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요약문

I. 제목

II. 연구목표 및 중요성

III. 연구 및 활용에 대한 건의

Abstract

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칼라

목차

제1장 서론 18

제1절 서론 18

제2절 일정대비 진행결과 20

1. 1차년도 계획대비 진행사항 20

2. 2차년도 계획대비 진행사항 21

제3절 디젤기관의 연소 23

제2장 인터쿨러(intercooler)의 특성 및 종류 27

제1절 인터쿨러 27

제2절 인터쿨러의 기본 원리 28

제3절 인터쿨러의 종류 및 비교 34

1. 수냉식 인터쿨러 35

가. Jacket water charge air cooling system(JW) 35

나. Integrated liquid coupled system(ILC) 36

다. Separate liquid coupled system(SLC) 38

라. Cascaded heat load liquid coupled system(CHLL) 39

2. 공냉식 인터쿨러 40

가. Chassis mounted cooling system(CMC) 40

나. Tip turbine fan system(TTF) 41

3. 기타 42

4. 인터쿨러의 종류별 특징비교 42

제4절 터보 인터쿨러 엔진의 장점 45

1. 출력 및 연료소비율 46

2. 배기가스 49

3. 기타 49

가. 착화지연 및 연소압 49

나. 엔진 소음 50

다. 열부하 51

라. 터보차져 51

제5절 인터쿨러의 평가시험법(CMC system) 51

1. 성능시험 51

가. 열전달 효율 53

나. 냉각공기의 압력강하 53

2. 내구성, 신뢰성 53

가. 내압시험 및 누기시험 53

나. 파열시험 53

다. 압력주기시험(pressure cycle test) 54

라. Thermal cycle test 55

마. 진동시험(modal 평가) 55

제3장 국내외 유명엔진의 검토 56

제1절 미국 56

제2절 유럽 57

제3절 일본 58

제4절 한국 59

1. 엔진 배기량 및 최대출력 59

2. 국내의 초대형 트럭 현황 60

제4장 엔진의 목표성능 61

제1절 국내의 유해 배기가스 규제값 61

1. 규제값 61

2. 국내의 규제수준 62

3. D-13 모드 63

제2절 터보 인터쿨러 엔진의 목표성능 64

제5장 설계 67

제1절 부품의 설계 67

1. 실린더 블럭(cylinder block) 68

2. 실린더 라이너(cylinder liner) 70

3. 구동계(driving system) 71

가. 크랭크샤프트(Crankshaft) 71

나. 커넥팅 로드(Connecting rod) 73

4. 베어링(bearing) 74

가. 커넥팅 로드 베어링 74

나. 메인 베어링(main bearing) 76

5. 피스톤과 피스톤 냉각 76

6. 피스톤 핀(pin) 77

7. 피스톤 링(ring) 77

8. 실린더 헤드(cylinder head)[원문불량;p.77] 78

9. 밸브계(valve train) 81

10. 오일 냉각계통[원문불량;p.80] 82

11. 냉각 계통 83

12. 캠샤프트(camshaft) 86

13. 공기 압축기 88

제2절 분사계통 설계 90

제3절 연소실의 설계 94

제4절 흡·배기계 설계 99

1. 흡기계와 인터쿨러 99

2. 배기계 100

3. 터보차져(turbocharger) 102

제6장 시험장치 및 시제 엔진의 제작 104

제1절 본 개발에 사용할 주요연구 기자재 및 시설[원문불량;p.105] 104

제2절 시험종류 및 방법 110

1. 디젤엔진의 성능측정 시험 110

2. 연소압력 측정시험 113

3. 열배정(heat balance) 시험 113

4. 피스톤 온도측정 시험 113

5. 오일 소모량 측정시험 114

6. 저온 시동성 시험 114

7. 1000시간 부하 주기(load cycle)시험 115

8. 과속도 내구시험[원문불량;p.115] 116

9. 과부하 내구시험 118

10. 고수온 내구시험 118

11. Go-stop 내구시험 119

12. 엔진의 소음측정시험 119

제3절 엔진의 제작 120

제4절 성능시험시의 변경인자 120

제7장 엔진성능개발 126

제1절 개발엔진제원 126

1. 엔진형식 126

2. 연료장치 127

3. 구동장치 129

제2절 성능 개발 130

1. 인젝터 노즐의 분무와 연소의 최적화 130

가. 사용 회전속도 구간 전부하 성능 130

나. 질소 산화물 성능(NOx) 132

2. 터보과급시스템 개발(turbocharger) 133

가. 터빈 성능 개발 133

(1) 전부하성능 134

(2) D-13 모드에 따른 배기가스 성분 분석[원문불량;p.133] 135

나. 압축기 성능 개발[원문불량;p.135] 136

(1) 전부하성능 137

(2) D-13 모드에 따른 배기가스 성분 분석 137

3. 공기 와류의 최적화 개발 138

가. 전부하 성능 139

나. D-13 모드에 따른 배기가스 성분 분석 139

제3절 내구신뢰성 성능 개발 및 평가 141

1. 엔진 내구신뢰성 개발[원문불량;p.141] 141

2. 알루미늄 피스톤의 열부하 평가 145

3. 크랭크샤프트(crankshaft) 비틀림 진동 평가 146

4. 실린더 연소압력 및 연료분사압력 평가[원문불량;p.148] 149

가. 실린더 최고 연소 압력 151

나. 실린더 내 연소압력 증가율 153

다. 연료 고압 파이프내의 압력 155

라. 연료분사시기(연료분사사기) 및 실린더내 열 발생률 156

제4절 최종 개발 성능 160

1. 최종성능종합 160

2. 유해 배기 성분 분석 163

3. 부하영역 성능시험 168

가. 부분부하 연비 168

나. 유해배기성분 중 질소산화물 169

다. 매연 170

4. 저온성능평가 171

5. 열배정시험[원문불량;p.174] 175

6. 아이들 안정성 측정시험 178

7. 엔진 오일 소모량 평가 시험 및 시간별 오일 배출량 180

8. 누기가스량 평가 181

제5절 차량성능 183

1. 시험차량 제원[원문불량;p.182] 183

2. 가속 주행 소음 평가 186

3. 정속 연비 평가 187

4. 차량 최고 속도 평가 189

5. 추월가속 성능평가 190

제8장 결론 193

REFERENCE 195

List of Table

Table 1. Schedule check list 22

Table 2. Comparison of air-to-air & water-to-air intercoolers 44

Table 3. Famed diesel engine in USA. 56

Table 4. Famed diesel engine in Europe(below 14ℓ) 57

Table 5. Famed diesel engine in Europe(above 14ℓ) 57

Table 6. Famed diesel engine in Japan(below 14ℓ) 58

Table 7. Famed diesel engine in Japan(above 14ℓ) 58

Table 8. Diesel engine in Korea(PS/㎏·m) 59

Table 9. Vehicle of heavy duty class engine in Korea 60

Table 10. Emission regulations in Korea 61

Table 11. Target performance with new TI engine 64

Table 12. Calculation results of rating parameter 76

Table 13. Calculation results of piston pin 77

Table 14. Opening temperature of thermostat 85

Table 15. Specification of injection pump 90

Table 16. Various nozzles for test 93

Table 17. Various pistons for test 95

Table 18. Various parts of turbocharger for test 102

Table 19. Specifications of experimental instruments for test 104

Table 20. Test mode in cold chamber 114

Table 21. Various parts for performance test 120

Table 22. Specification of turbo intercooled engine 126

Table 23. Specification of fuel delivery system 128

Table 24. Specification of driving system 129

Table 25. The results of temperature measurement on piston 146

Table 26. The final performance of V2-8TI engine 160

Table 27. The specification of tested vehicle 183

Table 28. The test results of vehicle noise 186

List of Figure

Fig.1. Pressure-volume diagrams of cycles 23

Fig.2. Typical DI engine combustion pressure diagram 24

Fig.3. Comparison of various charging type 28

Fig.4. Intake system of turbocharger & intercooled engine 29

Fig.5. Thermodynamics process of compressor 30

Fig.6. Results of equation (3) 31

Fig.7. Intercooler performance for various factors 34

Fig.8. Jacket water charger air cooling system 35

Fig.9. One radiator ILC intercooler system 36

Fig.10. Two radiator ILC intercooler system 37

Fig.11. Separate liquid coupled intercooler system 38

Fig.12. CHLL intercooler system 39

Fig.13. Chassis mounted intercooler system 40

Fig.14. Tip turbine fan system 41

Fig.15. Potential intake manifold temperatures with various systems 43

Fig.16. Comparison of various air charging type engine 46

Fig.17. Effect of intake air temp. on fuel consumption & NOx emission 47

Fig.18. Effect of intake air temperature on BSFC after correcting for parasitic losses 48

Fig.19. Schematic diagram of a typical test setup 52

Fig.20. Schematic of a typical thermal cycle test system 54

Fig.21. NOx emission limits 62

Fig.22. ECE R49 13 mode cycle & mode weighting factors 63

Fig.23. Design change of cylinder block 67

Fig.24. Design change of thrust bearing flange 68

Fig.25. Design change of crevice seal groove 69

Fig.26. Design change of O-ring 70

Fig.27. Increasing of numbers of reduction hole 71

Fig.28. Increasing of contact area of thrust bearing 72

Fig.29. Design change of connecting rod 73

Fig.30. Allowable surface pressure of connecting rod bearing 74

Fig.31. Design change of bearing 75

Fig.32. Design change of cylinder head 78

Fig.33. Picture of sectional cylinder head[원문불량;p.77] 79

Fig.34. Picture of cylinder head[원문불량;p.77] 79

Fig.35. Design change of valve seat 80

Fig.36. Design change of tappet & valve spring force 81

Fig.37. Design change of valve cotter type[원문불량;p.80] 82

Fig.38. Addition of regulator valve[원문불량;p.80] 82

Fig.39. Design change of mechanical seal material 83

Fig.40. Design change of cooling fan 84

Fig.41. Design change of thermostat 85

Fig.42. Design change of camshaft 86

Fig.43. Assemble method of camshaft & timer 87

Fig.44. Picture of camshaft 87

Fig.45. Design change of flyweight & timer segment 88

Fig.46. Design change of air compressor crankshaft 89

Fig.47. Picture of air compressor 89

Fig.48. Design change of air compressor 90

Fig.49. Design change of air compressor piston 91

Fig.50. Picture of injection nozzle tip & nozzle holder assembly 92

Fig.51. Picture of piston 92

Fig.52. Picture of injection pump 93

Fig.53. Definition of bowl geometry D : piston diameter Db(이미지참조) : bowl lower diameter Dup(이미지참조) : bowl upper diameter 94

Fig.54. Picture of inside block 96

Fig.55. Matching of nozzle & piston(I) 97

Fig.56. Matching of nozzle & piston(II) 98

Fig.57. Performance graph of intercooler 99

Fig.58. Picture of CMC intercooler 101

Fig.59. Picture of turbocharger 103

Fig.60. Picture of compressor housing & wheel 103

Fig.61. Picture of compressor dynamometer 106

Fig.62. Picture of dynamometer control desk 106

Fig.63. Picture of injection pump bench tester[원문불량;p.105] 107

Fig.64. Picture of injection nozzle bench tester[원문불량;p.105] 107

Fig.65. Picture of cylinder head swirl tester 108

Fig.66. Picture of fuel meter 108

Fig.67. Pictures of various smoke meter 109

Fig.68. Picture of engine on dynamometer 111

Fig.69. White smoke test mode in cold chamber 115

Fig.70. Measuring mode of 2000hr load cycle 115

Fig.71. Example of failure during over speed test[원문불량;p.115] 117

Fig.72. Turbo intercooled engine 121

Fig.73. Pictures of turbo intercooled engine 123

Fig.74. Developing History of V-type 8 cyIinder engine 127

Fig.75. Comparison of two kinds of injection nozzle (full load) 131

Fig.76. Comparison of two kinds of injection nozzle (NOx generation at each mode) 132

Fig.77. Comparison of two kinds of injection nozzle (NOx generation at each injection timing) 132

Fig.78. Comparison of various turbine (full load) 134

Fig.79. Comparison of various turbine (NOx generation at each mode)[원문불량;p.133] 135

Fig.80. Comparison of various turbine (NOx generation at each injection timing)[원문불량;p.133] 135

Fig.81. Comparison of various compressor (full load) 136

Fig.82. Comparison of various compressor (NOx generation at each mode)[원문불량;p.135] 137

Fig.83. Comparison of various head (full load) 138

Fig.84. Comparison of various head (NOx generation at each mode) 139

Fig.85. Comparison of various head (NOx generation at injection timing) 140

Fig.86. Performance variation during long run test 141

Fig.87. Nozzle opening pressure variation during long run test 142

Fig.88. Rig test[원문불량;p.141] 143

Fig.89. Position of temperature measurement on piston 144

Fig.90. The test results of crankshaft torsional vibration 147

Fig.91. Picture of vibration damper tester 148

Fig.92. The diagram of combustion pressure 149

Fig.93. The diagram of pressure increasing rate[원문불량;p.148] 150

Fig.94. Picture of pressure sensor[원문불량;p.148] 150

Fig.95. The diagram of heat release 151

Fig.96. The diagram of maximum pressure and torque (full load) 152

Fig.97. The diagram of maximum pressure and pressure (part load) 153

Fig.98. The diagram of maximum pressure per unit torque 153

Fig.99. The diagram of pressure increasing rate per crank angle 154

Fig.100. The diagram of maximum line pressure 155

Fig.101. The diagram of crank angle at maximum line pressure 156

Fig.102. The diagram of dynamic injection timing 157

Fig.103. The diagram of combustion process crank angle 157

Fig.104. The diagram of combustion duration 158

Fig.105. The final performance of V2-8TI engine 161

Fig.106. The exhaust emission during D-13 mode test (ppm) 164

Fig.107. The exhaust emission during D-13 mode test (g／kW·h) 165

Fig.108. The main components of V2-8TI particulate 167

Fig.109. The fish-hook diagram at 1200rpm 168

Fig.110. Iso-BSFC diagram 169

Fig.111. Iso-NOx diagram 170

Fig.112. Iso-smoke diagram 171

Fig.113. PLA plunger for V2-8TI engine 172

Fig.114. The test result of white smoke (DHI standard method) 173

Fig.115. The test result of white smoke (during idling) 174

Fig.116. Total supplied energy 175

Fig.117. Heat balance results[원문불량;p.174] 176

Fig.118. Water flow quantity 177

Fig.119. The schematic diagram of idle condition test 178

Fig.120. The test result of idle condition test 179

Fig.121. The oil drain quantity per unit time 180

Fig.122. Iso blow-by gas quantity 182

Fig.123. Pictures of testing vehicle[원문불량;p.182] 184

Fig.124. Pictures of V2-8TI engine on vehicle 185

Fig.125. The test results of vehicle fuel consumption (15 stage) 187

Fig.126. The test results of vehicle fuel consumption (16 stage) 188

Fig.127. The test results of maximum vehicle velocity 189

Fig.128. The test results of vehicle acceleration 191

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