초록 ▼

o 고효율 과급계, 적정 배기량화, 디젤고압 분사계, 엔진 구성부품, 동력전달 기어박스, 연비기여도 분석, 엔진/차량 최적화 등의 세부요소 기술개발을 완료하여 배기가스 규제 Euro-IV를 만족하면서 엔진최대토크 350Nm, 차량연비 11.95km/L 달성
o 연비 및 성능 향상을 위한 관련기술 개발동향 및 벤치마킹 분석을 통해 승용형 화물자동차의 연비, 배기 및 동력성능 향상 개념 확립
- 연비향상 주요 요소기술 : 엔진 마찰손실 저감, 기어박스 다단화 및 shift pattern, 적정 인젝터 및 분사전략 등

o 고효율 과급계, 적정 배기량화, 디젤고압 분사계, 엔진 구성부품, 동력전달 기어박스, 연비기여도 분석, 엔진/차량 최적화 등의 세부요소 기술개발을 완료하여 배기가스 규제 Euro-IV를 만족하면서 엔진최대토크 350Nm, 차량연비 11.95km/L 달성
o 연비 및 성능 향상을 위한 관련기술 개발동향 및 벤치마킹 분석을 통해 승용형 화물자동차의 연비, 배기 및 동력성능 향상 개념 확립
- 연비향상 주요 요소기술 : 엔진 마찰손실 저감, 기어박스 다단화 및 shift pattern, 적정 인젝터 및 분사전략 등
- Euro-IV 배기규제 기술 : FIE 최적화, PM 최소화, EGR 증대 등(분사변수 최적화로 NOx 와 PM의 trade-off balance)
- 동력성능 향상기술 : 배기량 적정화, 저속형 과급계, 기어단수 다단화 및 axle ratio 최적화 등
o 저속형 과급계 및 배기량 적정화로부터 개발된 디젤엔진의 상용구간 최대토크는 base 대비 약 13% 정도 증가한 350Nm로서 기술개발목표(341Nm) 달성
o 거시적 및 미시적 분무특성 기초시험과 엔진 벤치상에서의 성능 비교시험 결과로 부터 승용형 화물자동차용 적정 인젝터(7 hole) 및 NTP(3mm) 선정
o EGR cooler 사양 중 wavy pin #2 & oval #1 사양을 fouling 및 열교환 효율을 고려하여 최적사양으로 결정, 압축비는 연소특성, 배기성능 및 저온 시동성 등을 고려하여 17.5로 선정
o Blow-by 가스내 기상과 액상을 분리하는 기능은 multi-twister를 적용한 실린더 헤드커버가 가장 우수함, 저점도 오일 사용시 엔진 마찰 토크는 냉각수 온도 45에서 90℃ 범위에서 평균 2.4% 정도 저감됨, 피스톤 링 부위에 DLC 코팅을 적용한 경우의 크게 개선되지 않았으나 저속 1000rpm 부근에서 0.5% 정도 차이를 보임
o 기어단수 다단화, axle ratio, 토크 컨버터 및 shift pattern 등의 동력전달계통의 최적화를 통해 기술개발 차량의 연비는 base 차량 보다 약 3.3% 정도 향상
o 차량의 요소별 연비기여도를 분석 결과를 바탕으로 승용형 화물자동차의 주행저항 및 차량 무게, 구동계 마찰력, 엔진 오일 온도, viscous fan, Lock-up, power steering pump 영향에 따른 연비 개선 효과를 Cruise 시뮬레이션 예측
o 승용형 화물자동차의 배기 및 연비 성능향상을 위한 최적화 개발과정은 (1) 모드 시험조건에서의 엔진 및 차량 운전영역 분석, (2) DoE(실험계획법)을 이용한 엔진 벤치 calibration, (3) ECU data 생성, (4) 차량 연비 및 배기시험, (5) 차량 운전성 평가 등으로 수행

Abstract ▼

To improve fuel economy and performance of pick-up vehicle, the technology development related with turbocharger, engine displacement, diesel injection system, engine component, gear box, fuel economy analysis and engine/vehicle optimization have been completed successfully, so that developed pick-

To improve fuel economy and performance of pick-up vehicle, the technology development related with turbocharger, engine displacement, diesel injection system, engine component, gear box, fuel economy analysis and engine/vehicle optimization have been completed successfully, so that developed pick-up vehicle could achieved higher maximum toque 350Nm, better fuel consumption 11.95km/L with Euro-IV emission regulation. The detailed research contents and results are as follows.
Based on results of technical trend survey and benchmarking analysis, the concept for improving fuel economy, emission and drive-ability of pick-up vehicle was established; (a) Fuel economy : engine friction loss reduction, 6 speed A/T, optimization of shift pattern, injector and injection strategy (b) Euro-IV emission : Optimum FIE, PM reduction and increased EGR (c) Drive-ability : turbocharger of low speed type , 6 speed A/T, optimization of engine displacement volume and axle ratio.
The maximum torque of developed diesel engine was increased to be 350Nm by turbocharger of low speed type and optimization of engine displacement volume, which was more than development target(341Nm). It was found that optimum specifications of injector and NTP were 7 hole and 3mm respectively from the investigation of macro & micro spray rig survey and engine test results.
Several EGR cooler variant samples were validated in considerations of cooling efficiency, durability and reliability. The best EGR cooler type was shown as wavy pin #2 and oval #1. Compression ratio was determined to be 17.5 to satisfy both emission and cold start-ability. Oil separator of multi-twister type had the highest efficiency separating gas and oil material. Low viscosity oil could reduce friction loss by 2.4% averagely, but DLC coating at piston ring had little effect on FMEP.
Optimization of 6 speed A/T, axle ratio, torque converter and shift pattern could increase fuel economy by 3.3% compared with base vehicle. The energy flow modeling and analysis of contribution to fuel economy of pick-up vehicle were conducted, and Cruise simulation showed how much effected by drive resistance, kerb weight, power-train friction, engine oil temperature, viscous fan, Lock-up, power steering pump in aspect of fuel economy.
Engine and vehicle optimization for improving emission and fuel efficiency in pick-up truck was conducted as according with normal procedure; (1)analysis of engine and vehicle operating position in emission mode, (b)engine DOE calibration, (3)mapping ECU, (4)vehicle chassis test and (5)drive-ability evaluation.

목차 Contents

• 에너지ㆍ자원기술개발사업 최종(완료)보고서 ... 1
• 표지 ... 2
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 9
• 목차 ... 12
• 1. 선진 기술동향 분석 ... 14
• 1.1 주요 요소기술 동향 ... 14
• 1.1.1 고효율 엔진 기술 ... 14
• 1.1.2 배기 후처리 기술 ... 26
• 1.1.3 마찰 및 냉각손실 저감기술 ... 28
• 1.1.4 저중량화 기술 ... 32
• 1.1.5 동력전달 기어박스 기술 ... 33
• 1.2 Benchmarking 기술분석 ... 35
• 1.2.1 차량 벤치마킹 ... 35
• 1.2.2 엔진 벤치마킹 ... 46
• 2. 승용형 화물자동차 연비 및 성능향상 개념 ... 54
• 2.1 승용형 화물자동차 연비개선 개념 ... 54
• 2.2 승용형 화물자동차 배기저감 개념 ... 56
• 2.3 승용형 화물자동차 성능향상 개념 ... 58
• 3. 고효율 과급계 및 적정 배기량화 기술개발 ... 61
• 3.1 고효율 과급계 설계개념 및 수치해석 ... 61
• 3.1.1 고효율 과급계 설계개념 및 수치해석 ... 61
• 3.1.2 고효율 과급계 1-D 수치해석 ... 63
• 3.2 고효율 과급계 평가 ... 65
• 3.2.1 고효율 과급계 시제품 제원 ... 65
• 3.2.2 고효율 과급계 평가 ... 67
• 3.3 적정 배기량화 ... 71
• 3.3.1 적정 배기량화 개념 ... 71
• 3.3.2 시작엔진 설계 및 제작 ... 72
• 4. 디젤 고압분사계 최적화 개발 ... 76
• 4.1 디젤 고압분사계 최적화 개념 ... 76
• 4.2 디젤 고압분사계 최적화 기초연구 ... 78
• 4.2.1 분사계 Rig 시험장치 및 방법 ... 78
• 4.2.2 거시적 및 미시적 분무특성 ... 83
• 4.3 인젝터 비교 엔진시험 ... 94
• 4.3.1 실험장치 및 방법 ... 94
• 4.3.2 연소특성 비교 ... 95
• 4.3.3 출력 및 배기특성 ... 97
• 4.3.4 디젤 고압분사계 인젝터 선정 ... 101
• 5. 엔진 구성부품 최적화 ... 103
• 5.1 적정 압축비 ... 103
• 5.1.1 적정 압축비 고려사항 ... 103
• 5.1.2 실험방치 및 방법 ... 104
• 5.1.3 압축비에 따른 출력 및 배기특성 ... 108
• 5.2 EGR Cooler ... 115
• 5.2.1 EGR Cooler 고려사항 ... 115
• 5.2.2 적정 EGR Cooler 선정 ... 116
• 5.3 Oil separator ... 123
• 5.4 Cylinder honing ... 128
• 5.5 저점도 오일 및 DLC coating ... 129
• 6. 동력전달 기어박스 최적화 개발 ... 130
• 6.1 동력전달 기어박스 최적화 개념 ... 130
• 6.2 동력전달 기어박스 최적화 수치해석 ... 131
• 6.2.1 수치해석 조건 및 방법 ... 131
• 6.2.2 수치해석 결과 ... 136
• 6.3 동력전달 기어박스 시제품 평가 ... 140
• 7. 승용형 화물자동차 요소별 연비기여도 분석 ... 142
• 7.1 차량의 에너지 흐름 모델링 ... 142
• 7.1.1 에너지 흐름 분석 및 연비인자 수식 모델링 ... 142
• 7.1.2 마찰토크 및 질량관성모멘트 수식화 ... 152
• 7.1.3 연비분석 계측장비 및 실험장치 ... 157
• 7.2 요소별 연비기여도 분석 ... 170
• 7.2.1 리그시험 및 엔진/차량 대상시험 ... 170
• 7.2.2 모드 주행 요소별 연기비기여도 분석 ... 189
• 7.3 연비향상을 위한 개선방안 ... 200
• 7.3.1 시뮬레이션 구성 ... 200
• 7.3.2 연비개션 효과 예측 ... 207
• 8. 승용형 화물자동차 최적화 및 연비평가 ... 223
• 8.1 승용형 화물자동차 엔진 및 차량 최적화 ... 223
• 8.2 승용형 화물자동차 연비 및 배기성능 평가 ... 228
• 9. 결론 ... 231
• 참고문헌 ... 234