2493-2497 

  2. Oh, K. T., Kim, J. H., Lee, S. W., Kim, Y. S., Ha, J. W. and Kang, W. K., 2007, Automobile underhood thermal and flow simulation using CFD, Journal of Computational Fluids Engineering, Vol 12, pp. 22-27 

  3. Lee, D. R., 2005, Analysis of the enhancement of cooling efficiency of a vehocle in the engine room, Journal of Computational Fluids Engineering, Vol 10, pp. 55-62 

  4. Katoh, N., 1991, Numerical simulation on the three dimensional flow and heat transfer in the engine compartment," SAE 910306, USA. 

  5. Lee, D. R., 2004, Study of flow analysis of a mid-size vehicle in an engine room, Journal of Computational Fluids Engineering, Vol 9, No 4, pp.13-19 

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