입구 형상에 따른 EGR 쿨러의 냉각성능 개선에 관한 연구

염정국(Jeong Kuk Yeom),김학민(Hak Min Kim) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集B Vol.45 No.5

디젤엔진에서 배출되는 배기가스의 후처리 방법 중 하나인 EGR은 연소 시 발생하는 배기가스를 흡기로 재순환시키는 방법이다. 이를 통해 연소실에 공급되는 산소 농도를 감소시켜 연소반응을 낮춰 연소실의 온도를 떨어뜨리며, 고온에서 생성되는 NOx를 저감시킨다. EGR의 효율을 높이기 위해서는 EGR 가스의 온도를 떨어뜨릴 필요가 있으며, EGR 가스의 온도를 낮추기 위해 높은 성능의 EGR 쿨러가 필요하다. 본 연구에서는 EGR 쿨러의 성능 개선을 위해 EGR 쿨러 입구 형상을 변경하여 수치해석을 실시하였다. 네 가지 형태의 EGR 쿨러 입구 형태를 설계하였으며, 기존 모델과 출구의 온도를 비교하였다. 그 결과, EGR 쿨러의 냉각성능 향상을 위한 가장 적합한 입구형상이 shape C인 것을 확인할 수 있었다. Exhaust gas recirculation (EGR), a method for post-treatment of the exhaust gas emitted from diesel engines, involves recycling the exhaust gas generated during combustion. To increase the efficiency of EGR, it is necessary to lower the temperature of the EGR gas; a high-performance EGR cooler is required for this purpose. In this study, numerical analysis was performed by changing the shape of the EGR cooler inlet to improve the performance of the EGR cooler. Four types of EGR cooler inlets were designed, and the temperature of the outlet in each design was compared with that in the original model. Based on the results, it was confirmed that the most suitable inlet shape for improving the cooling performance of the EGR cooler was shape C.

수냉식 EGR Cooler의 최적 형상 설계에 대한 수치해석 연구

김학민(Hak Min Kim),염정국(Jeong Kuk Yeom) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.7

디젤엔진의 유해 배기가스를 저감하는 기술인 EGR 시스템에 쿨러를 장착하여 재순환되는 배기가스의 온도를 낮추는 cooled EGR 시스템은 기존의 EGR과 비교하여 연비와 soot의 증가 없이 NOx의 저감에 효과가 있다. 본 연구에서는 cooled EGR 시스템에 사용되는 EGR 쿨러의 개선을 위해 기존 EGR 쿨러를 사용해 측정한 실험데이터를 기초로 수치해석을 실시하였다. 수치해석에 사용한 EGR 쿨러는 shell&tube 형식을 사용하였고, 물을 이용하여 EGR 가스의 냉각을 실시하였다. 수치해석에는 상용프로그램인 ANSYS CFX를 사용하였고, 수치해석을 통한 냉각성능을 비교를 위해 EGR 쿨러, EGR 가스 및 냉각수의 온도를 실험데이터와 비교하였다. 그 결과, 수치해석 결과의 유효성을 검증하였으며, EGR cooler의 설계를 위한 수치해석 데이터를 확보하였다. A cooled exhaust gas recirculation (EGR) system reduces the temperature of recirculated exhaust gas by using a cooler to reduce harmful exhaust from diesel engines. The system is effective at reducing NOx without increasing both fuel consumption and soot as compared with an EGR system. To improve the EGR cooler used in a cooled EGR system, numerical analysis was conducted based on data derived from experiments on an existing EGR cooler. The EGR cooler used for numerical analysis was a shell and tube type, and the EGR gas was cooled with water. The analysis was performed using a commercial program (ANSYS CFX). The different temperatures of the EGR cooler, EGR gas, and cooling water were compared with experimental data to compare the different cooling performances based on numerical analysis. The validity of the numerical analysis was verified and numerical analysis data for the design of the EGR cooler were obtained.

EGR디젤기관의 출력 및 배기특성에 관한 연구

성욱곤(Yukun Cheng),진뢰(Lei Chen),김재덕(Jaeduk Kim),정재연(Jaeyoun Jung),송규근(Kyukeun Song) 한국자동차공학회 2013 한국자동차공학회 지부 학술대회 논문집 Vol.2013 No.5-1

Diesel engine is widely used for industry, vehicles engine because it is more powerful and fuel economy than gasoline engine. the problems of exhaust gas emissions are getting more serious in the world due to the rapid escalation of vehicles. in response to the problem, The exhaust gas regulations have been strengthened for the reduction of the exhaust gas emissions. in particular, NOx and soot reduction technology is required. Recentry, various techniques have been studied about NOx and soot in the diesel engine. In this study, we studied about effect of EGR on engine performance and emissiom characteristics. as a result 1) The maximum pressure of combustion chamber, engine power, torque was decresed with incresing the EGR rate. but BSFC was incresed. 2) NOx and soot was decresed with incresing the EGR rate.

디젤기관에서 연료의 성상변화와 EGR의 적용 및 미연탄화수소 분석에 대한 연구

최승훈(Seunghun Choi),오영택(Youngtaig Oh),권규식(Kyusik Kwon),조영태(Youngtae Cho),이충호(Choongho Lee) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.5

The potential possibility of oxygenated fuel for di-ether group oxygenated additives such as Methyl tertiary butyl ether (MTBE) and diethylene glycol dimethyl ether(DGM) were investigated for the sake of exhausted smoke reduction from diesel engine. They include oxygen content approximately from 18% to 36%, it is a kind of oxygenated fuel that the smoke emission of them is reduced remarkably compared with commercial diesel fuel. In the experiment by gas chromatography, unburned hydrocarbons of oxygenated fuel were reduced than those of commercial diesel fuel. NOx emission was decreased by exhaust gas recirculation(EGR) method which was applied EGR rate from 5% to 30%. And, simultaneous reduction of smoke and NOx was achieved with combination of EGR and fuel property alteration.

연소실 내 EGR 성층화가 디젤 연소 및 배출물에 미치는 영향

박원아(Wonah Park),최승목(Seungmok Choi),이상열(Sangyul Lee),민경덕(Kyoungdoug Min) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11

배기가스재순환 (EGR) 기술은 엔진 내 산소 농도와 국부적인 화염 온도를 낮춤으로써 디젤 엔진의 연소 특성에 큰 영향을 주며, 특히 NOx의 저감에 필수적이다. 현재까지 소개된 저온연소 (LTC), 예혼합 연소(HCCI) 등의 신연소 기술에서는 주로 기존보다 높은 EGR을 사용함으로써 화염 온도 및 국부적인 공연비 제어를 통해 NOx 및 soot의 동시 저감 효과를 거두고 있다. 하지만 연소 안정성 저해 및 CO, HC의 증가와 연료 소모율 증가 등 많은 문제점을 가지고 있다. 성층화 EGR 기법은 전체 EGR량을 높이는 대신 EGR 분포를 성층화 시켜 국부적으로 높은 EGR 영역을 만드는 방법으로, 이를 이용하면 LTC, HCCI 연소의 문제를 해결하면서 NOx 및 soot의 동시 저감 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 지금까지 디젤 엔진에서 거의 적용되지 않았던, 성층화 EGR 기법을 이용하여 연소 및 배출물에 미치는 영향에 대해 실험 및 해석을 수행하였으며, 이에 의한 연소 제어 및 배출물 저감 가능성에 대해 확인해 보았다. 먼저 3D CFD (Computational Fluid Dynamics)해석을 통해 이상적인 EGR 성층화 구조에서 성층화 EGR에 의한 배출물 저감 가능성을 확인하였다. 또한, 성층화 EGR 효과를 극대화하기 위하여 2단 피스톤 형상을 고안하고 흡기 포트 형상이 연소실 내 EGR 분포에 미치는 영향에 대해 연구해보았다.

EGR을 적용한 하이브리드용 가솔린 엔진의 성능 및 배출특성에 대한 연구

박철웅(Cheolwoong Park),김창기(Changgi Kim) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

EGR(exhaust gas recirculation) is considered as a most effective method to reduce the NOx emissions. But high EGR tolerance is always pursued not only for its advantages of the pumping loss reduction and fuel economy benefit in Gasoline-Hybrid engine. However, the occurrence of excessive cyclic variation with high EGR normally prevents substantial fuel economy improvements from being achieved in practice. Therefore, the optimum EGR rate should be carefully determined in order to achieve low fuel consumption and low exhaust emission. In this study, 2 liters gasoline engine with E-EGR system was used to investigate the effects of EGR on fuel efficiency, combustion stability, engine performance and exhaust emissions. With optimal EGR rates, the fuel consumption was improved by 4%. This improvement was achieved while a reduction in NOx emissions of 75% was accomplished.

직접 흡수 법을 이용한 실시간 이산화탄소 계측 기술

김광중(Gwang-jung Kim),최인철(Inchul Choi),최병철(Byungchul Choi) 한국자동차공학회 2014 한국자동차공학회 지부 학술대회 논문집 Vol.2014 No.5

Euro-6, Tier 4 Final 등의 국제 자동차배기가스 규제 중 NOx규제치인 0.4/kWh이하를 만족하기 위해서는 LNT와 SCR과 같은 후처리 장치가 필요하다. 하지만 보다 지속적으로 강화되는 규제를 만족시키기 위해서는 연소제어장치인 EGR의 적용이 필수불가결하다. EGR은 배기가스재순환을 의미하며, 배기가스 재순환량에 의해서 EGR율로 나타낼 수 있다. EGR율이 최적제어 되지 않으면, 배기가스 중 HC와 CO양이 오히려 증가하기 때문에 적정량의 배기가스를 재순환시켜야한다. 이때 EGR율은 흡/배기 시스템의CO₂농도로 계산 할 수 있다. 본 연구에서는 EGR율을 최적제어하기 위해서 실시간으로, 흡/배기시스템에서 CO₂의 농도를 계측하는 비 접촉식 센서를 설계하였고, 모사가스를 만들어 CO₂센서의 신뢰성과 반응속도, 정밀도를 검증하였다. CO₂의 농도에 따른 선형성은 원 데이터는 포화곡선은 보여서 함수를 적용하였다. 함수를 적용할 때 CO₂의 농도에 따라 신호변화는 선형적으로 변화하였으며, 5회 반복실험과 실시간 CO₂의 농도 변화에 따른 CO₂의 농도 출력으로 보아 신뢰성이 있다.

입구 형상에 따른 EGR 쿨러의 냉각성능 개선에 관한 연구

염정국(Jeong Kuk Yeom),김학민(Hak Min Kim) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.12

Exhaust gas recirculation lowers the maximum temperature during combustion inside the combustion chamber by supplying exhaust gas to the intake air. In order to increase EGR efficiency, it is effective to lower the temperature of the exhaust gas supplied by using the EGR cooler. This study is a numerical analysis to improve cooling performance by changing the inlet shape of the EGR cooler. Numerical analysis was performed on four EGR coolers with the inlet shape changed. As a result of analyzing the temperature distribution and checking the heat transfer efficiency, it was confirmed that shape C is the most suitable form for improving the cooling performance of the EGR cooler.

가솔린 엔진에서 합성가스 첨가량에 따른 EGR 효과에 대한 연구

윤영준(Youngjun Yun),최영(Young Choi),강건용(Kernyong Kang) 한국자동차공학회 2007 한국 자동차공학회논문집 Vol.15 No.6

The purpose of this study is to reduce harmful emission gases in the range of stable combustion without loss of a thermal efficiency. Therefore, effects of both exhaust gas recirculation(EGR) and synthetic gas addition on engine performance and emission were investigated in a gasoline engine. Synthetic gas(syngas), which is in general prepared from reforming gasoline, was utilized in order to promote stable combustion. The major components of syngas are H2, CO and N₂ gases. The percentage of syngas addition was changed from 0 to 30% in energy fraction and EGR rate was varied up to 30%. As a result, COV<SUB>IMEP</SUB> as a parameter of combustion stability was decreased and THC/NOX emissions were reduced with the increase of syngas addition. And COV<SUB>IMEP</SUB> was increased with the increase of EGR but NOX emission was greatly reduced. In addition, under the region where the EGR rate is around 20%, thermal efficiency was improved.

하이브리드용 가솔린 엔진에서 최적 EGR적용 및 실린더간 편차에 따른 성능 및 배출가스 특성 분석

박철웅(Cheolwoong Park),최영(Young Choi),김창기(Changgi Kim) 한국자동차공학회 2009 한국 자동차공학회논문집 Vol.17 No.1

EGR(Exhaust gas recirculation) provides an important contribution in achieving the development targets of low fuel consumption and low exhaust emission levels on gasoline engine for hybrid vehicles while allowing stoichiometric fuelling to be retained for applications using the three­way catalysts. However, the occurrence of excessive cyclic variation with high EGR normally prevents substantial fuel economy improvements from being achieved in practice. Therefore, the optimum EGR rate in gasoline engine for hybrid vehicles should be carefully determined in order to achieve low fuel consumption and low exhaust emission. In this study, 2 liters gasoline engine with E-EGR system was used to investigate the effects of EGR with optimum EGR rate on fuel economy, combustion stability, engine performance and exhaust emissions. As the engine load becomes higher, the optimum EGR rate tends to increase. The increase in engine load and reduction in engine speed make the fuel consumption better. The fuel consumption was improved by maximum 5.5% at low speed, high load operating condition. As the simulated EGR variation on a cylinder is increased, due to the increase in cyclic variation, the fuel consumption and emissions characteristics were deteriorated simultaneously. To achieve combustion stability without a penalty in fuel consumption and emissions, the cylinder­to­cylinder variations must be maintained under 10%.